СПОСОБ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА ЯЧМЕНЯ
METHOD FOR HYDROTHERMAL TREATMENT OF BARLEY

Изобретение относится к области мукомольно-крупяной промышленности и может быть применено преимущественно на заводах по переработке ячменя.
Известен способ гидротермической обработки (ГТО) зерна ячменя, включающий влаготепловую обработку зерна путем пропаривания и сушку. Пропаривание зерна проводят при давлении пара 0,3 МПа в течение 3 мин, сушку - до влажности не более 15,0% (Правила организации и ведения технологического процесса на крупяных предприятиях. В 2 ч. Ч. 1. - М.: ВНПО «Зернопродукт». - 1990. - С. 66).
Основными недостатками способа ГТО зерна ячменя являются повышенные энергозатраты, во-первых, на дробление и измельчение зерна при переработке ячменя в крупу ячневую и муку, так как пропаривание вызывает частичные клейстеризацию и тепловую деструкцию крахмала до декстринов, частичную денатурацию белков, что делает структуру ядра более монолитной; во-вторых, на эксплуатацию громоздкого и сложного в эксплуатации энергоемкого оборудования, реализующего пропаривание зерна; пониженная технологическая эффективность процесса ГТО вследствие недостаточной равномерности пропаривания зерна, особенно при относительно низких уровнях давления пара и длительности пропаривания, так как зерно пропаривается в неподвижном слое.
7
Известен также способ ГТО зерна ячменя, включающий увлажнение зерна водой при атмосферном давлении до влажности 21-22%, отволаживание в течение 18-20 ч и тепловую обработку путем обжаривания при температуре 210-220°С в течение 2-3 мин. Тепловая обработка зерна может быть реализована посредством аппарата с нагреваемыми с помощью ТЭНов барабанами с использованием кондуктивной сушки (патент RU 2245192, МПК В02С 9/04; Сновицкая, Л.В. Совершенствование технологии переработки зерна ячменя: дис. … канд. техн. наук / Л.В. Сновицкая. - Улан-Удэ, 2004. - С. 78, 64-65).
Вышеописанный способ ГТО зерна ячменя обладает рядом недостатков: повышенные затраты энергии на тепловую обработку зерна из-за высокой температуры нагрева поверхности барабанов при кондуктивной сушке; отсутствие возможности обеспечения глубокого проникновения влаги внутрь зерновки непосредственно при увлажнении, что требует длительного последующего отволаживания для распределения влаги в зерне в целях достижения им наилучших технологических свойств.
7
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническим свойствам и достигаемому результату (прототипом) является способ ГТО зерна гречихи, включающий увлажнение зерна водой в вакуумной камере до влажности 26-31% при наборе вакуума с остаточным давлением 0,02-0,04 МПа и одновременной подаче воды в зерно в течение 10-60 с в количестве, обеспечивающем полное погружение в нее находящегося в камере зерна, отволаживание зерна в течение 4-6 ч в бункерах и сушку в сушилке при температуре агента сушки 140-180°С до влажности 12-14% (патент RU 2261145, МПК В02В 1/08).
Основными недостатками описанного способа гидротермической обработки являются высокая энергоемкость, что приводит к отсутствию возможности применения данного способа для ГТО зерна ячменя, во-первых, из-за необходимости создания достаточной для увлажнения зерна гречихи глубины вакуума и последующего снижения влажности зерна при сушке до технологического уровня; во-вторых, из-за высокой температуры агента сушки, которая при сушке зерна ячменя приведет к ухудшению его технологических свойств; в-третьих, из-за периодической смены воды по причине загрязнения и необходимости ее последующей очистки; пониженный выход готовой продукции из-за небольшого времени отволаживания, принятого для зерна гречихи, недостаточного для распределения влаги в зерне ячменя.
В основе изобретения лежит задача снижения энергозатрат на осуществление процесса ГТО и повышения выхода готовой продукции.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе гидротермической обработки зерна ячменя, включающем увлажнение зерна водой при наборе вакуума и подаче воды в зерно, отволаживание и сушку, согласно изобретению увлажнение зерна водой проводят при ее подаче в количестве, обеспечивающем увлажнение зерна до влажности 19-21%, с последующим скоростным набором вакуума в течение 0,1-0,5 с до остаточного давления 0,04-0,06 МПа, затем производят перемешивание зерна и осуществляют скоростную подачу атмосферного воздуха в течение 0,1-0,5 с, при этом отволаживание зерна проводят в течение 8-10 часов, а сушку - при температуре агента сушки 110-130°С до влажности зерна 13,5-15,0%.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в увлажнении зерна ячменя при подаче воды в количестве, обеспечивающем увлажнение зерна до заданного уровня, и последующем скоростном наборе вакуума, с дальнейшей скоростной подачей атмосферного воздуха, изменении времени отволаживания, снижении температуры агента сушки и повышении влажности зерна после сушки. Это позволяет увлажнить зерно ячменя до необходимого уровня влажности при более низком вакууме, что снижает затраты энергии, и обеспечивает распределение влаги внутри зерна. Снижение температуры агента сушки и повышение влажности зерна после сушки также понижают затраты энергии на процесс ГТО. Кроме того, подача воды в количестве, обеспечивающем увлажнение зерна до заданного уровня, приводит к отсутствию необходимости последующей очистки отработанной воды, что также ведет к снижению затрат энергии на процесс ГТО. Химические процессы, протекающие в зерне на этапе сушки, такие как частичная клейстеризация крахмала, частичная денатурация белка и другие, улучшают потребительские свойства готовой продукции, в частности, из-за снижения активности ферментов повышается стойкость продуктов переработки ячменя при хранении, и приводят к некоторому укреплению ядра, что повышает технологическую эффективность процесса шелушения зерна и выход готовой продукции. Вместе с тем, из-за того, что агент сушки имеет пониженную температуру, излишнего укрепления ядра не произойдет, следовательно, снизятся энергозатраты на его дробление и измельчение при переработке ячменя в крупу ячневую и муку.
Более глубокое проникновение влаги внутрь зерна обусловлено увлажнением зерна в разреженной среде вследствие того, что под действием вакуума капилляры на всей поверхности зерна частично освобождаются от воздуха, в том числе от воздуха, защемленного в капиллярах, при скоростном снижении давления воздуха и становятся более доступными для проникновения в них воды, равномерно смачивающей поверхность зерен. При последующей скоростной подаче воздуха влагоперенос, направленный внутрь зерна, резко усиливается, что интенсифицирует увлажнение и позволяет влаге проникнуть в наружные слои эндосперма при равномерном захвате влаги каждой зерновкой.
Время набора вакуума, составляющее 0,1-0,5 с, до остаточного давления 0,04-0,06 МПа и время дальнейшей подачи атмосферного воздуха, составляющее 0,1-0,5 с, являются оптимальными, так как при времени набора вакуума и дальнейшей подачи атмосферного воздуха менее 0,1 с и остаточном давлении воздуха ниже 0,04 МПа возможно частичное разрушение структуры ядра из-за слишком резкого перепада давления воздуха внутри него и снаружи, что при шелушении зерна приведет к снижению выхода целого ядра и, в конечном счете, выхода готовой продукции; кроме того, создание более глубокого вакуума повысит затраты энергии на процесс увлажнения ячменя, а при времени набора вакуума и дальнейшей подачи атмосферного воздуха более 0,5 с и остаточном давлении воздуха более 0,06 МПа процесс увлажнения зерна интенсифицируется в недостаточной мере, что усложнит увлажнение зерна до необходимого уровня и приведет к увеличению времени отволаживания зерна после увлажнения.
Влажность зерна после увлажнения 19-21% является оптимальной, так как способствует развитию химических процессов, протекающих в ядре на этапе сушки, что улучшает потребительские свойства готовой продукции и приводят к некоторому укреплению ядра, в результате чего повышается выход готовой продукции. При влажности зерна после увлажнения менее 19% химические процессы в ядре на этапе сушки развиваются в недостаточной степени, вследствие чего в меньшей мере улучшаются потребительские свойства готовой продукции и снижается ее выход. При влажности зерна после увлажнения более 21% увеличиваются затраты энергии на сушку зерна до заданного технологического уровня влажности.
Время отволаживания зерна ячменя, составляющее 8-10 ч, является оптимальным, так как при времени отволаживания зерна ячменя менее 8 ч влага в зерне не успеет распределиться, что приведет к созданию внутренних напряжений в ядре и, как следствие, к растрескиванию ядра на этапе сушки, что, в свою очередь, снизит выход целого ядра при шелушении зерна и выход готовой продукции, а при отволаживании ячменя более 10 ч распределение влаги внутри зерна в основном завершается, и дальнейшее увеличение времени отволаживания не повысит выход готовой продукции, однако потребуется большая производственная площадь для размещения бункеров для отволаживания.
Сушка зерна ячменя при температуре агента сушки 110-130°С до влажности 13,5-15,0% в сочетании с предшествующими операциями увлажнения и отволаживания зерна приводит к развитию в ядре химических процессов, таких как частичная денатурация белка, частичная клейстеризация крахмала и других, что вызывает некоторое укрепление ядра, повышает выход готовой продукции и способствует улучшению потребительских свойств готовой продукции: повышается стойкость продукции при хранении, улучшаются органолептические показатели качества - вкус и запах.
Если температура агента сушки ниже 110°С, то подсушивание зерна будет происходить медленнее и для снижения влажности зерна до заданного уровня потребуется большая продолжительность сушки, вследствие чего пересохнут поверхностные слоя ядра, что приведет к снижению выхода готовой продукции. Если температура агента сушки выше 130°С, то ядро на этапе сушки будет растрескиваться, что снизит выход готовой продукции и повысит затраты энергии на сушку.
При влажности зерна после сушки менее 13,5% ядро становится более хрупким, поэтому при шелушении зерна увеличивается выход мучки и снижается выход целого ядра. При влажности зерна после сушки более 15,0% снижается коэффициент шелушения зерна из-за того, что оболочки остаются достаточно пластичными и хуже отделяются от ядра. Кроме того, готовая продукция имеет влажность выше допустимой стандартами и при хранении быстрее портится.
Способ ГТО зерна ячменя заключается в увлажнении зерна ячменя водой при ее подаче в количестве, обеспечивающем увлажнение зерна до заданного уровня, и последующем скоростном наборе вакуума, с дальнейшей скоростной подачей атмосферного воздуха, отволаживании в бункерах и сушке в сушилке.
Способ ГТО зерна ячменя осуществляется следующим образом.
Зерно ячменя после очистки увлажняют, направляя в рабочую камеру вакуумной шнековой установки, в которую подают воду в количестве, обеспечивающем увлажнение до влажности 19-21%, и осуществляют последующий скоростной набор вакуума в течение 0,1-0,5 с до остаточного давления 0,04-0,06 МПа. Далее с помощью шнека вакуумной установки производят интенсивное перемешивание зерна, после чего в рабочую камеру установки осуществляют скоростную подачу атмосферного воздуха в течение 0,1-0,5 с.
Далее зерно подают в бункера и отволаживают в них в течение 8-10 ч. Затем зерно сушат в сушилке при температуре агента сушки 110-130°С до влажности зерна 13,5-15,0%. После ГТО зерно направляют на шелушение и далее в соответствии с принятой технологией получения крупы или муки.
Таким образом, использование предложенного способа ГТО зерна ячменя позволяет снизить энергозатраты на осуществление процесса ГТО вследствие уменьшения затрат энергии на операции увлажнения и сушки зерна и повысить выход готовой продукции за счет лучшего использования потенциала каждого зерна вследствие более равномерного увлажнения и повышения эффективности шелушения.