Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 19
1.1 Классификация и отличительные признаки сушилок для макаронных изделий 20
1.2 Технологические режимы сушки макаронных изделий и их влияние на структурно-механические (реологические) характеристики макаронных изделий 25
1.3 Технологические режимы и способы сушки макаронных изделий 32
1.3.1 Низкотемпературные режимы сушки длинных макаронных изделий в лотковых кассетах 33
1.3.2 Низкотемпературные режимы сушки длинных макаронных изделий на бастунах 35
1.3.3 Среднетемпературные режимы сушки длинных макаронных изделий в форме «гнезд» на конвейерных лентах 37
1.3.4 Среднетемпературные режимы сушки длинных макаронных изделий на бастунах 38
1.3.5 Высокотемпературные режимы сушки длинных макаронных изделий на бастунах 40
1.3.6 Высокотемпературные режимы сушки длинных макаронных изделий в цилиндрических кассетах 44
1.3.7 Высокотемпературные режимы сушки коротких макаронных изделий в барабанных сушилках 46
1.3.8 Сверхвысокотемпературные режимы сушки длинных макаронных изделий на бастунах 48
1.3.9 Сверхвысокотемпературные режим сушки коротких макаронных изделий на конвейерных лентах 50
1.4 Равновесная влажность макаронных изделий — определяющий критерий выбора рациональных режимов сушки 52
1.5 Критерии оценки качества макаронных изделий 54
1.6 Функциональные особенности упаковочных материалов, применяемых для макаронных изделий 64
1.7 Упаковочные материалы для макаронных изделий и их упаковка 65
1.8 Критерии выбора упаковочных материалов при хранении макаронных изделий. 67
1.9 Влияние условий хранения на изменение физико-химических показателей качества макаронных изделий. 70
2. Экспериментальная часть
2.1 Структура, объекты и методы исследований 73
2.1.1 Методы оценки свойств сырья 75
2.1.2 Методы оценки качества полуфабрикатов 75
2.1.3 Методы оценки качества макаронных изделий 75
2.1.3.1 Оценка цвета макаронных изделий 76
2.1.3.2 Оценка варочных свойств макаронных изделий 76
2.1.3.3 Оценка прочности макаронных изделий 77
2.1.4 Экспериментальная сушильная установка 80
2.1.4.1 Измерение и регулирование относительной влажности воздуха в сушильной камере 83
2.1.4.2 Измерение и регулирование температуры воздуха в сушильной камере 84
2.1.4.3 Устройство для исследования режимов сушки макаронных изделий в лотковых кассетах (модуль I) 85
2.1.4.4 Устройство для исследования режимов сушки макаронных изделий на бастунах (модуль II) 85
2.1.4.5 Устройство для исследования режимов сушки макаронных изделий в цилиндрических кассетах (модуль III) 86
2.1.4.6 Устройство для взвешивания бастунов, лотковых и цилиндрических кассет 91
2.1.4.7 Оценка погрешности измерения параметров эксперимента 91
2.2 Систематизация температурных режимов, способов сушки макаронных изделий и их влияние на показатели качества продукта 96
2.3 Анализ функционирования системного комплекса технологических процессов производства и хранения макаронных изделий 98
2.3.1 Построение графа целей и задач технологических систем производства и хранения макаронных изделий 99
2.3.2 Построение операторных моделей технологических систем производства и хранения макаронных изделий 103
2.3.3 Оценка уровня целостности системного комплекса производства и хранения макаронных изделий 107
2.3.4 Разработка технического решения в целях совершенствования систем производства и хранения макаронных изделий 112
3. Теоретические и экспериментальные исследования по проблеме совершенствования технологии сушки макаронных изделий
3.1 Исследование изменения равновесной влажности макаронных изделий в процессе сушки и стабилизации 115
3.1.1 Ускоренный метод определения равновесной влажности макарон 115
3.1.2 Определение энергии связи влаги в макаронных изделиях 120
3.2 Исследование распределения влаги в макаронных изделиях с различной толщиной стенки 124
3.3 Исследования реологических характеристик сырых макаронных изделий из муки с различным содержанием клейковины 134
3.4 Исследования деформации длинных макаронных изделий при сушке на бастунах 140
3.5 Исследования сушки и стабилизации макаронных изделий при низкотемпературных и высокотемпературных режимах 151
4. Разработка рациональных режимов сушки макаронных изделий из пшеничной хлебопекарной муки, приготовленных различными промышленными способами
4.1 Разработка рациональных режимов сушки длинных макаронных изделий в лотковых кассетах 157
4.2 Разработка способа и рациональных режимов сушки длинных макароных изделий в цилиндрических кассетах 163
4.2.1 Разработка рациональной конструкции цилиндрической кассеты 163
4.2.1.1 Определение габаритных размеров цилиндрической кассеты 166
4.2.1.2 Выбор оптимального живого сечения отверстий обечайки цилиндрической кассеты 168
4.2.1.3 Выбор влажности макаронных изделий для загрузки в цилиндрическую кассету 172
4.2.1.4 Выбор оптимальной массы макаронных изделий для загрузки в цилиндрическую кассету 174
4.2.2 Разработка рациональных режимов сушки длинных макаронных изделий в цилиндрической кассете 181
4.3 Разработка рациональных режимов сушки и стабилизации длинных макаронных изделий на бастунах 188
4.4 Разработка рациональных режимов сушки коротких макаронных изделий на рамках 199
4.5 Разработка радиационно-конвективного режима сушки коротких макаронных изделий на конвейерных лентах 204
5. Совершенствование условий хранения макаронных изделий
5.1 Исследование оптических защитных характеристик упаковочных материалов для макаронных изделий 212
5.2 Разработка рациональных технологических режимов хранения макаронных изделий 217
5.3 Исследование качества макаронных изделий при хранении в различных упаковочных материалах 224
Выводы 229
Литература 233
Приложения
- Технологические режимы сушки макаронных изделий и их влияние на структурно-механические (реологические) характеристики макаронных изделий
- Измерение и регулирование относительной влажности воздуха в сушильной камере
- Систематизация температурных режимов, способов сушки макаронных изделий и их влияние на показатели качества продукта
- Исследования реологических характеристик сырых макаронных изделий из муки с различным содержанием клейковины
Введение к работе
Актуальность проблемы. Основным сырьем для получения макаронных изделий с высокими показателями качества традиционно считается мука из твердой пшеницы (дурум) ГОСТ 12307-66, мука из мягкой стекловидной пшеницы ГОСТ 12306-66 и их смеси. В последние годы в связи с снижением объема производства специальной макаронной муки из-за нестабильных погодных условий и повышения уровня цен на муку значительно возросло использование пшеничной хлебопекарной муки ГОСТ Р 51865-2003 (ГОСТ 26574-85).
В настоящее время на специализированных макаронных предприятиях установлены современные, в основном импортные поточные линии, предусматривающие применение высоких температур сушки макаронных изделий, оснащенные стабилизаторами - накопителями продукта, системой программируемого контроля и управления технологическими процессами. Однако зарубежные технологии производства макаронных изделий на таких линиях предусматривают использование в качестве сырья муку из твердой или, в крайнем случае, мягкой стекловидной пшеницы и в строгом соответствии с регламентом по содержанию массовой доли сырой клейковины, массовой доли золы, гранулометрическому составу и другим основным показателям качества муки. Отечественные производители, как правило, вместо специальной макаронной муки используют пшеничную хлебопекарную муку в основном для выпуска коротких макаронных изделий. Производство длинных макарон из такого сырья ограничено в связи с отсутствием рациональных высокотемпературных режимов сушки, обеспечивающих выработку этого типа продукции с показателями качества, соответствующими стандарту.
В сложившейся структуре макаронного производства современное высокопроизводительное оборудование устанавливают, как правило, на крупных макаронных предприятиях, имеющих соответствующие производственные площади и необходимые коммуникации. С переходом России на рыночную экономику около четверти всего объема производства макаронной продукции вырабатывается на средних и малых предприятиях. Для данной группы макаронных предприятий требуется разработка новых технологических режимов сушки макаронных изделий и создание специализированного сушильного оборудования, обеспечивающего производство макаронной продукции в соответствии с требованиями стандарта.
Следует отметить и тот факт, что на продовольственном рынке России наметились стабильные и положительные тенденции к увеличению производства макаронной продукции в упакованном виде. Но до настоящего времени не существует научно-обоснованных режимов, обеспечивающих сохранность макаронной продукции; не исследовано влияние защитных функций упаковочных материалов на качество и сохранность макаронных изделий.
Таким образом, актуальность проблемы определяется необходимостью:
проведения исследований и разработок новых технологических режимов сушки, обеспечивающих получение всех типов и видов макаронных изделий с высокими показателями качества из пшеничной хлебопекарной муки;
проведения исследований по разработке рациональных режимов хранения макаронной продукции в упакованном виде, обеспечивающих ее сохранность и пищевую ценность;
организации промышленного внедрения полученных результатов.
Цель и задачи исследований. Целью данных исследований является совершенствование технологии макаронных изделий, приготовленных из
муки твердых пшениц, муки пшеничной хлебопекарной и их смесей, путем разработки рациональных режимов сушки, стабилизации и хранения продуктов и внедрение технологических разработок в промышленность.
В соответствии с поставленной целью были определены основные направления исследований и экспериментальных работ с решением следующих задач:
анализ и систематизация существующих в мировой практике способов сушки различных типов и видов макаронных изделий в зависимости от применяемых температур сушильного агента (низких, средних, высоких и сверхвысоких);
разработка модели системного комплекса технологических процессов производства и хранения макаронных изделий, оценка ее стабильности и уровня целостности;
исследование форм связи влаги с материалом в макаронных изделиях, приготовленных из муки с различной массовой долей сырой клейковины;
исследование динамики распределения влаги в макаронах с различной толщиной стенки в процессе сушки;
исследование реологических (структурно-механических)
характеристик сырых длинных макаронных изделий, приготовленных из муки с различным содержанием клейковины;
исследование деформации длинных макаронных изделий, приготовленных из муки пшеничной хлебопекарной, в сушильных камерах на бастунах;
исследование влияния высокотемпературных режимов сушки и стабилизации на качество макаронных изделий;
разработка рациональных режимов сушки длинных макаронных изделий в лотковых кассетах;
разработка эффективного способа сушки длинных макаронных изделий в цилиндрических кассетах;
разработка высокотемпературных режимов сушки и стабилизации длинных макаронных изделий на бастунах;
разработка рациональных режимов сушки коротких макаронных изделий на рамках и конвейерных лентах;
исследование оптических защитных характеристик упаковочных материалов для макаронных изделий;
разработка рациональных режимов хранения макаронных изделий.
Научная концепция, В основе научного решения проблемы совершенствования технологии производства макаронных изделий на современных поточных линиях, в которых существенная роль принадлежит сушке и последующим условиям хранения продукции, лежит познание закономерностей и организации построения и функционирования комплекса взаимосвязанных технологических систем, обеспечивающих возможность использования в качестве сырья муку из твердых пшениц, муку пшеничную хлебопекарную и их смеси, применение упаковочных материалов с высокоэффективными оптическими защитными свойствами, а также рациональные режимы хранения и получение макаронных изделий, соответствующих стандарту.
Научная новизна определена следующим:
впервые проведены комплексные исследования способов сушки макаронных изделий различных типов и видов, приготовленных из муки пшеничной хлебопекарной, дана оценка качества макаронных изделий, высушенных при различных температурных режимах;
разработана достоверная научно-обоснованная модель системного комплекса технологических процессов производства и хранения макаронных изделий и проведена сравнительная оценка уровня стабильности отдельных подсистем по показателям качества изделий, выработанных с применением низко- и высокотемпературных режимов сушки;
установлено влияние массовой доли сырой клейковины муки пшеничной хлебопекарной на изменение равновесной влажности макаронных изделий, определяемой по предлагаемому ускоренному методу;
установлено влияние динамики распределения влаги в макаронных изделиях с различной толщиной стенки на изменение напряженно-деформированного состояния слоев продукта и формирование градиента влажности в период сушки;
определены реологические (структурно-механических) характеристики - относительная деформация и предел прочности - сырых длинных макаронных изделий из различных типов пшеничной муки, оказывающие влияние на отрывы макарон от бастунов на этапе предварительной сушки;
установлено влияние равномерности распределения влаги в сырых макаронных изделиях по длине бастуна и длине прядей при низко- и высокотемпературных режимах сушки на деформацию готовых изделий;
изучен процесс релаксации напряженного состояния макарон в результате влияния высоких температур сушки, при охлаждении на бастунах в зоне стабилизации и установлено влияние его на качество макаронных изделий;
установлено влияние плотности укладки длинных макаронных изделий в лотковых кассетах на изменение внешнего тепло- и массообмена и продолжительность сушки, что приводит к необходимости корректировки длительности периода реверсии воздушного потока;
установлено, что получение ровной формы длинных макаронных изделий при сушке в цилиндрических кассетах обеспечивается равномерным перемещением макарон относительно своей оси внутри кассеты и увеличением скорости сушильного процесса за счет интенсивной и равномерной влагоотдачи с поверхности изделий;
установлено влияние оптических, защитных характеристик упаковочных материалов, применяемых в макаронном производстве, на изменения показателей качества макаронных изделий;
разработана математическая модель равновесной влажности макаронных изделий, позволяющая обосновать технологические режимы длительного хранения продукции;
установлена динамика снижения содержания каротиноидов в макаронных изделиях нативных и с добавлением водорастворимого |3-каротина в процессе их хранения в различных упаковочных материалах.
Практическая ценность работы. Работа проводилась по координационному плану Главного управления хлебопекарной и макаронной промышленности Минпищепрома, Федеральной контрактной корпорации «Росхлебопродукт» и по заявкам отдельных пищевых предприятий России. Практическая значимость результатов работы заключается в следующем:
разработана «Методика оценки стабильности технологических процессов производства и хранения макаронных изделий», позволяющая оценить уровень целостности всего системного комплекса, для получения продукта с показателями качества, соответствующими стандарту, и обеспечения сохранности пищевой ценности продукта при его хранении;
разработан технологический регламент сушки длинных макаронных изделий в лотковых кассетах в шкафных и туннельных сушилках, в которых рекомендуемые технологические режимы позволили сократить продолжительность сушки на 5-6 ч и уменьшить тепловые затраты в среднем на 10 - 15 %;
разработаны способ и рациональные режимы сушки длинных макаронных изделий в цилиндрических кассетах, а также определены конструктивные параметры самих кассет; данный способ сушки позволяет: получить правильную (ровную) форму изделий и исключает проблемы,
связанные с их упаковкой; расширяет вырабатываемый ассортимент трубчатых макарон диаметром более 4,5 мм;
разработаны рациональные высокотемпературные режимы сушки и стабилизации на бастунах для различных типов длинных макаронных изделий с толщиной стенки 0,8 мм, приготовленных из пшеничной хлебопекарной муки высшего сорта и смеси ее с мукой твердых пшениц (50:50); полученные технологические режимы положены в основу программируемого управления работой сушилок поточных линий, установленных на макаронной фабрике «ОАО "Экстра-М"»;
разработанные рациональные режимы сушки коротких макаронных изделий из пшеничной хлебопекарной муки высшего сорта на рамках ;использованы в новой промышленной конструкции шкафной сушилки для макаронных предприятий малой и средней производительности;
разработанные рациональные режимы высокотемпературной и радиационно-конвективной сушки на лентах коротких макаронных изделий из пшеничной хлебопекарной муки высшего сорта использованы в новой конвейерной сушилке, в результате чего на 15-20% сокращается потребление электроэнергии по сравнению с конвективным методом сушки;
разработаны рекомендации по выбору упаковочных материалов (пленка, картон) с учетом их оптических защитных характеристик, обеспечивающих сохранность качества макаронных изделий;
разработаны рациональные режимы хранения макаронных изделий при температуре 10-30 С, высушенных до стандартной влажности, обеспечивающие показатели качества макаронных изделий, соответствующие стандарту.
Апробация работы: основные положения работы докладывались автором и обсуждались на научных, научно-методических и практических конференциях и семинарах, на научно-технических советах Всесоюзного научно-исследовательского института хлебопекарной промышленности
(ВНИИХП), (Москва, 1978-1979); на Всесоюзном семинаре работников макаронной промышленности «Тенденции совершенствования современного сушильного оборудования» (Волгоград, 1989); на научно-методической межвузовской конференции «Элементы теории технологического потока» в курсе «Технологическое оборудование» КТИПП, (Кемерово, 1990); на научно-практической конференции предприятий хлебопекарной и макаронной промышленности «Проблемы сырьевых ресурсов в производстве хлебопродуктов» (Брянск, 1991); на международной научно-практической конференции «Технология пищевых продуктов» МТИПП, (Москва, 1993); на международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК» МГАПП (Москва, 1995); на первой международной конференции «Пищевая упаковка-99» «Многослойные полимерные материалы для пищевых продуктов», ВВЦ (Москва, 1999); на международном семинаре «Современные упаковочные материалы, их свойства и применение», МГЗИПП (Москва, 1999); на международных научно-практических конференциях «Инновационные технологии в пищевой промышленности третьего тысячелетия» МГТА (2000, 2001); на IX Международной научно-практической конференции «Стратегия и развитие пищевой промышленности» МГТА (Москва, 2003); на всероссийской научно-практической конференции работников макаронной промышленности «Работа предприятия в условиях нового ГОСТа на макаронные изделия» (Новосибирск, 2003); на X международной научно-практической конференции МГУТУ «Стратегия и развитие пищевой промышленности» (Москва, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 54 работы, включающие научные и обзорные статьи (в том числе 4 учебника, 3 учебных пособия, справочник, изданные лично автором и в соавторстве), а также 2
работы в зарубежных изданиях, получено 5 авторских свидетельств и
патентов РФ на изобретения.
fc> Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти
Технологические режимы сушки макаронных изделий и их влияние на структурно-механические (реологические) характеристики макаронных изделий
В настоящее время за рубежом предпочтение отдается конструкциям поточных линий, в которых используются высокие и сверхвысокие температурные режимы, а линии с использованием традиционных режимов (с низкой температурой) сняты с производства. В РФ и странах СНГ до настоящего времени линии с низкотемпературными режимами сушки находятся на многих макаронных предприятиях.
Известно, что внедрение высоких и особенно сверхвысоких температурных режимов сушки макарон значительно увеличило скорость технологического процесса, и, как следствие, повлияло на последующие разработки и создание новых, более современных конструкций поточных линий. При этом значительно сократились габаритные размеры сушильных установок и всей линии в целом. В современных линиях с использованием режимов ВТ и СВТ сушки появилась необходимость введения дополнительных секций стабилизации и охлаждения (или интенсивного охлаждения) продукта. Эти секции устанавливают непосредственно за сушилкой или на специальном ярусе в зависимости от типа и размера линии [126; 152; 167].
Кроме конструктивных различий отдельных узлов поточных линий каждый производитель (фирма) использует современный дизайн их внешнего оформления, а также способы и порядок сборки оборудования. Так, специалисты фирмы «Бюллер» предпочитают конструкции модульного типа, и поточные линии представляют собой автономно собранные установки, связанные между собой транспортирующими механизмами. При этом их сборка и установка отличаются высокой точностью. Фирма «Брайбанти», напротив, использует традиционные методы сборки по классической схеме: предварительная сушилка, окончательная сушилка, накопитель и другие машины, сгруппированные в единую структуру.
Аналогичная схема сборки частично используется и фирмами «Паван» и «Фава», линии которых в отличие от линий других фирм более компактны, а линии длинных макаронных изделий («Паван») имеют камеры «Рототерм», устанавливаемые между предварительной и основной сушилками [68; 126].
Конструкции и принципы действия; сушилок некоторых наиболее распространенных фирм различаются рядом признаков. Процесс сушки длинных макаронных изделий: начинается с предварительнойЇ сушки, которая считается; первой и- наиболее ответственной фазой всего последующего процесса сушки. Как правило, предварительная сушилка представляет собой одноярусный тоннель, определенной; длины, соответствующей производственной; мощности пресса; от которого через саморазвес сырые изделия, развешенные на бастунах, поступают на вход окончательной сушки и затем направляются в камеру стабилизации и охлаждения; изделий.
В процессе предварительной сушки изделия находятся в среде с постепенно повышающейся температурой и относительно высокой влажностью воздуха; на этой стадии значительно сокращается влагосодержащие продукта. Процесс автоматически контролируется и управляется; по заданной программе. Тепловой режим в сушилке создается нагревом;воздуха калориферами с перегретой водой, движение воздуха: осуществляется! системой вентиляции; выбросом части влажного воздуха из сушильной камеры-для поддержания параметров сушки наї заданном уровне [ 120; 229].
Как правило, окончательная сушилка; имеет от трех до- пяти ярусов, расположенных по высоте и; разделенных горизонтальными перегородками; Каждый из тоннелей имеет автономную систему обогрева и вентиляции. Конечным) элементом сушилки; является охладитель-стабилизатор, в; котором макаронные изделия охлаждаются до температуры помещения.
Технологические режимы сушки с применением различных температур -сушильного агента (НТ, СТ, ВТ и СВТ) оказьюают существенное влияние на изменение структурно-механических характеристик макаронных изделий. В современных сушилках, где используются высокие и сверхвысокие температурные режимы, сушка It проводится по циклу: предварительная, окончательная сушка и ее стабилизация.
Гинзбург А.С., Назаров Н.И. подразделяют режимы, применяемые на макаронных предприятиях, на два основных типа [27; 68; 72]: непрерывная (традиционная) сушка при постоянной сушильной способности воздуха; прерывисто ступенчатая (пульсирующая) сушка, при которой изделия попеременно подвергаются сушке и отволаживанию.
Данные типы режимов для различных видов макаронных изделий должны обеспечивать такую интенсивность испарения влаги с поверхности, которая была бы соизмерима со скоростью перемещения влаги в толще изделий. Осуществить такой режим весьма сложно, поскольку при сушке по толщине изделий возможно образование градиента влажности (AW) в связи с тем, что перемещение влаги из внутренних слоев изделия отстает от ее испарения с поверхности изделий. Для избежания появления трещин в изделиях при сушке необходимо обеспечить минимальный градиент влажности, что может быть достигнуто при сушке с малой интенсивностью.
Мельникова И.С. и Савина ИМ. [66; 95; 96; 97] показали, что для макаронной, трубки, имеющей толщину стенки 1,25 мм, максимальная допустимая разность Wn — W m, (где Wn - влажность центральных слоев, Wnoa - поверхностных) составляет от 4 (макаронная мука) до 2-3% (хлебопекарная мука с различным содержанием клейковины). Медведев F.M. дополняет, что состояние продукта при высушивании зависит от скорости движения воздуха над материалом::чем выше скорость воздуха, тем быстрее отводится от материала испарившаяся влага [61; 65]. При прогреве макаронных изделии возникает также градиент температуры At, под влиянием которого влага стремится переместиться внутрь материала, т.е. по направлению теплового потока, при этом возникает явление термической диффузии. Однако в силу небольшой толщины макаронные изделия быстро прогреваются, происходит выравнивание слоев и градиент температуры становится равным нулю. Практика сушки макаронных изделий показывает, что допустимые скорости испарения влаги и соответствующие им сушильные параметры воздуха различны для первого и второго периодов сушки. В: самом начале сушки может быть допущено на короткое время интенсивное удаление значительного количества влаги до 6-8 %, т.к. изделия еще очень влажны, сохраняют свою пластическую структуру и повышенный градиент влажности не опасен. В результате интенсивного удаления влаги на первом этапе сушки за счет концентрационной диффузии на изделиях образуется тонкая, подсушенная корочка. Если процесс влагоотдачи с: поверхности изделий не будет снижен и разница Wn - пов 3 %, то толщина поверхностного подсушенного слоя увеличится, при этом возможно возникновение градиента влажности, а после сушки образование сетки трещин. В. дальнейшем этот процесс приводит к растрескиванию изделий и образованию лома. Для исключения нежелательного процесса интенсивность дальнейшей сушки должна быть значительно снижена. Исследования сушки макаронных изделий показывают что, если после образования тонкой подсушенной корочки на поверхности изделия на время прервать процесс сушкиу то благодаря миграции влаги из внутренних слоев к внешним, влажность изделия постепенно выравнивается во всей толщине и напряжения, возникшие вследствие градиента влажности, постепенно исчезнут (отволаживание) [Г; 2\. После того как влажность по толщине изделий выравнивается, можно снова возобновить прерванный процесс сушки. Однако последующий этап сушки должен проводиться при более низком уровне сушильной способности воздуха (25-30 г/кг с.в) и при этом скорость миграции влаги из внутренних слоев изделия к наружным значительно снижается [3; 5; 37]. Следует отметить, что для сушки макаронных изделий в лотковых кассетах в шкафных сушилках применяется первый тип режима — непрерывная (традиционная) сушка, для сушки макаронных изделий на бастунах, конвейерных лентах - второй тип режима — прерывисто-ступенчатый (пульсирующий). Прерывисто-ступенчатый режим сложился на протяжении большого исторического промежутка времени в Италии, где макаронные изделия являются 4g национальным продуктом питания. Сушка макарон по этому типу проводилась в естественных условиях при чередовании подсушки на солнце и отволаживании в подвалах. Постепенно этот способ нашел применение в промышленной сушке макаронных изделий. В настоящее время этот режим теоретически обоснован отечественными и зарубежными исследователями [27; 61; 74; 148; 151; 159; 161; 162; 163; 173; 199; 220; 225] и положен в основу производства макаронных изделий на поточных линиях. Особенностью такого режима является то, что в соответствии с изменением структурно-механических свойств макаронного теста изменяются и условия сушки. Процесс сушки при пульсирующем режиме можно разделить на два периода. Первый период - предварительная сушка и в зависимости от того, насколько интенсивен процесс удаления влаги на этом этапе, определяется время предварительной сушки. От количества влаги, удаляемой из макаронных изделий на первом этапе, зависит и общая продолжительность процесса сушки. В поточных линиях время предварительной сушки составляет 0,5 — 1ч и зависит от сушильной способности воздуха, ассортимента высушиваемых изделий, способа сушки и конструктивных особенностей сушилки. За это время удаляется 3-10 % влаги, что составляет до 1/2 от общего количества влаги, подлежащей удалению в процессе сушки [23; 27; 133; 136; 189].
Измерение и регулирование относительной влажности воздуха в сушильной камере
В сушильной камере автоматически регулируется температура и относительная влажность воздуха, а также имеется возможность высушивать длинные макаронные изделия в лотковых кассетах (модуль I), на бастунах (модуль II), в цилиндрических кассетах. Поворотом платформы на 180 изменять положение лотковых кассет, изменять параметры движения цилиндрической кассеты, регулировать скорость воздушного потока. Для обеспечения стабильного теплового режима в процессе опыта установка имеет слой теплоизоляции, в местах соединения отдельных частей сушилки установлены уплотнения.
Воздушный поток в сушильной камере создается центробежным вентилятором с частотой вращения 1400 мин"1. Скорость воздушного потока регулируется вариатором скоростей от 0,5 до 8 м/с. Равномерное распределение воздушного потока в сушильной камере снизу вверх (сверху вниз или слева направо) на высушиваемый объект обеспечивается направляющими шиберами, установленными в соответствующих частей сушильной камеры. Необходимые параметры воздуха в сушильной камере для проведения эксперимента устанавливаются в течение 10-12 мин. Для удобства обслуживания пуск, остановка и регулировка узлов сушильной установки выведены на общий пульт управления (рисунок 2.3, б).
При разработке отдельных узлов экспериментальной сушильной установки были использованы ранее известные конструкции экспериментальных сушилок [51; 92; 101; ЮЗ; 105; 107; 114; 121].
Перед началом проведения эксперимента в сушильную камеру устанавливали необходимый модуль (I, II, III) и подготавливался заданный режим сушки макаронных изделий. После того, как показания температуры сушильного агента устанавливались в камере ±0,5 С и относительной влажности воздуха в ±1%, проводилась загрузка модуля продуктом. Фиксировалась на весах первоначальная масса полуфабриката в кассетах (бастунах). Определение убыли влаги из макарон в процессе сушки фиксировалось на весах через 1 ч, для этого кассета с изделиями выводилась из зацепления с платформой или гребенкой или с механизмом привода в зависимости от того, какой способ сушки применялся, в лотковых кассетах, на бастунах или в цилиндрических кассетах.
В процессе проведения эксперимента фиксировались и; замерялись следующие технологические параметры сушки? и стабилизации макаронных изделий: t, ф, V — параметры сушильного агента (температура, относительная влажность, скорость); Качество высушенных изделий проверялось после каждого опыта по. принятым согласно ГОСТ в; макаронной промышленности органолептическим и физико-химическим показателям. В комплект измерительной регулировочной системы входят: электронный уравновешенный потенциометр переменного тока типа АСП (модель 8403) с пневматическим изодромным регулятором, датчик ДВП и исполнительный механизм ПРК. Относительная влажность воздуха в сушильной камере регулируется устройством выброса или подачи в камеру увлажненного воздуха в пределах от 20 до 100 %. Отклонение от заданной влажности воздуха в сушильной камере ±1 %. Основные технические данные прибора АСП: основная погрешность прибора не превышает ±1% при измерении относительной влажности [41; 50]; основная погрешность показаний и записи прибора не превышает ±0,5% области показаний при температуре окружающего воздуха 20 С; прибор предназначен для работы в стационарных условиях при температуре окружающего воздуха от 0 до 50 С и относительной влажности от 30 до 80 %; вариация показаний прибора не превышает 0,5 % области показаний, а порог чувствительности-0,1 %; дополнительная погрешность показаний, обусловленная только измерением температуры окружающего воздуха, не превышает 0,1 % относительной влажности на каждые 10С отклонения температуры от 20 С; диапазон одного оборота барабана с диаграммой для записи возможно регулировать на 72, 24 и 8 ч. Температура воздуха в сушильной камере поддерживалась и регулируется автоматическим двухпозиционным регулятором температуры ЭАДРТ [114], на который поступает сигнал от датчика температуры, установленного в сушильной камере. Точность регулирования температуры воздуха в камере ±0,5 С. Обогревательным элементом для проходящего воздушного потока в сушильной камере служит восьмисекционный электрокалорифер общей мощностью 3,2 кВт. Электрокалорифер состоит из трех самостоятельных групп: первая группа состоит из четырех секций и включается вручную, при этом температура воздуха в сушильной камере устанавливается в пределах 40-42 С; вторая группа состоит из двух секций, включение ее производится также вручную. При одновременной работе первой и второй групп температура воздуха в сушильной камере устанавливается в пределах 50-53 С, а при работе одной второй группы 40 С. Более точная регулировка заданной температуры нагреваемого воздуха осуществляется с помощью малоинерционной третьей группы электрокалорифера, состоящей из двух секций. Эта группа работает совместно с регулятором температуры. При работе всех трех групп электрокалорифера, автоматически регулируется температура воздуха в сушильной камере в диапазоне 73-80 С, при работе первой и третьей групп регулируется температура в диапазоне 56-63 С, а при работе второй и третьей групп в диапазоне 60-65 С.
Систематизация температурных режимов, способов сушки макаронных изделий и их влияние на показатели качества продукта
Систематические погрешности определяются с точностью измерений даваемых прибором, неточностью отсчетов, допускаемой погрешностью, которую нельзя устранить и учесть с помощью соответствующей поправки [47]. Случайные ошибки вызываются большим числом отдельных причин, появление которых не может быть предусмотрено или устранено. Однако случайные ошибки могут быть учтены, так как при многократных исследованиях для них может быть определен статистический закон. Случайные и приборные погрешности определяют ширину интервала, в котором лежит истинное значение измеряемой величины. Оценка точности полученных результатов производится по их абсолютной (±А) и относительной (±є ) погрешности. Предельная, абсолютная погрешность результата измерения может быть приближенно равна приборной погрешности (Априб). В исследовании процесса сушки существенное значение имеет определение погрешности измерений убыли влаги, температуры и относительной влажности сушильного агента и продолжительности сушки. В наших исследованиях дополнительно введено определение погрешности измерения частоты и амплитуды качания кассет и скорости вращения кассет. Погрешность каждого из измерений определяется отдельно. а). Погрешность в определении убыли влаги в процессе сушки на циферблатных весах ВНЦ-2. Погрешность весов принята равной половине цены деления шкалы весов ±1,0 г. Относительные погрешности взвешивания минимальной навески 500 г и максимальной 2000 г (с учетом массы продукта на всех бастунах или в кассетах), определяются следующим образом: б).
Погрешность определения величины влажности макаронных изделий. Взвешивание производилось на весах АДВ-200, погрешность которых по паспорту 0,01 г. Навеска для определения влажности 5 г. в). Погрешность замеров продолжительности опыта с помощью секундомера. Погрешность секундомера по паспорту 2,5 с за 1 ч. Абсолютная погрешность замера за 24 ч а относительная погрешность замеров: г). Погрешность измерения температуры воздуха. Максимальная температура 60 С. Минимальная температура 30 С. Погрешность регулятора температуры по паспорту ±0,5 С в пределах 20-100С. Относительные погрешности при максимальной и минимальной температуре: д). Погрешность измерения относительной влажности воздуха электронным потенциометром АСП ± 1,0 %. Относительная влажность в камере максимальная 90 %, минимальная 20 %. Относительные погрешности при минимальной и максимальной относительной влажности воздуха следующие: е). Погрешность измерения амплитуды качания кассеты (половина цены деления шкалы транспортира) А = ±0,5 . Относительные погрешности измерений при минимальной амплитуде, равной 100, и максимальной, равной 220, следующие: ж).
Погрешность измерения частоты качания кассеты (1/10 часть одного полного колебания кассеты) ±0,1 качаний в мин. Относительная погрешность при минимальной 10 и максимальной 30 частоте качаний в минуту: з). Погрешность измерения скорости вращения кассеты 0,01 мин " . Систематизированы существующие в мировой практике режимы и способы сушки макаронных изделий по четырем температурным диапазонам: низкотемпературные - НТ; среднетемпературные - СТ; высокотемпературные -ВТ и сверхвысокотемпературные - СВТ (таблица 2.1). Анализируя полученные данные, можно отметить, что в 1960-х годах для сушки длинных макарон в лотковых кассетах использовалась традиционная технология с низкими температурами (НТ). В 1970-1980 годах получило развитие производство длинных, двойных — гнутых (ДГ) макарон с сушкой на бастунах с использованием средних температур. При таких же СТ-режимах проводилась сушка коротких макаронных изделий (короткорезанных и штампованных) на рамках, лентах и в ячейках сушильных аппаратов. Для современного макаронного производства характерна тенденция применения ВТ- и СВТ- режимов в автоматизированных поточных линиях. Отмечая положительное значение высоких и сверхвысоких температур сушки - сокращение ее продолжительности, необходимо учитывать другой основополагающий фактор — улучшение показателей качества макаронных изделий. Особо это имеет значение при использовании в качестве сырья муки не макаронных помолов, например, пшеничной хлебопекарной муки. Здесь необходимо отметить положительное влияние высоких температур сушильного агента на улучшение чистоты цвета высушенных макаронных изделий и- их органолептических и физико-химических показателей качества после варки (таблица 2.2). Современная концепция получения макаронных изделий с заданными; технологическими; свойствами и доведения этой продукции; до потребителя требует рассмотрения; всего системного комплекса; состоящего; из; двух взаимосвязанных технологических систем: «Производство макаронных изделий» и «Хранение макаронных изделий» (рисунок 2:8) [82]. Для осуществления системного анализа комплекса процессов, происходящих при производстве и хранении макаронных изделий, необходимо jQf изучить данных объект, его характерные особенности и методы оценки качества производимого продукта. Макаронные изделия, как продукт питания характеризуется высокой пищевой и энергетической ценностью с возможностью длительного хранения без изменения показателей качества. Получение показателей качества макаронных изделий и их последующая сохранность решается при соблюдении комплекса взаимосвязанных технологических и технических требований, таких как: показатели качества и свойства сырья; технология производства; оптические защитные характеристики упаковочных материалов, климатические условия и продолжительность хранения продукта; технический уровень и оснащение поточных линий и складов хранения готовой продукции. И в этой связи в обеспечении высокого уровня взаимодействия качества сырьевых ресурсов и технологических систем заложены резервы эффективности производства и хранения макаронных изделий. На основе разработанной автором методики оценки стабильности технологического процесса производства макаронных изделий на поточных линиях и условий их хранения в складе готовой продукции, [79; 81] был осуществлен всесторонний системный анализ процессов производства и хранения макаронных изделий [77]. Исходя из данных приведенного анализа, построен график целей и задач системного комплекса: технологической системы производства макаронных изделий и системы хранения макаронных изделий (рисунок 2.9), вершины которого представляют собой цели подсистемы, а ребра ее задачи, поставленные перед соответствующими подсистемами. Цели графика определяются технологией производства макаронных изделий и условий их хранения, а задачи
Исследования реологических характеристик сырых макаронных изделий из муки с различным содержанием клейковины
Проблемы выбора ассортимента длинных макаронных изделий при сушке на бастунах и качества получаемого продукта в основном возникают при использовании пшеничной хлебопекарной муки. Визуальный анализ поведения сырых макаронных изделий на бастуне от начала их сушки в производственных условиях позволяет сделать следующий вывод: наибольшую нагрузку на разрыв и изгиб несет сечение изделия, находящееся на перегибе на бастуне; на стадии предварительной сушки на перегибе в изделии появляются микротрещины; интенсификация трещинообразования происходит за счет колебательных движений висящих изделий, вызванных воздушными потоками сушильного агента. С целью изучения вопросов, связанных с разрушением структуры сырых макарон в процессе сушки на бастунах, находящихся в состоянии постоянного усилия напряжения (Go 0,02-0,005 Н) при растяжении, нами были проведены на приборе «Строганова», модернизированном автором, исследования деформации тестовых заготовок от прилагаемой нагрузки. Тестовые заготовки диаметром 2 мм изготавливались из муки твердых пшениц и пшеничной хлебопекарной муки высшего сорта с влажностью 30-22 % на лабораторном макаронном прессе фирмы «Брайбанти». Показатели качества муки твердых пшениц (ТУ 8 РФ 11-102-92): клейковина сырая — количество 29,5%; растяжимость 20 см; показатель деформации — ед. пр. ИДК - 89. Показатели качества муки пшеничной хлебопекарной высшего сорта (ГОСТ 26574-85): клейковина сырая, количество -28,5 %; растяжимость 18 см; показатель деформации — ед. пр. ИДК - 75. Отформованные сырые тестовые заготовки нарезались на отрезки равной длины 200 мм и их концы плотно фиксировались в специальных зажимах, затем тестовые заготовки устанавливались и закреплялись на приборе (см. описание прибора и методика проведения эксперимента в подразделе 2.1.3.3). Необходимую влажность тестовых заготовок 22 и 24 % перед экспериментом обеспечивали предварительным подсушиванием в сушильной камере при мягких технологических режимах: температура сушильного агента 32-33 С. Результаты замеров деформации при растяжении тестовых заготовок приготовленных из хлебопекарной муки высшего сорта и муки твердых пшениц приведены в приложении 3.3. Получена зависимость деформации от продолжительности прилагаемой нагрузки, из которой можно отметить, что в начальный период после приложения нагрузки (рисунок 3.6, а) деформации возрастают. Наибольшая деформация образцов достигалась перед разрывом через (8 ±0,5) с при их влажности 28- 30 %, наименьшая через 2 - 6 с при влажности заготовок 22-24%. Этому показателю деформации ev отрыва макаронных нитей соответствует предел прочности GT. По значениям деформации тестовых заготовок вычислены средние значения их длин / для соответствующих показателей продолжительности X приложения нагрузки.
С учетом, что длина тестовых заготовок Y изменяется по линейному уравнению где К и М - коэффициенты зависимости от влажности тестовых заготовок, равной 22— 30%. Результаты расчетов длин тестовых заготовок, приготовленных из муки твердых пшениц и из муки пшеничной хлебопекарной высшего сорта приведены в приложении 3.3. Полученный массив данных обработан по плану двухфакторного эксперимента (приложение 3.4). Найдена зависимость изменения длин тестовых заготовок от продолжительности их нагружения и влажности заготовки. Получена математическая модель процесса для тестовых заготовок приготовленных из муки твердых пшениц: и тестовых заготовок, приготовленных из муки пшеничной хлебопекарной высшего сорта: где т - продолжительность нагружения тестовой заготовки, с; W - влажность тестовой заготовки, %. Следовательно, предел прочности находится в зависимости от влажности тестовых заготовок. После проведения соответствующих расчетов предела прочности GT в зависимости от влажности тестовых заготовок из макаронного и хлебопекарного теста построены их графики (рисунок 3.6, б), из которых следует, что заготовки из муки твердых пшениц выдерживают большие нагрузки, чем заготовки из пшеничной хлебопекарной муки.
При снижении влажности заготовок уменьшается их предел прочности, что приводит к появлению трещин и разрушению структуры тестовой заготовки. Анализ зависимости прочности от влажности при растяжении тестовых заготовок в виде отформованного жгута свидетельствует, что в начальный период подтверждается закономерность данной реологической модели в процессе сушки. Ее адекватность в основном предопределяется вязко-упругими свойствами материала. Измерение пластичности и прочности сырых тестовых заготовок, изготовленных из муки твердых пшениц, видимо, связано с содержанием сырой клейковины и ее показателями качества, а также размером частиц муки, так как у крупки этот показатель выше, чем у муки хлебопекарной. При снижении влажности продукта до 22 % и ниже пластические деформации постепенно исчезают и испытуемый продукт проявляет свойства чисто хрупкого тела, но в любом случае пластично-прочностные характеристики полуфабрикатов, изготовленных из макаронной муки, имеют более высокие показатели и остаются на достаточно высоком уровне, исключающим вытягивание и обрывание изделий с бастунов в зоне предварительной сушки [2; 59; 64]. На основе изменений показателей предела прочности (GT) от влажности (W) тестовых заготовок, приготовленных из муки твердых пшениц и пшеничной хлебопекарной высшего сорта, проведена математическая обработка массива данных по плану двухфакторного эксперимента. Получены степенные математические модели в натуральном выражении (приложение 3.4): для тестовых заготовок из муки твердых пшениц для тестовых заготовок из муки пшеничной хлебопекарной Сумма отклонений экспериментальных показателей и расчетных по математической модели параметров не превысила 0,6 %. Проведены исследовательские работы в условиях, приближенных к производственным, на экспериментальной сушильной установке (рисунок 2.3 модуль П) в целях изучения влияния типа муки, из которой изготавливались длинные (ДГ) макаронные изделия, на количество отрывов с бастунов. Исследования проводились на ассортименте макаронных изделий диаметром:: 1,56 и 1,78 мм (спагетти); 3,0 и 4,5 мм с толщиной стенки 0,9-1,0 мм (таблица 3.9). Сходимость эксперимента определялась одинаковой влажностью отформованных макарон W„ = (30 ±0,5) % и постоянными параметрами сушки. Анализируя полученные значения можно отметить: независимо от типа и показателей качества муки при увеличении диаметра макарон и их массы возрастает количество отрывов макаронных прядей на бастунах. Наибольшее количество отрывов наблюдается в макаронных изделиях, изготовленных из хлебопекарной муки высшего сорта, кроме «спагетти» диаметром 1,56 и 1,78 мм. Макаронные изделия из муки твердых пшениц не имели отрывов и осыпи с бастунов независимо от их ассортимента. Необходимо отметить, что максимальный диаметр макарон «спагетти» из пшеничной хлебопекарной муки высшего сорта при сушке на бастунах возможен до 1,78 мм, так как при его увеличении возрастает количество отрывов макаронных пряжей [133; 145].
Похожие диссертации на Совершенствование технологии производства макаронных изделий на основе разработки рациональных режимов сушки и условий хранения
