На главную страницу
Написать письмо
Карта сайта

Особенности сушки макаронных изделий при сверхвысокой температуре (технология TAS)

История разработки технологии
Совместные исследования с исследовательскими институтами и университетами
Как сверхвысокие температуры  влияют на пищевую ценность?
Влияние реакции Майяра на аминокислотный состав теста
Таблица изменения аминокислотного состава теста после применения сверхвысоких температур
Отличительные характеристики технологии ТАС
Приложение 1 - Реакция Майяра
Приложение 2 - Аминокислоты
Дополнительная литература
Заключение

Технология сверхвысокотемпературной термо-активной сушки TAS (Thermo-Active System – термоактивная система) была разработана фирмой «Паван С.п.А.» в конце 80-х годов сначала в виде математической модели, а затем в виде прототипов и первых серийных образцов. В специализированной литературе встречаются также термины THT и VHT, которые используются для обозначения сверхвысоких температур сушки (выше 83-84°С): THT Tres Haute Temperature (учитывая то, что первые работы по данной теме были выполнены во Франции) или VHT Very High Temperature. Система TAS является более продвинутым вариантом THT, данная технология сушки разработана и запатентована фирмой «Паван С.п.А.» и существенно отличается от технологий сушки, предлагаемых в настоящее время другими производителями сушилок для макаронных изделий. Перед авторами проекта стояли следующие задачи: уменьшение габаритов сушилки, увеличение производительности, сокращение времени сушки, улучшение возможности контроля производственных параметров, повышение универсальности сушилки (возможность производства различных форматов из сырья различного качества). Следует отметить, что весь процесс разработки и внедрения технологии TAS сопровождался научными исследованиями, причем особое внимание отводилось качественным показателям готового продукта. Действительно было бы неосмотрительно тратить значительное время и средства на разработку новой технологии сушки с тем, чтобы получаемые с ее помощью изделия имели худшие органолептические свойства. Напротив, технология TAS была разработана для того, чтобы иметь возможность получать лучшие изделия при уменьшении габаритов оборудования с экономией энергии и лучшей управляемостью.

Фирма "Паван" благодаря научным исследованиям процесса сушки и соответствующих ему физико-химических процессов, совместно с Институтом Химической Инженерии Университета г. Неаполь разработала математическую модель процесса. Переход от модели поведения идеальной системы к реальной потребовал в дальнейшем экспериментального уточнения различных коэффициентов и констант, определяющих поведение системы продукт-высушивающий воздух.

С этой целью инженерами фирмы "Паван" был спроектирован и изготовлен специальный инструмент для экспериментальных исследований, названный "Microcella" (микроклетка). Этот инструмент представляет собой реактор для изучения кинетики процесса высушивания макаронных изделий и позволяет производить точные измерения быстро изменяющихся параметров системы, даже в случае малого веса образцов макаронных изделий.

На протяжении более чем трех лет работы была установлена математическая модель, описывающая реальное поведение системы - макаронные изделия-высушивающий воздух. Данный алгоритм был применен для определения идеального цикла сушки макаронных изделий в лабораторных масштабах. Определенный на основе этих исследований цикл, позволяющий дать наилучшие результаты в части контроля цвета изделий, блокирования активности микробов и ферментов, устойчивости при варке и т. д., оказался состоящим из периодов сильного испарения, чередующихся с периодами стабилизации.

На последней стадии разработок параметры, определенные с использованием симулирующей программы, были использованы для проектирования новой линии промышленного оборудования, названной "Термо - активная Система" (TAS). В этих установках сушилка разделена на 4 зоны - 2 зоны высушивания и 2 зоны стабилизации.

Проследив путь, который проходят макаронные изделия, заметим, что продукт два раза входит и два раза выходит из каждой зоны, проходя, таким образом, 8 циклов сушки/стабилизации. Кроме этого заметим, что проходя последовательно 16 ленточных транспортеров внутри сушилки, продукт достаточно часто подвергается перемешиванию, что способствует его равномерному высушиванию. Теоретические принципы, положенные в основу данной сушилки, были полностью подтверждены полученными результатами.

За истекшее десятилетие технология TAS завоевала доверие многочисленных клиентов во всем мире и утвердилась в качестве наиболее передовой технологии сушки макаронных изделий. Сейчас в мире эксплуатируются уже более 100 линий TAS; в настоящее время на 10 линий устанавливаемых фирмой «Паван С.п.А.» приходятся 8 линий TAS и 2 линии классической высокотемпературной сушки (в классификации нашей фирмы технология AT - Alta temperatura - "высокая температура").

Фирма «Паван С.п.А.» проводит активную научную деятельность, как самостоятельно, так и в сотрудничестве с авторитетными научными и правительственными учреждениями Италии и ЕС. Среди них – Университеты гг. Падуя, Удине и Неаполя, а также Министерство по Делам Высшего Образования и Научных и Технологических исследований (MURST). Результаты научной работы публикуются в специализированных изданиях: Tecnica Molitoria, Journal of Food Science, Tecnologie Alimentari, Cereal Chemistry, Journal of Agriculture and Food Chemistry, Italian Food & Beverage Technology. Поскольку фирма «Паван» производит широкий спектр оборудования для выпуска продуктов питания из муки зерновых, исследования в этой области также носят масштабный характер. В 1998 г. на исследовательские работы было потрачено около 4 млн. долларов. На нашей фирме работает ряд специалистов с докторскими степенями, полученными в области химии и биологии. Технологический отдел возглавляют доктора наук Didone' G., Mondardini L. и Pollini C.M., причем последний является профессором кафедры Пищевых Технологий в Университете Удине. Фирмой «Паван С.п.А.» учрежден также специальный докторский грант в специализации «Реология пищевых процессов».

В середине 1999 г. фирма «Паван» была выбрана на конкурсной основе Министерством Образования для участия в национальной программе исследований, ориентированной на сектор пищевого производства. Программа продлится 3 года, общая сумма инвестиций составляет 60 миллионов долларов США. Фирма «Паван» выполнит 2 из 12 исследовательских проектов: по разработке высококачественной линии для производства макаронных изделий с жестким гигиеническим контролем и по изучению и разработке биоразлагаемой упаковки на основе дегидратированных продуктов желатинизации муки.

Воздействие высоких температур сушки макаронных изделий на протекание реакции Майара и снижение содержания аминокислот в изделиях.

Когда речь заходит о технологиях высокотемпературной и сверхвысокотемпературной сушки, наиболее оживленные дискуссии среди производителей промышленного оборудования для выработки макаронных изделий вызывает проблема снижения количества аминокислот вследствие протекания в макаронном тесте реакции Майяра при повышенных температурах сушки. Существуют мнения, что технология сушки TAS, вследствие большего термического стресса приводит к более сильному разрушению аминокислотного состава макаронного теста. При этом подобные замечания исходят прежде всего от производителей макаронного оборудования, обладающих гораздо меньшим опытом, чем фирма «Паван», в части научных и лабораторных исследований в области сушки макаронных изделий. Оценка степени воздействия реакции Майяра, как правило, предполагает лабораторное определение количества одной из существенных аминокислот - лизина и продуктов взаимодействия лизина с остаточными сахарами, образующихся на первых стадиях реакции, посредством определения более или менее устойчивых химических соединений, таких как эпсилон-фуроилметил-лизин (фурозин). Следует отметить, что сами по себе научные исследования в данной области достаточно малочисленны и предполагают дорогостоящие и сложные методологии.
Попробуем разобраться в «проблеме лизина» и показать безосновательность опасений, связанных с применением сверхвысоких температур на начальных стадиях сушки.

Исследования в области анализа аминокислотного состава теста до и после протекания реакции Майяра позволяют сделать следующие выводы:

1. Процент лизина, содержащегося в макаронных изделиях, зависит не только и не столько от температуры, но и от времени сушки. Утверждение о том, что при сверхвысоких температурах сушки снижается количество лизина, является неверным или, если точнее, верным лишь отчасти. В реальности имеют место как раз обратные процессы, когда сочетание менее высоких температур с более длительным временем сушки приводит к более существенным потерям в аминокислотном составе теста. Таким образом, в сушилках TAS наблюдается меньшее разрушение лизина, чем в сушилках других производителей.
2. В технологии сушки TAS сверхвысокая температура применяется только в начальной фазе сушки, которая длится около 45 минут. После этого температура снижается и находится в пределах величин, которые применяются в технологиях сушки других производителей оборудования.
3. Учитывая тот факт, что в начальной фазе сушки происходит быстрое испарение влаги из макаронных изделий, несмотря на высокую температуру воздуха, сами изделия сохраняют сравнительно низкую температуру.
4. Исследования показывают также, что степень протекания реакции Майяра даже в большей степени, чем от воздействующих температур, зависит от содержания в тесте остаточных сахаров, которые в свою очередь, являются индексом механического стресса, которому подвергаются молекулы крахмала на стадиях помола зерна, хранения муки, замеса и экструзии теста. Таким образом, для уменьшения негативного воздействия реакции Майяра следует прежде всего обращать внимание на фазы переработки зерна и муки до попадания макаронного теста в сушилку.

Отметим, что «проблема лизина» очень далека от потребностей обычного покупателя, который при выборе макаронных изделий обращает внимание на внешний вид, цену, упаковку и марку (имя производителя само по себе может являться гарантией качества). Лишь считанные единицы из числа покупателей обращают внимание на сведения о пищевой ценности продукта, помещаемые на упаковке (информация о калорийности и содержании белков, жиров и углеводов в 100 граммах продукта). В свою очередь производители макаронных изделий, в силу особенностей макаронного производства, не могут гарантировать строгое постоянство параметров, определяющих питательную ценность продукции, поскольку используются разные партии муки, получаемые помолом на разных мелькомбинатах разных сортов зерна. Анализы же органолептических свойств макаронных изделий, изготовленных на линиях TAS, показывают, что на вид и на вкус данные макаронные изделия не отличаются, а в отдельных случаях превосходят изделия, полученные на линиях с классической высокотемпературной сушкой.

В принципе, снижение содержания не только лизина, но и других аминокислот, в процессе сушки является обычным и неизбежным (разрушение аминокислот происходит при любой термообработке любого продукта, в котором содержатся белки) и не оказывает существенного влияния на пищевую ценность продукта.

Наконец, следует заметить, что макаронные изделия являются прежде всего продуктом, основная питательная ценность которого состоит в углеводах и, соответственно, не стоит рассматривать данный продукт питания как универсальный источник аминокислот и витаминов. Потребность же организма в белках и аминокислотах может быть восполнена и другими продуктами; при этом за счет большого количества разных соусов можно в значительной степени варьировать пищевую ценность блюд, приготовляемых из макаронных изделий.

Из приведенной ниже таблицы следует, что потери аминокислот в макаронных изделиях при применении технологии сушки TAS находятся в пределах десятых долей процента.

Для оценки содержания различных аминокислот в крупке твердых сортов пшеницы и макаронных изделиях, приводим результаты анализа выполненного в Национальном институте питания Италии:

Аминокислота
Содержание аминокислот в крупке из твердых сортов пшеницы, 
% от общего количества белков в крупке
Содержание аминокислот в макаронных изделиях, полученных по технологии TAS, % от общего количества белков в крупке
Аспартановая кислота
4,6%
4,56%
Треонин
3,03%
2,85%
Серин
4,76%
4,60%
Глутаминовая кислота
33,95%
33,70%
Пролин
14,10%
13,80%
Глицин
3,25%
3,21%
Аланин
3,21%
3,04%
Цистин
2,74%
2,55%
Валин
4,96%
4,84%
Метионин
2,21%
1,91%
Изолейцин
3,78%
3,70%
Тирозин
2,25%
2,11%
Фенилаланин
5,08%
4,95%
Лизин
2,32%
2,08%
Истидин
2,26%
2,10%
Аргинин
4,10%
4,09%
Из всего вышесказанного очевидно, что уменьшение аминокислот в готовом продукте неизбежно при любых высокотемпературных технологиях, при этом оно совершенно несущественно для общей питательной ценности макаронных изделий.

Обратимся к другим отличительным особенностям технологии сушки TAS, которые в конечном счете оказывают значительно большее влияние на выбор того или иного оборудования конечными потребителями и основными клиентами фирмы «Паван» – макаронными фабриками.

  1. Повышенная гигиеничность: с применением сверхвысокой температуры сушки с высокой влажностью уже в начале сушки достигается практически полная стерилизация продукта с уничтожением стафилококков, сальмонеллы Сефтенберг, энтерококков, микрококков, лактобацилл и частичным уничтожением дифтероидов. Уже в начале сушки достигается температура 71-73С, что позволяет за 2 минуты уничтожить стафилококки и воспрепятствовать образованию энтеротоксинов, достаточно опасных для человеческого организма (стоит отметить, что уже образовавшиеся энтеротоксины не разрушаются и при более жестких режимах сушки).
  2. Сокращение времени сушки (2 часа для коротких и 5 часов для длинных макаронных изделий): позволяет уменьшить потери времени при выводе линии на режим после остановки.
  3. Сокращение габаритов сушилки: (прежде всего длины) позволяет устанавливать линии большой производительности в помещении с ограниченными размерами. Данный фактор является весьма важным, поскольку при одинаковой имеющейся площади цеха предоставляет возможность размещения более производительной линии или расширенной системы накопителя и упаковки.
  4. Снижение энергопотребления: за счет улучшенной теплоизоляции и особой внутренней конструкции сушилки появилась возможность экономии тепловой энергии. Сушилка TAS представляет собой замкнутую систему с перераспределением влаги и тепла между различными зонами сушки (в сушилках некоторых других фирм необходима дополнительная подача чистого пара в зонах стабилизации).
  5. Возможность применения более совершенных систем управления и гибких диаграмм сушки: сушилки технологии TAS предназначены для выпуска всех типов коротких, длинных и гнездообразных классических макаронных изделий, изделий с применением различных добавок, изделий с низкой влажностью (до 7%), а также с использованием любого сырья (от 100% муки твердых сортов до 100% муки мягких сортов).
Уже к 1995 году был накоплен опыт успешного производства на линиях TAS более 110 различных форматов макаронных изделий.
В сушилках TAS реализована система улучшенного контроля за факторами: ТЕМПЕРАТУРА/ ВЛАЖНОСТЬ/ ВРЕМЯ НАХОЖДЕНИЯ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ в зонах с повышенной температурой.
Гибкость применения диаграмм сушки позволяет осуществлять более полный контроль над течением реакции Майяра, а следовательно, – более полный контроль над цветом готового продукта. Прогрессивная технология сушки позволяет обеспечить лучший цвет продукта и лучшую устойчивость макаронных изделий при варке.

Приложение 1. Реакция Майяра.

Применительно к производству макаронных изделий можно выделить следующие аргументы: а) реакция Майара неизбежна, b) ее можно контролировать.

Реакция Майяра выражается в неферментативном потемнении продукта и представляет собой серию химических реакций, происходящих в продуктах питания, содержащих карбонильные группы и свободные аминогруппы (под воздействием высоких температур). Реакция протекает через следующие стадии:

    • Образование глюкозаминов
    • Перегруппировка Амадори – образование кетозаминов
    • Образование дикетозаминов
    • Разложение
    • Полимеризация
Продукты реакции Майара (химические соединения) вызывают изменение цвета, запаха и вкуса в продуктах питания (как желательные эффекты, так и нежелательные эффекты).

Реакция Майяра в макаронных изделиях:

Взаимодействие карбонильных групп редуцирующих сахаров (продукты распада крахмала) и аминогрупп некоторых аминокислот (в основном лизин), содержащихся в клейковине.

Желательные эффекты реакции Майяра (применительно к макаронным изделиям):
- Более насыщенный желтый цвет.

Нежелательные эффекты реакции Майяра (применительно к макаронным изделиям):
- Темный цвет при слишком сильном протекании реакции.
- Уменьшение содержания аминокислот (в первую очередь – лизин) в продукте.

На интенсивность реакции Майяра влияют следующие факторы:
- Содержание влаги (активность воды).
- Температура.
- Кислотность среды (pH).
- Количество редуцирующих сахаров (степень повреждения молекул крахмала).

При сушке макаронных изделий контроль за протеканием реакции Майяра осложнен вследствие постоянного изменения активности воды (т.е. содержания влаги) – одного из основных факторов, влияющих на протекание реакции (смотри выше).

В сушилке TAS благодаря чередованию 8 различных циклов сушки/стабилизации (отволаживания) и большей гибкости в выборе времени нахождения продукта в одной или другой зоне появляется возможность лучше контролировать протекание реакции Майяра.

Приложение 2. Аминокислоты.

С химической точки зрения аминокислоты – это органические кислоты, молекулы которых содержат одну или несколько аминогрупп (NH2-группы). Белки пищи в организме человека расщепляются до аминокислот. Определенная часть аминокислот, в свою очередь, расщепляется до органических кетокислот, из которых в организме вновь синтезируются новые аминокислоты, а затем белки. Аминокислоты - строительные блоки, из которых строятся белковые структуры, мышечные волокна, например.
Всего существует 21 аминокислота, из них девять - так называемые "существенные" или незаменимые (организм не может самостоятельно синтезировать их в достаточном количестве), остальные называют "несущественными" или заменимыми. К существенным относятся:

  •  гистидин,
  •  изолейцин,
  •  лейцин,
  •  лизин,
  •  метионин,
  •  фенилаланин,
  •  треонин,
  •  триптофан и
  •  валин.
Эти аминокислоты поступают в организм с мясом, рыбой, яйцами и молочными продуктами. Отдельно стоят так называемые две "полусущественные" аминокислоты: цистин и тирозин. Отличаются они от остальных тем, что организм может использовать их вместо, соответственно, метионина и фенилаланина для производства белка. "Несущественные" - аланин, аргинин, аспарагин, аспартовая кислота (aspartic acid), глютаминовая кислота, глютамин, глицин, пролин, серин и таурин.

Более подробную информацию о протекании реакции Майара при сушке макаронных изделий с применением технологий сверхвысокотемпературной сушки можно получить из следующих источников:

Didone' G., Pollini C.M. “Il controllo della reazione di Maillard nelle tecnologie THT per l’essicazione della pasta”. Tecnica Molitoria, 7  565-572 (1990).

Pagani M.A., Resmini P., Pellegrino L. “Technological parameters affecting the Maillard reaction in pasta processing”. Tecnica Molitoria, 7, 577-591 (1992).

Sensidoni A., Peressini D., Pollini C.M. “Furosine determination in a pasta production process with VHT drying”. Tecnica Molitoria, 12, 1297-1302 (1994).

AOAC “Official methods of analysis”. 13th ed. Association of Official Analytical Chemists, Washington DC (1980).
 

Заключение
Фирма «Паван С.п.А.», используя результаты масштабных научных исследований и богатый опыт производства промышленного оборудования, создала технологию сушки TAS, которая имеет ряд преимуществ по сравнению с другими предлагающимися в настоящее время на рынке технологиями сушки. Коммерческий успех линий TAS во всем мире подтвердил преимущества данной технологии и позволил фирме «Паван С.п.А.» занять 35-40% мирового рынка макаронного оборудования.


 

Rambler's Top100
О фирме | Оборудование | Цены | Новости | Статьи | Контакты | F.A.Q.
Pavan S.r.L. ©2004