СПОСОБ МИКРОНИЗАЦИИ ФУРАЖНОГО ЗЕРНА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
METHOD FOR ELECTROPHYSICAL MICRONISATION OF FODDER

Изобретение относится к способу микронизации и вспучиванию фуражного зерна, зерновых компонентов и может быть использовано в комбикормовой и пищевой промышленности.
Известен «Способ производства вспученного зерна» (пат. RU, 2220586, A23K 1/00, A23L 1/18, 10.01.2004 г.), который включает цикличную загрузку зерна в камеру (автоклав), подогрев его водяным паром, инжектируемым под давлением не ниже 0,5 МПа при температуре не более 200°C, сброс давления до атмосферного; длительность обработки не превышает 60 с.
Способ цикличной работы камеры (автоклава) не производительный, при разгрузке теряется теплота, давление 0,5 МПа недостаточно для достижения 200°C, за 60 с внутренняя часть зерна не прогревается до 200°C.
Известен «Способ инактивации антипитательных веществ бобов сои» (пат. RU, 2358459, A23L 1/211, 20.06.2009 г.), включающий замачивание бобов в водном растворе пищевой кислоты с pH 5,2-5,4, выдержку в течение 3 ч, термическую обработку в поле токов СВЧ удельной мощности 18-20 кВт/кг, частотой 2820-2850 МГц в течение 5-10 с и последующую экструзию при температуре 105-110°C.
Способ громоздкий, энергоемкий и выполняется в цикличном режиме.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Способ тепловой обработки зерновых продуктов электрофизическими методами» (пат. RU, 2085088, A23L 1/18, F26B 3/30, F26B 3/347, 27.07.1995 г.) - принято за прототип, который осуществляется в два этапа. На первом этапе продукт в течение 30-90 с нагревают тепловой энергией ИК-излучения до температуры 95-105°С. На втором этапе продолжительностью 20-60 с температуру продукта доводят до 120-180°C с помощью электромагнитного поля СВЧ.
В данном способе нагрев до максимальной температуры производят на втором этапе, что экономически нецелесообразно, так как удельные затраты энергии на СВЧ-нагрев намного выше прямого нагрева, при этом нагрев только до 180°C сужает возможность применения данного способа для обработки сои и рапса.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества обработанного фуражного зерна, расширение ассортимента обрабатываемого материала, снижение удельных затрат энергии за счет соблюдения кинетики нагрева зерна в теплообменном устройстве и в СВЧ-камере и времени обработки.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе микронизации фуражного зерна электрофизическим методом, включающем на первом этапе тепловую обработку, а на втором этапе обработку электромагнитным полем СВЧ, новым является то, что тепловую обработку производят нагревом поверхности зерна при температуре пара Т=180-300°C и давлении пара 1,5-12 МПа, электромагнитным полем СВЧ доводят температуру внутри зерна до температуры, равной температуре на поверхности зерна, и далее, посредством дозатора, обработанное зерно переводят в камеру вспучивания, при этом время как тепловой, так и СВЧ обработки равно 10-60 с.
Установлено (Высокотемпературные инфракрасные технологии нового тысячелетия // [Электронный ресурс]. URL: http://www.pcstart.ru абзац 49, рис. 1, дата обращения 07.08.2012), что при выдержке 50 с кинетика нагрева зерна в теплообменном устройстве следующая: температура на поверхности зерна составляет 180-200°C, а температура внутри зерна равна 110-120°C. Поэтому ее целесообразно доводить до 180-200°C с помощью СВЧ-обработки за минимально короткое время, т.к. при этом происходит сквозной нагрев зерна и нагревается только вода внутри него, которой, при нормальной влаге зерна, содержится 14%.
В комбикормовой промышленности для приготовления полноценных кормов используют фуражное зерно различного вида (зерно, соя, рапс и др.).
Температура нагрева 180-300°C зависит от обрабатываемого материала. Так, обработка сои и рапса производится при более высокой температуре, чем других зерновых, чтобы исключить или снизить ниже допустимых пределов содержание эруковой кислоты и антипитательных веществ.
В связи с тем, что вспученное зерно размягчается и увеличивается в объеме в 2-5 раза, клеточки частично гидролизуются, зерна приобретают пористую структуру, становятся гигроскопичными и стерильными, внутриклеточные структуры становятся доступны для пищеварительных ферментов.
Соответственно время обработки зависит также от обрабатываемого материала. При наличии поточного способа обработки в псевдоожиженном слое время обработки в теплообменном устройстве и в СВЧ-камере одинаково и составляет 10-60 с.
Сущность предлагаемого способа реализуется в установке для микронизации фуражного зерна и поясняется фиг. 1 - схема установки для микронизации фуражного зерна, фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1.
Установка для микронизации фуражного зерна содержит загрузочный бункер 1 (см. фиг. 1), с встроенной в нем ворошилкой 2, сообщенный с теплообменным устройством 3, СВЧ-камерой 4 и камерой вспучивания 5 посредством дозаторов 6, 7 и 8, герметизированных с атмосферой и закрытых коробами 9, 10 и 11. В теплообменном устройстве 3, снабженном системой подачи пара 12, на внутренней поверхности корпуса под углом 45° к вертикальной оси закреплены направляющие диски-рыхлители 13 (фиг. 1, 2), выполненные в форме эллипса, с зазором 30 мм между ними. СВЧ-камера 4 имеет внутри себя диэлектрический цилиндр 14, на внутренней поверхности которого под углом 51° к вертикальной оси на расстоянии 30 мм между собой, закреплены идентичные по конструкции направляющие диски-рыхлители 15, выполненные из диэлектрика, а сама СВЧ-камера подключена к СВЧ-генератору 16 через волновод 17.
Установка работает следующим образом.
Исходя из веса, заданной экспозиции обработки сырья (10-60 с) в теплообменном устройстве 3, предварительно рассчитывается производительность дозатора 6 с закрытым коробом 9, по которому устанавливается производительность дозаторов 7 с закрытым коробом 10 и дозатора 8 с закрытым коробом 11. Производительность дозаторов регулируется изменением числа оборотов двигателя привода (на схеме не показан). Предварительно очищенное фуражное зерно подается в загрузочный бункер 1 и ворошилкой 2 через дозатор 6 подается в теплообменное устройство 3 на направляющие диски-рыхлители 13, а именно, попадая на верхний направляющий диск-рыхлитель 13, закрепленный под углом 45° к вертикальной оси, зерно скатывается по наклонной поверхности и через вырез в форме трапеции в нижней его части равномерным слоем пересыпается на следующий направляющий диск-рыхлитель, расположенный на расстоянии 30 мм, и т.д. Обрабатываемое зерно, находясь в рыхлом состоянии, равномерно подвергается обработке паром при температуре Т=180-300°C и давлении 1,5-12 МПа, нагнетаемым по системе подачи пара 12, происходит прогревание поверхности всей массы и каждого зерна в отдельности. При достижении нижнего уровня теплообменного устройства 3, обрабатываемое зерно дозатором 7 выгружается в СВЧ-камеру 4 и попадает на направляющие диски-рыхлители 15, выполненные из диэлектрика и закрепленные на внутренней поверхности диэлектрического цилиндра 14 под углом 51° к вертикальной оси. Попадая на верхний направляющий диск-рыхлитель 15, зерно скатывается по наклонной поверхности и через вырез в форме трапеции в нижней его части равномерно пересыпается на следующий направляющий диск-рыхлитель 15, расположенный на расстоянии 30 мм и т.д. За счет работающего генератора 16, через волновод 17, происходит быстрый СВЧ-нагрев зерна и температура внутри его достигает значения температуры на поверхности зерна. После СВЧ-обработки посредством дозатора 8 зерно передается в камеру вспучивания 5, в которой резкий перепад давления и температуры приводит к вскипанию внутренней влаги, происходит разрыв тканей зерновых оболочек, что приводит к вспучиванию зерна.
Таким образом, применение предложенного способа микронизации фуражного зерна электрофизическим методом позволяет повысить качество обработанного зерна, расширить ассортимент обрабатываемого материала, снизить удельные затраты энергии за счет соблюдения кинетики нагрева зерна в теплообменном устройстве и минимизировать время обработки.