Способ гидротермической обработки зерна гречихи
METHOD OF HYDROTHERMAL TREATMENT OF BUCKWHEAT GRAIN

Область техники
Заявленное изобретение относится к мукомольно-крупяной промышленности и может быть применено при обработке зерна на гречезаводах.
Уровень техники
Из уровня техники известны следующие решения.
Известен способ гидротермической обработки (далее – ГТО) зерна гречихи, включающий операции гидросепарирования и увлажнения, отжима влаги из отходов, сушки отходов, подсушивания и предварительного подогрева зерна, пропаривания при мягких режимах и сушки зерна. Увлажнение зерна гречихи осуществляют в течение 25-30 мин совместно с операцией мойки, после чего удаляют поверхностную влагу с зерен гречихи и подвергают их интенсивному конвективно-кондуктивному нагреву при температуре в интервале от 400°С до 600°С в течение 2-4 с. Последующую сушку зерна осуществляют за счет остаточного тепла после нагревания (RU  2484901, B02B 1/08, дата публикации 20.06.2013 г.).
Основной недостаток данного способа – низкое содержание витаминов и минералов в крупе, что является результатом воздействия на зерно температуры 400-600°С. Под воздействием такой температуры большая часть витаминов и минералов, содержащихся в гречихе, исчезнет.  Вскипевшая  вода между оболочкой и ядром частично сорвёт оболочку и  укрепит ядро гречихи, окончательно лишив зерновку витаминов и минералов, перемещаемых из оболочки при классической ГТО. Вторым существенным недостатком такой обработки является потеря товарного вида. Крупа приобретает пестрый цвет от светло-кремового до темно-коричневого. Тёмно-коричневыми зёрнами будут те, на которых лузга осталась, а светло-кремовыми будут те зерна, с которых  лузга слетела.
Известен способ получения крупы из зерна гречихи, реализованный как в промышленности, так и на малых предприятиях (Мельников Е.М. «Технология крупяного производства», издательство «Агропромиздат», г. Москва, 1991 г., стр.111-114). ГТО гречихи включает пропаривание зерна, его отволаживание, сушку и охлаждение. Перед пропариванием зерно подогревают,  пропаривание ведут при давлении пара 0,25-0,30 МПа в течение 5 минут. После пропаривания проводят непродолжительное отволаживание. Затем зерно сушат воздухом с температурой 120-140°С до остаточной влажности 13,0-13,5%, охлаждают и подают на шелушение.
Недостатком такого способа является то, что крупа имеет пёстрый цвет (от тёмно-коричневого до светло-зелёного) из-за того, что пропаривается гречиха разной влажности. Также недостатком является большое количество колотых зерен в готовом продукте, что получается из-за высокой температуры сушки и неравномерной влажности зерна. Кроме того, из-за высокой температуры сушки зерна и пропаривания зерна низкой влажности увеличивается  время приготовления каши, что приводит к снижению  содержания в ней витаминов и минералов.
Просто очищенная от лузги гречиха (зелёная гречка) варится перед употреблением в пищу  15 минут. А время приготовления каши из крупы, полученной с использованием всех известных ранее способов ГТО, увеличилось с 15 мин до  20-30 минут. Это значит, что потраченное тепло для проведения ГТО ухудшило потребительские свойства крупы. Клейстеризованные крахмалы под действием избыточного давления и высокой температуры спекают (склеивают) белки, и поэтому увеличивается время приготовления каши. При этом прочность ядра увеличивается вместе с увеличением времени приготовления крупы и снижением содержания витаминов и минералов. Все заявленные ранее способы направлены на снижение затрат при производстве и увеличение выходов крупы в ущерб потребительским свойствам крупы.
В связи с этим технической проблемой известных ранее способов ГТО являются технические недостатки: высокая температура и скорость ее набора, высокое давление и скорость набора, отсутствуют подготовительные и переходные этапы ГТО, смягчающие обработку. Указанные недостатки существенно ухудшают потребительские свойства крупы: сниженное содержание витаминов и минералов, увеличивается время ее приготовления, крупа может иметь пестрый цвет и наличие битых и колотых зёрен.
Таким образом, возникает необходимость преодоления технических недостатков, присущих аналогам, что приводит к необходимости создания способа ГТО зерна гречихи, обеспечивающего получение гречихи с высокими потребительскими свойствами, одинаковым цветом крупы при существенном снижении колотых зерен.
Цвет конечной крупы является важным показателем.  Для Сибири и стран ближнего зарубежья нужна темно коричневая крупа, а  для  центральной России и Европы – яркая светло-коричневая с зеленоватым оттенком. Крупа другого цвета на данных территориях не пользуется спросом. Эти требования обусловлены пищевым поведением людей на указанных территориях.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом заявленного изобретения является существенное снижение времени приготовления каши, что влияет на значительное увеличение сохранности ценных витаминов и минералов в ней, при повышенном качестве крупы.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счёт исключения из процесса ГТО резких перепадов температуры, влажности и давления. Этот результат удалось достигнуть путём включения в режим ГТО дополнительных и подготовительных этапов, которые обеспечили мягкие переходы между режимами и сами режимы.
Способ ГТО зерна гречихи включает следующие последовательные операции:
– прогрев зерна гречихи до температуры 40-45°С;
– термогидростабилизация – выдержка при этой температуре 15-20 минут;
– увлажнение зерна до влажности 17-18%;
– отволаживание зерна в течение 3-4 часов;
– пропаривание зерна при давлении пара 0,25-0,30 МПа в течение 3-4 минут;
– передача зерна в изотермическую камеру и выдержка в ней 15-20 минут;
– сушка при температуре теплоносителя 70-80°С;
– охлаждение сухого зерна.
Назначение каждого этапа
Все этапы имеют ограничения времени, температуры и давления - эти параметры выбираются в зависимости от параметров входящего зерна (температура, влажность). Нагрев зерна гречихи 15-20 минут – это оптимальный интервал времени, при котором гречиху можно равномерно прогреть до температуры 40°-45°С. При этой температуре гречиха обладает максимальной влагопоглощающей способностью.
За счет осуществления термогидростабилизации – выдержки при этой температуре 15-20 минут обеспечивается полное выравнивание температуры и частично влажности зерна, поданного в переработку. Глубокий и равномерный прогрев зерна обеспечивает равномерное его увлажнение. Уменьшение времени или температуры отразится на равномерности цвета и времени приготовления крупы.
Увлажнение до влажности 17-18% снижает временные затраты на сушку при повышенном качестве крупы на выходе. Более высокая влажность увеличивает затраты на сушку, более низкая влажность не обеспечивает качества ГТО.
Отволаживание зерна в течение 3-4 часов обеспечивает то, что влага с поверхности пропитывает оболочку (лузгу) и зерно, происходит полное выравнивание влажности между зёрнами разной влажности. За более короткий период времени заявленные процессы в полной мере не пройдут, в результате чего получится пестрая крупа, появятся битые зёрна во время шелушения, дополнительно увеличится время варки крупы. Кроме того, более длинный период времени приведет к дополнительным затратам на увеличение габаритов оборудования.
Пропаривание зерна при давлении пара 0,25-0,30 МПа в течение 3-4 минут гарантирует время приготовления каши, сохранность витаминов и минералов, равномерность цвета, сохранность ядра при шелушении.
Заявленное время нахождения зерна в изотермической камере (выдержка в течение 15-20 минут) обеспечивает полное перераспределение тепла между зёрнами, выравнивание цвета и стабилизацию изменений в зерновке, возникших от воздействия температуры влажности и давления.
Сушка при температуре теплоносителя 70-80°С обеспечивает сохранность структуры зерна. Использование более высокой температуры также приведёт к увеличению времени варки готовой крупы и снижение в ней витаминов и минералов. При более низкой температуре теплоносителя время сушки крупы значительно увеличится, что повлечёт  увеличение габаритов оборудования.
Количество затраченного тепла для реализации данной технологии равно количеству тепла, затраченному при классической ГТО, а вот крупа имеет кардинальные отличия.
Таким образом, только комплекс всех этапов в обозначенных границах гарантирует заявленный технический результат.
В частном случае реализации изобретении нагрев зерна гречихи до температуры 40-45°С осуществляют в течение 15-20 минут при температуре теплоносителя 50-60°С. Такой медленный нагрев дополнительно повышает равномерность прогрева. При увеличении температуры теплоносителя более 50-60°С гречиха начнёт неравномерно высыхать, перераспределение влаги происходить не будет, что впоследствии приведёт к пестроте крупы и также к увеличению её хрупкости.
В частном случае реализации изобретения пропаривание зерна осуществляют при скорости набора и снижения давления пара 0,05 МПа ± 0,02 МПа в минуту. Такой медленный набор и выпуск пара обеспечивает сохранность структуры зерна и не разрушает полезные вещества. Тогда как более быстрый набор или выпуск пара увеличит время приготовления, утрату части витаминов и минералов, крупа станет пестрой и очень твёрдой.
В частном случае реализации изобретения увлажнение зерна до влажности 17-18% осуществляют водой с температурой 50°±2°С, что обеспечивает равномерный цвет крупы. Более высокая температура воды нарушает равномерность в цвете готовой крупы.
Описание чертежей
Заявленное изобретение поясняется блок-схемой (фиг.1), на которой изображена последовательность действий при осуществлении заявленного способа в частном случае.
Позициями на фигуре обозначены следующие операции:
1 – подогрев зерна в течение 15-20 минут;
2 – выдержка (термостабилизация, отлежка) в течение 15-20 минут;
3 – увлажение до влажности 17-18%;
4 – отволаживание в течение 3-4 часов;
5 – пропаривание в течение 3-4 минут;
6 – изотермическая выдержка при атмосферном давлении в течение 15-20 минут;
7 – сушка при температуре 70-80°С;
8 – охлаждение,
9  – калибровка, шелушение, сортировка.
Осуществление изобретения
Согласно заявляемому способу ГТО зерна гречихи осуществляется следующим образом.
Поступившее на завод зерно гречихи очищают от примесей. В шахтной сушилке осуществляют медленный нагрев зерна гречихи 15-20 мин до температуры 40°-45°С. Далее в оборудовании типа шахтной сушилки с изотермическими стенками осуществляют выдержку при этой температуре 15-20 минут. Затем в вибрационной машине «ВИБРОНЕТ» увлажняют зерно водой с температурой 50°С до влажности 17-18%. Затем осуществляют отволаживание установке типа шахтной сушилки с изотермическими стенками в течение 3-4 часов. Пропаривают зерно в  пропаривателе типа А9-БПБ при давлении пара 0,25-0,30 МПа в течение 3-4 минут при скорости набора давления пара не выше 0,05 МПа в минуту. Затем предают зерно в изотермическую камеру и выдерживают в ней 15-20 минут при атмосферном давлении при температуре, полученной на предыдущих этапах. Для этого используют шахтную сушилку, с изотермическими стенами. Сушат в шахтной сушилке при температуре теплоносителя 70-80°С. Затем охлаждают сухое зерно так же в шахтной сушилке, калибруют на рассевах типа А1-БРУ, шелушат на вальцедековых шелушителях, далее дуоаспираторами удаляют лузгу и на рассевах разделяют шелушённую и нешелушенную крупу, шелушённая направляется на упаковку в мешки, а нешелушенная – на повторное шелушение по классической технологии.
Примеры конкретного выполнения
Ниже представлены примеры, иллюстрирующие частные случаи осуществления заявленного способа.
Пример 1
На переработку поступило зерно температурой 15°С и влажностью 14%, крупа должна быть темно-коричневого цвета. Параметры времени и температуры на этапе подготовки к ГТО будут в минимальных значениях. Для получения темного цвета крупы давление и время пропарки и выдержки в изотермической камере будет максимальным.
Нагрев зерна гречихи осуществляли до температуры 40°С, выдержка при этой температуре – 15 минут. Увлажнение зерна водой с температурой 50°С осуществляли до влажности 17%. Отволаживание зерна осуществляли в течение 3 часов. Пропаривание зерна осуществляли при давлении пара 0,3 МПа в течение 4 минут. Выдерживали зерно в изотермической камере в течение 20 минут. Сушку осуществляли при температуре теплоносителя 80°С. В качестве теплоносителя используют подогретый калорифером воздух.
Время варки крупы снизилось в 2 раза, содержание витаминов и минералов увеличилось на 15% , крупа имеет ровный  темно-коричневый цвет.
Если взять любую гречневую крупу темного цвета, то время ее варки будет в пределах 20-30 минут. Время варки крупы по заявленной технологии будет менее 10 минут (6-9 минут).
Общее время ГТО заявленного способа достигает 5 часов, а классический способ ГТО укладывается в  90 минут.
Пример 2
Зерно на переработку поступило температурой 0°С и влажностью 12%. Требуется получить светлую крупу. Параметры температуры и времени на этапе подготовки к ГТО в максимальных границах, а давление, время пропарки и темперирование – в минимальных.
Нагрев осуществляли до температуры 45°С, выдержку при этой температуре – 20 минут. Увлажнение зерна водой с температурой 50°С осуществляли до влажности 17%. Отволаживание зерна осуществляли в течение 4 часов. Пропаривание зерна осуществляли при давлении пара 0,25 МПа в течение 3 минут. Выдерживали зерно в изотермической камере в течение 15 минут. Сушку осуществляли при температуре теплоносителя 80°С. В качестве теплоносителя используют подогретый калорифером воздух.
Время варки снизилось в 2 раза.
На 15% увеличилось общее  содержание витаминов и минералов в каше.
Общее время ГТО заявленного способа в районе 5 часов, а время варки крупы 6-9 минут, тогда, как время варки в наиболее близком аналоге составляет 15-30 минут.
Таким образом, по представленным примерам видно, что применение заявленного способа ГТО значительно влияет на производственную площадь, её придётся увеличить как минимум в 3 раза для размещения всего оборудования. Зато потребитель крупы получает экономию в 50% на электроэнергии или газе, потраченных на ее приготовление. Для приготовления ему потребуется всего 6-9 минут, а не 20-30 минут, и как бонус на 15% витаминов и минералов больше, чем в крупе, обработанной классическим способом.
Заявленный способ обеспечивает улучшение потребительских свойств крупы гречневой: существенное снижение времени приготовления каши, значительное увеличение сохранности ценных витаминов и минералов в каше,  гарантированное получение заданного цвета крупы (цвет крупы для потребителей является основным критерием её  качества), а также отсутствие колотых зерен.