Способ термической обработки зерна

 

Использование: пищевая промышленность, в частности производство взорванных зерен. Сущность изобретения: способ термической обработки зерна включает нагревание зерна в потоке теплового агента с одновременной обработкой ИК-излучением, при этом поток теплового агента подают на движущийся слой зерна периодически с частотой 0,3 - 10,0 Гц с суммарным расходом агента по отношению к массовому расходу зерна 10,0 - 15,0, и скоростью подачи агента, составляющей 1,0 - 5,0 величины скорости витания зерен. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к кормопроизводству и может быть использовано в пищевой промышленности для производства концентратов и напитков. Термической обработкой достигают вспученного состояния зерен, сопровождающегося биохимическими превращениями, улучшающими их кормовую ценность.

Существует способ термической обработки зерна, включающий нагрев зерна до 100-140^оС при его перемещении по нагретой поверхности в течение 5-12 c [1] Недостатком способа является неполная обработка, при которой часть зерен остается в исходном состоянии. Это происходит вследствие того, что условия нагрева отдельных зерен в существующем способе не одинаковы вследствие взаимного экранирования одних зерен другими по отношению к основному источнику нагрева тепловому излучению.

Известен способ непрерывного производства взорванных зерен, принятый в качестве прототипа, включающий нагрев зерен в псевдоожиженном слое, образуемoм тепловым агентом, например нагретым воздухом, с постоянной влажностью, и, одновременной, нагрев инфракрасным излучением [2] Недостатком известного способа является неполная обработка зерна за счет неравномерности нагрева отдельных его слоев в псевдоожиженном слое вследствие неодинаковости условий омывания отдельных зерен агентом и усугубляющего влияния теплового излучения, действующего только на открытые для лучей зерна.

При практической реализации известного способа соответствующее устройство имеет специальный узел для вывода невзорванных зерен.

Предложен способ термической обработки зерна, заключающийся в его нагревании в потоке теплового агента при температуре 250-500^оС с одновременным обогревом инфракрасными лучами, воздействующих на движущийся слой зерна. При этом поток теплового агента подают на движущийся слой зерна периодически с частотой 0,3-10 Гц с суммарным расходом его по отношению к массовому расходу зерна, составляющим 10,0-15,0, со скоростью, составляющей 1,0-5,0 величины скорости витания обрабатываемых зерен. Предложенный способ отличается от известного тем, что поток теплового агента подают на движущийся слой зерна периодически с частотой 0,3-10 Гц, причем суммарный расход агента по отношению к массовому расходу зерна составляет 10,0-15,0, а скорость подачи агента на слой зерна составляет 1,0-5,0 величины скорости витания обрабатываемых зерен, а также отличается тем, что температуру агента поддерживают постоянной при 250-500^оС.

Сущность предложенного способа термической обработки зерна заключается в том, что при заявленном процессе обработки происходит гидролизация части крахмала с образованием простых сахаров и декстринов, обладающих повышенной перевариваемостью и усвояемостью организмом животных. Внешним проявлением прохождения в зерне указанных биохимических превращений является его вспученное состояние. По внешнему виду зерна при этом выглядят как бы взорванными изнутри с растрескавшейся наружной оболочкой и заметно увеличенным объемом сердцевины.

Взрыв зерна происходит вследствие парообразования влаги, содержащейся в них. Полноту обработки зернового материала, подвергнутого нагреву, могут характеризовать как данные биохимических анализов, так и более наглядный параметр относительная доля взорванных зерен по отношению к общему количеству зерен, подвергнутых обработке. Интенсивный и равномерный нагрев движущегося слоя достигается воздействием на него теплового потока агента, например воздуха, нагретого до постоянной температуры 250-500^оС. Поток под слой зерна подают периодически с частотой 0,3-10 Гц в количестве, превышающем в 10,0-15,0 раз массовый расход зерна, со скоростью от 1,0 до 5,0 по отношению к скорости витания зерна. Периодичность воздействия агента на слой зерна обусловлена стремлением добиться интенсивной теплоотдачи, обеспечивающей скоростной нагрев зерен, за счет реализации высокой относительной скорости движения зерна и агента в начальном периоде взаимодействия (при разгоне). Диапазон частот взаимодействия 0,3-10 Гц в совокупности с интервалом температуры 500-250^оС и скоростью 5,0-1,0 от скорости витания зерен, установленных экспериментальным путем, обусловлен достижением наиболее высокой теплоотдачи, которая превышает таковую при нагреве зерна по известному способу. Равномерность нагрева зерен в движущемся слое обеспечивается поддержанием постоянной температуры агента в процессе обработки на всем пути его взаимодействия с зерном, а также поддержанием соотношения между массовым расходом агента и зерна, установленного также экспериментально, в пределах 10,0-15,0.

При снижении относительного расхода агента менее 10 снижается равномерность нагрева зерен из-за роста неравномерности распределения температуры в самом агенте и, как следствие, снижается полнота обработки зерна до значений, получаемых по известному способу. При большем чем 15,0 относительном расходе агента не достигается заметного положительного эффекта при существенном росте энергопотребления на перемещение агента.

Экспериментальные исследования позволили установить, что уровень частоты 0,3 Гц соответствует частотной границе начала роста теплоотдачи при периодическом воздействии агента на зерновой слой в сравнении с известным способом. Аналогично, частота 10 Гц соответствует верхней частотной границе, при переходе через которую в сторону возрастания утрачивается этот эффект за счет зависания зерен над колеблющимся потоком агента.

Температурная граница 250^оС соответствует минимальному уровню температуры агента, при которой устойчиво достигается эффект возрастания полноты обработки зерна по сравнению с известным способом, а при переходе через температуру 500^оС в сторону возрастания наблюдали случаи обугливания зерен.

Динамическое воздействие потока агента на слой зерна характеризует скорость набегания, которая должна изменяться в пределах 1,0-5,0 значений скорости витания зерен. Скорость витания обрабатываемых зерен характеризует динамическое равновесие между скоростным давлением потока агента, действующим на зерно, и его весом. Как видно, скорость витания это скорость потока, обеспечивающая взвешенное разрыхленное состояние зернового слоя, при котором обеспечиваются одинаковые условия обтекания каждого отдельного зернышка во всем объеме зернового слоя.

Снижение скорости ниже этого уровня приводит к уплотнению слоя, изменению условий обтекания отдельных его слоев и, как следствие, к неравномерности его нагрева и обработки. С другой стороны, возрастание скорости агента выше пятикратного значения скорости витания приводит к неоправданно высокой степени разрыхления слоя зерна и даже к выносу отдельных зерен потоком агента за пределы рабочего объема, а также к росту энергозатрат на транспорт теплового агента.

П р и м е р. Ячменное зерно с исходной влажностью 9-12% подвергали термической обработке в течение 15-20 с в потоке нагретого до температуры Т_п воздуха с относительным к зерну массовым расходом G_в, при частоте ϕ и скорости воздействия потока на зерновой слой W по отношению к скорости витания зерен ячменя, составляющей 7,6-8 м/с.

Режимы обработки 1 и 2 соответствовали граничным значениям заявленных параметров; режим 3 средним в предлагаемых интервалах значениям параметров; режимы 4 и 5 запредельным величинам параметров.

Режим 6 был проведен по известному способу. При этом ячменное зерно при аналогичном исходном состоянии подвергли термической обработке в кипящем слое с воздухом в качестве ожижающего агента при температуре 350^оС с одновременным воздействием инфракрасным излучением с плотностью 25 кВт/м² в течение 15-20 с.

Сравнительные данные по результатам термообработки зерна ячменя по режимам 1-6 представлены в таблице.

Как видно из данных, представленных в таблице, полнота обработки зерна по режимам 1-3 существенно (на 25-30%) выше, чем в режиме 6, где зерно обрабатывали по известному способу.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА, включающий нагревание зерна в потоке теплового агента с одновременным обогревом инфракрасными лучами, отличающийся тем, что поток теплового агента подают на движущийся слой зерна периодически с частотой 0,3 - 10,0 Гц, причем суммарный расход агента по отношению к массовому расходу зерна составляет 10,0 - 15,0, а скорость подачи агента на слой зерна составляет 1,0 - 5,0 величины скорости витания обрабатываемых зерен.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру агента поддерживают постоянной в пределах 250 - 500^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1