CC BY
19
УДК: 664.8:633.11:633.14 (045)
Радиационно-конвективное консервирование
пророщенных семян пшеницы и ржи
Ю.Р. Рахматуллина, ассистент, А.А. Андреева, канд. техн. наук, И.Н. Елькин, аспирант, А.Ф. Доронин, канд. техн. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств
В последние годы в зерноперера-батывающей отрасли большое внимание уделяется созданию новых видов продукции из традиционных зерновых культур. Высокой биологической ценностью обладают про-рощенные семена злаковых культур. Проращивание семян до появления ростков обеспечивает максимальную концентрацию в них биологически активных веществ.
При правильно организованном процессе получения пророщенных семян белки, жиры и углеводы под действием ферментов расщепляются на более простые легкоусвояе-
Ключевые слова: ИК-излучение; ра-диационно-конвективная сушка; пшеница; консервированные проро-щенные зерна.
Key words: IR-radiation; radiative-convective drying; wheat; canned germinated grain.
Радиационно-конвективная сушка модифицирует структуру пищевых волокон (клетчатки, гемицеллюлозы и лигнина), увеличивая их сорбционные свойства.
мые вещества при значительном увеличении количества витаминов и микроэлементов, что в сочетании с пищевыми волокнами делает пророщенные семена ценным пищевым сырьем диетического, лечебного, функционального и специального назначения.
Кажущаяся простота технологического процесса получения проро-щенных семян сталкивается с проблемой сохранения их полезных свойств в течение длительного времени. Свежепророщенные семена имеют высокую влажность (4248 %) и быстро портятся.
Удаление влаги и перевод свеже-пророщенного продукта в устойчивое для хранения состояние с наиболее полным сохранением его полезных свойств является актуальной задачей.
Решить эту проблему позволяет применение инфракрасного облучения, которое значительно интен-
сифицирует процесс и способствует повышению качественных показателей полученных продуктов [1, 2].
Сушка инфракрасными, а также и световыми лучами медленно, но находит применение в различных отраслях пищевой промышленности [3, 4, 5].
Теория сушки инфракрасными лучами, разработанная П. Д. Лебедевым и другими исследователями, базируется на физике терморадиационных процессов и учении о тепло- и массообмене, развитом в трудах академика А. В. Лыкова и его школы [1, 2, 6].
При сушке пророщенных семян должны быть сохранены имеющиеся в них ценные вещества (витамины, некоторые ферменты и др.), а некоторые ферменты (например, липаза и липоксигеназа), отвечающие за длительность хранения высушенного продукта, должны быть инактивированы [4, 5].
При традиционной сушке влага перемещается в виде жидкости к поверхности материала и испаряется с его поверхности. В этом случае процесс сушки занимает несколько часов. При интенсивном инфракрасном энергоподводе влага превращается в пар внутри зерновки, значительно увеличивается давление, что вызывает разрыв ее струк-
Рис. 1. Экспериментальный стенд по радиационно-конвективной сушке семян: 1 - бункер-дозатор с гребенкой; 2 - блок инфракрасных темных плоских излучателей; 3 - продукт; 4 - зонд вывода паровоздушной смеси; 5 - крыльчатый анемометр; 6 - вентилятор; 7 - металлическая сетка; 8 - натяжной барабан; 9 - мембрана; регулирующая воздушный поток; 10 - вентилятор; 11 - электрический теплообменник; 12 - воздухопровод; 13 - распределительные плиты; 14 - электронный весовой механизм; 15 - термопары; 16 - регистрирующий электронный блок; 17 - ПК; 18 - электродвигатель с частотным регулированием; 19 - приводной барабан
туры и удаление воды в виде пара по всему объему материала, вследствие чего интенсивность обезвоживания продукта возрастает в десятки раз. Особую роль в этом процессе играют объемный прогрев влажного материала в поле инфракрасного излучения и парообразование воды внутри семян [1].
Цель нашей работы - консервация пророщенных семян пшеницы и ржи с влажностью 46 % методом радиационно-конвективной сушки с сохранением биологической активности.
Предварительные исследования показали, что сушку высоковлажных семян необходимо проводить в два этапа: I - инфракрасная обработка; II - конвективная досушка до влажности 12-14 %.
Для экспериментального исследования кинетики процесса обезвоживания пророщенных семян пшеницы и ржи и определения режимных параметров процесса была создана экспериментальная установка на базе ООО «ПК Старт» (рис. 1).
Результаты исследования кинетики нагрева пророщенных семян пшеницы и ржи с исходной влажностью 46% в зависимости от удельной мощности лучистого потока (ИК) на единицу площади представлены на рис. 2.
Для обеспечения однородности обработки слоя семян в производственных условиях подовое наполнение ленты транспортера составляло 2,5 - 2,7 кг/м2, т. е. толщина слоя обрабатываемого пророщен-ного зерна - 3-5 мм.
Для быстрого парообразования воды внутри зерна и возникновения давления, вызывающего разрушение его структуры, скорость нагрева для пророщенных семян пшеницы и ржи с влажностью 46 % должна составлять не менее 3 °С/с, поэтому необходимо подавать инфракрасное излучение мощностью 81 кВт/м2. В этом случае часть свободной влаги превращается в пар при температуре 101...102 °С за 24-25 с. Возникающее при этом избыточное давление разрывает структуру зерновки. Начинается быстрое испарение воды с поверхности и во всем объеме разрушенной зерновки в виде пара. Быстрое обезвоживание (рис. 2) приводит к повышению температуры, поэтому мощность ИК-излучения после 25-26 с обработки была снижена практически в два раза с 81 до 45 кВт/м2.
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
130
120 110
У ICO
I W
I ™ I
31 2> № а
0 30 20 10 ¿3 50 60 70 &0 ЦН) 110 ОА
Продолжительность нагрева, с Рис. 2. Кинетика нагрева пророщенных семян пшеницы и ржи с исходной влажностью 46 %
£J
ЛГ.
3t
чО о4 32
П
J-; J1
о
_L *
<П
u, CD ¿4
15
li
a
4
0
1
_
2 3
fi
i 1 45 21
к К CBT^'W2 _ . J чПт/м'1
-- - -1- - - - - —
10
10
■10 ЕЭ ЙО 70 Зй
Продолжительность нагрева, с Рис. 3. Кривая обезвоживания пророщенных семян
5>1 103 110
120
ZD
1
IS cN V \ Рис. 4. Кривые сушки семян с разными
3
jQ структурно-механическими свойствами в зависимости от температуры сушильного агента: 1, 2, 3- исходные семена, температура
0 1 * fü ^ - r
s
ы
13 сушильного агента 60, 80, 100 °С; 4, 5, 6-семена после ИК-нагрева, температура - сушильного агента 60, 80, 100 °С
t>
! Пр 1 одолж! 3 10 12 1 цельность конвективной дос А 1 ушки, Б 1 мин 3
Последнее обеспечивает сохранение температуры материала на уровне 101.102 °С, а потребляемая мощность затрачивается на испарение воды. По мере снижения влажности в период постоянной
скорости сушки (области 1, 2, 3 на рис. 2) мощность ИК-излучения уменьшается с 45 до 8 кВт/м2.
На рис. 3 представлена кривая обезвоживания пророщенных семян при ИК-обработке.
Зерно пшеницы
Показатель исходное проро-щенное законсервирован-ное
Витамины, мг% на с.в. В1 0,51 0,58 0,54
В2 0,17 0,37 0,35
РР 6,90 8,14 7,89
Минеральные вещества, мг % на с.в. кальций 62,8 71,6 71,4
калий 391 445,7 444
магний 125 142,5 141,2
фосфор 430 490,2 489
железо 6,3 7,2 7,1
зерна в течение всего процесса обработки не превышает 101...102 °С. В результате обезвоживания семена пшеницы и ржи теряют свою структурную целостность. Скорость обезвоживания составляет 0,3 %/с.
Досушку пророщенных семян с влажности 18-20 % до влажности, обеспечивающей их длительное хранение без изменения качественных показателей, мы проводили с использованием традиционного конвективного энергоподвода, так как обеспечить однородность по-
Рис. 5. Установка для сушки пророщенных злаковых культур:
1 - приводной вал конвейера; 2 - бункер; 3 - опора; 4 - секция вентиляции; 5 - нагревательная кассета; 6 - датчик вращения ролика; 7 - воздуховод; 8 - верхний конвейер; 9 - ИК-панель; 10 - узел натяжения и регулировки сетки; 11 - натяжной вал конвейера; 12 -нижний конвейер; 13 - ссыпной лоток; 14 - мотор-редуктор
Общее время обработки инфракрасным излучением составляет 120 с, влажность снижается с 46 до 20 % при уменьшающейся плотности лучистого потока. Температура
дачи тепла к высушиваемому продукту при помощи ИК-излучения практически невозможно.
Влагоотдающая способность про-рощенных семян независимо от температуры сушильного агента в диапазоне от 60 до 100 °С в 10-15 раз выше, чем у семян, не подвергнутых терморадиационной сушке (рис. 4), при температуре агента сушки воздуха 100°С составляет 1,11,2 %/мин.
Показатели качества пророщенных семян пшеницы, законсервированных разработанным нами методом радиационно-конвек-тивной сушки, представлены в таблице.
Радиационно-конвективная сушка позволяет сохранить витамины группы В и РР на уровне 93-96 %.
Радиационно-конвективная сушка модифицирует структуру пищевых волокон (клетчатки, гемицел-люлозы и лигнина), увеличивая их сорбционные свойства.
Проведенные исследования позволили нам разработать параметры терморадиационного обезвоживания пророщенных семян пшеницы и ржи, на основании которых ООО «ПК Старт» разработала ТЗ на установку для сушки высоковлажных пророщенных зерновых культур производительностью 1000 кг/ч (рис. 5) и провела опытно-промышленные испытания. Опытно-промышленный образец был направлен на Могилевский комбинат хлебопродуктов (Республика Беларусь), где была обработана партия пророщенных семян пшеницы в количестве 10 т. Затраты энергии на испарение 1 кг воды в данной установке составили 1,1 кВт, а биологически-активные вещества (витамины группы В и РР) сохраняются на уровне 90 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гинзбург, А.С. Инфракрасная техника в пищевой промышленно-сти/А.С. Гинзбург. - М.: Пищевая промышленность, 1986. - 407 с.
2. Ильясов, С.Г. Физические основы инфракрасного облучения пищевых продуктов/С.Г. Ильясов, В.В. Красноков.- М.: Пищевая промышленность, 1978. - 359 с.
3. Афанасьев, В.А. Исследование тепловой обработки ячменя с применением ИК-нагрева при производстве комбикормов/В.А. Афанасьев: дис. ... канд. техн. наук. -М.: МТИПП, 1979, - 27 с.
4. Гунькин, В.А. Микронизация зерна ржи/В.А. Гунькин, В.В. Кир-дяшкин, М.П. Попов, Е.П. Тюрев// Тезисы докл. всесоюзн. науч. конф. «Пути повышения качества зерна и зернопродуктов». - М., 1989. - С. 81-82.
5. Зверев, С.В. Высокотемпературная микронизация в процессах зернопереработки/С.В. Зверев, Е.П. Тюрев//Хлебопродукты.-2002. - № 2. - С. 28-29.
6. Miksir, F. Micronized grain and legume seeds offer better stability, palatability, digestibility/F. Miksir// Food Products Development.-1999. - V. 13. - № 13. - Р. 50-51.
