Особенности сушки зерна

Проблема наиболее полного сохранения качества высушиваемого зерна является одной из важнейших при решении комплекса задач всемерного сокращения потерь и рационального использования зерна.

Тепловая сушка сопряжена с интенсивным воздействием на всю биологическую систему зерна как живого организма, в результате чего изменяются физические, биохимические, структурно-механические и другие свойства зерна. Характер и глубина происходящих изменений в решающей мере зависят от температуры нагрева зерна.

Предельно допустимую температуру нагрева, при которой сохраняется качество зерна в соответствии с его назначением (продовольственное, кормовое, семенное), отождествляют с понятием термоустойчивости. Термоустойчивость зерна следует рассматривать как комплексный критерий, включающий и биологическую устойчивость к тепловому воздействию, и механическую сопротивляемость внутренним разрушающим силам, возникающим под действием градиентов температуры и влагосодержания.

Термоустойчивость зерна зависит от его влажности, состояния белкового комплекса, степени зрелости зерна, а также от технологической схемы сушки, температуры и скорости сушильного агента. Обычно влияние нагрева на сохранность качества высушиваемого зерна   рассматривается во взаимосвязи трех основных факторов – влажности зерна, температуры и продолжительности нагрева. Нашими исследованиями установлено, что термоустойчивость зерна зависит и от влагосодержания сушильного агента.

Практика зерносушения показывает, что с точки зрения наиболее полного сохранения качества зерна целесообразным и высокоэффективным представляется дальнейшее смягчение режимов сушки, что может быть осуществлено, в частности, при использовании сушильного агента пониженной температуры и повышенного влагосодержания.

Однако процесс сушки зерна агентом повышенного влагосодержания изучен недостаточно, не исследовано влияние его на технологические достоинства зерна разных культур, отсутствуют научно обоснованные рекомендации по режимам сушки.

С целью расширения представлений о термоустойчивости зерна и для решения поставленных задач нами проведены комплексные исследования.

Зерно пшеницы высушивалось на экспериментальной установке, позволяющей моделировать процесс сушки в шахтных зерносушилках с воздухораспределительными коробами и осуществлять искусственное увлажнение сушильного агента. Экспериментальная установка снабжена системами автоматического контроля, регулирования и записи режимных параметров процесса и высушиваемого зерна.

Все опыты проведены при пониженной температуре агента сушки в расчете на снижение влажности за один прием на 4-8%.

Начальная влажность зерна находилась в пределах 18-24%. Температура сушильного агента составляла 70-85°С,  его влагосодержание находилось в пределах от 11 до 41 г/кг с.в. Скорость агента сушки составляла 0,4 м/с, что характерно для шахтных сушилок с воздухораспределительными коробами.

Проведено несколько серий сравнительных опытов с зерном разной влажности. В контрольных опытах каждой серии зерно высушивалось сухим агентом влагосодержанием 11 г/кг с.в., а в сравнительных – влажным агентом влагосодержанием 32-41 г/кг с.в., характерным для промышленных зерносушилок, работающих с повторным использованием отработавшего сушильного агента.

При проведении опытов определяли комплекс технологических свойств зерна, его мукомольное и хлебопекарное достоинство в зависимости от режимных параметров (влагосодержание и температура сушильного агента) в увязке с параметрами зерна (начальная влажность и температура его нагрева).

Первая серия опытов проведена с зерном начальной влажностью 18-24% при сушке сухим агентом пониженной температуры (70-75°С) с нагревом зерна до 48-55°С. Содержание клейковины в высушенных пробах осталось на уровне контрольного. Отмечалось небольшое укрепление клейковины (на 5-7 ед. ИДК) и незначительное снижение энергии прорастания и всхожести.

На ужесточение режима сушки с повышением температуры сушильного агента до 85°С и нагревом зерна до 55-56°С отчетливее всего зерно отреагировало снижением энергии прорастания и всхожести – на 10-12%. О начавшихся денатурационных изменениях свидетельствовало и некоторое снижение содержания клейковины – на 0,5-1%. Хотя эти величины меньше норм допустимых расхождений, их реальность подтвердилась изменениями и других показателей технологических достоинств зерна.

Серии сравнительных опытов проведены с зерном той же начальной влажности при сушке агентом повышенного  влагосодержания (32-41 г/кг с.в.). При  пониженной температуре сушильного агента (70-75°С) нагрев зерна достигал 48-55°С. Содержание клейковины, энергия прорастания и всхожесть в высушенных пробах остались практически без изменений.   Клейковина несколько укрепилась (на 4-7 ед. ИДК).

Повышение температуры сушильного агента до 85°С привело к нагреву зерна до 60-62°С. Однако более мягкое тепловое воздействие влажного агента сушки обеспечило лучшее сохранение качества высушиваемой пшеницы: содержание клейковины осталось на уровне контрольного, энергия прорастания и всхожесть снизились всего на 7-10%.

При исследовании влияния режимных параметров процесса сушки на показатели качества муки из просушенного зерна установлено, что в муке из зерна, высушенного агентом сушки разного влагосодержания температурой 70-75°С, содержание клейковины осталось на уровне контрольных показателей, клейковина несколько укрепилась.

При более жестком режиме сушки сухим агентом температурой 80-85°С с нагревом зерна до 54-62°С содержание клейковины в муке всех сортов снизилось на 0,7-1,6%, клейковина укрепилась на 8-12 ед. ИДК.

В то же время, при сушке влажным агентом той же температуры с нагревом зерна до 60-62°С содержание клейковины осталось без изменений, и она укрепилась в меньшей степени – всего на 4-6 ед. ИДК.

Анализ составленных количественно-качественных балансов помолов показал, что общий выход муки из зерна, просушенного сухим агентом температурой 70-75°С с нагревом зерна до 48-55°С, остался практически на уровне контрольной пробы. В некоторых опытах отмечалось увеличение выхода муки высоких сортов на 1-2%. Качество муки, оцениваемое показателями зольности и белизны, практически не изменилось.

Общий выход муки из зерна, просушенного при более жестком режиме сухим агентом температурой 80-85°С с нагревом зерна до 54-62°С, уменьшился на 0,2-0,3%. Выход муки высоких сортов снизился на 1-3%, соответственно, в большей степени – при большем нагреве зерна. Зольность муки разных сортов увеличилась на 0,05-0,15%, белизна – на 2-7 ед.

Сушка зерна влажным агентом обеспечила лучшие показатели качества муки – общий выход муки увеличился на 0,3-0,5%, в основном за счет увеличения выхода муки высоких сортов на 3-6%. Улучшилось и качество муки: зольность муки всех сортов снизилась на 0,01-0,07%, белизна – на 3-6 ед.

Более мягкое воздействие влажного агента сушки привело и к лучшему сохранению хлебопекарных достоинств высушиваемого зерна.  В частности, сушка влажным агентом температурой 75-80°С с нагревом зерна до 54-62°С обеспечила увеличение объемного выхода хлеба на 43-72 см³ на 100 г муки, формоустойчивости – на 0,03-0,07, пористости – на 2-3%. По сравнению с контрольными пробами улучшился внешний вид хлеба и структурно-механические свойства мякиша. Эти параметры во многом зависят от зерносушилки в Оренбурге (монтаж и продажа).

Выявленные закономерности изменения технологических свойств обусловлены тем, что при сушке зерна влажным агентом вследствие снижения интенсивности внешнего влагообмена замедляется процесс углубления поверхности испарения внутрь зерна. Благодаря этому уменьшается вероятность пересушивания оболочек зерна, повышается равномерность сушки по сечению зерновок и предотвращается возникновение деструктивных изменений в них, что, в свою очередь, оказывает благоприятное влияние на технологические свойства высушиваемого зерна, его мукомольное и хлебопекарное достоинство.

Полученные данные о стабильности показателей качества зерна при сушке влажным агентом свидетельствуют о повышении термоустойчивости зерна и согласуются также с известным положением о снижении чувствительности процесса по показателям качества зерна к колебаниям входных параметров – начальной влажности и температуре зерна. Установленные закономерности изменения показателей качества зерна, муки и хлеба позволяют рекомендовать значения допустимой температуры нагрева зерна: при сушке сухим агентом – 55°С, а при сушке влажным агентом – 60°С.

Современные  разработки технологий сушки  и применяемые в современных сушилках технические решения представляют особый интерес  для  российских фермеров. Тепловая сушка сопряжена с интенсивным воздействием на всю биологическую систему зерна как живого организма, в результате чего изменяются физические, биохимические, структурно-механические и другие свойства зерна. Характер и глубина происходящих изменений в решающей мере зависят от температуры нагрева зерна.

Предельно допустимую температуру нагрева, при которой сохраняется качество зерна в соответствии с его назначением (продовольственное, кормовое, семенное), отождествляют с понятием термоустойчивости. Термоустойчивость зерна следует рассматривать как комплексный критерий, включающий и биологическую устойчивость к тепловому воздействию, и механическую сопротивляемость внутренним разрушающим силам, возникающим под действием градиентов температуры и влагосодержания.

Термоустойчивость зерна зависит от его влажности, состояния белкового комплекса, степени зрелости зерна, а также от технологической схемы сушки, температуры и скорости сушильного агента. Обычно влияние нагрева на сохранность качества высушиваемого зерна   рассматривается во взаимосвязи трех основных факторов – влажности зерна, температуры и продолжительности нагрева.

В России ежегодно большие объемы выращенного зерна и высококачественных семян теряются из-за повышенного содержания влаги. Влажность зернового материала – один из главных факторов, определяющих возможность безопасного его хранения без потери всхожести и силы роста семян, продовольственных качеств и без образования токсинов.

В зависимости от погодных условий в России подвергается сушке 40–60% валового сбора зерновых. Но суммарный зерносушильный парк страны должен обеспечивать сушку 65–75% валового сбора зерна, так как в некоторых районах использование зерносушильных средств требуется не ежегодно, а лишь раз в 2–3 года. Получается, что зерносушильной техникой должны быть оснащены 2/3 хозяйств.

Сушка зерна в технологии послеуборочной обработки и хранения  не только наиболее дорогая, но и наиболее сложная технологически и конструктивно система, которая определяет  сохранность и стоимость убранного урожая, при этом способы сушки определяют качество сохраненного зерна. 

Каждая сушильная система имеет свои преимущества и недостатки, поэтому без знания основных принципов систем сушки практически невозможно выбрать оптимальное решение для условий конкретного хозяйства. При подборе зерносушилки определяющими факторами, которые влияют на выбор потребителей, являются показатели производительности сушилки, её энергозатратность, надежность и долговечность работы и цена. Расход топлива зерносушилки зависит от очень многих факторов: влияние окружающей среды, вида просушиваемого материала, назначения просушиваемого материала, его начальных параметров (начальная влажность, засоренность), качества топлива и т.д.

Также немаловажна легкость очистки сушилки, особенно при сушке разных партий семенного зерна. При этом  важную роль  играет правильность подбора режима сушки зернового материала. Если  зерно влажностью 14% может безопасно храниться в течение нескольких месяцев даже в не продуваемой насыпи (без аэрации), то  зерно повышенной влажности (22–24%), хранящееся без аэрации при 15–20°C, подвергается порче уже через 3–7 дней. Снижение температуры с 20 до 10°C увеличивает срок безопасного хранения в 2–4 раза. Время безопасного хранения семян ячменя и овса несколько больше, чем пшеницы и ржи .

Практика зерносушения  показывает  что  зерно с начальной влажностью 18-24% при сушке сухим агентом пониженной температуры (70-75°С) с нагревом зерна до 48-55°С. Содержание клейковины  остается в значениях  нормы, хотя и  отмечалось небольшое укрепление клейковины (на 5-7 ед. ИДК) и незначительное снижение энергии прорастания и всхожести.

При  ужесточение режима сушки с повышением температуры сушильного агента до 85°С и нагревом зерна до 55-56°С отчетливее всего зерно реагирует  снижением энергии прорастания и всхожести – на 10-12%. А так же некоторое снижение содержания клейковины – на 0,5-1%. Хотя эти величины меньше норм допустимых расхождений, их реальность подтвердилась изменениями и других показателей технологических достоинств зерна.

При  пониженной температуре сушильного агента (70-75°С) нагрев зерна достигал 48-55°С. Содержание клейковины, энергия прорастания и всхожесть  остались практически без изменений.   Клейковина несколько укрепилась (на 4-7 ед. ИДК).

Таким образом, оптимальная температура — один из ключевых факторов сохранения товарных свойств сырья. В процессе сушки температуру надо тщательно контролировать.

Сырое зерно обладает невысокой  термоустойчивостью. Поэтому начинать надо с минимальных значений. Так, семенной материал на начальном этапе нагревают до 40-45 градусов, продовольственную пшеницу — до 45-55 градусов, фуражное зерно — до 60 градусов.