Сушка зерна и семян.

Сушка - частичное обезвоживание зерновой продукции до влажности, близкой к критической. Это важнейший технологический приём, обеспечивающий сохранность зерна и семян различных культур, а также возможность их использования для переработки. Природно-климатические условия нашей страны таковы, что до 50 % убираемого зерна имеет повышенную влажность и нуждается в искусственной сушке. При влажности зерна и семян более 20-25 % в зерновой массе очень активно идут физиологические процессы, интенсивно размножается микрофлора, особенно плесневые грибы, активизируются хлебные клещи. В таких массах часто развивается самосогревание, завершающееся ухудшением товарных и посевных качеств партии.

Все способы сушки основаны на сорбционных свойствах зерна и семян. При десорбции влаги из зерновки её влажность снижается, т.е. она высушивается. Продолжительность и эффект высушивания зависят от свойств и состояния объекта сушки, а также от состояния и свойств материала или среды, обладающих большой сорбционной способностью (влагоём- костью), которые называются агентом сушки.

В зависимости от природы агента сушки способы сушки разделяют на две группы:

• - сушка без использования тепла;
• - сушка с использованием тепла.

В первой группе агентами сушки могут быть химические вещества (активированный уголь, сульфат натрия и др.), сухой природный или искусственно охлаждённый обезвоженный воздух. Во второй группе в зависимости от способа передачи тепла объекту сушки различают радиационную, контактную, конвективную сушку и сушку электротоком.

Радиационная сушка осуществляется передачей тепла излучением от источников без соприкосновения с высушиваемой массой. В южных регионах и при уборке зерна с пониженной влажностью используют воздушно-солнечную сушку. Воздушно-солнечная сушка благоприятна для послеуборочного дозревания, способствует стерилизации массы (погибает большая часть микроорганизмов и частично вредители). Для этого приёма оборудуют специальные площадки с уклоном в 6°, на которые рассыпают тонким слоем (от 5 до 20 см) зерно или семена. В течение дня высушиваемую массу перелопачивают, а на ночь укрывают. За сутки при хорошей погоде можно понизить влажность массы на 1-3%.

Разработан способ сушки зерна инфракрасным излучением, но вследствие большого расхода электроэнергии этот способ в практике не используется.

Контактная сушка осуществляется в результате соприкосновения объекта сушки с нагреваемой поверхностью. Толщина насыпи на поде ограничена возможностью отпотевания верхнего слоя сырья, технология сушки требует постоянного перемешивания, чтобы избежать пересушивания нижнего слоя. В настоящее время подовые сушилки используются на малых предприятиях по переработке семян масличных культур и в фермерских хозяйствах.

Сушка е электрическом поле токов высокой частоты (ТВЧ) протекает очень быстро, без снижения качества зерна и семян, но применение этого метода сдерживается из-за большого расхода электроэнергии.

Конвективная сушка является основным способом сушки зерна и семян во многих странах мира в том числе в России, Канаде, США, в большинстве стран Европы. При конвективной сушке теплоносителем (агентом сушки) является нагретый воздух. Тепло для нагрева зерна и испарения из него влаги передаётся конвекцией от движущегося через высушиваемую массу воздуха. Зерновая масса при этом, в зависимости от конструкции сушилки, может находиться в разрыхленном, падающем, псевдоожиженном состоянии (в пневмогазовых сушилках), неподвижном (при активном вентилировании подогретым воздухом), перемещаться сплошным слоем (в шахтных сушилках).

Конвективная сушка основана не только на сорбционных, но и на многих других свойствах зерна и зерновой массы: влагоотдающей способности, термоустойчивости, скважистости, сыпучести, теплопроводности, теплоёмкости и др. Не меньшее значение имеют физические свойства агента сушки: влагоём- кость, теплоёмкость, тепло- и влагопсренос в процессе сушки.

Влагоотдающая способность культуры определяется анатомическими и морфологическими особенностями зерновки, химическим составом, содержанием и видом влаги. Свободная вода (при влажности зерновки выше критической) находится в менее прочной связи с тканями семени и удаляется значительно легче. Химически связанная вода удерживается тканями семени прочнее, и её удаление может привести к изменениям структуры химических соединений зерна и потере качества. Чем более плотны и менее пористы части зерновки, тем меньшей влагоотдающей способностью они характеризуются. Семена зернобобовых культур имеют более низкую (в 5-7 раз в сравнении с пшеницей) влагоотдающую способность, так как в их составе значительно больше белковых веществ, которые удерживают влагу сильнее, чем другие химические соединения. Влагоотдающая способность условно выражается коэффициентом культуры (К_к), который для гречихи равен 1,25; ржи - 1,10; пшеницы, ячменя, овса - 1,00; проса, пшеницы сильных сортов - 0,80; ячменя пивоваренного - 0,60; гороха - 0,50; бобов, люпина, фасоли - 0,10-0,20.

Термоустойчивость (максимальная температура нагрева, при которой сохраняются показатели качества) зерна и семян зависит от их свойств, исходной влажности и целевого назначения партии, скорости нагрева. Отмечается различная термоустойчивость в пределах одного рода: сорта стекловидных пшениц более термоустойчивы, чем мучнистые. Наименее термоустойчивы кормовые бобы, соя, фасоль и зерно риса. Партии семенного зерна обладают пониженной термоустойчивостью в сравнении с продовольственным зерном, а партии, предназначенные для мукомольного производства, менее термоустойчивы, чем фуражное зерно.

Термоустойчивость зерна и семян находится в прямой зависимости от начальной (до сушки) влажности семян: чем она выше, тем чувствительнее они к перегреву. Такое положение вызывает необходимость дифференцировать режимы сушки различных по влажности партий зерна и семян и формировать партии по группам: до 18%; до 20; до 26 и более 26%. Немаловажное значение имеет скорость нагрева объекта сушки и продолжительность теплового воздействия агента сушки. Эти параметры зависят от конструктивных особенностей сушилки и выбранного режима сушки.

Режимы конвективной сушки на зерносушилках различных конструкций включают три основных понятия:

• - предельно допустимая температура нагрева зерна, обеспечивающая наиболее эффективный процесс сушки без понижения качества объекта сушки. Этот показатель зависит от культуры (её термоустойчивости), влажности зерна до сушки и целевого назначения партии (семенное зерно сушат в более щадящем режиме, чем продовольственное);
• - предельно допустимая температура нагрева агента сушки при его поступлении в рабочую камеру. При пониженной температуре агента сушки, рекомендованной для данной партии, зерно не нагревается до нужной температуры или для достижения этого приходится увеличивать срок пребывания объекта сушки в камере, что снижает производительность сушилок;
• - предельно допустимый влагосъём - максимальное количество влаги, которое может быть удалено из зерна за один проход через сушильную камеру. При сушке вода внутри зёрен перемещается как в жидком, так и в парообразном состоянии. Если влага перемещается в виде жидкости и испарение её с поверхности равно внутреннему переносу, то зона сушки будет находиться на поверхности зерновки, и она не перегревается и не пересушивается. При очень быстром съёме влаги вода из внутренних слоёв зерновки не успевает достичь её поверхности, и зона испарения перемещается вглубь зерна. Наблюдаемый при этом закал зерна сопровождается деформацией клеток, разрывом тканей зародыша, появлением внутренних и внешних трещин. Малый съём влаги может вызвать набухание зёрен и их запаривание. Большинство типов сушилок обеспечивают съём влаги за один пропуск 6-8 % для зерна продовольственного назначения и 4-5 % для посевного материала.

Снижение предельно допустимых температур нагрева зерна и агента сушки уменьшает съём влаги и увеличивает себестоимость сушки, превышение же приводит к перегреву и ухудшает качество зерна, иногда делая его непригодным для использования по назначению.

Существенное значение для выбора режима сушки имеет исходная влажность зерна. Чем оно влажнее, тем ниже должна быть температура нагрева в начальный период сушки. При большой влажности зерна обычно применяют ступенчатый (дифференцированный) режим сушки, снижая влажность за один пропуск через зерносушилку от 3 до 5 %. Для снижения отрицательного воздействия сушки на зерно и семена между пропусками продукцию охлаждают атмосферным воздухом и, если возможно, делают отлёжку высушиваемой массы в специальных бункерах в течение 5-6 ч. Особенно важно применять отлёжку при сушке бобовых культур.

При конвективной передаче тепла температура агента сушки постепенно снижается, а влажность воздуха увеличивается. Относительная влажность воздуха при выходе из камеры не должна превышать 100%, иначе может произойти конденсация паров на просушиваемом зерне и его запаривание.

Основные показатели режимов сушки приведены в табл. 23.

Таблица 23

Режимы сушки зерна на шахтных сушилках (по М. А. Казаниной, В.Я. Воронковой и др.)

Конструкции зерносушилок, применяемые в мировой практике для конвективной сушки, довольно разнообразны, но наиболее распространенны шахтные сушилки. Рабочая камера таких сушилок представляет собой металлический бункер-шахту. Внутри неё размещены металлические короба, позволяющие сделать зерновую массу более разрыхленной и доступной для омывания агентом сушки. В некоторых странах для разрыхления зернового слоя в шахте используют металлические шары и др.

Зерновая масса под действием силы тяжести и механического давления верхних слоёв движется вниз, навстречу ей подаётся нагретый до заданной температуры воздух. Просушенное зерно через 40-60 мин удаляется из сушильной камеры через выпускное устройство, расположенное в её нижней части, и подаётся в охладительную колонку, где влажность зерна ещё несколько снижается. В одних сушилках часть самых нижних коробов используется для охлаждения зерна, в некоторых других охладительные камеры устраивают между зонами сушки. При многоступенчатой сушке зерновая масса после охлаждения в охладительных колонках вновь подаётся в сушильную камеру и опять охлаждается. В некоторых конструкциях зерносушилок предусмотрено наличие двух шахт, что позволяет при многоступенчатой сушке одну шахту использовать для сушки в режиме первой ступени, вторую - для сушки в режиме второй ступени.

Сушке зерна в шахтных сушилках обязательно предшествует очистка зерновой массы от примесей. Должны быть удалены крупные соломистые примеси, которые могут нарушить процесс движения зерновой массы в шахте между отдельными коробами, вызвать перегрев зерна и даже его загорание.

Правильно проведённая сушка повышает энергию прорастания и всхожесть семенного зерна, улучшает мукомольные и хлебопекарные достоинства продовольственного зерна, повышает выход сортовых круп у крупяных культур. Однако на практике часто нарушаются установленные режимы сушки, что приводит к повреждениям зерна, ухудшению технологических показателей.

Качество просушенного зерна зависит от равномерности его нагрева в процессе сушки. Наибольшая неравномерность температуры высушиваемой массы наблюдается в шахтных сушилках. Установлено, что неравномерность нагрева зерна по горизонтальному сечению шахты достигает 20-25 °С, а по толщине зернового слоя - 15-20 °С.

Зерно, частично повреждённое сушкой, характеризуется изменением цвета оболочки и эндосперма - от кремового до светло-коричневого. Такое зерно имеет пониженное содержание клейковины, резко изменяются её свойства: она характеризуется меньшей влагоёмкостью, становится крошащейся и почти полностью утрачивает способность к растяжению. При повышении температуры выше критических значений (40-45 °С) ухудшаются мукомольные достоинства зерна, повышается зольность и снижается выход муки. Высокотемпературная сушка приводит к снижению содержания в зерне незаменимых аминокислот (лизина, триптофана).

При повышении температуры зерна до 85 °С изменяется цвет эндосперма от коричневого до чёрного; клейковина в результате полной денатурации белков вообще перестаёт отмываться. Такое зерно относят к сорной примеси, для производства муки и крупы оно непригодно. Хлеб, выпеченный из муки, полученной из пересушенного зерна, получается со значительно сниженным объёмом, мало развитой и толстостенной пористостью, с бледной коркой.

Если в образцах, взятых из сушилки, при соблюдении температурного режима обнаруживают поджаренные или подгорелые зерна, то это свидетельствует о неравномерности выхода зерна из сушилки в результате засорения отдельных участков шахты, неисправности коробов или выпускного механизма.

Наличие в высушенной массе запаренных, заметно увлажнённых зёрен показывает, что агент сушки имеет пониженную температуру, а количество его недостаточно. Такая ситуация возможна при сушке сырого и очень холодного зерна.

Порядок контроля за режимами сушки в шахтных сушилках приведен в прил. 7.

Многие пороки, возникающие при конвективной сушке зерна, удается устранить применением одного из более совершенных вариантов - рециркуляционной сушки. При изучении тепловлагообменных свойств зерновой массы было установлено, что если в качестве агента сушки использовать сухое рециркулирующее зерно, то в результате контактного теплов- лагообмена между сырым предварительно нагретым и сухим рециркулирующим зерном процесс сушки протекает с большой скоростью.

Камера нагрева для сырого зерна находится над сушильной камерой и соединяется с ней впускным клапаном. Сырое зерно в объёме 1/8 производительности сушилки норией подаётся в камеру нагрева, где поддерживается температура 350— 400 °С. Через несколько секунд зерновая масса переходит в сушильную камеру, где смешивается с 7 частями предварительно высушенного рециркулирующего зерна. За время прохождения через сушильную камеру в массе происходит перераспределение тепла и влаги, температура и влажность отдельных зёрен выравниваются. Для удаления испарившейся влаги в сушильную камеру подаётся атмосферный воздух. В нижней части сушильной камеры есть два выпускных устройства. Через одно из них семь частей сухой зерновой массы поднимаются вверх и поступают на рециркуляцию в сушильную камеру, через другое зерновая масса в объёме 1/8 направляется на склад.

Рециркуляционная сушка позволяет сушить неочищенное зерно любой начальной влажности, не требует предварительного формирования партий по влажности, при таком способе практически не утрачиваются мукомольные и технологические характеристики зерна и семян.

Учет работы зерносушилок. Сушка зерна и семян сопровождается уменьшением массы партии. При работе с зерновыми массами необходимо проводить учёт убыли массы при сушке, определять массу сырого или сухого зерна, а также массу зерна в плановом исчислении. Формулы для определения убыли массы, массы сырого или сухого зерна приведены ниже, для ускорения определения можно воспользоваться таблицами, имеющимися в инструкциях к сушилкам. Массу зерна в плановом исчислении определяют исходя из понятия «плановая единица сушки (ПЕС)».

Плановая единица сушки соответствует сушке зерна при базовых условиях: пшеница продовольственного назначения, температура зерна 5 °С, снижение влажности с 20 до 14%, сушилка прямоточная, режим сушки соответствует зерну с нормальной клейковиной.

Масса зерна в плановом исчислении - это условная масса зерна, на сушку которого при базовых условиях требуется такое же время, как на сушку конкретной физической массы в данных условиях. Масса высушенного зерна в плановом исчислении для сушилок всех типов зависит от культуры (её влагоотдающей способности), исходной и конечной влажности, назначения партии. Определяют её по формуле

где К_в и К_к- коэффициенты пересчета количества просушенного зерна в плановые тонны по влажности (исходной и конечной) и культуре; К_к и К_в приведены в табл. 1 и 2 прил. 8.

При двух- и трехкратном пропуске учитывают каждый пропуск отдельно.

Производительность сушилки в плановых единицах определяют по формуле:

Продолжительность сушки конкретной партии зерна или семян можно рассчитать по следующим формулам:

Себестоимость сушки 1 плановой единицы зерна зависит от типа, конструкции и производительности сушилки, а также от применяемых режимов сушки и организации работ. Снижение её достигается применением оптимальных режимов и правильной эксплуатацией сушилок, организацией круглосуточной работы, уменьшением расхода электрической энергии, совмещением профессий обслуживающего персонала.

Контрольные вопросы

• 1. Основные технологические операции послеуборочной обработки семян.
• 2. Перечислите технологические операции послеуборочной обработки семян при влажности зерновой массы: а) до 15%; б) до 20%; в) более 20%.
• 3. Важнейшая операция при обработке свежеубранного вороха зерна.
• 4. На каком оборудовании выполняется первичная (предварительная) обработка зерна?
• 5. Сколько дней могут храниться семена на току с влажностью: а) 18-21 %; б) 22-25%; в) больше 25 %?
• 6. Как сохранить от порчи влажные семена, не подлежащие сушке?
• 7. На чем основывается очистка семян от примесей?
• 8. Какие примеси удаляют на пневматическом сортировальном столе?
• 9. В чем заключается суть активного вентилирования?
• 10. На чем основана обработка семян воздухом?
• 11. До какого момента зерно поглощает воду из воздуха?
• 12. Что лежит в основе процесса сушки активным вентилированием?
• 13. Какой должна быть подача воздуха в насыпь греющегося зерна и при профилактическом охлаждении?
• 14. Какой должна быть высота насыпи при охлаждении зерна?
• 15. Предельная температура при охлаждении семян: а) при влажности 17 %; б) при влажности 18-20 %.

• 16. Какие параметры учитываются при охлаждении зерна вентилированием?
• 17. Где должна находиться зона сушки в зерне, чтобы оно не перегрелось и не пересушилось?
• 18. Как определить производительность сушилки?
• 19. От чего зависит термоустойчивость семян?
• 20. От чего зависит стойкость к температуре теплоносителя при сушке семян?
• 21. Разовый съем влаги в шахтных сушилках для: а) для продовольственного и кормового зерна; б) семян зерновых культур; в) для бобовых.
• 22. Предельно допустимая температура нагрева для семян зернобобовых: а) на семена; б) товарное зерно.
• 23. Предельно допустимая температура нагрева для семян зерновых: а) на семена; б) товарное зерно.
• 24. Как перегрев зерна влияет на его качества?
• 25. Как определить продолжительность сушки зерна?
• 26. От чего зависит интенсивность сушки?
• 27. Оптимальная норма подачи воздуха для: а) зернобобовых; б) семян других культур.
• 28. Нормы расхода воздуха при активном вентилировании с целью сушки.