CC BY
14
664.7.001.5
НОВАЦИИ ПРОЦЕССОВ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
С.П. ПУНКОВ
Московский государственный университет пищевых производств
Восстановление хлебопекарных свойств дефектного зерна многие ученые рекомендуют осуществлять путем интенсивной термообработки зерновой массы для инактивации амилолитических и про-теолитических ферментов. При этом не гарантируется полное сохранение качества зерна.
Теоретико-экспериментальные исследования, выполненные коллективом ученых отделения биоэнергетики МАЭН (академики С.П. Пунков, Ю.К. Губиев, В.К. Штефан, Г.В. Лысов, А.Ю. Шаззо, А.А. Петрик, В.Г. Лобанов), позволили физически обосновать безальтернативность электродинамического способа передачи энергии зерновой массе путем ее локализации в зонах сосредоточения влаги каждой зерновки. Этот феномен комплексного взаимодействия системы полярных молекул и микроволнового электромагнитного поля приводит к необратимым изменениям в капиллярно-пористой коллоидной структуре зерновок, что способствует развитию канализационного эффекта мигрирующей влаги, усиленного термодиффузионным процессом и составляющего физическую основу микроволновой обработки зерна.
В результате исследований выявлен механизм восстановления качества клейковины проросшего зерна пшеницы и зерна, пораженного клопом-че-репашкой, предложен способ его микроволновой обработки, гарантирующий направленное изменение физико-химических свойств белкового комплекса.
Вновь созданный плазменный способ дезинсекции и дезинфекции зерна обеспечивает его обработку в непрерывном потоке, не требуя при этом создания сооружений, защищающих продукт и обслуживающий персонал. Способ может быть реализован в мобильном варианте на любую требуемую производительность, что является главным потребительским преимуществом плазменной технологии перед радиационными.
До последнего времени единственным способом дезинсекции зерна в непрерывном потоке оставалась радиационная обработка зерна дозой 500-1000 Гр, осуществляемая путем облучения его электронами с энергией до 4 МаВ. Такая обработка не ухудшает качества зерна, но пригодна только в стационарных условиях, так как требует строительства защитных сооружений, изолирующих аппаратуру (ускоритель электронов) и зону облучения. В настоящее время капитальные вложения для создания установки, аналогичной используемой на Одесском элеваторе (мощность пучка электронов 20 кВт, производительность по зерну 200 т/ч), составляют 1 млн дол. США. Таким образом, радиационная технология может быть эффективной при обработке больших количеств зерна в условиях крупного предприятия.
В этой связи работы по исследованию термодинамической обработки, проводимые Кубанским государственным технологическим университетом
под руководством академика А.Ю. Шаззо, позволяют осуществить принципиальный прорыв в проблеме сохранности и повышения качества зерна и продуктов его переработки.
Первоначальным воздействующим фактором в плазменном способе, как и в радиационном, является электрон, но физико-химические процессы, ведущие к достижению технологического эффекта, существенно различаются. Прежде всего, при радиационном способе высокоэнергетический электрон пронизывает весь объем зерновой массы и физико-химические процессы разворачиваются внутри объекта. Поэтому стерилизующая доза облучения, во избежание вредного влияния на зерно, оказывается недостаточной для поверхностной стерилизации зерновок, т.е. для уничтожения грибковых, вирусных и других заражений.
В плазменном способе физически и химически активная среда (электроны, ультрафиолет, озон, атомарный и возбужденный кислород, гидроксильные группы, отрицательные и положительные ионы) окружают объекты и воздействуют через их поверхность.
Объем вредителей и зерновок пронизывается только переменным электромагнитным полем СВ^-диапазона, благодаря чему получается плазменная среда, через которую просыпается зерновая масса.
Такое комплексное воздействие в течение 0,1 с позволяет не только немедленно уничтожать насекомых, но и обеззараживать зерно, которое сохраняет свои потребительские характеристики. Таким образом, плазменный способ расширяет по сравнению с радиационным технологические возможности использования электроэнергии.
Ранее получить объемную плазму удавалось технически при низком давлении (1—10 мм рт. ст.). Необходимое время стерилизации составляло поэтому несколько минут, т. е. условия были неприемлемы для обработки потока зерна. Лишь реализация объемного разряда при атмосферном давлении, осуществленная с помощью строго управляемых мощных импульсов СБУ-энергии и специальной конструкции рабочей камеры — плазмотрона, позволила авторам проекта разработать технологию обеззараживания в свободно падающем потоке зерна.
Физико-химические плазменные факторы определяются режимами воздействия электромагнитной энергии и чрезвычайно разнообразны. С целью обеззараживания зерна удалось осуществить диффузно горящий объемный разряд со среднегазовой температурой меньше 500 град. Определены пути дальнейшего снижения газовой температуры при поддержании в плазме электронной температуры, определяющей интенсивность воздействующих факторов существенно выше 5000 град.
В результате была создана отечественная установка для дезинсекции и дезинфекции зерна производительностью 5 т/ч при потребляемой мощности 1,5-2 кВт на 1 т/ч. До освоения в серийном производстве стоимость такой установки 25 тыс. дол. США.
001.5
Таблица
воля-
обле-на и
юм в явля-ессы, екта, и ра-лект-сы и ются а об-зер-Ггной ения
:еСКИ
(ЗОН,
:иль->ные 'я их
Методы обработки
Показатели Ионизирующая радиация, менее 100 МэВ Холод- ная плазма Бром- метил
Эффективность уничтожения особей, % 95-98 100 70-80
Внешняя дезинсекция Да Да Да
Внутренняя дезинсекция Да Да Нет
Экспозиция дезинсекционной обработки 20-30 сут 0,1-0,2 с 48-72 ч
Периодичность повторения обработки — — 3-4 мес
Потери зерна за год, % от всей массы 1-2 15-20
Плазменное оборудование может быть в течение суток смонтировано в любом помещении под крышей, подключено к электропитанию и запущено. Оборудование также может быть размещено на автотранспорте.
Нами совместно с НТЦ ”ФКК Росхлебопродукт”, Башмаковской хлебной базой Пензенской области, НПО ’’Торий” и Ростовской МИС проведено испытание способа обработки зараженного зерна в потоке холодной плазмы. В результате получена полная дезинсекция зерна при сохранении его качественных показателей (клейковина, энергия прорастания, всхожесть). При этом исходная влажность остается без изменений.
Сопоставление различных способов дезинсекции представлено в таблице.
Результаты выполненных исследований, проведенных промышленных испытаний и внедрений были представлены на шести международных конференциях.
На основании производственных испытаний в настоящее время на предприятиях Самаркандской,: Саратовской, Пензенской и других областей ведутся работы по созданию установок производительностью до 60 т/ч, т.е. до средней производительности технологических линий хлебоприемных предприятий. .
Кафедра хранения зерна и технологии комбикормов
Поступила 20.02.98
