CC BY
94
УДК 66.047.3.085.1
Поиск рационального способа сушки семян
подсолнечника
Демидов А.С.
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Проведен поиск рационального способа сушки свежеубранных семян подсолнечника
Ключевые слова: сушка, семена подсолнечника, микроорганизмы.
Решение проблемы обеспечения населения РФ качественными и экологически безопасными продуктами питания требует развития перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса на основе совершенствования существующих и создания новых энергосберегающих экологически чистых технологий.
Подсолнечное масло с улучшенными потребительскими свойствами должно иметь максимально возможное содержание ценных веществ, прежде всего жирорастворимых витаминов и провитаминов в их физиологически активной форме, отсутствие пестицидов и минимальное содержание продуктов гидролиза и окисления. Необходимо применять самые передовые методы послеуборочной обработки семян подсолнечника.
Целью данной статьи является выбор способа сушки семян подсолнечника.
Семена подсолнечника состоят из плодовой оболочки (лузги), семенной оболочки (пленки) и семени (ядра). Главная функция плодовой оболочки состоит в предохранении ядра от механических повреждений и разрушительного воздействия микроорганизмов, некоторых вредителей. Плодовая оболочка, как правило, плотно прилегает к ядру. Воздушные полости находятся в острых ребрах семянки. Семенная оболочка (пленка) срастается как с плодовой оболочкой, так и с эндоспермой ядра, поэтому при обрушивании семян подсолнечника она попадает и в лузговую, и в ядровую фракции рушалки. Ядро семянки подсолнечника является живым зародышем растения.
От массы абсолютно сухой семянки подсолнечника, в среднем, ядро составляет около 70%, плодовая оболочка около 30%. Доля семенной оболочки от общей массы незначительна - в среднем 5% [1]. Ядро состоит из двух семядолей, сросшихся с корешком - почечкой. Семядоли содержат основное количество питательных веществ, главным образом - жиры и белки (85%) [2].
В соответствии с анатомическим и структурным строением, химическим составом отдельная семянка, как объект сушки, представляет собой
биоколлоидную систему двухкомпонентного сочетания: капиллярно -пористого (плодовая оболочка) и коллоидного (ядро) тел, для которых характерно наличие всех видов связи влаги согласно классификации академика Н.А. Ребиндера[3].
Общее количество влаги в семянке и распределение ее между ядром и плодовой оболочкой зависит от многих факторов: погодных условий, степени зрелости и биологических особенностей самих семян. В период уборки, в зависимости от района возделывания, средняя влажность семян колеблется в широких пределах.
Как известно, количество влаги определяет интенсивность протекания биохимических процессов в семенах, и в первую очередь, их дыхание. С понижением влажности жизненные процессы замедляются, обмен вещества в семени идет медленно, интенсивность дыхания понижается. Низкая влажность способствует сохранению семян от порчи при длительном хранении. Поэтому перед хранением и дальнейшей переработкой их на предприятиях масложировой промышленности сушка семян подсолненика является обязательным и необходимым процессом.
Сушка свежеубранных семян подсолнечника должна протекать с минимальными затратами тепла и электроэнергии, с максимальной скоростью удаления влаги при наилучших технологических свойствах высушиваемого материала. Сушка представляет собой комплекс одновременно протекающих и влияющих друг на друга явлений. Это перенос тепла от агента сушки к высушиваемому материалу через его поверхность, испарение влаги, перемещение влаги с поверхности материала в сушильную зону [4-7].
Специфические свойства семян подсолнечника как объекта сушки -неоднородность состава семячки (наличие ядра, плодовой и семенной оболочек), естественная неоднородность семян по размерам, массе и влажности, низкая прочность плодовой оболочки, влагоинерционность, низкая теплопроводность, термолабильность белковой и липидной частей семени - предъявляют особые требования к способу сушки и к конструкции сушильных устройств [2, 8-10]. При сушке не должны ухудшаться качественные показатели, не должно происходить растрескивания поверхности семянной оболочки лузги и увеличения масличной примеси. Не допускается увеличение в процессе сушки кислотного и йодного чисел жира, приводящие к изменению вкусовых и пищевых достоинств подсолнечного масла.
Неоднородность семячки - наличие высокобелкового ядра, прочно удерживающего влагу, и плодовой оболочки (лузги), легкотеряющей влагу -требует создания таких условий сушки, при которых будет происходить интенсивное удаление слабо связанной поверхностной влаги из капиллярно -пористой оболочки и перемещение прочно связанной влаги в коллоидном ядре к поверхности семячки при условии, чтобы семянная оболочка была влажная, капиляры пор были открытыми при перемещении влаги из ядра к поверхности семянной оболочки.
Стойкость семян подсолнечника в процессе хранения зависит от целостности его структуры. Нарушение целостности оболочки, являющейся механической защитой от действия микроорганизмов, снижает устойчивость семенной массы, при хранении органическая сорная примесь обладает большой гигроскопичностью. При хранении в одних и тех же условиях влажность органической примеси почти в 2 раза выше семян подсолнечника. Сорная примесь способствует размножению и росту микроорганизмов, что приведет к ускорению самогревания семян.
Влагоинерционность семян, обусловленная низким коэффициентом влагопроводности, создает условия для растрескивания семян при конвективной сушке. При испарении влаги с поверхности происходит усадка семян, а из-за низкой влагопроводности влага не успевает переместиться из глубинных слоев семени к поверхности. В результате этого семенная оболочка трескается.
Исследованию процесса сушки семян подсолнечника посвящено большое количество работ [11-18].
На испарение влаги влияют в основном два процесса: влагопроводность и термовлагопроводность, которые характеризуют внутренний тепло- и влагоперенос во влажном материале. При испарении влаги поверхностные слои подсушиваются. Создается градиент влагосодержания, т.е. внутри материала влаги больше, чем на поверхности. Это явление приводит к перемещению влаги из внутренних слоев к поверхностным слоям и называется влагопроводностью. Причем это перемещение тем интенсивнее, чем выше температура материала. Но влага перемещается не только благодаря градиенту влагосодержания, она перемещается и благодаря градиенту температур (термовлагопроводности), т.е. влага перемещается от малонагретого участка к более нагретому, или, иными словами, влага перемещается по направлению потока тепла.
Применение того или иного способа сушки может способствовать в одном случае совпадению направления перемещения влаги, как в результате влагопроводности, так и термовлагопроводности, а в другом случае процесс испарения влаги в результате влагопроводности тормозит процесс испарения влаги в результате термовлагопроводности. В первом случае процесс испарения влаги будет протекать значительно интенсивнее, чем во втором. Для того, чтобы эти процессы испарения влаги совпадали по направлениям , необходимо, чтобы температура поверхности семяни была ниже температуры внутри ядра. Сушка будет значительно тормозиться, когда температура оболочки семян выше температуры внутри ядра.
При сушке семян подсолнечника при конвективном подводе тепла в шахтных прямоточных, барабанных сушилках явление термовлагопроводности препятствует перемещению влаги изнутри к поверхности семян подсолнечника и интенсивность потока влаги равна разности между интенсивностью потока влаги в результате влагопроводности и интенсивностью потока влаги в результате термовлагопроводности.
В барабанных сушилках процесс сушки происходит в перемешивающемся слое семян, а сушильный агент выполняет дополнительную функцию по транспортированию их внутри сушилки [15, 16]. Продолжительность пребывания в сушилке отдельных семян может различаться на 30%, что отрицательно влияет на равномерность нагрева и сушки. Количество обрушенных семян увеличивается. Съем влаги составляет 2-4% за один проход. При сушке семян подсолнечника в шахтных сушилках выявлен ряд существенных недостатков: неравномерность скорости
движения внутри шахты и распределения сушильного агента в зонах сушки [19]. Следствием этого является неодинаковое и местами очень сильное нагревание семян по всей ширине шахты, что приводит к возникновению пожаров и ухудшению качества семян и содержащего в них масла. Используются рециркуляционые сушилки, в которых сушка и отлежка многократно чередуется, что способствует более полному и равномерному высушиванию семян. При отлежке происходит перераспределение влаги внутри семени, а также испарение влаги с поверхности за счет аккумулированного тепла. При испарении влаги температура поверхности семян снижается. Это приводит к тому, что влага начинает перемещаться к поверхности не только в результате влагопроводности, но и влагопереноса, обусловленного свойством термовлагопроводности. Однако эти сушилки, использующие данный способ сушки, пожароопасны.
Абсолютное значение съема влаги в сушильных аппаратах зависит от входной температуры рабочего агента, от начальной влажности семян, поступающих на сушку. Так при температуре теплоносителя 180-230°С съем влаги у семян, влажность которых до сушки была 9-15%, в среднем составил 1.8%, при температуре 240-260°С - 2.4%, при 260-280°С - 3.6%
Перспективным является способ сушки с использованием инфракрасного излучения[20, 21].
При конвективной сушке процесс происходит в 3 этапа: сушка семенной оболочки, ядра семечки, подсушка семенной оболочки. Необходимо организовать процесс сушки семян подсолнечника в 2 этапа в следующей последовательности: сушка ядра семени, сушка семенной оболочки без растрескивания с использованием электрических ИК-излучателей с керамической функциональной оболочкой [22, 23].
При сушке семян подсолнечника с использованием ИК-излучения с длиной волны 1,5-3,0 мкм есть ряд преимуществ:
1. Среда, окружающая семена подсолнечника не является теплопередающей, следовательно, потери тепла на нагрев воздуха значительно меньше.
2. Отсутствие прямого контакта между ИК-излучателем и семенами подсолнечника не является препятствием для эффективной передачи тепла
3. Учитывая эффект пропускания ИК-излучений с длиной волны 1,5-3,0 мкм оболочки семени подсолнечника, не вызывая его нагрев и эффект
поглащения ИК-излучения ядра семячки, можно эффективно управлять режимами сушки.
Список литературы
1. Белобородов В.В. Основные процессы производства растительных масел - М.: Пищевая промышленность, 1966. - 478с.
2. Голдовский А.М. Теоретические основы производства растительных масел. - М.-Л., 1958. - 446 с.
3. Лыков А.В., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопереноса. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 536 с.
4. Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. Л.: Химия, 1968. - 358 с.
5. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - 470 с.
6. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. Пищевая промышленность, 1973. - 528 с.
7. Атаназевич В.И. Сушка зерна. - М.:Агропромиздат, 1989. - 240 с.
8. Щербаков В.Г. Химия и биохимия переработки масличных семян. -М.:Пищевая промышленность, 1977. - 162 с.
9. Лобанов В.Г., Шаззо А.Ю., Щербаков В.Г. Теоретические основы хранения и переработки семян подсолнечника. - М.:Колос, 2002. -590с.
10. Белобородов В.В., Вороненко Б.А. Массоперенос в твердых пористых телах, СПб, 1999. - 146с.
11. Антипов С.Т. Интенсификация процесса сушки масличных семян в аппарате с вращающимся барабаном: Автореф. Дис. канд. техн. наук, -Воронеж, 1983. -25 с.
12. Кириевский Б.Н. Исследование теплофизических свойств и кинетики сушки семян подсолнечника в агрегатах кипящего слоя: Автореф. Дис. канд. техн. наук, - Воронеж, 1972. -32 с.
13. Копейковский В.М., Костенко В.К. Изучение механизма сушки семян подсолнечника высокомасличных сортов. - Известия вузов СССР. Пищевая технология, 1961, №6, с. 66-73.
14. Копейковский В.М., Костенко В.К. Влияние скорости движения теплоносителя на скорость сушки семян подсолнечника. -Масложировая промышленность, 1962, №10, с. 13-16.
15. Куцакова В.Е., Павлов В.Г., Петров С.В. Модернизация барабанной сушилки. - Масложировая промышленность, 1981, №1, с. 22-24.
16. Куцакова В.Е., Логинов Л.И., Петров С.В. Некоторые кинетические закономерности процесса сушки в барабанных агрегатах при кондуктивно-конвективном теплоподводе. - Журнал прикладной химии, том 3, вып. 1, с. 146-150.
17. Петров С.В. Интенсификация процесса конвективной сушки материалов с высоким начальным влагосодержанием в барабанных агрегатах. - Дис.канд.техн.наук. - Л., 1981. - 204 с.
18. Рекомендации по реконструкции барабанных агрегатов для сушки масличных культур / Куцакова В.Е., Петров С.В., Альпеисов Е.А., Иванов А.А., Иванов М.П. - Экспресс-информация, вып. 3. -М.:ЦНИИТЭПищепром, 1986, с. 5-7.
19. Гержой А.П., Самочетов В.Ф. Зерносушение и зерносушилки. - М.: Колос, 1967. - 255 с.
20. Ильясов С.Г., Красников В.В. Физические основы инфракрасного облучения пищевых продуктов. - М.: Пищевая промышленность, 1978. - 358 с.
21. Гинзбург А.С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1973. - 527 с.
22. Патент РФ №2272338. Способ сушки. Демидов С.Ф., Остапенко Е.И., Демидов А.С. Опубл. 20.03.2006, Бюл. № 8.
23. Патент РФ №2278451. Устройство для сушки электродов. Демидов
С.Ф., Остапенко Е.И., Демидов А.С. Опубл. 20.06.2006, Бюл. № 17.
Search the rational method of drying sunflower seeds
Demidov A.S.
Saint-Petersburg state university of refrigeration and food engineering Search of rational way of drying freshly sunflower seeds is spent
Key words: drying, sunflower seeds, micro-organisms.
