Анализ изменения температуры и влажности зерна в процессе его микронизации

Процесс термообработки при микрони-зации зерна определяется влиянием на него параметров, определяющих режим термообработки; параметров, определяющих состояние и качество нагреваемого продукта и конструктивных параметров [1].

Критерием оц енки процесса ИК-нагрева служили влажность и степень декстринизации крахмала обрабатываемого зерна [2].

На рисунке 1 показано изменение влажности и температуры нагрева исходного зерна в зависимости от длительности обработки, а на рисунке 2 –изменение температуры и влажности обработанного зерна в зависимости от производительности микронизатора.

Рисунок 1 - Изменение температуры и влажности зерна от продолжительности термообработки:

1 – шелушенный ячмень ( W = 13,2 %); 2 – пшеница ( W = 12,7 %); 3 – кукуруза ( W = 12,4 %);

– термограммы;

– кривые сушки

Анализ кинетических зависимостей показывает, что процесс термообработки зерна ИК-лучами протекает в два периода.

обработанного зерна от производительности мик-ронизатора: 1 – шелушенный ячмень ( W = 13,2 %);

2 – пшеница ( W = 12,7 %); 3 – кукуруза ( W = 13,4 %);

– термограммы;

– кривые сушки

Начальный этап процесса обработки характеризуется небольшим снижением влажности и увеличением скорости влагоотдачи. При значительной интенсивности излучения и, как правило, малой толщине слоя зерна на вибрирующей платформе микронизатора начальная стадия прогрева продукта непродолжительна и протекает в течение 10-15 с. В дальнейшем, когда темп ература зерна повышается до 333 К и выше, наблюдается интенсивное испарение влаги, что в силу небольшой термовлагопро- водности зерна приводит к образованию внутри зерновки значительных градиентов влажности и температуры. Это вызывает образование микротрещин, что нарушает микроструктуру нагреваемого продукта, в частности, крахмальных гранул. В этот период наблюдается линейная зависимость между влажностью и длительностью термообработки, т. е. наступает период постоянной скорости испарения влаги.

При нагреве зерна свыше 373 К оно вспучивается, становится пластичным. В таком состоянии оно наиболее эффективно плющится. Однако для различных зерновых культур длительность нагрева до 373 К различна. Если для ячменя и пшеницы она составляет 55-60 с, то для кукурузы время нагрева возрастает до 80 с. Вызвано это большими размерами зерновок кукурузы. В то же время влажность кукурузы при данном значении температуры практически соответствует влажности ячменя и пшеницы.

Дальнейший нагрев зерна приводит к его растрескиванию и интенсивному испарению влаги. При уменьшении влажности ниже 8 %, когда температура зерна достигает 388-393 К, продукт приобретает хрупкую структуру и при плющении крошится, что сказывается как на самом эффекте плющения, так и на товарном виде продукции. Кроме этого, снижение влагосодержания приводит к убыли массы зерна и, соответственно, к удорожанию данного способа обработки.

Поэтому в дальнейших исследованиях влажность обрабатываемого зерна ограничивали до 8 %.

График показывает (рисунок 3), что с увеличением влажности зерна, увлажненного водой, длительность процесса ИК-нагрева увеличивается. Так, если при нагреве ячменя с исходной влажностью 13,2 % до температуры 388-393 К длительность облучения составляла 75 с, то для увлажненного ячменя влажностью 18-19 % при нагреве до такой же температуры время воздействия терморадиации увеличилось до 100 с.

Предварительное пропаривание зерна незначительно увеличивает длительность термообработки по отношению к зерну с исходной влажностью. Объясняется это тем, что температура пропаренного зерна перед микро-низатором составляет уже 343-363 К и поэтому на прогрев зерна требуется меньшее количество тепловой энергии.

На процесс микронизации оказывают влияние три режима обработки зерна: увлажнение водой с последующим отволаживанием;

пропаривание; совместное увлажнение и пропаривание зерна. Влажность зерна в опытах изменялась от 12 до 25 %.

Рисунок 3 - Изменение температуры и влажности ячменя от продолжительности термообработки:

1 - шелушенный ячмень исходной влажности ( W =

13,2 %); 2 - увлажненный ячмень ( W = 18,2 %);

3 - пропаренный ячмень ( W = 19,4 %);

--------------- термограммы;

-------------- - кривые сушки

Анализируя полученные данные (рисунок 4) и сопоставляя их с предельно допустимым значением влажности, можно заключить, что оптимальная производительность микро-низатора при обработке зерна исходной влажностью составляет 900-1000 т/ч. При этом степень декстринизации крахмала ячменя и пшеницы 9-10 %, кукурузы - 12-13 %.

Рисунок 4 - Изменение степени декстринизации крахмала зерна от производительности микронизатора:

1 - шелушенный ячмень ( W = 13,2 %); 2 - пшеница ( W = 12,7 %); 3 - кукуруза ( W = 13,4 %)

Повышение содержания влаги в зерне оказывает влияние на деструкцию крахмала зерна в процессе микронизации. Установлено, что степень декстринизации зерна с увеличением влажности до 19 % растет интенсивно и достигает для ячменя и пшеницы 24-27 % (рис. 5, 6). При этом производительность мик-ронизатора и температура нагрева зерна составили 800-900 кг/ч и 388-393 К соответственно. Увлажнение зерна выше 19 % не оказывает заметного воздействия на деструкцию крахмала.

Рисунок 5 - Влияние влажности зерна ячменя на изменение степени декстринизации крахмала:

1 - увлажненное зерно; 2 - увлажненное и пропаренное зерно; 3 - пропаренное зерно

Рисунок 6 - Влияние влажности пшеницы на изменение степени декстринизации крахмала:

1 - увлажненное зерно; 2 - увлажненное и пропаренное зерно; 3 - пропаренное зерно

Определено (рисунок 7), что увлажнение кукурузы до 19 % является оптимальным режимом. Степень декстринизации крахмала микронизированной кукурузы с этой влажностью достигает более 30 %, что на 8-10 % выше, чем в ячмене и пшенице. Однако, при термообработке кукурузы производительность микронизатора на 150-200 кг/ч ниже по отношению к производительности, полученной в процессе микронизации ячменя и пшеницы.

Показано (рисунки 5-7), что пропаривание зерна значительно интенсифицирует процесс деструкции крахмала микронизированно-го зерна. Так, если в микронизированном ячмене и пшенице с исходной влажностью 12-13 % степень декстринизации составляла 8-10 %, то в этом зерне, прошедшем предварительное пропаривание до влажности 19-20 % и микронизацию, данный показатель увеличился до 35-40 %, т.е. в 2,5 раза. В обработанной кукурузе степ ень декстринизации повышается до 50 % или в 3,4 раза.

Рисунок 7 - Влияние влажности кукурузы на изменение степени декстринизации крахмала:

1 - увлажненное зерно; 2 - увлажненное и пропаренное зерно; 3 - пропаренное зерно

Достигается данный показатель качества ячменя и пшеницы при температуре нагрева зерна - 388-393 К, продолжительности обработки - 85-90 с, производительности микрони-затора - 900-1000 кг/ч.

Для кукурузы эти показатели соответственно равны: 388-393 К; 100-105 С, 700-800 кг/ч. Наряду с этим следует отметить, что пропаривается ячмень и пшеница до влажности 19 % в течение 10-12 мин, кукуруза – 15-16 мин. В зерне, прошедшем предварительное увлажнение и пропаривание, степень декстринизации крахмала была ниже, чем в пропаренном зерне и всего на 2-3 % была выше, чем в увлажненном.

На основании изучения ИК-нагрева и предварительной влаготепловой обработки можно отметить, что наиболее эффективно проходит проц есс микронизации пропаренного зерна до влажности 19 % с последующей термообработкой в течение 90-95 с до температуры 388-393 К. Исследуя влияние производительности микронизатора на качество зерна, прошедшего предварительную влагообработ-ку, следует отметить, что с уменьшением производительности степень декстринизации крахмала повышается (рисунок 8).

Однако одновременно происходит интенсивное снижение влажности микронизирован-ного зерна, а это приводит к убыли массы зерна. Наряду с этим, при влажности ниже 8 % микронизированное зерно теряет пластические свойства и в процессе плющения измельчается.

Рисунок 8 – Изменение температуры и влажности обработанного зерна от производительности микро-низатора: 1 – увлажненный шелушенный ячмень ( W = 18,2 %); 2 – увлажненный и пропаренный ячмень ( W = 18,7 %); 3 – пропаренный ячмень ( W = 19,4 %);

– термограммы;

– кривые сушки

Таким образом, установлено, что оптимальная производительность микронизатора при обработке пропаренного зерна составляет 900-1000 кг/ч, увлажненного – 800-900 кг/ч.