УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОГИДРОЛИЗА СЕМЯН БОБОВЫХ КУЛЬТУР

Техническое решение относится к области переработки сельскохозяйственного сырья, в частности, к области переработки семян бобовых культур, и может быть использовано при переработке семян сои, кормовых бобов, люпина, вики, гороха и других бобовых культур при производстве пищевых продуктов, а также кормов и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и птиц.
Известно (RU, патент 23009000) оборудование для обработки семян сои, содержащее, по меньшей мере, вертикальный конвейер, присоединенный к загрузочному устройству, дозатор, соединенный с загрузочным устройством и присоединенный, по меньшей мере, к реактору для осуществления избирательной загрузки соевых бобов в реактор, причем реактор соединен со средствами создания отрицательного давления, выполненное с возможностью удаления паров из реактора.
Недостатком известного оборудования следует признать его низкую эффективность.
Известно (RU, патент 2303369) устройство обработки соевых бобов, содержащее последовательно установленные загрузочный бункер, теплообменное устройство, расположенное между сетчатыми корпусами, через которые продувают электрической тепловой пушкой горячий воздух, СВЧ-камера, где в процессе движения в области обработки соевые бобы подвергают воздействию СВЧ-энергии, а в процессе выдержки в течение 25 секунд соевые бобы находятся в спадающем по уровню СВЧ-поле, при этом температура сои поддерживалась за счет теплоизоляции камеры на уровне 125-130°С, достигнутой на выходе из области обработки. На выходе СВЧ-камеры установлены дозатор барабанного типа и выгрузной бункер.
Недостатком известной конструкции следует признать ее сложность и невысокую эффективность.
Наиболее близким аналогом разработанного устройства можно признать (RU, патент 98090) известный инактиватор семян бобовых культур. Известное устройство содержит, по меньшей мере, одну секцию нагревателя с корпусом, расположенный на входе в нагреватель узел загрузки продукта и расположенный на выходе из нагревателя узел для выгрузки продукта, причем нагреватель выполнен в виде расположенных в его корпусе и закрепленных на корпусе множества труб, внутренние объемы которых последовательно соединены друг с другом, системы подачи теплоносителя на вход первой трубы и системы отвода теплоносителя на выходе последней трубы, при этом расстояние между соседними трубами соизмеримо с размером обрабатываемого семени, а трубы расположены параллельными рядами со смещением от ряда к ряду.
Недостатком известного устройства можно признать недостаточную эффективность относительно повышения питательности бобов.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в обеспечении возможности термической обработки семян бобовых культур для приготовления компонента кормов для сельскохозяйственных животных и птиц и пищевых ингредиентов.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении усвояемости питательных компонентов состава боба.
Для получения указанного технического результата предложено использовать устройство термического гидролиза семян бобовых культур разработанной конструкции. Разработанное устройство обработки семян бобовых культур содержит, по меньшей мере, одну секцию нагревателя с корпусом, расположенный на входе в нагреватель узел загрузки продукта и расположенный на выходе из нагревателя узел для выгрузки продукта, причем нагреватель выполнен в виде расположенных в его корпусе и закрепленных на корпусе множества труб, внутренние объемы которых последовательно соединены друг с другом, системы подачи теплоносителя на вход первой трубы и системы отвода теплоносителя на выходе последней трубы, при этом расстояние между соседними трубами соизмеримо с размером обрабатываемого семени, а трубы расположены параллельными рядами со смещением от ряда к ряду. Кроме того, устройство дополнительно содержит средство подачи воды, или водной среды или пара в корпус.
Средство подачи воды, или водной среды (раствора) или пара в корпус предпочтительно представляет собой штуцер с рассеивателем. Однако оно может быть выполнено и в виде форсунки. Оно может быть расположено с возможностью подачи в нижнюю часть корпуса или в верхнюю часть корпуса. В первом случае подаваемый или образующийся пар проходит встречным потоком через проходящие через корпус бобы, совершая процесс термогидролиза содержимого бобов. Во втором случае происходит увлажнение исходных бобов, перемещение влаги на бобах вниз по корпусу с последующим образованием пара и осуществлением процесса термогидролиза.
В качестве теплоносителя может быть использована любая текучая неагрессивная среда, способная перемещаться по внутреннему объему труб при температуре, необходимой для термической инактивации семян бобовых культур. В частности, в качестве теплоносителя может быть использован пар, а также жидкости или жидкие смеси, в том числе, и растворы с высокой температурой кипения. Обычно используют трубы из стали, поскольку они достаточно устойчивы к действию практически любых видов теплоносителя, обладают хорошей теплопроводностью и могут быть достаточно легко смонтированы в корпусе любым известным путем. Преимущественно устройство содержит несколько уровней размещения труб в секции нагревателя. По меньшей мере, часть труб в секции могут быть изогнуты, что обеспечит большую площадь контакта поверхности трубы с внутренним объемом корпуса. Вышеуказанное техническое решение обеспечивает нагрев поступающих в секцию семян бобовых культур до необходимой температуры в течение короткого промежутка времени. Предпочтительно для повышения теплоотдачи и создания эффекта смешивания обрабатываемых семян бобовых культур, чтобы трубы в секции были расположены параллельно со смещением от ряда к ряду. Но для усиления теплового воздействия на обрабатываемые семена бобовых культур трубы могут быть расположены параллельно в ряду, но в соседних рядах трубы могут быть расположены под углом относительно направления труб предыдущего ряда. Кроме того, внутренние объемы труб в ряду и/или в секции могут быть соединены между собой в корпусе более одного раза с образованием сетчатой структуры. Это обеспечит большую теплоотдачу внутри корпуса. В одном из вариантов реализации разработанного устройства использован корпус прямоугольного сечения в поперечнике, при этом трубы, изготовленные из стали, проходя через внутренний объем корпуса, частично выходят за его пределы и закреплены сварными или резьбовыми соединениями на корпусе. При этом вне пределов корпуса трубы соединены в единую систему путем сообщения внутренних объемов труб изогнутыми полыми перемычками. Однако корпус может иметь в сечении и отличную от прямоугольной форму. Кроме того, соединение труб полыми перемычками может быть произведено и внутри корпуса. С одной стороны, это несколько усложняет монтаж, но, с другой стороны, несколько уменьшает тепловые потери. Поскольку желательно, чтобы основная часть тепловой энергии поступила на обрабатываемые семена бобовых культур на первой стадии обработки, источник теплоносителя предпочтительно подключен к внутреннему объему трубы верхнего ряда труб. Таким образом, теплоноситель поступает первоначально в верхние ряды труб, проходит по объединенной системе труб, нагревая внутреннее пространство корпуса и обрабатываемые семена бобовых культур, и выходит их одной из труб нижнего ряда. В некоторых вариантах реализации разработанной конструкции теплоноситель затем поступает в теплообменник, нагревается там и повторно поступает на вход системы труб. Для обеспечения термической инактивации семян любых бобовых культур желательно, чтобы устройство содержало более одной секции нагревателя. Из предшествующего опыта работы следует, что при указанном количестве секций происходит, кроме термогидролиза, термическая инактивация семян любых бобовых культур. Для уменьшения тепловых потерь желательно использовать термоизолированный корпус устройства. Термоизоляция корпуса может быть произведена любым известным путем. На выходе из корпуса может быть установлено средство регулирования скорости перемещения семян по устройству. Предпочтительно, оно может быть выполнено в виде ирисовой диафрагмы.
Устройство может дополнительно содержать систему транспортировки исходных семян, представляющую собой последовательно установленные винтовой конвейер и, по меньшей мере, одну норию. В случае использование более одной нории система может дополнительно использоваться для смешения различных видов бобовых с получением в качестве целевого продукта смеси подвергнутых термогидролизу бобов.
Разработанное устройство работает следующим образом.
Согласно разработанному способу переработки семян бобовых культур, осуществляют перемещение семян в направлении сверху вниз. Для этого семена бобовых культур подают сверху в емкость, в которой происходит термообработка, а удаление термообработанных бобов осуществляют из нижней части указанной емкости. Предварительно в систему труб подают теплоноситель, который проходя по системе труб сверху вниз через все секции, разогревает внутренний объем корпуса. В процессе перемещения семян бобовых культур внутри корпуса происходит их термообработка действием теплоносителя и паром с одновременной инактивацией. Поскольку скорость перемещения семян бобовых культур внутри корпуса практически постоянна, то все обрабатываемые семена получают практически одинаковое количество тепловой энергии. Это обеспечит при одинаковой скорости перемещения смеси бобов в вертикальной плоскости одинаковые условия прогрева смеси. При необходимости скорость перемещения обрабатываемых семян по корпусу может быть уменьшена с использованием средства регулирования скорости перемещения семян по устройству. В процессе подачи бобов на обработку в корпус любым вышеуказанным образом подают водную среду или пар для проведения процесса термогидролиза. При перемещении смесь бобов поступает в первую зону нагрева, где к каждому семени подводят определенное количество тепловой энергии. При дальнейшем перемещении в семени происходит процесс перераспределение тепла и влаги. При указанном процессе перераспределения подведенное во время первого цикла нагрева тепловой энергии равномерно перераспределяется по всему объему семени. Промежуток времени, во время которого в семени осуществляется процесс перераспределения тепла и влаги, то есть промежуток времени между окончанием первого цикла нагрева и началом второго цикла нагрева продукта, предпочтительно не превышает удвоенной продолжительности нагрева продукта. Указанное временное соотношение между продолжительностью цикла нагрева и цикла перераспределения тепла и влаги определено эмпирически. Как показали проведенные исследования, при выходе за границу указанного диапазона происходит существенное увеличение энергоемкости всего процесса без получения значительного количества усвояемых аминокислот и разрушения «антипитательных» компонентов состава боба. При дальнейшем перемещении продукта он поступает во вторую зону нагрева, где к каждому предварительно нагретому во время первого цикла семени подводят определенное количество тепловой энергии. За счет подведенного во время второго цикла нагрева тепла происходит нагрев остаточной влаги в семени. При дальнейшем перемещении продукт выходит из зоны нагрева и в семени происходит процесс дальнейшего перераспределение тепла и влаги. Далее циклы повторяются описанным выше образом, то есть осуществляют ступенчатый нагрев влаги каждого семени до необходимой температуры и перераспределения тепла и влаги после каждого цикла нагрева. Нагрев семян приводит к разрушению и значительному снижению активности содержащейся в них липоксигеназы и подобных ферментов, вызывающих плохой запах, вкус и вкусо-ароматические ощущения в готовых продуктах. При выполнении указанных операций существенно снижается активность "антипитательных" ферментов, что способствует увеличению срока хранения конечного продукта, при существенном снижении энергоемкости процесса. Но основным назначением термогидролиза семян бобовых культур является уменьшения содержания «антипитательных» веществ в составе боба, а также увеличение усвояемости белковых компонентов состава боба.
Выделяющаяся из бобов смеси в виде пара влага может быть удалена из установки с использованием естественной или вытяжной вентиляции.
Экспериментально установлено, что использование устройства разработанной конструкции позволило повысить усвояемость питательных компонентов состава боба на 11-13% относительно устройства прототипа.