СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХЛОПЬЕВ ИЗ ФУРАЖНОГО ЗЕРНА ЯЧМЕНЯ
FEED BARLEY GRAIN FLAKES PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к комбикормовой промышленности, и в частности предназначено для производства кормового продукта из фуражного зерна ячменя в виде хлопьев.
2
Известен способ производства продукта, готового к употреблению, предусматривающий очистку исходного сырья от примесей и пыли, калибровку зерна до одинаковых размеров, обработку острым паром с давлением от 1,5 до 4,0 кг/см и температурой от 100 до 300°С и расплющивание в валковой дробилке с образованием хлопьев, которые высушивают до влажности 10%. Очистку проводят путем обрушивания или полирования зерна, воздушной аспирации и промывания водой при температуре окружающей среды [1].
Недостатком известного способа является невысокий выход продукта и его низкое качество.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ производства продукта, готового к употреблению, предусматривающий очистку зерна от примесей, обработку его ИК-лучами в течение 20-30 с до влажности 6-8%, не допускающую подсушивания и поджаривания зерен, и непосредственно после ИК-обработки плющение его в хлопья толщиной 1,0-1,2 мм [2].
Недостатком данного способа является низкий выход и невысокое качество готового продукта, что обусловлено ИК-обработкой зерна ячменя в сухом состоянии, в результате чего происходит недостаточная деструкция крахмала при обработке ИК-лучами и при плющении, а также образуется большое количество крошки. Кроме этого, получаемый готовый продукт обладает пониженной биологической ценностью, так как данный способ обработки не приводит к снижению активности ингибиторов трипсина зерна ячменя, являющихся серьезным антипитательным фактором.
Задачей изобретения является увеличение выхода, улучшение качества и повышение биологической ценности готового продукта.
2
2
Поставленная задача достигается тем, что при производстве кормового продукта, включающем очистку зерна ячменя от примесей, замачивание зерна, сушку ИК-лучами, обработку ИК-лучами с последующим плющением в хлопья, отличием является то, что сушка зерна ИК-лучами производится при длине волны 0,9-1,1 мкм и плотности лучистого потока 12-14 кВт/м в течение 2,5-3,0 мин до влажности 30-32%, обработка зерна ИК-лучами осуществляется при длине волны 0,9-1,1 мкм и плотности лучистого потока 18-20 кВт/м в течение 90-100 с до достижения зерном температуры 160-170°С с последующим плющением в горячем состоянии в хлопья толщиной 0,6-0,7 мм. Сушке зерна предшествует замачивание в воде при температуре 18-20°С в течение 33 часов до конечной влажности 38-40%.
Технический результат состоит в получении готового продукта, с большим выходом, обладающего высокой кормовой и биологической ценностью; полученный продукт имеет улучшенное качество и лучше усваивается организмом животных.
Замачивание зерна в воде осуществляется воздушно-водяным способом, включающим в себя смену воды, промывку зерна, аэрирование воздухом, подавление микрофлоры путем добавления хлорной извести. Замачивание в воде необходимо как для протекания в дальнейшем при ИК-обработке деструктивных процессов (клейстеризации и декстринизации крахмала) в зерне, так и для инактивации ингибиторов трипсина. При замачивании зерно наклевывается и происходит глубокая перестройка всего ферментного комплекса, сопровождающаяся полной инактивацией ингибиторов протеиназ. Кроме того, влажное зерно становится более пластичным.
Выбор температуры замачивания 18-20°С обусловлен хорошим впитыванием воды зерном при данной температуре. При температуре менее 18°С зерно дольше впитывает воду. При температуре более 20°С требуются дополнительные затраты на подогрев воды и очень сильно развивается микрофлора на зерне.
Замачивание в течение 33 часов обеспечивает достижение зерном влажности 38-40%, а также инактивацию ингибиторов трипсина. При замачивании зерна менее 33 часов оно не достигает необходимой влажности 38%, ингибиторы трипсина частично сохраняют свою активность. При замачивании зерна более 33 часов оно переувлажняется до более чем 40%-ной влажности и может начать прорастать.
Сушка зерна после замачивания необходима для предотвращения слеживания зерна с высокой влажностью, а также для более равномерного размещения увлажненного зерна на ленте транспортера перед интенсивным ИК-нагревом, что в свою очередь предотвращает появление обгоревших зерен ячменя.
Сушка зерна осуществляется ИК-лучами. При медленном ИК-нагреве зерна происходит его постепенная сушка. Влага, содержащаяся в зерне, удаляется из него, не нарушая структуры зерна. Скорость нагрева зависит от плотности падающего потока ИК-излучения; чем больше плотность падающего потока, тем выше скорость нагрева зерна.
2
Сушка зерна ячменя происходит при длине волны ИК-лучей 0,9-1,1 мкм и плотности падающего потока 12-14 кВт/м в течение 2,5-3,0 мин. В результате влажность зерна уменьшается до 30-32%. Зерно нагревается до температуры 45-50°С.
2
2
При ИК-излучении с длиной волны менее 0,9 мкм и плотности лучистого потока менее 12 кВт/м происходит очень слабый нагрев зерна, что существенно удлиняет процесс сушки во времени. При ИК-облучении с длиной волны более 1,1 мкм и плотности лучистого потока более 14 кВт/м начинаются процессы структурного изменения зерна, а также происходит обугливание отдельных зерен.
Время обработки 2,5-3,0 мин обусловлено необходимостью испарения воды из фуражного зерна и его нагрева до температуры сушки 45-50°С. При обработке в течение менее 2,5 мин сушки зерна не происходит, а при обработке в течение более 3,0 мин зерно начинает перегреваться и чрезмерно поджариваться.
При температуре сушки зерна более 50°С происходит нецелесообразное увеличение энергозатрат, начинается процесс поджаривания отдельных зерен. При температуре менее 45°С сушка зерна протекает очень медленно.
Конечная влажность после сушки 30-32% обеспечивает то количество воды в зерне, которое необходимо для участия в процессе вспучивания, а также для разрушения структуры зерна ячменя (декстринизации и клейстеризации крахмала) при дальнейшей ИК-обработке и плющении. Если конечная влажность составляет менее 30%, то деструктивные процессы в зерне протекают менее интенсивно и качество готового продукта получается невысоким. При влажности более 32% зерно слеживается и может прорасти, кроме того, значительно возрастают энергозатраты, связанные с ИК-обработкой и плющением в хлопья.
2
Использование для тепловой обработки зерна коротковолнового диапазона ИК-излучения 0,9-1,1 мкм соответствует максимальному поглощению энергии молекулами воды и гидроксильной группой -ОН, использование плотности лучистого потока 18-20 кВт/м позволяет прогреть зерно одновременно по всему объему. Вследствие этого интенсивно прогревается находящаяся в зерне влага, что приводит к увеличению внутреннего давления паровоздушной среды в зерне и «вспучиванию» последнего.
2
2
При ИК-излучении с длиной волны менее 0,9 мкм и плотности лучистого потока менее 18 кВт/м происходит значительное разрушение ферментов и витаминов, что снижает кормовую ценность продукта. При использовании лучистого потока с длиной волны более 1,1 мкм и плотности лучистого потока более 20 кВт/м большая часть лучистого потока поглощается поверхностными слоями зерна, что приводит к их значительному перегреву и, как следствие, к обугливанию.
Нагрев зерна до температуры 160-170°С необходим для испарения части связанной влаги и вызывает соответствующие разрушения структуры зерна и крахмальных гранул, деструкцию крахмала до 13-15% с образованием легкоусвояемых продуктов - декстринов, увеличение содержания водорастворимых веществ в зерне ячменя до 18-20%. При этом влажность зерна снижается до 12-13%. Зерно приобретает пористую структуру с насыпной массой 275-300 г/л при 500-550 г/л исходной.
При обработке зерна до температуры менее 160°С происходит недостаточная декстринизация крахмала, незначительно увеличивается количество водорастворимых веществ, следовательно продукт имеет низкое качество. При обработке ИК-лучами зерна до температуры более 170°С происходит его обгорание.
Время обработки 90-100 с обусловлено необходимостью нагрева зерна до заданной температуры. При обработке зерна в течение менее 90 с в нем не происходит необходимых биохимических изменений. При обработке зерна в течение более 100 с происходит его обгорание.
Зерно плющат в горячем состоянии с температурой 150-160°С, снижение которой после ИК-обработки обусловлено свободной конвекцией воздуха.
Плющение зерна при температуре 150-160°С и влажности 12-13% обусловлено наличием в нем клейстеризованного крахмала, имеющего характер геля. Зерно при этом пластично, гранулы крахмала связаны молекулярными нитями, что сообщает гелю определенную прочность, которая возрастает при охлаждении зерна после плющения.
При температуре зерна менее 150°С и влажности менее 12% оно не обладает достаточной пластичностью и, как следствие этого, образуется много крошки при плющении, в результате чего снижается выход готового продукта.
При плющении зерна с влажностью более 13% готовый продукт (хлопья) нестоек при хранении и требует дополнительного подсушивания. При температуре более 160°С интенсифицируется процесс испарения влаги из фуражного зерна, что приводит к возрастанию его хрупкости при плющении.
При толщине хлопьев 0,6-0,7 мм выход готового продукта составляет 95-97% с высокими качественными показателями хлопьев.
При плющении зерна в хлопья толщиной менее 0,6 мм образуется много крошки, что снижает выход готового продукта. При плющении зерна в хлопья толщиной более 0,7 мм снижается качество готового продукта вследствие его недостаточной механодеструкции.
Способ осуществляется следующим образом.
2
2
Зерно ячменя влажностью 12-14% очищают от примесей, замачивают в воде с температурой 18-20°С в течение 33 часов до конечной влажности 38-40%, сушат ИК-лучами при длине волны 0,9-1,1 мкм и плотности лучистого потока 12-14 кВт/м в течение 2,5-3,0 мин до влажности 30-32%, подвергают обработке ИК-лучами при длине волны 0,9-1,1 мкм и плотности лучистого потока 18-20 кВт/м в течение 90-100 с. При этом температура внутри зерна достигает 160-170°С, а его влажность снижается до 12-13%. Зерно в горячем состоянии (температура зерна 150-160°С) плющат в хлопья толщиной 0,6-0,7 мм.
2
2
Пример 1. Зерно ячменя влажностью 12% очищают от примесей, замачивают 33 часа при температуре воды 18°С до влажности 38%, сушат ИК-лучами при длине волны 0,9 мкм и плотности лучистого потока 12 кВт/м в течение 2,5 мин до влажности 32%, подвергают ИК-обработке при длине волны 0,9 мкм и плотности лучистого потока 18 кВт/м в течение 90 с. Температура внутри зерна достигает 160°С. Затем зерно плющат на валках в хлопья толщиной 0,6 мм.
Выход хлопьев составляет 95%, количество декстринов - 13,0%, содержание водорастворимых веществ - 18,2%, насыпная масса хлопьев - 170 г/л. Происходит инактивация ингибиторов трипсина.
2
2
Пример 2. Зерно ячменя влажностью 13% очищают от примесей, замачивают 33 часа при температуре воды 19°С до влажности 39%, сушат ИК-лучами при длине волны 1,0 мкм и плотности лучистого потока 13 кВт/м в течение 2,8 мин до влажности 31%, подвергают ИК-обработке при длине волны 1,0 мкм и плотности лучистого потока 19 кВт/м в течение 95 с. Температура внутри зерна достигает 165°С. Затем зерно плющат на валках в хлопья толщиной 0,6 мм.
Выход хлопьев составляет 96%, количество декстринов - 14,0%, содержание водорастворимых веществ - 19,0%, насыпная масса хлопьев - 160 г/л. Происходит инактивация ингибиторов трипсина.
2
2
Пример 3. Зерно ячменя влажностью 14% очищают от примесей, замачивают 33 часа при температуре воды 20°С до влажности 40%, сушат ИК-лучами при длине волны 1,1 мкм и плотности лучистого потока 14 кВт/м в течение 3,0 мин до влажности 30%, подвергают ИК-обработке при длине волны 1,1 мкм и плотности лучистого потока 20 кВт/м в течение 100 с. Температура внутри зерна достигает 170°С. Затем зерно плющат на валках в хлопья толщиной 0,7 мм.
Выход хлопьев составляет 97%, количество декстринов - 15,0%, содержание водорастворимых веществ - 20,0%, насыпная масса хлопьев - 155 г/л. Происходит инактивация ингибиторов трипсина.
Для доказательства оптимальности предложенных в формуле изобретения параметров проведены дополнительные исследования с использованием запредельных значений.
2
2
Пример 4. Зерно ячменя влажностью 11% очищают от примесей, замачивают 32 часа при температуре воды 17°С до влажности 37%, сушат ИК-лучами при длине волны 0,8 мкм и плотности лучистого потока 11 кВт/м в течение 2,0 мин до влажности 34%, подвергают ИК-обработке при длине волны 0,8 мкм и плотности лучистого потока 17 кВт/м в течение 80 с. Температура внутри зерна достигает 140°С. Затем зерно плющат на валках в хлопья толщиной 0,5 мм.
Выход хлопьев составляет 94%, количество декстринов - 11,0%, содержание водорастворимых веществ - 16,0%, насыпная масса хлопьев - 190 г/л. Происходит частичная инактивация ингибиторов трипсина.
2
2
Пример 5. Зерно ячменя влажностью 15% очищают от примесей, замачивают 34 часа при температуре воды 21°С до влажности 42%, сушат ИК-лучами при длине волны 1,2 мкм и плотности лучистого потока 15 кВт/м в течение 3,5 мин до влажности 28%, подвергают ИК-обработке при длине волны 1,2 мкм и плотности лучистого потока 21 кВт/м в течение 110 с. Температура внутри зерна достигает 190°С. Затем зерно плющат на валках в хлопья толщиной 0,8 мм.
Выход хлопьев составляет 85%, количество декстринов - 16,0%, содержание водорастворимых веществ - 22,0%, насыпная масса хлопьев - 165 г/л. Происходит инактивация ингибиторов трипсина.
Таким образом, при использовании режимных параметров по примеру 4 снижается выход хлопьев, уменьшается количество декстринов, водорастворимых веществ, увеличивается насыпная масса хлопьев, в то же время реализация способа по примеру 5 позволяет повысить количество декстринов и водорастворимых веществ, снизить насыпную массу хлопьев, однако при этом происходит обгорание зерна, вследствие чего уменьшается выход хлопьев. Как в примере 4, так и в примере 5 происходит инактивация ингибиторов трипсина.
Следовательно, использование изобретения, по сравнению с прототипом, позволяет повысить выход хлопьев до 95-97%, повысить ценность готового продукта за счет увеличения количества декстринов с 1,5-2,0% до 13-15%, увеличения содержания водорастворимых веществ до 18-20%, уменьшения насыпной массы хлопьев до 27%, уменьшения толщины хлопьев с 1,0-1,2 мм до 0,6-0,7 мм. В результате готовый продукт лучше усваивается. Кроме того, изобретение позволяет полностью инактивировать ингибиторы трипсина, тем самым кормовой продукт становится биологически более полноценным.
Источники информации
1. 1,115,513. Rye flakes, A. Heyman A.B. April, 1966 [24 May, 1965] №21976/65 Heading A2Q, A23L 1/10.
2. Заявка Великобритании №1311066, 1973, №4382, A2Q, A23L 1/10.