Основы сушки формового яблочного мармелада

Мармелад, выбранный из форм после садки, содержит от 29 до 31% воды.

Влажность его почти совпадает с влажностью мармеладной массы перед розливом, так как убыль воды за счет свободного испарения во время садки довольно незначи­тельна и составляет не более 0,5—1%. Мармелад выходит из форм влажным, с рыхлой нежной консистенцией и с липкой поверхностью. Для получения мармелада в виде стойкого, тран­спортабельного и вполне оформленного продукта необходимо выбранный из форм сырой полупродукт подвергнуть сушке.

Конечная влажность формового яблочного мармелада дово­дится до 22—25%.

Вместо липкой поверхности, которую имеет сырой мармелад, необходимо получить на нем мелкокристаллическую корочку, которая придает ему соответствующий вид и образует на нем защитное ненамокающее покрытие.

Таким образом, сушкой мармелада достигается удаление из мармелада излишней воды и образование корочки на его по­верхности.

Несмотря на небольшие размеры штук формового мармела­да, он представляет собой трудно сохнущий материал. Это об­условливается в первую очередь характером связывания воды в нем.

Различают две основные формы связанной воды в студнях:

•  капиллярную и
• коллоидную, или адсорбционно-связанную.

Капиллярная вода может быть удалена сравнительно легко.

Можно принять, что в основной своей массе это и есть та вода, которая выступает из открытых капилляров и заполняет микропоры на поверхности сырого мармелада.

Коллоидная вода поддается удалению гораздо труднее, так как упругость пара ее ниже, чем у капиллярной воды.

Первый вид влаги характеризуется тем, что в основной своей массе она подчиняется законам испарения со свободной поверх­ности воды. Скорость испарения этой влаги зависит от скорости воздуха и прямо пропорциональна разности между давлением пара при температуре испаряющейся воды и парциальным дав­лением пара в воздухе.

Процесс же испарения более прочно связанной коллоидной воды из мармелада управляется главным образом законами диф­фузии и зависит от перемещения воды внутри мармелада (от миграции влаги и углубления поверхности испарения). Ход это­го процесса характеризуется кривыми сушки и кривыми скорости сушки. Первые показывают изменения влажности материала во времени. Кривые скорости сушки выражают графическую зави­симость между скоростью сушки (в г/см²час) и влажностью ма­териала (в %). .

При наличии капиллярной воды на поверхности мармелада скорость сушки остается в начале процесса на постоянном уров­не. Когда происходит переход от испарения этой воды к испаре­нию коллоидной воды, скорость сушки падает. В зависимости от этого различают периоды постоянной и падающей скорости суш­ки или соответственно периоды внешней и внутренней диффузии влаги.

Внутренняя диффузия влаги в мармеладе зависит от градиен­та влажности и от состояния температурного поля материала в процессе сушки, т. е. от разности содержания воды и от темпера­турной разности в соседних слоях мармелада.

Чем выше градиент влажности, тем интенсивнее проходит сушка. Движение влаги идет при этом по направлению от цент­ра к периферии.

При наличии значительного температурного градиента внутри материала сушка задерживается, так как влага мигрирует при этом в силу термовлагопроводности от наружных слоев к внут­ренним, т. е. в направлении противоположном первому, что за­держивает сушку.

Весьма важное значение для скорости миграции влаги внутри мармелада имеет вязкость среды. Вязкость мармелада в свою очередь определяется температурой его сушки: чем выше тем­пература мармелада, тем ниже его вязкость и тем легче происхо­дит движение воды в нем. Наряду с температурой на вязкость мармелада оказывают большое влияние составные части рецеп­туры мармелада и режим варки.

Из рецептурных компонентов мармелада в этом отношении имеют особое Значение яблочное пюре и патока. -Благодаря своим гидрофильным свойствам пектиновые вещества пюре и декстрины патоки препятствуют удалению воды из мармелада. Этим объясняется то, что при увеличении доли патоки в рецепту­ре мармелада или при работе с сильно студнеобразующим пюре удаление воды из мармелада затягивается. Наоборот, при уве­личении доли сахара в рецептуре сушка значительно облегчает­ся. В первом случае получается так называемый «затяжистый» мармелад, во втором — «сахаристый». Затяжистый мармелад требует гораздо больше времени для сушки, чем сахаристый.

Скорость удаления воды из мармелада ограничивается в не­которой мере и допускаемой температурой его сушки, которую обычно поддерживают в пределах 55—65°. При более высоких температурах -возможны разрушение пектина и ослабление кон­систенции мармелада, а также и некоторое потемнение его. По­вышение температуры сушки может привести также к чрезмер­ной инверсии сахарозы, что оказывает неблагоприятное влияние на образование корочки и на- стойкость мармелада. В особенно­сти это наблюдается при повышенной кислотности мармелада.

Качество готового мармелада зависит также от правильного образования корочки в процессе сушки. По мере удаления воды из мармелада наступает пересыщение сахарного раствора, кото­рое сопровождается кристаллизацией сахара на поверхности мармелада. Сушка мармелада должна вестись с таким расчетом, чтобы закристаллизовавшийся слой образовал возможно более тонкую корочку, так как наличие толстой корочки ведет к загрубению мармелада и к ухудшению его товарного вида.

Данные исследования процесса сушки формового мармелада

Рационализация процесса сушки должна быть основана на изучении специфических сушильных свойств формового мармела­да, кинетики и динамики его сушки.

В исследовании, выполненном во ВКНИИ [18], было установ­лено наличие тесной зависимости между скоростью образования корочки на поверхности мармелада и скоростью его сушки.

Правильное согласование процесса образования корочки с процессом влагоотдачи мармелада имеет решающее значение для управления сушкой мармелада.

В связи с этим был детально изучен механизм образования корочки. Этот процесс определяется скоростью кристаллизации сахарозы. Как известно, эта величина характеризуется количест­вом сахара, кристаллизующегося в 1 мин. на 1 м2 поверхности кристалла. По Силину, скорость кристаллизации сахарозы из гу­стых вязких сред выражается следующей зависимостью:

где: К —скорость кристаллизации сахарозы;

Т — абсолютная температура;

С — концентрация пересыщенного раствора на расстоянии r от грани кристалла;

с— концентрация насыщенного раствора у грани кристалла;

ƞ—вязкость среды; r — длина пути диффундирования;

Ʀ — постоянный коэффициент.

Было выяснено влияние отдельных факторов на образование корочки.

Решающую роль играет патокообразующая способность ре­цептурной смеси. Изменения вязкости последней сказываются резко на образовании корочки. Важное значение имеют при этом свойства яблочного пюре, идущего в рецептуру (его способность студнеобразования и минеральный состав), а также соотношение яблочного пюре, сахара и патоки в рецептуре. В общем всякие изменения рецептурной смеси, увеличивающие патокообразую­щую способность последней, замедляют образование корочки.

Величина (С—с) выражает степень пересыщения мармелад­ной массы сахарозой. Эта величина зависит от количества cаха­ров, содержащихся в мармеладе, и от соотношения их. Кристал­лизация сахарозы на поверхности мармелада должна происхо­дить постепенно, в определенных границах. Содержание от 20 до 23% редуцирующих сахаров в готовом мармеладе при посто­янстве всех прочих условий является наиболее благоприятным в этом отношении.

Присутствие декстринов патоки, которые способствуют увели­чению вязкости мармелада, также сдерживает кристаллизацию.

Такое же действие, как декстрины, оказывает и пектин.

С другой стороны, пектину так же, как и декстринам, принад­лежит известная положительная роль при формировании струк­туры корочки. Кристаллизующийся из вязкой среды сахар обра­зует мелкие кристаллики, сцементированные между собой этими клеящими веществами; корочка получается при этом тонко кри­сталлического строения. Присутствие пектина и декстринов при­дает корочке прочность, эластичность и блеск.

Для успешной сушки мармелада необходимо, чтобы полное развитие корочки на мармеладе не произошло раньше, чем ос­новная масса подлежащей испарению воды не продиффундировала наружу. В противном случае на мармеладе образуется гру­бая корочка, которая может сильно задержать испарение воды из внутренних слоев мармелада. При значительном содержании воды внутри мармелада и при повышенной температуре сушки готовая корочка /размывается. При повторном же образовании корочки она получается мутной и слабой и мармелад имеет не­привлекательный вид.

Очевидно, регулирование обоих процессов должно проводить­ся путем подбора соответствующих параметров воздуха (темпе­ратуры, относительной влажности и скорости) для различных периодов сушки. С повышением температуры ускоряется обра­зование корочки. Что же касается относительной влажности воз­духа, то он нее зависит скорость свободного испарения воды с поверхности мармелада, последняя же определяет степень пере­сыщения поверхностного слоя (С—с), т. е. способность к крис­таллизации сахарозы в нем. Изменения скорости воздуха в пре­делах 0,5—2,0 м/сек не оказывают заметного влияния на ско­рость образования корочки,

Необходимо ориентироваться на максимально допустимую температуру -сушки мармелада, так как при этом условии мож­но достигнуть уменьшения продолжительности процесса.

Максимальная допустимая температура сушки мармелада за­висит от его pH.

Рис. 14. Кривые сушки и скорости сушки мармелада при 65°.

Установлено, что мармелад -с pH, равным 3,3—3,5 (кислот­ность около 0,6%), можно подвергать действию температуры 65° в течение 9—12 час.

Для сушки мармелада с pH, равным 3,0—3,2 (кислотность ~0,7—0,9%), максимальная допускаемая температура 60°. Сушка такого мармелада в течение 12 час. при 70° вызывает некоторую деполимеризацию пектина и повышенное накопление инвертного сахара.

Полученные в лабораторных и полупроизводственных опытах кривые сушки и скорости сушки мармелада при 60, 65 или 70° показали, что процесс сушки протекает с первых же часов в пе­риоде убывающей скорости сушки, т. е. в периоде внутренней диффузии. Период же постоянной скорости сушки в данном слу­чае практически не обнаруживается.

Протекание процесса сушки мармелада иллюстрируется кри­выми сушки и скорости сушки его при 65° (рис. 14).

При сушке мармелада, склонного к быстрому образованию корочки, а также при высокой температуре сушки наблюдается резкое падение скорости сушки вследствие сопротивления, соз­даваемого корочкой испарению влаги с поверхности мармелада.

После достижения стандартной влажности мармелада про­цесс влагоотдачи продолжается. Приближение к равновесному состоянию мармелада в сушилке наблюдается при абсолютной влажности около его 2Ц%.

Расстояние от централь­ной оси в мм

Рис. 15. Изменение градиента влажности мар­мелада в процессе сушки.

Приводимые диаграммы градиента влажности для двух об­разцов мармелада «затяжистого» и «сахаристого» (рис. 15) ил­люстрируют распреде­ление влажности в на­ружном (2 зоны), про­межуточном (2 зоны) и среднем (1 зона) сло­ях мармелада в раз­личные моменты суш­ки.

Эти данные показы­вают, что мармелад уже до «сушки имеет значительный градиент влажности. Начальный период сушки через 2 часа и через 6 час. характеризуется резким увеличением гра­диента влажности мар­мелада по направле­нию от внутренних слоев к наружным. Выравнивание влажности в мармеладе происхо­дит медленно на протя­жении всего процесса сушки, причем в конце сушки наблюдается еще значительная разность между влаж­ностью внутренних и наружных слоев.

Выше было отмечено, что движение влаги в мармеладе опре­деляется в значительной мере состоянием его температурного поля. В центре мармелада (рис. 16) температура быстро подни­мается в течение первого периода сушки (около 2 час.), отдаля­ясь от температурной кривой мокрого термометра и прибли­жаясь к некоторому постоянному расстоянию от температурной кривой сухого термометра. Наблюдающееся известное постоян­ство температуры мармелада (ниже температуры сухого термо­метра) после первого 2—4-часового периода сушки до конца процесса характерно для внутренней диффузии влаги. Только после 10—12 час., т. е. по окончании «сушки (при влажности мар­мелада, равной 26—31% по сухому веществу), наблюдается тен­денция к сближению температуры мармелада с температурой су­хого термометра, т. е. намечается переход к периоду равновесия.

Равновесная влажность мармелада после сушки колеблется в зависимости от влажности окружающего воздуха в пределах от 22,86 до 33,86% к весу сухого вещества    (соответствующие пределы относитель­ной влажности воздуха 65 и 80%).

Оптимальный режим сушки и охлаждения яблочного формового мармелада

На основании анализа кривых сушки, скорости, суш­ки мармелада, градиента влаж­ности и температуры мармела­да предложено различать два периода в процессе его сушки.

Первый период сушки характеризуется высоким гра­диентом влажности у поверх­ности мармелада, т. е. имеет­ся основное условие для интенсивного развития внутренней диффузии влаги. В этот же период происходит быстрое падение скорости сушки бла­годаря образующейся корочке, которая создает (все более воз­растающее сопротивление ис­парению влаги через поверх­ность мармелада. В этот пе­риод целесообразно поддержи­вать возможно более мягкий режим сушки (т. е. невысокую температуру и умеренную сте­пень насыщения воздуха), направленный на то, чтобы замед­лить процесс образования корочки.

Во втором периоде ухудшаются условия для внутренней диф­фузии влаги в связи с частичным выравниванием влажности внутренних и наружных слоев мармелада и с повышением вязко­сти среды. Кроме того, наличие сформировавшейся корочки вы­зывает уменьшение влагопроводности наружного слоя марме­лада. При данных условиях имеется необходимость поднять тем­пературу сушки до допустимого максимума.

В опытах, проведенных в специальной сушильной установке полупроизводственного типа на основе указанных положений, были разработаны показатели оптимального режима сушки са­харистого мармелада применительно к условиям заводского про­цесса:

В поперечном потоке между ярусами, на которых установле­ны решета с мармеладом, воздух движется с переменой направ­ления через 1 час.

Для затяжистого мармелада требуется несколько более низ­кая температура сушки соответственно для первого периода 55° и для второго 60°.

Общая продолжительность сушки с начальной влажностью продукта (относительной) 34—37% (52—61% абсолютной влаж­ности) составляет 8—10 час.

В связи с переходом в последние годы на более глубокое уваривание мармеладной массы с уменьшением относительной начальной влажности мармелада до 29—31% продолжитель­ность сушки может быть принята равной 6—7 час.

По выходе мармелада из сушилки он должен быть охлажден до температуры 20—30°, при которой его можно укладывать в коробки.

Изучение процесса охлаждения мармелада показало, что при пользовании для этой цели воздухом комнатной температуры и циркуляции его в межъярусном пространстве со скоростью около 1 м/сек продолжительность охлаждения мармелада составляет 45—60 мин. при температуре охлаждающего воздуха 15—20° (в зимний период) и около 1,5 часа — при температуре воздуха 20—30° (в летний период).

Описанный (режим сушки и охлаждения мармелада может быть осуществлен в непрерывно действующих сушилках различ­ных типов. По окончании сушки продукт должен быть переведен в камеру охлаждения, которая является продолжением той же сушилки.

Для средних и малых предприятий конструктивное решение сушилок для мармелада можно предусматривать в виде туннеля, в котором непрерывно движутся стеллажные вагонетки с расставленными на них решетами с мармеладом. Поступатель­ное движение вагонеток по туннелю обеспечивается специальным механизмом. При отсутствии механизированных сушилок поль­зуются камерными или шкафными сушилками периодического действия. Во всех случаях работа сушильного устройства дол­жна быть рассчитана на характеристики воздуха, отвечающие требованиям оптимального режима сушки и при обязательном условии равномерного распределения теплоносителя — воздуха в рабочем пространстве сушилки.

Охлаждение мармелада необходимо проводить в камерах с циркуляцией воздуха в горизонтальном токе, проходящем через межъярусные пространства, при условиях, указанных выше. На малых предприятиях «выстаивают» мармелад для охлаждения в помещении цеха. При этом должна быть обеспечена хорошая вентиляция помещения и относительная влажность воздуха не более 70%. Выстойка мармелада продолжается от 4 до 8 час. в зависимости от температуры окружающего воздуха.