Мукомольная промышленность

Современное состояние техники и технологии влаготепловой обработки круп

Среди многообразия варочных аппаратов можно выделить следующие виды: барабанные или емкостные («ВА-800М»); ленточные; шахтные; аппараты с использованием новых физических методов (ИК, ТВЧ, СВЧ и т.д.); комбинированные («А2-КВА»).

Основные технико-экономические показатели отечественного варочного оборудования представлены в таблице 1, а классификация оборудования для влаготепловой обработки пищевого сырья приведена на рисунке  1.

Таблица 1 - Техническая характеристика варочно-сушильного оборудования
Таблица 1 — Техническая характеристика варочно-сушильного оборудования
Классификация оборудования для влаготепловой обработки пищевого сырья
Рисунок 1 — Классификация оборудования для влаготепловой обработки пищевого сырья

К числу наиболее распространенных следует отнести варочные аппараты барабанного типа, как правило, периодического действия.  Основным рабочим органом в них является вращающийся барабан, в который через приемный люк загружают продукт.

Отличаются они конструкцией перемешивающих устройств, подачей пара и воды. Так, в аппарате, созданном в Японии фирмой «К.К.Есикава сэйсакусё, Ямамото Есио», внутри вращающегося барабана установлена ленточная спираль для эффективного перемешивания продукта, а пар и вода подаются поочередно из перфорированной трубы, установленной в верхней части барабана (рисунок 2).

1 - барабан; 2 - ленточный питатель; 3 - камера; 4 - бандаж; 5 - паропровод; 6 - ось; 7 – привод Рисунок 2 - Устройство для варки зерновых
1 — барабан; 2 — ленточный питатель; 3 — камера; 4 — бандаж; 5 — паропровод; 6 — ось; 7 – привод
Рисунок 2 — Устройство для варки зерновых

Фирма «Schulе» (ФРГ) разработала варочный комплекс из двух варочных аппаратов, который работает следующим образом. С помощью объемного дозатора отмеривается определенное количество продукта, которое подается в один из бункеров, находящихся над двумя варочными аппаратами. Процесс варки происходит насыщенным паром под давлением периодически, с добавлением порций воды. В варочные аппараты встроены паровые сопла для нагнетания пара. Варочные барабаны вращаются для более равномерного разваривания крупы и уменьшения образования комков. После окончания варки продукт выгружают в бункера, оборудованные ворошителями для разбивания комков, образующихся в процессе варки крупы.

К подобному типу относится разработанное в Японии устройство для непрерывной варки зерна паром под давлением с помощью принудительной циркуляции, которое состоит из герметичного резервуара емкостного типа, где установлены перегородки с отверстиями для пара и воды. Перегретый пар под избыточным давлением подают под нижнюю перегородку через канал (рисунок 3). Крупа, помещенная в резервуар, взлетает к верхней перегородке под действием потока пара, который равномерно и в короткий промежуток времени обваривает всю поверхность крупинок.

1 - герметичный резервуар; 2 - верхняя перегородка; 3 - нижняя перегородка; 4 - паропровод; 5 - циркуляционный трубопровод; 6 - подогреватель; 7 - задвижка. 8 - канал подвода пара; 9 - подшипниковый узел; 10 - канал для отвода пара Рисунок 3 - Устройство для непрерывной варки
1 — герметичный резервуар; 2 — верхняя перегородка; 3 — нижняя перегородка; 4 — паропровод; 5 — циркуляционный трубопровод; 6 — подогреватель; 7 — задвижка. 8 — канал подвода пара; 9 — подшипниковый узел; 10 — канал для отвода пара
Рисунок 3 — Устройство для непрерывной варки

К варочным аппаратам непрерывного действия относится разварник типа «Bokfard» фирмы «Royal Lassie Mill» (Нидерланды). В этом аппарате вращавшийся барабан изнутри покрыт силиконом или тефлоном для предотвращения прилипания материала.

Однако, несмотря на распространение аппаратов этого типа, они имеют ряд недостатков: повышенный удельный расход теплоты на проведение технологического процесса, значительная металлоемкость оборудования и др.

Следует отметить, что после варки в аппаратах, работающих под давлением, частицы крупы приобретают плотное строение из-за специфических особенностей протекания клейстеризаиии крахмала и денатурации белка. При этом влага прочно связывается с материалом и при дальнейшей сушке приходится затрачивать теплоту не только на нагрев материала и испарение влаги, но и на преодоление связи влаги с материалом. Дополнительный расход теплоты в этом случае составляет 15…20 % общего количества, идущего на испарение влаги. К другой группе наиболее распространенных варочных аппаратов непрерывного действия относятся ленточные, в которых варку продукта осуществляют паром или паровоздушной смесью при температуре 100…110 °С.

Конструктивно аппараты этого типа выполнены в виде ленточного конвейера, который движется с заданной скоростью, а лопастные ворошители и направляющие стенки создают благоприятные условия для равномерной варки продукта, препятствуя слипанию и комкованию частиц.

Во Франции запатентован аппарат (рисунок 4) для варки и сушки круп, который включает в себя устройство для замачивания, питатель, ленточный конвейер, варочную и сушильную камеры. Наклонным шнеком зерно из устройства для замачивания подается на ленточный конвейер, откуда оно поступает в варочную камеру. Слой материала высотой 0,1 м перемещается вдоль камеры тем же конвейером со скоростью 0,25 м/мин.

1 – загрузочная колонка; 2 – устройство для замачивания; 3 – ленточный конвейер; 4 – варочная камера; 5 – форсунки для подачи пара; 6 – лопастной ворошитель; 7 – сушилки; 8 – привод шнеков сушилок; 9 – вентилятор с калорифером; 10 – бак для воды Рисунок 4 - Аппарат для сушки и варки круп
1 – загрузочная колонка; 2 – устройство для замачивания; 3 – ленточный конвейер; 4 – варочная камера; 5 – форсунки для подачи пара; 6 – лопастной ворошитель; 7 – сушилки; 8 – привод шнеков сушилок; 9 – вентилятор с калорифером; 10 – бак для воды
Рисунок 4 — Аппарат для сушки и варки круп

Изготовленная из синтетического каучука лента конвейера может выдерживать нагрев до 160…180 °С. Процесс варки осуществляют подаваемым через специальные форсунки паром температурой 105…110 °С. Форсунки изготовлены под углом 60° по ходу движения продукта с шагом 0,15 м на расстоянии 0,025 м от ленты конвейера. С целью получения равномерно сваренной крупы в начале, в середине и конце варочной камеры размещены вращающиеся лопастные ворошители для перемешивания.

В конце варочной камеры через форсунки поступает холодный воздух, после чего охлажденный сваренный продукт направляется в сушильное устройство с двумя горизонтальными последовательно установленными шнеками.

Сушку проводят подачей нагретого воздуха непосредственно в полые валы шнека. На валах шнеков закреплены перемешивающие лопатки для обеспечения равномерной сушки.

Для улучшения непрерывной варки круп в аппарате, разработанном в Японии, с ленточным транспортером предусмотрено применение пароструйных эжекторов, обеспечивавших принудительную циркуляцию пара в надслоевом пространстве крупы.

Недостатками аппаратов ленточного типа являются: небольшая поверхность контакта материала с теплоносителем; необходимость контроля за равномерностью высоты слоя продукта на ленте; наличие подсосов воздуха вследствие неудовлетворительной герметизации аппаратов; недостаточный диапазон изменения скоростей лент; повышенное аэродинамическое сопротивление аппарата.

В некоторых странах направление получения качественного продукта, обладающего высокими потребительскими свойствами, доминирует над конструктивным исполнением оборудования для осуществления технологических процессов. Очевидно, это связано с компенсацией затрат на производство нетехнологичного, с точки зрения изготовления, оборудования за счет высокой стоимости готовой продукции. Например, в Японии разработано устройство для производства фасованного риса, которое содержит плоские прямоугольные коробки с крышками. В коробки герметично закладывают запечатанные мешочки из синтетической термоустойчивой пленки, содержащие промытый рис, с определенным количеством воды и воздуха.

Известны также шахтные варочные аппараты непрерывного действия, в которых продукт движется в колонне самотеком сверху вниз. Однако, широкого распространения в промышленности данный тип аппаратов не получил, так как кроме трудностей ремонта, монтажа, для предотвращения зависания материала при эксплуатации аппарата необходимо предусматривать колебания шахты при помощи вибратора, что связано с негативным воздействием на организм обслуживающего персонала и окружающую среду.

Устройство, разработанное в США, для непрерывной варки пищевых продуктов туннельного типа с использованием терморадиационного нагрева, работает следующим образом. Исходное сырье подают через входное отверстие в удлиненный корпус при помощи шнекового транспортера имеющего меньший шаг вблизи входного отверстия корпуса, чем у его разгрузочного отверстия. При перемещении продукта транспортером через корпус, имеющий источник нагрева, осуществляется его варка. Около входного отверстия продукт перемещается медленнее, а варится быстрее, чем около разгрузочного отверстия, где перемещение происходит быстрее, а варка — медленнее.

Помимо рассмотренных варочных аппаратов следует отметить аппараты с использованием энергии сверхвысоких частот. Варку в этих аппаратах ведут в сосуде-резонаторе с использованием энергии СВЧ, получаемой посредством излучателямагнетрона или клистрона. Преимуществом такого способа варки является быстрое нагревание материала и большая глубина проникновения микроволн в продукт. Однако практическое применение в промышленности аппаратов с энергией СВЧ задерживается из-за высокой их стоимости.

Процесс варки необходимо неразрывно рассматривать с последующей стадией обработки материала – его сушкой, также обусловливающей качество продукта и характеризуемой высокими энергозатратами.

В настоящее время наблюдается тенденция к развитию комбинированных установок, позволяющих последовательно проводить варку и сушку круп. Такие установки дают возможность устранить промежуточные транспортные и погрузочно-разгрузочные операции, уменьшить потери теплоты и автоматизировать процесс управления. Внедрение их в пищеконцентратную промышленность привело бы к снижению стоимости оборудования и сокращению эксплуатационных расходов. В связи с этим представляет интерес опытно-промышленная установка CBH-I непрерывного действия для варки и сушки круп.

К оборудованию данного типа относится комбинированная установка для гидратации и варки круп «А2-КВА» непрерывного действия, состоящая из аппарата для варки круп и установленного над ним аппарата для гидратации.

К недостаткам установки следует отнести: высокие удельные затраты электроэнергии; низкую эффективность использования энергетического потенциала теплоносителя, связанную с нерациональным использованием теплоносителя в процессе варки и сушки круп; относительно высокую металлоемкость установки; сложность автоматизации процесса.

Преимуществами аппаратов данного типа являются сокращение продолжительности варки, использование более низкой температуры в процессе варки, по сравнению с варкой под избыточным давлением, что повышает качество готовой варено-сушеной крупы, снижение потери тепла, надежность и безопасность эксплуатации, возможность автоматизации процесса управления.

Известна также установка для термической обработки зерна, в которой устройство для варки расположено внутри устройства для сушки и оба выполнены в виде вертикальных винтовых виброконвейеров.

Варочно-сушильный аппарат непрерывного действия для варки и сушки круп предусматривает их обработку в виброкипящем слое. Однако, эти установки не нашли практического применения в пищеконцентратном производстве поскольку довольно сложны в эксплуатации, имеют невысокую надежность в работе и обладают недостатками, присущими использованию вибрации.

Общим признаком известного варочного оборудования является осуществление варки круп в плотном слое с периодическим перемешиванием продукта в течение всего процесса. Однако данный способ характеризуется значительной продолжительностью процесса, лимитирующей другие технологические стадии производства крупяных концентратов и обусловливающей снижение качества готового продукта.

Вместе с тем, активное перемешивание продукта обеспечивает более равномерную обработку по всему объему крупы и препятствует слипанию и комкованию ее частиц.

В результате проведенного анализа способов ГТО и варки круп были выявлены наиболее характерные тенденции совершенствования технологии. Необходимо выделить следующие основные направления в разработке способов ГТО и варки крупы.

В последнее время значительное внимание уделяется возможности использования перегретого пара на одной из стадий производства крупяных концентратов. Так, в частности, в способе производства крупяных концентратов гидротермическую обработку крупы проводят под избыточным давлением в две стадии, на первой из которых продукт обрабатывают перегретым паром в течение 3…5 минут, а на второй — насыщенным паром в течение 8…13 минут. Аналогичное применение перегретого пара предложено в способе производства толокна.

Представляет интерес способ варки зерновых, обеспечивающий конденсацию отработанного после варки пара с получением горячей воды, содержащей экстрагированные из крупы компоненты, и направление этой воды на предварительный обогрев и замачивание исходного сырья.

Все более широкое применение в процессе варки находит попеременная периодическая обработка продукта паром и горячей водой.

Заслуживают внимания также способы производства варено-сушеных круп, предусматривающие их вспучивание, воздействие на крупу переменным электромагнитным полем и ксеротермическую обработку, одностадийную ПГТО, совмещенную с варкой при производстве гречневой крупы, не требующей варки, двухстадийную варку с выдержкой продукта в конце процесса, переменную обработку крупы паром и воздухом и использованием для варки риса перегретого пара температурой 373,6…423,0 К без добавления воды.

Наибольшее распространение в нашей стране и за рубежом получили способы, основанные на механическом воздействии на продукт. Плющение продукта предполагает глубокую гидротермическую обработку. Наиболее характерной является технологическая схема производства пищевых концентратов, предложенная фирмой «Pressindustria» (Италия).

В соответствии с разработанной схемой целую или дробленую крупу с поддонов транспортером подают в приемный бункер, затем с помощью пневмотранспортера — в аппараты сухой очистки. Чистую крупу хранят в силосах, откуда пневмотранспортером через приемную емкость направляют в установку для гидратации, где крупа увлажняется, что положительно влияет на последующий процесс варки, который осуществляют в паровом варочном аппарате непрерывного действия. Вареную крупу пропускают через механический рыхлитель, затем подают в сушилку, где влажность обрабатываемого продукта понижают до значений, необходимых для успешного выполнения операции плющения. Цель плющения — уменьшение толщины крупинок и частичный разрыв ткани эпидермиса крупы, что способствует быстрому удалению влаги при сушке и набуханию при восстановлении.

После подсушивания крупу вновь пропускают через механический рыхлитель, затем на плющильной установке получают крупяные хлопья, которые досушивают в сушилке до влажности 7…8 % и после контрольного просеивания на сепараторе направляют в силосохранилище. После этого продукт поступает на фасовочно-упаковочное оборудование и обандероливающий автомат. По этой технологии можно получать варено-сушеные крупы и овощи, входящие в рецептуру овощных супов быстрого приготовления. Эти продукты могут изготовляться с ароматизаторами, вкусовыми добавками или витаминами.

Однако недостатком круп, полученных методом двукратной сушки с промежуточным плющением, является значительное уменьшение объемной массы и хрупкая консистенция готового продукта.

Для достижения высокой степени готовности вареной крупы была разработана технологическая схема производства варено-сушеных круп, в которой после сухой очистки крупу увлажняют перед двухступенчатой варкой. Технологический процесс протекает следующим образом. Крупу с поддонов транспортером подают в приемный бункер, затем — на аппараты сухой очистки. Чистую крупу смачивают в установке путем впрыскивания воды в толщу продукта. Крупа равномерно увлажняется во время выдерживания ее на ленточных увлажнителях, после чего поступает в аппарат предварительной варки для обработки отработанным паром, выходящим из основного варочного аппарата.

Крупу варят в аппарате, после чего, если требует технология, плющат на установке и сушат до необходимой влажности в сушилке. Продукт после охлаждения на последней ленте сушилки поступает в дозировочные бункера, затем на станции производства насыпных или брикетированных концентратов первых и вторых обеденных блюд. Крупа, полученная таким способом, имеет высокую степень желатинизации крахмала (98 %) и хорошую усвояемость. Линии по производству крупяных продуктов автоматизированы; применены микропроцессоры, снабженные дисплеями и печатающими устройствами, с которых ведется управление установками и контроль за соблюдением рецептур, рабочих параметров обработки, учет используемого сырья и готового продукта.

Для получения продукции высокого качества в технологических процессах за рубежом все чаще применяется ГТО. Существует много способов, отличающихся длительностью увлажнения, пропаривания, температурой воды и т.д.

Процесс гидротермической обработки изменяет как физические свойства зерна, способствуя повышению технологических достоинств, так и его химический состав. Например, замачивание риса перед его пропариванием способствует проникновению внутрь ядра не только воды, но и ряда растворимых веществ, в том числе витаминов В1, В2, РР и Е, повышающих питательную ценность риса.

К наиболее характерным следует отнести способ производства рисовой крупы, разработанный в Одесском технологическом институте пищевой промышленности (ОТИПП) и предусматривающий обработку очищенного от примесей зерна раствором перманганата калия при концентрации 0,2…0,4 % с последующей дополнительной обработкой 0,4…0,6 %-ым водным раствором щавелевой кислоты. При этом обработка перманганатом калия длится 20…25 с последующим отволаживанием в течение 4…6 мин, а раствором щавелевой кислоты – 3…4 мин с продолжительностью отволаживания 6,0…6,5 ч. Увлажнение и отволаживание обработанного зерна проводят в два этапа: на первом этапе увлажнение длится 20…25 с, на втором – 15…20 с, а отволаживание — соответственно в течение 6…7 ч и 6,5…8,0 ч. Далее зерно пропаривают при давлении пара 0,06…0,06 МПа в течение 4…5 мин, а сушку осуществляют в две стадии: теплоносителем температурой 35…40 °С до влажности зерна 19…20 % и теплоносителем температурой 50…60 °С до требуемой влажности. При сушке теплоноситель подается периодически в течение 4…5 мин с последующим отволаживанием, длящимся 9 мин.

При осуществлении этого способа удается сохранить цвет ядра исходного риса и увеличить на 10 % усвояемость белков.

Согласно способу производства быстроразваривающейся крупы, включающему ее очистку, ГТО, варку в плотном свое насыщенным водяным паром при атмосферном давлении и сушку перегретым паром, при варке используют пар с температурой 105…110 °С, подаваемый со скоростью 1,0…4,0 м/с в течение 10…15 мин., а при сушке применяют пар температурой 150…170 °С, подаваемый со скоростью 0,8…3,2 м/с в течение 5…15 мин до конечной влажности 8…9 %. Насыщенный пар, поступающий на варку, представляет собой отработанный теплоноситель после сушки. Высокая скорость теплоносителя предотвращает слипание крупы. Кроме того, продолжительность варки и сушки по данному способу сокращается в 1,4 раза. Содержание жира в крупах, обработанных по этому способу, повышается на 9 % в сравнении с известными, общее содержание водорастворимых веществ — в 1,1 раза, содержание витаминов группы В — на 12 %.

По способу, предложенному в США, для получения быстроразваривающегося белого риса его вымачивают в воде при температуре 20…25 °С в течение 1 ч, затем варят 4…6 мин, высушивают горячим воздухом температурой 140…150 °С в центробежной сушилке в псевдоожиженном слое.

Представляет интерес способ приготовления быстроразваривающегося риса, запатентованный в Японии, согласно которому крупу промывают, замачивают в воде на 10…15 ч с доведением содержания влаги в размягченном рисе до 30…34 %, после чего смешивают с поверхностно-активными веществами в количестве 0,1…1,0 %. Затем рисовые зерна желатинизируют в течение 5…30 мин паром при температуре 100…140 °С и избыточном давлении 0,103…0,368 МПа. После этого рис выдерживают при температуре 20…100 °С до достижения влажности 18…35 %.

Обезвоживание можно осуществлять также с добавлением рисовой муки иди крахмала, поглощающих избыток воды. Необходимо отметить, что при содержании влаги менее 18 % крупинки разрушаются при прессовании; более 35 % — прилипают одна к другой и к стенкам аппарата. Рисовые зерна прессуют, пропуская их между валками экструдера.

При прессовании крахмальные ткани риса становятся упругими и мягкими, а между ними образуются небольшие зазоры, вследствие чего рис становится достаточно эластичным и может легко расширяться и сжиматься под действием усилия, а также восстанавливаться до первоначальной формы при снятии его. В соответствии с этим в прессованном рисе улучшаются характеристики теплопередачи и водопроницаемости, что позволяет быстро и равномерно восстановить крупу при варке в горячей воде, а последующие процессы вспучивания и сушки проводить при относительно низкой температуре. Для облегчения операции увеличения в объеме рис выдерживают на воздухе при 20…100 °С, высушивая его до влажности 8…25 %. Вспучивание риса осуществляют высокочастотным электронагреванием при температуре 160…450 °С и частоте 300…3000 МГц. При этом температуру, электрическую мощность, частоту тока для процесса вспучивания выбирают с учетом количества прессованного риса и его влажности. Обработанный таким образом продукт можно приготовить для употребления в пищу за 3…5 мин после заливки горячей водой.

Недостатком данных способов является то, что замачивание риса в течение длительного времени приводит к потере сухих веществ (до 5 %), водорастворимых витаминов В1, B2 и РР (наиболее полноценных по аминокислотному составу), водо- и солерастворимой фракции белка, что снижает качество готового продукта.

В результате длительной ГТО происходят нежелательные явления, например, образуются сильно окрашенные соединения сахаров с белковыми веществами — меланоидины, на что указывает потемнение круп во время варки. Сахара и белковые вещества, вступившие в реакцию меланоидинообразования, не усваиваются организмом, поэтому эти реакции нежелательны, как и гидролиз жира. Это ведет к образованию перекисей и распаду их на вещества, придающие продукту неприятный запах и прогорклый привкус.

Одним из реальных путей сохранения пищевой ценности обработанных круп является сокращение времени теплового воздействия. Так, с этой целью по способу, разработанному в ОТИПП, после мойки крупу пропитывают в течение 1,5…2,8 мин водным 0,3…1,4 %-ым раствором уксусной кислоты, содержащим незаменимые аминокислоты, при одновременном воздействии переменным электромагнитным полем напряженностью (21…46)·104 А/м при температуре раствора 32…48 °С. Перед сушкой крупу подвергают ксеротермической обработке до снижения содержания влаги в ней на 5…8 %. Моют крупу не более 30 с при температуре воды ниже температуры клейстеризации крахмала.

Получению быстроразваривающейся крупы способствует ее гидратация в процессе мойки. Длительность разваривания продукта в этом случае составляет 5…7 мин. Например, способ производства гречневой крупы, не требующей варки, разработанный во ВНИИзерна, предусматривает увеличение выхода продукта и улучшение его качества путем обеспечения более полной клейстеризаиии крахмала в крупе. С этой целью мытую и увлажненную до 27…30 % крупу подают в варочный аппарат, в котором ГТО и варку ведут одностадийно. При этом крупу обрабатывают насыщенным водяным паром под давлением 0,13…0,15МПа в течение 18…22 мин при непрерывном перемешивании, а процесс варки — путем добавления расчетного количества воды под давлением пара 0,1…0,12 МПа в течение 13…17 мин. Сваренную крупу направляют на испарительную чашу для разрыхления комков, подсушивают до влажности 23 % при температуре 150 °С.

Подсушенную крупу направляют на плющильные станки при рабочем зазоре 0,5…0,6 мм. Далее продукт высушивают до конечной влажности 10 % при температуре теплоносителя 130оС и направляют на фасование и упаковывание. При достижении по предлагаемому способу равномерного увлажнения, высушивания крупы, плющения выход готового продукта увеличивается на 1,5…2,0 %. Однако при всех достоинствах предварительной ГТО необходимо отметить и недостаток — потеря ценных веществ (например, в процессе мойки и варки гречневой крупы теряется часть жирных кислот).

При мойке в проточной воде гречневая крупа поглощает максимальное количество воды в течение 3 мин до достижения влажности 27…28 %. Более продолжительная мойка не приводит к заметному повышению влажности, причем наблюдается растрескивание оболочки крупинок, что осложняет технологический процесс. В неподвижной воде нарушение оболочки отдельных крупинок начинается через 5 мин после подачи воды в гречневую крупу, а через 30 мин набухания основная масса крупинок оказывается с лопнувшей оболочкой и отмечается вымывание мучнистого эндосперма. Поэтому при производстве вареной крупы необходимо определить рациональные режимы тепловлажностной обработки с учетом не только увеличения выхода готового продукта, но и получения крупы высокой пищевой ценности.

К числу прогрессивных направлений совершенствования технологии относится обработка сырья различными веществами с целью улучшения потребительских достоинств готового продукта.

В способе, разработанном в Японии фирмой «Хосино буосан К.К.», полированный рис пропитывают водным раствором гидроксида натрия или аммония, нейтрализуют разбавленным раствором соляной кислоты и измельчают после процессов α-модификации и набухания. Полученную рисовую муку, обладающую рядом ценных свойств, используют для приготовления пищевых продуктов.

Другой способ приготовления риса (Япония) отличается тем, что к измельченному после α-модификации рису с амилопектином или другим высокомолекулярным поверхностно-активным веществом добавляют воду и обрабатывают паром, затем смесь формуют под давлением, обрабатывают паром и сушат.

Находит все более широкое применение попеременная периодическая обработка продукта паром и горячей водой.

В этой связи представляется оригинальным устройство, разработанное фирмой «Кадзия Харуо», позволяющее за счет последовательного перемещения продукта по замкнутому контуру, включающему стадии загрузки и выгрузки, добиться поочередной обработки продукта паром и горячей водой (рисунок 5).

1 - корпус; 2 - направляющие; 3, 4 - шкивы; 5 - транспортирующий орган; 6 - окно корпуса; 7 - увлажнители; 8, 9 - патрубки подвода и отвода пара Рисунок 5 - Устройство для варки риса по замкнутому контуру
1 — корпус; 2 — направляющие; 3, 4 — шкивы; 5 — транспортирующий орган; 6 — окно корпуса; 7 — увлажнители; 8, 9 — патрубки подвода и отвода пара
Рисунок 5 — Устройство для варки риса по замкнутому контуру

По другому способу варки неочищенного риса, разработанному в Японии, сырье с водой загружается в варочный котел, нагреваемый поочередно несколько раз до 85…95 °С, не доводя до кипения воды. Последующая варка происходит с использованием пара.

Много внимания уделяется выпуску фасованных пищевых продуктов с последующей их герметизацией и дообработкой.

Так, по способу приготовления вареного риса в упаковке, разработанному фирмой «Исида Сино» (Япония), рис промывают и замачивают водой в 2,3…2,5 раза большего количества по сравнению с исходной крупой. Далее воду доводят до кипения и рис варят 2…5 мин. Когда количество вареного риса к недоваренному составит 2,20…2,45 тепловлажностную обработку прекращают, продукт упаковывают и не более 3 мин герметизируют при температуре более 80 °С. Одновременно рис при варке стерилизуется.

Способ получения быстроприготовленного риса в упаковке, разработанный фирмой «Кюби К.К.» (Япония), включает после промывки зерна водой его обработку клейкой жидкостью, доводя общее влагосодержание до 38…47 %. Затем продукт упаковывают, герметизируют и стерилизуют при температуре более 100 °C.

По способу, разработанному в Японии, для приготовления консервированного вареного риса полированную крупу промывают и выдерживают в водном растворе целлюлозы, затем моют водой и вводят алифатический карбоксилат сахарозы. После этого приготовленную смесь подают в герметическую емкость для стерилизации продукта нагреванием.

Для приготовления вареного риса по способу, заявленному фирмой «Хокурэн когё Кедо кумкай рэнгокай» (Япония), варка осуществляется постадийно с выдержкой продукта. Исходный рис вымачивают при 20…25 °С и варят 7…15 мин, затем вымачивают в теплой воде 2…15 с и варят 7…15 мин, выдерживают то же время в теплой воде и снова варят 7…15 мин, после чего выдерживают в теплой воде, которая может содержать различные приправы. Затем крупу сушат 2…15 мин и герметично упаковывают.

Заслуживает внимания способ производства вареносушеного риса, запатентованный в США. По этому способу для скоростной варки слой крупы толщиной 3…10 мм размещают на перфорированной транспортерной ленте в закрытой камере. Над слоем риса, перемещаемым в процессе обработки, периодически распыляют попеременно струи воды и пара в количествах, достаточных для полной клейстеризации с обеспечением влажности 52…73 % и температуры 87…95 °С. Продолжительность распыления воды составляет 5…40 с, а подача пара — 0,5…4 мин. Пар подается под избыточным давлением 0,38…0,60 МПа при 135…160 °С. После этого желатинизированный рис транспортерной лентой подают в камеру сушки. Рис высушивается в два этапа: вначале в течение 2…3 мин при 100…140 °С до влажности 25…30 %, затем 20…30 мин при 50…70 оС до 10…14 %-ной влажности. Приготовленный таким образом рис пригоден для употребления в пищу после 5-минутного разваривания в кипящей воде.

По способу, разработанному в Японии, процесс варки риса протекает в две стадии. Установка (рисунок 6) для варки крупы относится к аппаратам непрерывного действия. В ее состав входит загрузочный бункер, устройство для гидротермической обработки, циклон, ротационные питатели, сушилка, ленточные транспортеры и промежуточный бункер. На начальной стадии крупу подвергают ГТО, а на конечной — ее выдерживают в течение определенного времени при постоянной температуре.

1 - загрузочный бункер; 2 - устройство для гидротермической обработки; 3 - циклон; 4, 7 - ротационные питатели; 5- сушилка; 6, 9 -ленточные транспортеры; 8 - промежуточный бункер Рисунок 6 - Устройство для варки крупы
1 — загрузочный бункер; 2 — устройство для гидротермической обработки; 3 — циклон; 4, 7 — ротационные питатели; 5- сушилка; 6, 9 -ленточные транспортеры; 8 — промежуточный бункер
Рисунок 6 — Устройство для варки крупы

До последнего времени широко применялись способы варки продуктов паром под давлением. Среди них следует выделить способ варки под давлением, заявленный в ФРГ и заключающийся в том, что продукт обрабатывают в варочной камере в горячей воде, подаваемой при избыточном давлении при температуре более 100 °С. По окончании варки продукт выгружают с одновременным резким сбросом давления.

По способу, известному в Японии, после измельчения рис подвергает варке в автоклаве при избыточном давлении, температуре 100…130 °С с перемешиванием. После предварительного прогрева к измельченной крупе добавляют такое же количество кипятка. Далее смесь охлаждают при постоянном перемешивании. Автоклав для варки состоит из герметичного корпуса с крышкой и трубопроводами для подачи пара и кипятка. На дне корпуса расположена мешалка, форма которой соответствует профилю дна.

По способу приготовления модифицированного пищевого продукта из риса фирмы «Торе санге К.К.» (Япония) крупу пропитывают при пониженном давлении водой, замещая ею воздух, находящийся в капиллярах крупинок, после этого повышают давление и варят рис при избыточном давлении с добавлением полифосфатов щелочных металлов, полиакрилатов натрия.

В способе, разработанном в Японии фирмой «Сакагава когёсё», предлагается укладывать бобовые в перфорированные емкости, погружаемые в горячую воду, находящуюся под давлением. Варка осуществляется водой, циркулирующей принудительно. Готовый продукт охлаждается потоком воздуха. Устройство для реализации данного способа (рисунок 7) состоит из наружного котла, соединенного с трубой для подачи перегретого пара, и внутреннего котла, содержащего установленные друг над другом перфорированные емкости, в которые помещают продукт. Циркуляция горячей воды во внутреннем котле осуществляется насосом по трубопроводу. Данный способ предотвращает разрушение и трещинообразование кожуры бобовых.

1 - внешний котел; 2 - внутренний котел; 3 - паропровод; 4 - стержень; 5 - кольцо; 6 – днище котла; 7 - циркуляционный трубопровод; 8 – насос Рисунок 7 - Устройство для варки крупы
1 — внешний котел; 2 — внутренний котел; 3 — паропровод; 4 — стержень; 5 — кольцо; 6 – днище котла; 7 — циркуляционный трубопровод; 8 – насос
Рисунок 7 — Устройство для варки крупы

Необходимо отметить, что варка круп при избыточном давлении и повышенных температурах ухудшает качество продукта вследствие гидролиза жира, содержащегося в крупах, а также приводит к образованию меланоидиновых соединений, снижающих пищевую и вкусовую ценность готового продукта. Некоторые крупы содержат одорирующие вещества, придающие им в нагретом состоянии неприятный запах и прогорклый вкус. Эти вещества легко переходят в пар и при смене его почти полностью удаляются.

Следует отметить созданный в Новосибирском институте советской кооперативной торговли способ приготовления каш путем варки крупы в капсулах с перфорированными стенками для исключения пригорания с последующим погружением в горячую воду.

Одним из новых направлений совершенствования технологии является использование высокотемпературных теплоносителей. В этой связи одним из немногих способов, относящихся к этой группе, является разработанный в Японии способ варки риса перегретым паром температурой 100,5…150,0 °С без добавления воды. Способ предусматривает в дальнейшем полное испарение свободной влаги.

Известно значительное количество работ, посвященных изучению влаготепловой обработки продуктов. В этих исследованиях рассматриваются в основном коллоидно-химические изменения крахмала и белка в процессе их обработки, обсуждается механизм протекания ГТО. Однако вопросы практической реализации процесса, например, связанные с расчетом процесса варки и варочных аппаратов, не решены. Не менее важным аспектом является определение оптимального соотношения количества влаги и теплоты которое необходимо подвести к продукту с целью наиболее полного проведения процесса варки.

Процесс варки следует неразрывно рассматривать с последующей стадией обработки — сушкой, при которой происходят сложные физико-химические процессы, связанные с удалением влаги из продукта и коллоидно-химическими изменениями крахмала и белка. В зависимости от способа сушки изменяются органолептические показатели круп, структурно-механические характеристики, содержание витаминного комплекса и другие свойства. Важное значение для конечного продукта имеет способность его после сушки быстро набухать и развариваться. Недостаточное обоснование выбора способа варки и его осуществления в комплексе с последующим процессом сушки круп привело к тому, что действующее варочно-сушильное оборудование неэффективно, выбор недостаточно обоснован, его применение дает большие потери энергии теплоносителей и не обеспечивает получения качественной продукции.

Следует отметить, что используемые в настоящее время способы и режимы варки не являются рациональными с энергетической точки зрения, достаточно обоснованными и соответствующими закономерностям процесса. В связи с этим первостепенное значение приобретают вопросы интенсификации процесса варки, повышения ее экономичности, разработки научнообоснованных данных для проектирования и составления методики расчета варочного оборудования. Применяемые в пищеконцентратной промышленности способы варки и сушки круп и овощей требуют значительных энергозатрат.

Экономичность работы варочного и сушильного оборудования во многом зависит от эффективности использования энергии отработанного теплоносителя. Существующее оборудование использует только 40 % энергетического потенциала теплоносителя. В известных способах производства варено-сушеных круп сложность интенсификации процессов варки и сушки, а также совершенствование варочно-сушильного оборудования обусловлена главным образом нерациональностью в выборе вида теплоносителя и несоответствием очередности применения теплоносителя в варочно-сушильных процессах. Так, например, для варки круп используется насыщенный пар избыточного или атмосферного давления, а для сушки — горячий воздух. Вместе с тем, известно, что применение горячего воздуха для сушки продуктов снижает их качество, так как кислород воздуха окисляет при высоких температурах ценные питательные вещества, ухудшая вкусовые данные продукта и изменяя его цвет.

Для варки в некоторых видах оборудования используется неподвижный слой. Однако кратковременный подогрев продукта паром в неподвижном слое способствует клейстеризации крахмала крупинок только на поверхности. Пар не успевает проникнуть к центру крупинки, белки не денатурируют, наружная часть крупинок как бы расплывается и они слипаются. Дальнейший процесс варки становится затруднительным, качество готового продукта снижается, поэтому для совершенствования процесса варки требуется применение активного взрыхляемого слоя продукта. Гидродинамический режим движения теплоносителя в варочных аппаратах должен быть обусловлен адгезионными свойствами, соответствующей порозностью слоя, величиной удельной нагрузки крупы на решетку и характером тепломассообмена.

Важное значение при варке продуктов имеет равномерность его прогрева по всей толщине слоя. Авторами установлено, что наилучшие условия для этого создаются при обработке крупы паром в подвижном слое, так как при этом тепло и влага подводятся непосредственно к каждой частице продукта. Результаты исследований свидетельствуют о том, что наиболее перспективным является применение пульсирующего слоя, обладающего следующими преимуществами: внутри слоя разрушаются полости, каналы и отдельные комки, улучшая тем самым гомогенизацию структуры слоя; кроме этого уменьшается скорость движения частиц относительно друг друга по сравнению с таковыми в псевдоожиженном слое, поэтому истирание частиц в слое ослабевает. Вместе с тем сохраняется высокая интенсивность процессов тепло- и массообмена как межфазового, так и с поверхностями, ограничивающими слой или размещенными внутри него. Особенно эффективно применение пульсирующего слоя при обработке материала, если имеются большие силы внутреннего взаимодействия между частицами в силу его реологических свойств, при этом снижается общий расход теплоносителя.

Проведенный анализ позволил выявить следующие тенденции в совершенствовании технологии и оборудования для влаготепловой обработки:

  • постепенный отказ от обработки продуктов под давлением и переход к режимам, протекающим при атмосферном давлении;
  • использование сухой очистки сырья, что позволяет уменьшить потери водорастворимых веществ при мойке;
  • применение предварительной гидротермической обработки для повышения качества варки крупы;
  • снижение доли барабанных варочных аппаратов периодического действия и увеличение количества ленточных варочных аппаратов непрерывного действия;
  • разработка комбинированных варочно-сушильных аппаратов с замкнутым циклом использования теплоносителя;
  • переход от стационарных к активным гидродинамическим режимам обработки продуктов;
  • применение попеременной периодической обработки продуктов при варке их паром и водой.