Распределение влаги в зерне крупяных культур при увлажнении и отволаживании

режима гидротермической обработки зерна Значительную роль при этом играет степень изменения влажности, а также температура процесса. Чем больше изменение влажности и выше температура, тем выше интенсивность влагопереноса в зерне и тем в большей степени разрушается структура эндосперма зерна.

Разрыхление эндосперма играет положительную роль в мукомольном производстве, так как зерно приобретает эластичность и легче отделяется от оболочки на первой драной системе. Следует отметить, что эти преимущества достигаются только при оптимальных режимах увлажнения и кондиционирования зерна, требующих автоматизации всего процесса гидротермической обработки. Автоматизация процесса увлажнения зерна приобрела особую важность в сегодняшних условиях, когда количество производителей зерна возросло, а размер партий зерна, поставляемого на мельницу, уменьшился. Влажность зерна, поступающего в зерноочистку в течение одной смены, значительно колеблется. Ручное регулирование процесса увлажнения с лабораторным контролем влажности не обеспечивают подачи зерна заданной влажности на первую драную систему. В результате погрешность достигает больших величин, что требует постоянной регулировки процесса размола зерна.

Увлажнение зерна представляет собой операцию особой важности: необходимо не только ввести в зерновую массу определенное количество воды, но при этом обеспечить равномерное распределение ее по всей массе зерна, одинаково увлажнить все зерна. Наиболее эффективно зерно увлажняется в машинах БШУ - шнеках интенсивного увлажнения. В них влажность зерна за один проход через машину может быть повышена на 3-5%, а за счет особой конструкции шнека во-

да равномерно распределяется по всем зернам и хорошо ими впитывается.

Создание автоматизированной системы увлажнения зерна перед помолом было осуществлено на базе увлажнительной машины типа А1-БШУ. Вся система состоит из следующих блоков:

блок измерения влажности зерна; блок измерения расхода зерна; микропроцессорное устройство контроля и управления;

блок управления и контроля расхода воды. Процесс увлажнения проходит следующим образом: зерно поступает по самотеку в шнек интенсивного увлажнения (машина БШУ). В самотеке измеряется влажность и расход зерна. Полученные данные поступают в микроконтроллер, который рассчитывает количество воды, необходимое для увлажнения, и в зависимости от этого регулирует подачу воды в шнек.

Точность стабилизации влажности зерна зависит от точности используемых приборов. Анализ характеристик различных приборов для определения влажности и расхода зерна в потоке показал, что они либо слишком дороги, либо не обеспечивают необходимой точности измерения. Это требует создания новых приборов, имеющих необходимые характеристики.

Применение автоматизированной системы увлажнения с использованием высокоточных измерителей влажности зерна, расхода воды и зерна позволит стабилизировать выходную влажность зерна. Это, в свою очередь, будет способствовать увеличению выхода конечной продукции высшего сорта, что даст существенный экономический эффект и возможность быстрой окупаемости затраченных средств.

Кафедра автоматизации производственных процессов

Поступила 29.06.04 г.

664.7.66-913

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАГИ В ЗЕРНЕ КР УПЯНЫХКУЛЬТУР ПРИ УВЛАЖНЕНИИ И ОТВОЛАЖИВАНИИ

Л.В. АНИСИМОВА

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

При гидротермической обработке (ГТО) широко используют операции увлажнения и отволаживания зерна. Применяют данные операции и при ГТО зерна крупяных культур [1-5]. В литературе мало сведений об особенностях процесса увлажнения зерна указанных культур, поэтому представляет интерес исследование распределения влаги в зерне овса, проса и гречихи при увлажнении.

Нами изучено влияние степени увлажнения и температуры отволаживания зерна на распределение в нем влаги. В опытах использовали зерно овса, проса и гречихи с исходной влажностью 10,5; 10,4 и 11,8% соответственно.

В зависимости от того, какую конечную влажность предполагалось получить, к зерну добавляли расчетное количество воды. Овес увлажняли до 13,6-18,9%, просо - до 13,9-17,6%, гречиху - до

13,8-20,0%. Влажность зерна определяли в конце отволаживания по ГОСТ 13586.5-93. Для регистрации влажности поверхностных слоев, к которым относили цветковые пленки у овса и проса и плодовые оболочки у гречихи, использовали электровлагомер кондукто-метрического типа ВП-4. Влажность ядра находили расчетным путем, исходя из весового соотношения анатомических частей в зерне.

Анализ зависимостей влажности поверхностных слоев ^п.с и ядра Шя от времени отволаживания т показал, что с увеличением т величина снижается, а ^я

возрастает. Наиболее интенсивный перенос влаги при

температуре 20°С наблюдается в течение первых 4-6 ч для овса, 6-8 ч для проса и 3-6 ч для гречихи. При этом степень увлажнения зерна в наибольшей мере влияет на продолжительность основного периода распределения влаги (периода, по истечении которого влажность поверхностных слоев и ядра практически стабилизируется) То.п овса - при 13,6 и 18,9% То.п составляет соответственно 10 и 15 ч, меньше - на топ проса - при росте Wк с 13,9 до 17,6% то.п изменяется от 12 до 14 ч, и почти не влияет на то.п гречихи - при Wк 13,8-20,0% то.п составляет около 10 ч.

По истечении основного периода распределения влаги ядро всех трех культур приобрело большую влажность, чем поверхностные слои. Например, для зерна овса через 12 ч при Wк 13,6% ^п.с и Wя 13,4 и 13,7%; для зерна проса через 14 ч при Wк 16,1% ^п.с 15,9%, Wя 16,2%.

Исследование влияния температуры отволажива-ния на процесс распределения влаги в зерне показало, что с увеличением температуры с 10 до 40°С сократилось время, за которое основная часть влаги успевает проникнуть в ядро. Следует отметить, что температура отволаживания влияет на скорость процесса гораздо больше, чем степень увлажнения зерна (в изученных диапазонах температуры и влажности зерна). Наиболее сильно то.п овса, проса и гречихи уменьшалась при повышении температуры с 10 до 20°С. Так, для зерна овса (Шк 15,9%) при увеличении температуры отвола-живания с 10 до 20°С то.п сокращалась с 25 до 12 ч. При последующем повышении температуры до 30°С то.п уменьшилась всего до 9 ч.

Для сравнительной оценки интенсивности переноса влаги в зерне построили график зависимости скорости переноса влаги из поверхностных слоев в ядро dW-aJdт от длительности отволаживания (рисунок). Степень увлажнения зерна была примерно одинаковой

15,9-16,1%). Температура отволаживания составляла 20°С.

Через 2 ч отволаживания гречиха (кривая 1) имела самую низкую, просо (кривая 3) чуть более высокую, а овес (кривая 2) самую высокую скорость переноса влаги из поверхностных слоев в ядро.

Через 4 ч наибольшую величину dWп.с/dт приобрело просо, меньшую - овес, самая маленькая скорость переноса влаги в ядро осталась у гречихи. Однако низкие величины dWп.с/dт для гречихи не свидетельствуют о медленном проникновении влаги в зерно. Наоборот,

О 4 8 т,ч

уже через 4 ч влажность ядра гречихи была близка аналогичным показателям для овса и проса на 10-12 ч их отволаживания. Очевидно, плодовые оболочки гречихи успевают пропустить большую часть влаги к ядру в течение первого часа после увлажнения.

Относительно высокие скорости переноса влаги в промежутке времени между 2-3 и 6-8 ч после увлажнения зерна проса и овса, в свою очередь, позволяют предположить, что в течение первых 2 ч проникновение влаги к ядру этих культур было затруднено. На это же указывает наличие перегиба для зерна проса и небольшого изгиба для зерна овса на кривых зависимости dW• /6т от т в интервалах времени от 2 до 4 ч (просо) и от 2 до 3 ч (овес).

Таким образом, при общих закономерностях в раз -витии процесса распределения влаги в зерне отличительные особенности каждой из культур проявляются в разных скоростях перемещения влаги из поверхностных слоев в ядро. Объяснение этому следует искать в особенностях строения и микроструктуры зерна рассматриваемых культур [6]. Кроме того, имеет значение и способность поверхностных слоев захватывать и пропускать влагу внутрь зерна. Наконец, на скорость поглощения воды влияют химический состав и структура ядра, а также биологическая активность зерна.

Цветковые пленки проса и овса являются естественной преградой, препятствующей быстрому проникновению влаги к ядру в первые моменты после увлажнения. Однако цветковые пленки проса более плотно облегают ядро, чем пленки овса, и в большей степени затрудняют перемещение влаги вглубь зерна. Поэтому уже через 3 ч отволаживания при одинаковой степени увлажнения W•- и dWrc /6т зерна овса ниже соответствующих показателей зерна проса.

Как уже отмечалось, на скорость проникновения влаги в зерно влияет консистенция ядра. Рыхлая структура эндосперма овса способствует более быстрому распределению в нем влаги. Стекловидный же эндосперм проса в первые часы после увлажнения замедляет развитие данного процесса.

Плодовые оболочки гречихи, в отличие от цветковых пленок проса и овса, обладают хорошей влагопро-ницаемостью. Это объясняется пористой структурой оболочек гречихи, которые могут захватывать и передавать влагу к ядру. Эндосперм гречихи, в свою очередь, имеет рыхлую структуру и тоже способен к довольно быстрому поглощению влаги.

Для более полного изучения особенностей проникновения воды в зерно было исследовано изменение влажности овса, проса и гречихи при иммерсионном увлажнении (температура воды 20°С). Полученные данные полностью согласуются с результатами предыдущих исследований. Так, зерно гречихи начинает активно поглощать влагу с первых минут после погружения в воду: через 3 мин прирост влаги ДW составил 8,7%, через 10 мин - 13,3%, а через 30 мин - 14,9%. В конце увлажнения, через 30 мин, влажность зерна гречихи возросла до 26,7%.

Зерно овса поглощает влагу в меньшей степени, чем зерно гречихи. Хотя через 15 с после погружения в воду прирост влаги у зерна овса был на 0,2% выше, чем

у гречихи, уже через 2 мин A W овса был на 1,8% ниже AW гречихи. Другими словами, зерно овса в первый момент захватило влаги столько же, сколько и зерно гречихи, но затем поверхностные слои гречихи стали пропускать влагу к ядру более активно, чем поверхностные слои овса. Прирост влаги в зерне овса через 10 мин увлажнения был на 5,5% меньше A W гречихи, затем разница в A W овса и гречихи стала уменьшаться и через 30 мин составила всего 1,2% (влажность зерна овса через 30 мин равнялась 25,5%).

Прирост влаги в зерне проса ниже, чем в зерне гречихи и овса. Цветковые пленки проса плохо пропускают влагу к ядру даже через 30 мин увлажнения (A W = 4,9%). При осмотре зерен проса после 30 мин их пребывания в воде нарушение покровов было обнаружено только у отдельных зерен. Таким образом, для зерна проса в исследованном диапазоне времени увлажнения основным путем проникновения влаги к ядру, скорее всего, является рубчик - место прикрепления семени к материнскому организму, что согласуется с данными [7].

ВЫВОДЫ

1. Продолжительность основного периода распределения влаги в зерне овса, проса и гречихи в большей степени зависит от температуры отволаживания и в меньшей степени - от конечной влажности зерна (в изученных диапазонах температуры и влажности зерна). Для ускорения процесса распределения влаги в зерне после увлажнения рекомендуется осуществлять его отволаживание при температуре не ниже 15-20° С.

2. По истечении основного периода распределения влаги ядро всех исследованных крупяных культур приобретает несколько большую влажность, чем поверхностные слои.

3. Из трех изученных крупяных культур наиболее интенсивно поглощает влагу зерно гречихи, наименее интенсивно - зерно проса, зерно овса занимает промежуточное положение; данная закономерность распространяется как на иммерсионное увлажнение, так и на увлажнение зерна путем добавления ограниченного (расчетного) количества воды.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шабаков М.С. Исследование процесса гидротермиче -ской обработки и шелушения зерна овса: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М.,1978. - 28 с.

2. Мельников Е.М. Технология крупяного производства. - М.: Агропромиздат, 1991.- 207 с.

3. Анисимова Л.В., Некрасова Е.Я. Исследование способа гидротермической обработки зерна проса без пропаривания // Ползуновский альманах. - 1999. - № 3. - С. 104-105.

4. Анисимова Л.В. Гидротермическая обработка зерна гречихи без использования пропаривания // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2000. - № 5-6. - С. 50-52.

5. Анисимова Л.В. Гидротермическая обработка овса без пропаривания // Хлебопродукты. - 2001. - № 3. - С. 21-22.

6. Попова Е.П. Микроструктура зерна и семян. - М.: Колос, 1979. - 224 с.

7. Реймерс Ф.Э. Растение во младенчестве. - Новосибирск: Наука, 1987. - 184 с.

Кафедра технологии хранения и переработки зерна

Поступила 20.08.04 г.

637.52.66.065.32

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ МЯСНЫХ ИЗДЕЛИЙ

М.А. БЕЛЯЕВА

Московский государственный университет прикладной биотехнологии

Современным подходом к изучению сложных, многомерных и взаимосвязанных систем, в которых протекают процессы физической, химической и биохимической природы, является системный анализ с применением методов математического моделирования для описания количественных закономерностей на всех уровнях иерархии системы [1].

Эффективность работы производства, характеризуемого многоуровневой иерархической схемой связей элементов и явлений различной природы, определяется не только успешным функционированием отдельных стадий и технологических аппаратов производства, но и слаженной, взаимосвязанной работой всех его подсистем и элементов. Применение методологии системного анализа позволяет, проведя детальный анализ нижних уровней, обобщить информацию при передаче ее в верхние уровни и выявить основные

факторы, влияющие на глобальный критерий оптимальности системы.

Предлагаемая иерархическая структура включает семь основных уровней (таблица): от связанных с внутриклеточными превращениями и эффектами переноса энергии, массы в элементарном объеме технологического аппарата до процессов функционирования отдельных агрегатов и подсистем.

Иерархическая структура дает нам возможность проанализировать все процессы, начиная с молекулярного уровня, и математически описать подпроцессы и процессы.

Сложный физико-химический процесс прогрева влажных капиллярно-пористых веществ, к классу которых относятся мясные продукты, составляет основу тепловой обработки. Анализ физико-химических процессов, эффектов и явлений, протекающих в мясе, свидетельствует, что именно они позволяют получить готовый продукт с присущими ему особыми вкусовыми свойствами и органолептическими показателями.