Результат интеллектуальной деятельности: Способ гидротермической обработки зерна овса

Изобретение относится к области мукомольно-крупяной промышленности и может быть применено преимущественно на заводах по переработке овса.

Известен способ гидротермической обработки (ГТО) зерна овса, включающий пропаривание зерна, его сушку и охлаждение. Пропаривание зерна проводят при давлении пара 0,05-0,1 МПа в течение 3-5 мин, сушку - до влажности 13,5-14,0% при использовании в качестве шелушильных машин центробежных шелушителей или обоечных машин (Мельников Е.М. Технология крупяного производства / Е.М. Мельников. - М.: Агропромиздат, 1991. - С. 136-139).

Основными недостатками способа ГТО зерна овса являются повышенные энергозатраты, во-первых, на получение пара, необходимого на операцию пропаривания зерна, во-вторых, на измельчение ядра при переработке овса в муку, так как пропаривание вызывает частичные клейстеризацию и тепловую деструкцию крахмала до декстринов, частичную денатурацию белка, что делает структуру ядра более монолитной; пониженная технологическая эффективность процесса ГТО вследствие недостаточной равномерности пропаривания зерна, особенно при относительно низких уровнях давления пара и длительности пропаривания.

Известен способ ГТО зерна овса, включающий увлажнение зерна водой, его отволаживание и сушку. При этом увлажнение зерна ведут в увлажнительной машине при атмосферном давлении до влажности 18,0-20.0%, отволаживание - в бункерах в течение 11-14 ч и сушку - в сушилке при температуре агента сушки 150-160°С в течение 3-5 мин (патент RU 2119820, МПК⁶ B02B 1/08).

Недостатками описанного способа ГТО являются повышенные энергозатараты при нагреве агента сушки до необходимой температуры; большая продолжительность процесса ГТО зерна овса, вызванная необходимостью его длительного отволаживания. что требует соответственно больших производственных площадей для размещения бункеров для отволаживания.

Известен также способ ГТО зерна овса, включающий увлажнение зерна водой до

влажности 18-20% в вакуумной камере при наборе вакуума с остаточным давлением 0.03-0,05 МПа и подаче воды в зерно в течение 10-60 с с последующим удалением излишков поверхностной влаги из зерна путем набора вакуума с остаточным давлением 0,03-0.06 МПа. отволаживание в бункерах в течение 2,5-5 часов и сушку в сушилке при температуре агента сушки 130-160°С до влажности 12-14% (патент RU 2264259, МПК B02B 1/08 (2000.01)).

К недостаткам данного способа ГТО зерна овса следует отнести повышенные энергозатраты, во-первых, на процесс двойного вакуумирования зерна, во-вторых, на нагрев агента сушки до необходимой температуры; затраты на периодическую смену воды по причине загрязнения и необходимость ее последующей очистки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническим свойствам и достигаемому результату (прототипом) является способ ГТО зерна ячменя, включающий увлажнение зерна водой 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, дальнейшее перемешивание зерна и скоростную подачу атмосферного воздуха в течение 0,1-0,5 с, отволаживание зерна в течение 8-10 часов и сушку при температуре агента сушки 110-130°С до влажности зерна 13,5-15,0% (патент RU 2589787. МПК B02B 1/08 (2006.01)).

Основным недостатком описанного способа ГТО является невозможность его применения для зерна овса: во-первых, из-за повышенной энергоемкости вследствие создания глубокого вакуума и необходимости нагрева агента сушки до высокой температуры; во-вторых, из-за повышенной продолжительности процесса ГТО зерна, вызванной необходимостью длительного отволаживания зерна, что требует соответственно больших производственных площадей для размещения бункеров для отволаживания; в-третьих, из-за пониженного выхода готовой продукции и получения готовой продукции, нестандартной по влажности, вследствие недостаточных степени увлажнения и степени сушки зерна.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании способа ГТО с пониженными энергозатратами, меньшей продолжительностью процесса и повышенным выходом готовой продукции.

Решение этой технической проблемы достигается тем, что в способе гидротермической обработки зерна овса, включающем увлажнение зерна водой при скоростном наборе вакуума в течение 0,1-0,5 с, перемешивание зерна, скоростную подачу атмосферного воздуха в течение 0,1-0,5 с, отволаживание и сушку, согласно изобретению увлажнение зерна водой проводят при ее подаче в количестве, обеспечивающем увлажнение зерна до влажности 22-23%. с последующим скоростным набором вакуума до остаточного давления 0.045-0.065 МПа, при этом отволаживание черна проводят в течение 5-7 часов, а сушку - при температуре агента сушки 100-120°С до влажности зерна 11.5-13,0%.

Таким образом, отличительные признаки предлагаемого способа по сравнению с признаками способа, выбранного в качестве прототипа, состоят в изменении степени увлажнения зерна овса при подаче воды в количестве, обеспечивающим это увлажнение до необходимого уровня, с последующим скоростным набором вакуума до остаточного давления 0,045-0,065 МПа, с дальнейшей скоростной подачей атмосферного воздуха, пониженной глубине вакуума, меньшей длительности отволаживания, снижении температуры агента сушки и влажности зерна после сушки. Это позволяет понизить энергозатраты на процесс ГТО путем увлажнения зерна овса до необходимого уровня влажности при более низком вакууме при обеспечении распределения влаги внутри зерна, путем снижения температуры агента сушки и подачи воды в количестве, обеспечивающем увлажнение зерна до заданного уровня, что приводит к отсутствию необходимости последующей очистки отработанной воды, путем уменьшения энергозатрат на измельчение ядра при переработке овса в муку в связи с тем, что агент сушки имеет пониженную температуру и излишнего укрепления ядра не произойдет. Это также позволяет ускорить процесс ГТО в связи с уменьшением времени отволаживания зерна. Это также позволяет повысить выход готовой продукции в связи с тем, что влажность зерна овса после увлажнения, составляющая 22-23%, способствует развитию химических процессов, протекающих в ядре на этапе сушки, таких, как частичная клейстеризация крахмала, частичная денатурация белка и других, что приводит к укреплению ядра и также улучшает потребительские свойства готовой продукции, в частности, из-за снижения активности ферментов повышается стойкость продуктов переработки овса при хранении.

Остаточное давление воздуха, составляющее 0,045-0,065 МПа, является оптимальным, так как при остаточном давлении воздуха ниже 0,045 МПа возможно частичное разрушение структуры ядра из-за слишком резкого перепада давления воздуха внутри него и снаружи, что при шелушении зерна приведет к увеличению количества дробленого ядра и мучки и снижению выхода целого ядра и, в конечном счете, выхода готовой продукции; кроме того, создание более глубокого вакуума повысит затраты энергии на процесс увлажнения овса, а при остаточном давлении воздуха более 0,045 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 овса после увлажнения, составляющая 22-23%. является оптимальной, гак как способствует развитию химических процессов, протекающих в ядре на этапе сушки, что улучшает потребительские свойства готовой продукции и приводит к некоторому укреплению ядра, в результате чего повышаются технологическая эффективность процесса шелушения зерна и выход готовой продукции. При влажности зерна после увлажнения менее 22% 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 23% увеличиваются затраты энергии на сушку зерна до заданного технологического уровня влажности.

Длительность отволаживания зерна овса, составляющая 5-7 часов, является оптимальной, так как распределение влаги внутри зерна в течение указанного промежутка времени в основном завершается. При длительности отволаживания зерна овса менее 5 часов 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 длительность отволаживания более 7 часов не повысит выход готовой продукции, однако потребуется большая производственная площадь для размещения бункеров для отволаживания.

Сушка зерна овса при температуре агента сушки 100-120°С до влажности 11.5-13.0% в сочетании с предшествующими операциями увлажнения и отволаживания зерна приводит к развитию в ядре химических процессов, таких как частичная денатурация белка, частичная клейстеризация крахмала, что вызывает некоторое укрепление ядра, повышает эффективность шелушения зерна и выход готовой продукции и способствует улучшению потребительских свойств готовой продукции: повышается стойкость продукции при хранении, улучшаются органолептические показатели качества - в продуктах переработки овса исчезает привкус горечи, присущий продукции из зерна овса, не прошедшего ГТО, появляются приятные вкус и запах. Если температура агента сушки ниже 100°С, то подсушивание зерна будет происходить медленнее и для снижения влажности зерна до заданного уровня потребуется большая продолжительность сушки, вследствие чего возрастут затраты энергии на сушку зерна. Если температура агента сушки выше 120°С, то ядро на этапе сушки будет растрескиваться, что снизит выход готовой продукции и повысит затраты энергии на нагрев агента сушки до необходимой температуры и. как следствие, на сушку зерна. При влажности зерна после сушки менее 11,5% ядро становится более хрупким, поэтому при шелушении зерна увеличивается выход мучки и дробленого ядра и снижается выход целого ядра. При влажности зерна после сушки более 13,0% снижается эффективность шелушения зерна из-за того, что оболочки остаются достаточно пластичными и хуже отделяются от ядра; кроме того, тогда готовая продукция имеет влажность выше допустимой стандартами и при хранении быстрее портится.

Способ ГТО зерна овса заключается в увлажнении зерна овса 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 овса осуществляется следующим образом.

Зерно овса после очистки увлажняют, направляя в рабочую камеру вакуумной шнековой установки, в которую подают воду в количестве, обеспечивающем увлажнение до влажности 22-23%, и осуществляют последующий скоростной набор вакуума в течение 0,1-0,5 с до остаточного давления 0.045-0,065 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 5-7 ч. Затем зерно сушат в сушилке при температуре агента сушки 100-120°С до влажности зерна 11.5-13,0%. После ГТО зерно направляют на шелушение и далее в соответствии с принятой технологией получения крупы или муки.

Таким образом, использование предложенного способа ГТО зерна овса позволяет снизить энергозатраты на осуществление процесса ГТО вследствие уменьшения затрат энергии на операции увлажнения и сушки зерна, ускорить процесс ГТО и повысить выход готовой продукции.