Технологические свойства зерна перегретого при сушке

Обновлено: 15.09.2024

Аннотация научной статьи по прочим сельскохозяйственным наукам, автор научной работы — Курдюмов Владимир Иванович, Павлушин Андрей Александрович, Карпенко Михаил Александрович, Карпенко Галина Владимировна, Сутягин Сергей Алексеевич

Для сохранения качества убранного зерна и его подготовки к длительному хранению необходимо как можно быстрее удалить из него влагу. Это возможно благодаря применению высоких скоростей сушки, которые в значительной мере зависят от температуры сушки и совершенства сушильной техники. Возможности повышения температуры ограничены следующими факторами: потерей всхожести; изменениями в отдельных составных частях зерна; нарушением биологической структуры; изменением качественных показателей. Сушка влажных материалов не только теплофизический, но и технологический процесс, цель которого -получить материал с оптимальными свойствами. Этой целью и определяется выбор способа сушки, конструкции сушильной установки и режима её работы. Свойства сушимого материала, конструкцию сушилки, режим её работы следует рассматривать в неразрывной связи. При рассмотрении явления теплопроводности тепловой контакт между зерновым слоем и кожухом зерносушилки в случае контактного способа передачи теплоты, принято считать идеальным, без переходного сопротивления. Предложенная установка контактного типа позволяет создать любое распределение энергии и температурного поля по объему теплообменника, что дает возможность выбрать оптимальный режим тепловой обработки зерна с учетом технологических требований. Полученные теоретические закономерности отражают основные характерные черты имеющего место в предложенной сушильной установке процесса контактной сушки тонкого слоя зерна. Их можно использовать для расчета температурного поля внутри слоя материала в процессе контактной сушки, а также для расчета других показателей процесса теплообмена. Полученные основные результаты исследований по оптимизации теплового режима при сушке зерна различных культур позволяют сделать вывод об эффективности использования предлагаемого средства механизации.

OPTIMIZATION OF THE THERMAL MODE WHEN THE CONTACT DRYING OF VARIOUS GRAIN CROPS

To preserve the quality of the harvested grain and its preparation for long-term storage it is necessary to remove quickly moisture from it. This is possible through the use of high speed drying, which are heavily dependent on the temperature of drying and perfection of the drying technique. The opportunities to increase the temperature is restricted by the following factors: loss of germination; changes in some parts of grain; violation of the biological structure; change of qualitative indicators. Drying of moist materials — it is not only thermal, but also the technological process, the purpose of which is to obtain a material with optimal properties. For this purpose, it is determined the choice of method of drying, construction of the drying unit and its operating mode. Properties of dry material, dryer structure, its mode of operation should be considered in close connection. When considering the phenomenon of thermal conductivity thermal contact between the grain layer and hood dryers in case of contact method of heat transfer is considered to be ideal, without transition resistance. Suggested installation of the contact type enables you to create any distribution of energy and temperature field on the volume of the heat exchanger, which allow to choose the optimum mode of thermal processing of grain taking into account the technological requirements. The theoretical patterns reflect the main features of the proposed drying installation of process of contact drying of thin layer of grain. They can be used for calculation of temperature field inside a layer of material in contact drying and also for calculation of other indicators of process of heat exchange. The main results of the research on optimization of the thermal mode grain drying of different cultures allow to draw a conclusion about the efficiency of use of proposed means of mechanization.

дифференцированного внутрипочвенного внесения твёрдых минеральных удобрений с комбинированными тукозаделывающи-ми рабочими органами // Дисс. канд. техн. наук. - Рязань, 2005. - 154 с.

7. Черников, В.А. Повышение равномерности глубины заделки семян сахарной свеклы за счёт совершенствования конструкции сошниковой группы // Дисс. канд. тех. наук. - Воронеж, 2009. - 176 с. 11. Апре-лева, М. С. Хозяйственно-допустимый и биологический пределы глубины заделки семян основных полевых культур Украины / М.С. Апрелева // Тр. Харьковского сельхозинститута, т. 132. - К., Урожай, 1970. - С. 23 - 28.

8. Пат. 1^и № 118 163. Секция пропаш-

ной сеялки / В.В. Косолапов, Е.В. Косолапо-ва, А.Н Скороходов, Опубл. 20.07.12, Бюл. № 20.

9. Косолапов, В.В. Лаповый сошник с прикатывающим бороздообразующим колесом для посева сахарной свеклы / В.В. Косолапов, А.Н. скороходов // Техника в сельском хозяйстве: 6 раз в год / учредитель: Российская академия сельскохозяйственных наук - 1941. - М.: 2012 - № 3.

10. Беляков, А.В. Совершенствование технологии посева семян бахчевых с модернизацией полозовидного сошника. - Дисс. . канд. тех. наук: 05.20.01 / А.В. Беляков; Волгоград. Волгоградская ГСХА, - В., 2007. - 168 с.

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПРИ КОНТАКТНОЙ СУШКЕ ЗЕРНА РАЗЛИЧНЫХ КУЛЬТУР

Работа выполнена в рамках гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских учёных МК-2516.2012.8.

Ключевые слова: сушка зерна, экспозиция сушки, предельно-допустимая температура нагрева зерна.

Рассмотрены основные факторы, влияющие на тепловой режим при сушке зерна. Приведены требования к сушке зерна различных культур. Описан механизм тепло-, влаго-проводности при сушке зерна. Получены аналитические зависимости, позволяющие определить режимные параметры процесса сушки зерна. Предложена установка контактного типа, приведены основные результаты исследований по оптимизации теплового режима при сушке зерна различных культур.

исходной ЬиЗа ЦЄЛЄб020

влажности дысушиЬаемой назначения

зерна культуры зерна

ТЕМПЕРАТУРА НАЕРЕВА ЗЕРНА

\ Регулируют изменением і

температуры греющей поверхности экспозиции сушки

Рис. 1 - Факторы, влияющие на тепловой режим сушки зерна

Рис. 2 - Температурная кривая:

шр - равновесная влажность зерна, %; шк - критическая влажность зерна, %; шн -начальная влажность зерна, %

Сушка является важным этапом при производстве зерна. В конечном итоге именно от сушки зависят качественные показатели и сохранность зерновых культур.

При сушке зерна различных культур важно правильно выбрать нужный тепловой режим, зависящий, в свою очередь, от предельно допустимой температуры нагрева зерна, которую устанавливают с учётом высушиваемой культуры, целевого использования и исходной влажности зерна (рисунок 1).

Так, температура нагрева зерна пшеницы, предназначенного для продовольственных целей, не должна превышать 55

°С, так как перегрев зерна приводит к разрушению аминокислот (лизина, триптофана), ухудшает хлебопекарные свойства, пищевую и кормовую ценность. Рожь и ячмень сушат при максимально допустимой температуре нагрева 60 °С, а овёс, у которого легко отделяются пожароопасные цветочные плёнки, -не более 50 °С [1]. При сушке зерна на семена средняя температура его нагрева не должна превышать 39 °С. Семена зернобобовых (горох, люпин, вика и др.) при температуре нагрева свыше 30 °С растрескиваются, поэтому их сушат при более низкой температуре. С увеличением влажности зерна температуру его нагрева уменьшают, так как с ростом влажности термоустойчивость зерна снижается.

Следует отметить, что в процессе сушки зерна происходят структурно-механические, технологические и биохимические изменения свойств высушиваемого материала. Изменение этих свойств обусловлено изменением форм связи влаги с зерном и её частичным удалением путем испарения.

Одним из надежных способов изучения механизма перемещения влаги внутри зерна в процессе его сушки является исследование температурных полей. Особенности процесса сушки, зависящего не только от вида и качества обрабатываемого зерна, но и от способа теплового воздействия, выявляет детальное описание и изучение температурной кривой.

Изменение средней (интегральной) температуры материала t в процессе сушки характеризует температурная кривая (рисунок 2) [2].

В начале процесса в стадии прогрева зерна (участок АВ) температура его поверхности быстро повышается, достигая температуры мокрого термометра психрометра.

В дальнейшем на всем протяжении первого периода сушки температура зерна постоянна (участок ВС). В этот период испарение влаги происходит с наибольшей скоростью. Вся теплота, сообщаемая зерну, расходуется на испарение влаги. Поэтому первый период сушки характеризуется не только постоянством скорости сушки, но и постоянством температуры высушиваемого зерна.

Начиная с первой критической точки, температура высушиваемого зерна повышается, при достижении равновесной влажности она достигнет максимального значения (участок СО). В соответствии с закономерностями изменения скорости сушки и температуры зерна второй период сушки называют периодом убывающей скорости сушки и возрастающей температуры зерна.

Сформулируем модель теплового режима процесса сушки зерна при контактном способе передачи теплоты. В зерносушилке контактного типа зерновой слой соприкасается с греющей поверхностью кожуха и нагревается путем теплопроводности. Одновременно он обдувается воздухом для удаления влаги из сушильной камеры, то есть присутствует конвективная составляющая процесса сушки. Однако конвективные потоки в сушильной камере установки относительно невелики. Поэтому в данной модели примем, что эти два процесса друг на друга не влияют, и рассмотрим только явление теплопроводности. Тепловой контакт между зерновым слоем и кожухом зерносушилки будем считать идеальным, без переходного сопротивления.

Процесс переноса теплоты внутри зерна, не осложненный массопереносом и без внутренних источников теплоты, можно охарактеризовать дифференциальным уравнением теплопроводности [3]:

где t - температура нагрева зерна, °С; т - время сушки (экспозиция), с; б^бт - скорость изменения температуры, °С/с; Л - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С); р

- насыпная плотность зерна, кг/м3; с - удель-

ная теплоёмкость зерна, кДж/(кг-°С); 1/(гс) = а - коэффициент температуропроводности, м2/с; х, у, z - текущие координаты, м;

дх ду & - оператор вто-

рой производной (оператор Лапласа), м-2.

Слой зерна, движущийся в камере зерносушилки контактного типа, можно условно заменить моделью в виде полуогра-ниченного тела, для которого решение уравнения (1) имеет наиболее простой вид:

где 'ги - температура греющей поверхности, °С; ґ- - температура нагрева зерна, °С; ґ0 - начальная температура зерна, постоянная по всему объёму, °С;

аргумент подынтегральной функции.

Правая часть выражения (2) является специальной функцией ошибок (функция Лапласа):

Тогда уравнение (2) можно представить в виде

Плотность теплового потока можно определить из зависимости:

^ ді ді ді Ч = — + — + — дх ду дz -

первой производной Лапласа (градиент) [2].

Пользуясь уравнениями (3) и (4), можно определить количество теплоты Д0п, Дж, которое передается от греющей поверхности зерносушилки зерновому слою за любой промежуток времени от т1 до т, с, через поверхность площадью 5, м2.

Для этого надо уравнение (3) продифференцировать по х и подставить полученную производную в уравнение (4), после чего последнее выражение проинтегрировать по времени в пределах от т1 до т2:

Щ =^~А (^ - іо )(ф2 -ті )>/ Ь2 - 4ас

Таким образом, количество теплоты, необходимое для испарения влаги с поверхности зерна при контактном способе сушки, зависит от температуропроводности материала греющей поверхности, разности температур греющей поверхности и высушиваемого зерна и экспозиции сушки.

Экспозицию сушки для первого периода можно определить из выражения:

где О)1 и С0к1 ~ соответственно средние значения начальной и первой критической влажности зерна, %; N - скорость сушки в период постоянной скорости сушки, %/ч;

Если сушка проходит только в период постоянной скорости, то в уравнение (6) вместо а°ёХ необходимо подставить значение конечной влажности зерна .

Если процесс сушки во втором периоде начинается после периода постоянной скорости сушки, то начальное условие будет иметь вид:

где ид - влагосодержание центрального слоя высушиваемого зерна, кг влаги/(кг сухого вещества-м); иї - влагосодержание поверхностного слоя высушиваемого зерна, кг влаги/(кг сухого вещества-м).

Во втором периоде сушки уравнение влагопереноса имеет вид:

где Віт - массообменный критерий Био; ат - коэффициент влагообмена, Вт/ (м2-кг); I - толщина зернового слоя, м; ш2 -влажность зерна в начале второго периода сушки, %; Од - среднее значение равновес-

ной влажности зерна, %.

Из уравнения (7) следует, что во втором периоде скорость сушки находится в прямой зависимости от текущей влажности зерна в начале второго периода сушки ас и в обратной от толщины слоя высушиваемого зерна I. Кроме того существенное влияние на скорость сушки во втором периоде оказывает коэффициент ат, который в свою очередь изменяется в процессе сушки.

Точно решить уравнение (7) не представляется возможным из-за весьма сложного и не всегда определимого характера зависимости коэффициента ат от температуры и влажности. Поэтому при технических расчетах в уравнении (7) заменяют комплекс, стоящий перед выражением (а2-а*), на коэффициент Кс. Тогда уравнение (7) можно записать в виде

где Кс - коэффициент сушки.

Интегрируя уравнение (8) для периода убывающей скорости сушки в пределах от а (первая критическая влажность) до а, (конечная влажность), получим:

а=(аі -ад) єхр (-ктп)+ад

Коэффициент сушки Кс зависит от свойств зерна и параметров процесса сушки (температуры греющей поверхности, экспозиции сушки, исходной влажности зерна и др.), что требует получения определённых зависимостей для каждого частного случая. При сушке зерна значение критической

влажности О варьирует в довольно широких пределах и зависит от теплового режима сушки.

Приведённые выше аналитические зависимости послужили основой при исследовании особенностей теплового режима при сушке зерна различных культур в разработанной нами установке контактного типа (УКТ) [4] (рис. 3). Результаты проведённых исследований приведены в таблице.

Сравнительная характеристика оптимальных режимных показателей при сушке зерна

эазличных культур в УКТ

Показатели Высушиваемая культура

Овёс Рожь Пшеница

Средняя температура греющей поверхности, °С 69 94 87

Скорость движения воздуха, м/с 1,33 1,33 1,33

Температура подаваемого воздуха, °С 23,8 23,4 23,6

Средний разовый влагосъём, % 2,85 2,75 2,77

Удельные затраты энергии на процесс испарения влаги из зерна, МДж/кг 3,7 3,86 3,82

Пропускная способность установки, кг/ч 300,2 404,1 482,2

Экспозиция сушки, с 40 45 45

Максимальная температура зерна на выходе из установки, °С 38,5 40 39

Как видно из полученных данных, параметры теплового режима при сушке зерна зависят от вида высушиваемой культуры. Так, максимальное значение температуры греющей поверхности приходится на рожь, это связано прежде всего с тем, что рожь содержит больше водорастворимых веществ. Белковый комплекс у нее более устойчив, к тому же рожь содержит большое количество слизей [5]. Поэтому зерно ржи выдерживает более высокую температуру нагрева.

Таким образом, тепловой режим при сушке зерна играет важную роль и от него зависит конечное качество высушиваемого продукта. Факторы, влияющие на тепловой режим при контактной сушке, многообразны, основные среди них - температура греющей поверхности и экспозиция сушки. Критерием оптимизации в этом случае может служить максимальная температура зерна на выходе из УКТ, характеризующая его качество. При правильно организованном процессе сушки зерна в УКТ, соблюдая оптимальные режимные параметры, на выходе мы можем получить зерно, удовлетворяющее требованиям соответствующего целевого назначения.

1. Гоголев, Ф.Т. Сушка зерна. - М.: Сель-хозгиз, 1939. - 294 с.

2. Лыков, А.В. Теория переноса энергии и вещества / А.В. Лыков, Ю.А. Михайлов.

Рис. 3 - УКТ при проведении исследований: 1 - кожух; 2 - электрокалорифер; 3 - загрузочный бункер; 4 - выгрузное окно; 5 - воздуховод; 6 - электродвигатель; 7 -персональный компьютер; 8 - блок автоматического управления температурным режимом; 9 - контрольно-измерительная аппаратура

- Минск: Изд-во Акад. Наук БССР, 1954. - 357 с.

3. Антошин, И.М. Теоретические основы массообменных процессов пищевых производств / И.М. Антошин. - М.: Пищевая промышленность, 1970. - 344 с.

4. Патент РФ № 2436630. Устройство

для сушки зерна / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, С.А. Сутягин; Опубл. 20.12.2011 г. Бюл. № 35.

5. Карпов, Б.А. Технология послеуборочной обработки и хранения зерна. - М.: Агропромиздат, 1987. - 288 с.

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ СМЕСИТЕЛЯ-ДОЗАТОРА ДИЗЕЛЬНОГО СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА

Ключевые слова: дизельное смесевое топливо, топливная система низкого давления дизеля, смеситель-дозатор топлива, горчичное масло, горчично-минеральное топливо, параметры

Предложена конструкция статического смесителя-дозатора, обеспечивающего приготовление смесевого топлива в системе питания дизеля непосредственно в процессе работы трактора. Выполнено теоретическое обоснование конструктивных и режимных параметров и представлены результаты лабораторных исследований смесителя-доза-

ты тракторного агрегата [4]. Для этого в то-

Наличие в ТСНД относительно длинных трубопроводов, имеющих различное проходное сечение, приводит к появлению в трубопроводах потоков, направленных поперек основного потока движения жидкости и создает завихрения, способствующие

Проблема всемерного сокращения потерь и рационального использования зерна остается одной из наиболее актуальных проблем, имеющих общегосударственное значение.

Для предотвращения возникновения недопустимых количественно-качественных потерь зерна огромную роль играет своевременно и правильно проведенная его послеуборочная обработка.

Среди основных факторов, определяющих качество зерна и влияющих на возникновение возможных потерь, важное место занимают условия и способы уборки урожая.

Как известно, однофазная уборка зерна прямым комбайнированием применяется только при наступлении полной спелости зерна. Основной трудностью при этом является установление оптимального срока уборки, гарантирующего однородность зерновой массы по спелости. Естественная неоднородность созревания отдельных зерен в колосе, риск осыпания и ухудшение качества полностью созревшего зерна при перестое на корню обусловливают потери зерна, возникающие при этом способе уборки урожая.

Раздельная уборка, проводящаяся в стадии восковой спелости зерна, имеет ряд преимуществ, позволяет почти полностью устранить биологические и существенно сократить механические потери зерна.

Зерно, убранное в различные фазы созревания, имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при организации процесса послеуборочной обработки.

При созревании зерна пшеницы постоянно изменяется количественный и качественный состав накапливаемых белковых веществ, происходит формирование клейковины, значительно изменяются ее физические свойства.

Основные белковые компоненты клейковины – глиадин и глютенин – образуются в зерне почти с самого начала налива. Начиная с фазы молочной спелости, их накопление постепенно возрастает. В конце фазы молочной спелости при избытке глютенина клейковина имеет плохую связность и низкую гидратационную способность. По мере дальнейшего созревания в зерне увеличивается содержание глиадина, его формирование является заключительным этапом синтеза белка. В зерновке укрепляются связи между аминокислотами, и к началу восковой спелости образуются устойчивые структуры белковых макромолекул, растяжимость клейковины при этом увеличивается. К стадии полной спелости зерна клейковина приобретает нормальные реологические свойства.

В процессе послеуборочного дозревания зерна в зависимости от определенных условий также могут происходить некоторые изменения содержания и качества клейковины.

Длительная отлежка в валках при раздельном способе уборки и перестой зерна на корню приводят, как правило, к резкому уменьшению стекловидности зерна, количества белковых веществ и снижению силы муки.

Одним из основных технологических приемов послеуборочной обработки, способствующих приведению свежеубранного зерна в стойкое для хранения состояние, является своевременная тепловая сушка, обеспечивающая наиболее полное сохранение качества высушиваемого зерна.

Тепловая сушка зерна, наряду с извлечением влаги, сопряжена с интенсивным воздействием на всю биологическую систему зерна как живого организма. Искусственное снижение влажности зерна изменяет количественное соотношение составных частей системы и, как следствие, характер их взаимодействия. Тепловое воздействие сопровождается сложными физико-химическими и биохимическими изменениями в белковом, липидном, углеводно-амилазном и ферментном комплексах. В результате сушки изменяются физические свойства зерна, его теплофизические и влагообменные характеристики, происходит перестройка микроструктуры тканей зерна.

Некоторые из происходящих изменений неизбежны и в зависимости от применяемой технологии сушки могут иметь либо положительные, либо отрицательные последствия. Важно, чтобы в процессе сушки не было допущено необратимых последствий в наиболее лабильных комплексах, определяющих качество зерна в широком смысле этого слова.

Особое внимание необходимо обращать на нередко необоснованно применяемую интенсификацию сушки продовольственного и кормового зерна, в частности путем превышения температуры сушильного агента выше установленных пределов. Такая интенсификация процесса приводит к губительным последствиям для качества зерна. Например, чрезмерное повышение температуры сушильного агента вызывает такие крайне нежелательные явления, как запаривание и закал зерна.

Запаривание может произойти при сушке зерна повышенной влажности с низкой начальной температурой в результате воздействия на него высокотемпературного агента сушки. При этом на холодной поверхности зерна происходит обильная конденсация ранее испаренной влаги, сопровождающаяся выделением теплоты. В результате зерновая масса увлажняется, повышается ее температура, что, в свою очередь, вызывает ухудшение качества зерна. Запаривание зерна может произойти и при недостаточном расходе агента сушки.

Процесс закала наиболее вероятен для свежеубранного зерна, обладающего пониженной влагопроводностью оболочек, эндосперма и зародыша. При применении высокотемпературного сушильного агента зачастую происходит недопустимый перегрев и пересушивание оболочек зерна, сужение влагопроводящих капилляров и снижение их влагопроницаемости. Оболочки теряют способность пропускать влагу. Вследствие закрытия пор оболочек в пограничном слое эндосперма скапливаются водяные пары, выход которым затруднен. Возникает явление закала зерна, а иногда и разрыв оболочек и эндосперма. Кроме того, при этом в алейроновом слое и прилегающих к нему периферийных частях эндосперма происходят сложные биохимические изменения, в частности денатурация белков и декстринизация крахмала, которые также обусловливают существенное ухудшение качества высушиваемого зерна.

Неоправданная интенсификация процесса сушки в наибольшей степени отражается на сохранности белкового комплекса зерна. При этом определяющей является не столько температура сушильного агента, сколько температура зерна на выходе из сушильной камеры. Она не должна превышать установленных предельных значений для сушки продовольственного, кормового и семенного зерна.

Изменения в белковом комплексе характеризуются степенью денатурации белковых веществ, вызывающих изменение их первоначальных свойств, – уменьшается их растворимость, гидрофильность, ферментная активность. Степень тепловой денатурации белков зависит от температуры нагрева зерна, его влажности и продолжительности нагревания. Нагрев зерна при одной и той же температуре может по-разному влиять на его качество, если влажность зерна и продолжительность его нагревания будут различными. Изменения в белковом комплексе особенно важно учитывать при сушке зерна пшеницы.

В зависимости от условий тепловой денатурации наблюдаются четыре основные стадии качественного состояния белкового комплекса высушиваемого зерна.

Первая стадия характеризуется термоактивацией зерна, она сопровождается некоторым повышением энергии прорастания и всхожести. При этом чем ниже начальная всхожесть зерна, тем больше проявляется положительное влияние нагрева зерна.

На второй стадии денатурации свойства белков изменяются незначительно, и заметные изменения технологических показателей качества зерна отсутствуют.

Третья стадия приводит к укреплению клейковины при отсутствии заметной денатурации спирторастворимых белков. Ее используют для улучшения физических свойств слабой клейковины.

Существенное укрепление клейковины, денатурация спирторастворимых белков и значительное ухудшение хлебопекарного качества муки происходят на четвертой стадии тепловой денатурации.

В случае денатурации, при которой зерно не утрачивает свою жизнеспособность, речь может идти о некоторой обратимости процесса денатурации с течением времени: свойства нагревавшегося зерна могут измениться, повышается его энергия прорастания и всхожесть, изменяется растворимость белков. Однако ренативация белковых веществ может наступить лишь при неглубокой денатурации и в условиях хранения зерна в течение 3-5 месяцев.

При денатурации, вышедшей за пределы стадии термоактивации, восстановления первоначальных свойств белков не происходит, а энергия прорастания и всхожесть зерна не достигают исходных показателей.

Перегрев зерна выше предельно допустимой температуры приводит к термическому распаду и окислению липидов и биологически активных веществ липидной природы. Окисление липидов приводит к отмиранию клеток зерна и к глубокому изменению биохимических процессов в его тканях. Продукты окисления липидов разрушают многие витамины, существенно ухудшают технологические достоинства зерна.

Тепловое воздействие оказывает существенное влияние и на активность ферментов зерна. Превышение предельно допустимой температуры нагрева зерна приводит к заметному снижению активности и даже прекращению действия таких ферментов, как каталаза, α-амилаза, глицерофосфатаза и протеаза.

В проведенных нами исследованиях изучалась технология сушки зерна пшеницы различных фаз спелости.

Опытная сушка проведена на различных пробах зерна пшеницы: убранного в стадии восковой спелости, прошедшего и не прошедшего стадию послеуборочного дозревания; убранного в стадии полной спелости, прошедшего послеуборочное дозревание, а также на пробах зерна, перестоявшего на корню, убранного после оптимальных сроков и прошедшего послеуборочное дозревание.

С целью обеспечения условий равномерного нагрева каждого отдельно взятого зерна и наиболее достоверного определения допустимой температуры нагрева опыты проведены с элементарным слоем зерна, как моделью сушки пограничного слоя, контактирующего со свежим сушильным агентом, поступающим в сушилку. Как известно, в пограничном слое нагрев и сушка зерна происходят с максимальной по отношению ко всему слою скоростью.

В процессе сушки измеряли и контролировали влажность и температуру зерна, температуру, скорость и расход сушильного агента.

При комплексном анализе качества высушиваемого зерна с использованием стандартизированных и общепринятых методов определяли влажность, содержание и качество клейковины, энергию прорастания и всхожесть, содержание сорной и зерновой примеси, натуру, стекловидность и количественно-качественный состав микрофлоры.

С целью наиболее полного сохранения качества высушиваемого зерна температуру сушильного агента в ходе исследований поддерживали в пределах 80-90ºС. Температура нагрева зерна при этом достигала 40-60ºС.

Кинетику сушки изучали на основе анализа кривых сушки, термограмм зерна, кривых скорости сушки и нагрева зерна. Установлено, что весь процесс протекал с непрерывно возрастающей температурой зерна и убывающей скоростью сушки.

Выявленные закономерности кинетики сушки увязаны с происходящими изменениями показателей качества высушиваемого зерна. За допустимую температуру нагрева зерна принимали такое ее значение, при котором наступали необратимые изменения в белковом комплексе зерна, характеризуемые снижением содержания и качества клейковины, энергии прорастания и всхожести.

Исходное зерно пшеницы, убранное в стадии восковой спелости и не прошедшее стадию послеуборочного созревания, характеризовалось достаточно высокой влажностью – в пределах 22-22,5%, натурой 720 г/л, стекловидностью 52%, энергией прорастания 35%, всхожестью 65%. Содержание клейковины в пробах пшеницы находилось в пределах 27-27,5%, качество клейковины – 62-65 ед. ИДК.

Пробы зерна просушены при температуре сушильного агента 90ºС с максимальным нагревом зерна до 40-60ºС. Установлено, что при указанных режимных параметрах процесса в высушиваемом зерне пшеницы отмечалось некоторое увеличение содержания клейковины – на 1-1,5% и небольшое ее укрепление — на 5-15 ед. ИДК в пределах той же группы качества. Несколько увеличилась и всхожесть просушенного зерна – на 5-10%.

Следует отметить, что свежеубранное зерно было в высокой степени обсеменено спорообразующими бактериями, численность которых достигала 17 тыс. на 1 кг зерна, что в 100 раз превышало обычное количество указанных бактерий. Причем спорообразующие бактерии присутствовали не только на поверхности зерна, но и проникали в его внутренние части. Это указывало на возможность поражения зерна пшеницы еще в поле (бактериоз пшеницы). Проведенная сушка способствовала некоторому снижению численности микрофлоры.

В зерне, просушенном при температуре сушильного агента 80ºС с максимальным нагревом до 45-60ºС, отмечалось сохранение содержания клейковины, некоторое ее укрепление (на 5-10 ед. ИДК) и повышение всхожести на 5-20%.

Зерно просушено при температуре сушильного агента 80ºС, максимальный нагрев зерна в опытах достигал 45-60ºС. В просушенном зерне содержание клейковины оставалось практически неизменным. Качество клейковины зерна, нагретого до 45-50ºС, не изменилось. Клейковина зерна, нагретого до 55-60ºС, укрепилась, перейдя по качеству из первой во вторую группу. Всхожесть просушенного зерна повысилась на 15-20%.

Зерно пшеницы, перестоявшее на корню, убранное после оптимальных сроков и прошедшее послеуборочное дозревание, характеризовалось высокой всхожестью – в пределах 80-85%. Содержание клейковины в исходных пробах достигало 28,5%, ее качество – 50 ед. ИДК.

Зерно просушено при температуре сушильного агента 80ºС, максимальный нагрев зерна в опытах достигал 45-60ºС. В просушенном зерне содержание и качество клейковины оставалось на уровне исходного. Всхожесть просушенного зерна повысилась на 15-20%.

Анализ полученных данных подтвердил технологическую целесообразность и эффективность сушки зерна пшеницы, убранного в различные фазы спелости, и позволил рекомендовать режимы сушки, которые обеспечивают наиболее полное сохранение качества свежеубранного зерна.

Режимы сушки зерна пшеницы, убранного в различные фазы спелости

Характеристика зерна	Предельно допустимая температура, ºС
Характеристика зерна	агента сушки	нагрева зерна
Убранное в стадии восковой спелости, не прошедшее послеуборочного дозревания	90	60
Убранное в стадии восковой спелости, прошедшее послеуборочное дозревание	80	55
Убранное прямым комбайнированием в стадии полной спелости, прошедшее послеуборочное дозревание	80	55
Убранное в оптимальный срок, прошедшее послеуборочное дозревание	80	55
Перестоявшее на корню, убранное после оптимальных сроков, прошедшее послеуборочное дозревание	80	60

Производственная проверка подтвердила целесообразность применения рекомендуемых режимов для сушки зерна пшеницы, убранного в различные фазы спелости. Наряду с наиболее полным сохранением качества высушиваемого зерна отмечено ускорение процесса послеуборочного дозревания, повышение семенных и технологических достоинств зерна.

Савченко С.В., кандидат технических наук, доцент

Правильно проведенная сушка семенного зерна (например, С влажностью до 25% при температуре агента сушки 70 °С и средней температуре зерна в горячей камере не выше 45 °С) не только не ухудшает его семенные достоинства, но и приводит к заметному повышению всхожести и энергии прорастания. Сушка продовольственного зерна влажностью до 22% при температуре агента сушки не больше 120 °С при одноступенчатом режиме и п%зо °С — при двухступенчатом режиме также не ухудшает хлебопекарных достоинств, в ряде случаев несколько улучшает их. Однако нередко наблюдаемое в практике нарушение установленных режимов сушки, особенно неравномерность награда зерна в горячей камере, приводит к повреждениям зерна. При неправильной сушке зерно может быть полностью испорчено. Цвет эндосперма в этом случае изменяется от коричневого до черного. Такое зерно относят к сорной примеси, для производства муки и крупы оно непригодно.

Потемнение зерна в процессе сушки и при хранении может быть ферментативного и неферментативного характера. Потемнение появляется вследствие окисления под влиянием монофе- иол-монооксигеназы полифенольных соединений, способных тс образованию водорастворимых соединений (темного цвета) в результате реакции полимеризации. Неферментативное, потемнение возникает в отсутствие кислорода в результате амино- карбонильных реакций (реакции меланоидинообразования), реакции карамелизации и окислительного потемнения (разрушение аскорбиновой кислоты, полифенольных соединений и ненасыщенных липидов в ди- или поликарбонаты в присутствии кислорода).

Зерно, горевшее в большом количестве (при пожарах в поле или при хранении), после гашения становится мокрым и горьким, с сильным неприятным запахом. В нем образуются масля- лая и другие органические кислоты. Горевшее зерно можно использовать в спиртовом производстве при особом режиме переработки и уменьшенном выходе спирта (до 30 л спирта на 300 кг зерна).

Зерно, частично поврежденное сушкой, с измененным цветом оболочки и эндосперма (от кремового до светло-коричневого) относят к зерновой примеси. Зерно может быть повреждено высокой температурой и без видимых признаков порчи. При этом оно частично или полностью утрачивает свои семенные достоинства. Технологические достоинства его тоже ухудшаются. В пшеничной муке из зерна, поврежденного сушкой, уменьшается содержание клейковины. При сильном повреждении она вообще не отмывается. Свойства клейковины резко изменяются: она обладает пониженной влагоемкостью, почти полностью утрачивая способность к растяжению. Это происходит в результате тепловой денатурации белков зерна и инактивации протеолитических ферментов ( 60).

Хлеб, выпеченный из муки, полученной из неправильно высушенного зерна пшеницы, получается со значительно пониженным объемом, мало развитой и толстостенной пористостью, с бледной коркой. Все это результат денатурации белков и инактивации ферментов.

О качестве зерна пшеницы после сушки можно судить по таким показателям, как физические свойства теста, определяемые с помощью приборов (альвеографа, фаринографа), седимента- ционное число, продолжительность брожения шарика теста и др. В тех случаях, когда в зерне, испорченном при сушке повышенными температурами, невозможно определить содержание и качество клейковины, степень ухудшения хлебопекарных достоинств пшеницы можно установить по количеству азотсодержащих веществ в 0,05 М растворе уксусной кислоты, по величине оптической плотности раствора муки в уксусной кислоте* измеряемой на фотоэлектроколориметре (ФЭК-56) и по водо- удерживающей способности муки.

В зерносушилках некоторых типов топливом служит каменный уголь. При его сжигании образуются продукты неполного сгорания и сернистый ангидрид с неприятным удушливым запахом, легко передаваемым зерну. Сернистый ангидрид сорбирует- 'ся главным образом на поверхности зерна, частично проникает в близлежащие слои и образует нестойкие соединения. При наличии свободной влаги сернистый ангидрид дает сернистую кислоту, связываемую поверхностными слоями. Сренистый ангидрид обладает восстанавливающими свойствами, легко взаимодействует с белками и вызывает изменение физических и химических свойств клейковины пшеницы. Содержание клейковины* уменьшается на 2. 3%, качество ее ухудшается (она становится липкой, слабоэластичной). Активность протеолитических

ферментов практически не изменяется, других ферментов — заметно снижается.

Активность амилолитических ферментов при действии тепла на зерно при высушивании или гидротермической обработке обычно снижается. При сушке зерна в дымовых газах она возрастает. Увеличивается также и содержание восстанавливающих Сахаров. Это связано с тем, что амилазы содержат легко окисляющиеся сульфгидрильные группы, что сначала вызывает падение их осахаривающей способности, а затем при восстановлении сульфгидрильных групп под влиянием дымовых газов активность этих ферментов возрастаем.

При сушке зерна топочными газами необходимо использовать уголь с минимальным количеством серы (до 1,5. 2,0%). Особенно это важно при высушивании сырого зерна и .в условиях высокой относительной влажности воздуха. Критическая температура сушки зерна — 40. 45°С. При дальнейшем повышении температуры мукомольные достоинства зерна ухудшаются, повышается зольность и снижается выход муки. Качество зерна зависит от равномерности нагрева при сушке. Наибольшая неравномерность температуры зерновой массы наблюдается в шахтных сушилках. Установлено, что неравномерность нагрева зерна по горизонтальному сечению шахты сушилок достигает 20. 25°С, а по толщине слоя зерна—15. 25°С. Наиболее эффективен способ исправления зерна, поврежденного сушкой, — смешивание его перед размолом или смешивание уже полученной муки с соответствующим количеством муки нормального качества.

При дальнейшем увеличении температуры клейковина укрепляется, становится крошащейся и при температуре 85 °С перестает отмываться в результате полной денатурации белков. Резистентность белковых веществ с увеличением температуры непрерывно возрастает в результате их теплового уплотнения. Добавление пересушенного зерна с неотмываемой клейковиной дает неодинаковый результат при смешивании с зерном сильной пшеницы. Примесь 25.. .50% пересушенного зерна к слабой пшенице несколько укрепляет клейковину, в связи с чем уменьшается расплываемость подового хлеба. Примесь пересушенного зерна к сильной пшенице в количестве 25% и более по всем показателям ухудшает качество хлеба. Объем хлеба при добавлении пересушенного зерна в количестве 25% и выше во всех случаях снижается. Использование зерна, испорченного сушкой, •смешиванием с нормальным требует очень осторожного подхода и тщательной предварительной проверки.

В последнее десятилетие появились данные о наличии в продуктах питания, в том числе и в зерне, полициклических ароматических углеводородов, обладающих канцерогенным действием.

Для предотвращения попадания канцерогенных углеводородов в зерно при сушке необходимо переводить работу топок зерносушилок с твердого топлива на жидкое или газообразное и строго соблюдать расчетный режим сжигания топлива (коэффициент избытка воздуха, температуру горения и тепловое^ напряжение топочного объема).

Из всех факторов, влияющих на увеличение количества бензпирена, наибольшее значение имеет продолжительность контакта зерна с продуктами сгорания. Наилучшие условия в этом отношении создаются при сушке зерна во взвешенном состоянии,, что наблюдается при рециркуляционной сушке. Исследователю считают, что при этом способе возможна сушка зерна продуктами сгорания без накопления в нем бензпирена. Опытное изучение этого важного вопроса должно быть продолжено и расширено. Необходимо также ориентировать конструкторов и создателей сушильных установок на разработку способов сушки,, исключающих содержание канцерогенных веществ в агенте сушки, с которым зерно вступает в контакт.

Сушка зерна – это важный завершающий обработку зерна технологический этап, при котором сырьё доводится до кондиционной влажности. Влажность зерна после сушки обычно составляет 14%.

После сбора посевного продукта (пшеницы, бобовых, крупяных или масличных культур) необходимо снять с него излишек влажности. Важно, чтобы технология сушки зерна обеспечивала минимальный расход топлива, минимальное травмирование (бой) зерна, а также гарантировала правильный режим сушки, который позволит получить физиологическое дозревание и улучшение качества зерна.

Каждое зерно любит свои тепловые режимы, типы зерна имеют разные размеры, пожароопасность, абразивность, каждое топливо также имеет свои особенности. Определённая сушка зерна хорошо работает для одних культур, но плохо для других и от этого никуда не деться. Поэтому мы всегда ищем зерносушилку с правильным балансом плюсов и минусов.

Основные цели и задачи обработки и сушки зерна

Благодаря качественному процессу снижения влажности зерновой культуры (сушке) мы обеспечиваем длительное хранение зерна и поддерживаем её начальное качество и класс. Процесс сушки зерна предполагает, что понижение влажности продукта должно проходить плавно, постепенно от центра зёрнышка к периферии. Сушка зерна и температура нагрева зерновой массы должна контролироваться датчиками, так как даже незначительное повышение температуры может привести к обгоранию оболочки зёрен.

Конструкция зерносушилок признана более продуктивной и экономичной, если она работает на смеси топочных газов с воздухом. КПД топки становится выше, а расход топлива снижается. Такие топки прямого действия необходимо тщательно контролировать при эксплуатации: важно предупредить попадание искр из топки в сушильную камеру.

Во всех без исключения зерносушилках должно работать условие: продукт должен прогреваться равномерно в процессе сушки, не пригорать и не перегреваться в отдельных местах. Нормативами установлена максимальная температура сушки зерна в зерносушилках:

сушка семенного зерна ─ 43-45°С;
продовольственного и фуражного зерна ─ 53-55°С.

Результаты сушки зерна

Процесс сушки зерна обеспечивает ряд положительных изменений собранной влажной зерновой культуры:

Дозревание зерновой массы. Сушка зерна способствует его равномерному распределению, высыханию и дозреванию. После потери влаги ускоряется процесс дозревания культуры (сушка свежего зерна пшеницы, проса, ячменя и т.п.).
Обеззараживание культуры. Когда снижается влажность зерна, резко снижается жизнедеятельность вредных микроорганизмов, которые присутствуют в продукции.
Улучшение и сохранение качества. Обработка зерна способна повысить его класс и продовольственные характеристики. Качественная сушка в зерносушилке позволяет довести сырую продукцию до отменного качества, тем самым можно вывести компанию на новые рынки сбыта, конкурировать с другими предприятиями и развивать бизнес.
Консервация продукта для длительного хранения. Сушка зерна на семена представляет собой процесс консервации культуры, чтобы сохранить посевной материал до следующего сезона.

Принцип действия зерносушилки

Процесс сушки зерна в зерносушилке (важнейшем оборудовании на элеваторе) заключается в просушивании зерновых культур до кондиционной влажности (зачастую она составляет 14%). Качественная, технологически правильная и своевременная сушка зерновой культуры станет залогом её длительного хранения и соответствия требованиям рынка.

Зерносушилка ─ это элеваторное оборудование, которое подбирается в зависимости от семейства культур, которые будут обрабатываться на оборудовании, а также для каких целей будет использоваться зерно.

Процесс работы агрегата для просушки в зависимости от модели организовывается принципиально разными способами:

контактным (продукт теряет влагу на поверхности печи подового типа, равномерно нагревающейся по всей площади;
газовым (подогретый воздух смешивают количеством другого газа);
воздушным (горячий воздух пропускается в заданном направлении).

Зерносушилка ─ это устройство, принцип действия заключается в сжигании топлива и передаче тепловой энергии зерновому продукту для снижения его влажности. Такие агрегаты разрабатывают стационарными (неподвижно установленные) и мобильными (есть возможность перемещать в разные зоны помещений завода).

Все виды зерносушилок укомплектованы нагревательной печью (топкой) и камерой для сушки сырья. Нагревательные печи могут работать на дровах, каменном угле, торфе, газе, дизельном топливе. В зависимости от вида и конструкции зерносушильных агрегатов, их камеры отличаются по форме и объему (зависит от производительности).

Во время процесса сушки в камере зерновая смесь может быть неподвижна (сушилки периодического действия) или непрерывно медленно передвигаться (агрегаты непрерывного действия). Конвективный теплообмен ─ это основной путь передачи тепловой энергии от топки к зерновой массе практически во всём современном сушильном оборудовании.

Конвекция ─ это передача теплоты перемещением потоков нагретого воздуха, смеси воздуха с топочными газами или жидкости.

Воздух получает тепло от прикосновения с горячей поверхностью топки или с металлическими трубами с горячими газами внутри.

Зерносушильное оборудование

Сушилки зерна, в первую очередь, различаются по типу конструкции. Они бывают барабанными, мобильными, колонковыми, башенными, карусельными и шахтными.

Трудно сказать, какой из типов конструкции чаще встречается на сельскохозяйственных предприятиях, но хозяйства, которые развиваются и увеличивают площадь пашни, преимущественно закупают шахтные зерносушилки.

Сотрудничество с лидерами отрасли и предприятиями, имеющим хорошую репутацию, сводит к минимуму риск впустую потратить денежные средства на устаревшие технологии.

Зерновой материал необходимо сушить, если его начальная влажность (после сбора урожая) составляет более 15 %. Классификация зерносушилок по видам включает в себя такие агрегаты:

Шахтные сушилки. Это оборудование непрерывного действия, используемые на продолжение всего сезона. Данный тип сушилок имеет рабочую камеру, устроенную в виде шахты, поперек которой размещены короба для подачи нагретого воздуха.

Барабанные сушилки. Рабочая ёмкость такого агрегата ─ это барабан с перемешивающими зерновую массу лопастями

Рециркуляционные сушилки. Оборудование выполняет сушку зерна любого назначения до требуемой влажности в течение одного прохода. Такие типы зерносушилок действуют путем перемешивания кратковременно разогретого зерна с влажным.

Напольные сушилки. Это камера, с подключёнными нагревателем и вентиляционной установкой. Распределение влажности по высоте неоднородно. При высоте насыпи в 1 метр влажность может изменяться от 12 до 16 % от низа к верху.

Колонковые (модульные) зерносушилки. Этот вид оборудования позволяет наращивать мощности (добавлять новые модули) при увеличении масштабов производства или при хорошем урожае, который необходимо обработать в сжатые сроки.

Горизонтальные сушилки

Ещё один популярный агрегат, который предпочитают многие агропредприятия — колонковая (модульная) зерносушилка. Устройство зерносушилки основано на поперечной подаче горячего и холодного воздуха сквозь слой зерна, просачивающегося между перфорированными стенками. Основные рабочие органы зерносушилок ─ сушильная камера, загрузочное и разгрузочное устройство, топочный блок с вентилятором сушки. Также машина для сушки зерна оснащена патрубками подвода теплоносителя, площадкой обслуживания, электрооборудованием и системой зернопроводов. Между двух колонок, из которых состоит сушильная камера, пространство замкнуто. Загрузочное устройство расположено над сушильной камерой. Оно состоит из рамы, обшитой стенками, а также разравнивающего шнека и рассекателя. Датчики, расположенные на раме, поддерживают определённый уровень зерна. С целью обслуживания этих датчиков. Площадка обслуживания как раз создана для обслуживания датчиков уровня продукта. Каждая сушильная колонка разделена на 6 секций, обшитых перфорированными листами. Пять верхних секций работают для сушки зерновой продукции, а единственная нижняя секция предназначена для охлаждения сухого зерна.

Типы и устройство зерносушилок

По характеру использования зерносушилки делятся на стационарные и передвижные. Стационарные монтируются в отдельно стоящих зданиях или специальных помещениях достаточно широкое распространение получили стационарные зерносушилки открытого типа, у которых только топка и некоторое оборудование защищаются от атмосферного воздействия. Передвижные зерносушилки монтируются на различных шасси.

Типы сушилок зерна различаются по таким основным конструктивным признакам:

Читайте также: