Радиационный нагрев белого люпина

Люпин – бобовая культура больше знакомая в России любителям цветов, чем кулинарам. Тем не менее, во многих странах мира зерно люпина с незапамятных времен являлось источником качественного растительного белка, практически не уступающего соевому.
Именно поэтому, учитывая сопоставимость основных биохимических показателей с соей и более высокую урожайность, люпин может стать эффективной альтернативой в тех областях пищевой и комбикормовой промышленности, где она широко используется [1]. Тем более, что пока отсутствуют ГМО сорта люпина и остро стоит вопрос импортозамещения сои. 

Использование сои без термообработки не желательно, а часто и опасно. Вопрос о целесообразности термообработки зерна люпина каждый специалист решает самостоятельно, исходя из конкретной ситуации и своих убеждений. И хотя полностью инактивировать основные антипитательные вещества люпина - алкалоиды и ликвидировать, связанный с ними, горьковатый вкус не удается, тем не менее, отметим ряд положительных технологических и потребительских эффектов:

1. Умеренная денатурация белка способствует более эффективному его усвоению у некоторых групп животных и птицы.
2. Термообработка снижает растворимость белка, т.е. формирует т.н. «защищенный» белок с улучшенным показателем НРП (не растворяющийся в рубце протеин), что повышает эффективность его использования в рационах жвачных животных.
3. Тепловое воздействие на углеводный комплекс способствует деструкции его компонент на более легко усвояемые формы.
4. Имеет место обеззараживание семян.
5. Наблюдается частичная инактивация антипитательных веществ, в частности, алкалоидов в люпине (до 30%).
6. Улучшается вкус и запах, вследствие чего – поедаемость корма.

Из широкого набора методов и средств тепловой обработки зерна остановимся на высокотемпературной микронизации – нагреве в потоке инфракрасного (ИК) излучения [2]. Метод удобен для предприятий малой и средней производительности и нашел применение в зернопереработке [3]. Поскольку передача энергии зерну в этом случае осуществляется как радиационным, так и конвективным путем, постольку на процесс ИК нагрева, кроме вида продукта, оказывают влияние режимы термообработки  - облученность и температура среды в зоне обработке. Очевидно, что с их ростом скорость нагрева возрастает. Меняется и скорость сопутствующего процесса – дегидратации (потеря влаги).

В зависимости от сочетания облученности, температуры среды и влажности зерна процесс ИК нагрева может сопровождаться рядом внешних эффектов:

• вспучиванием зерна,
• растрескиванием оболочки, сопровождаемым характерным звуковым потрескиванием,
• потемнением поверхности зерна, что и является естественным пределом процесса нагрева.

Кроме того, отметим аномальное поведение зависимости для температуры (рис.1 зависимость 1) при жестких режимах нагрева - прекращается рост температуры зерна, более того, температура даже снижается.
В этот момент и слышно характерное потрескивание. Эти явления можно связать с деструкцией зерна под действием внутреннего избыточного давления, образованием открытых трещин и адиабатическим расширением парогазовой смеси, что приводит к временному снижению скорости роста или даже понижению температуры.

Если режимы оказывают существенное влияние на скорость нагрева, то влияние влаги менее значимо. На рис. 2 даны соответствующие кривые относительных приращения температуры (AT/100) и убыли влаги (AU/Uo) для трех значений исходной влажности зерна.
Как видно, в рассмотренном диапазоне можно говорить об инвариантности зависимости приращения температуры от времени к исходной влажности. В качестве математической модели нагрева (без учета слабого влияния влажности) предлагается выражение [3]:
В результате лабораторного эксперимента для зерна белого люпина сорта «Дега» были получены эмпирические зависимости dT(t) при варьировании облученностью и температурой в зоне обработки и идентифицированы параметры Ке, КТ, Кt выражения. 
Облученность (0-17 кВт/м2) оценивалась расчетным путем по специально разработанной программе [3]. Температура среды (142-275 °С) и зерна контролировались термопарным термометром.

На рисунке 3 приведены расчетные и экспериментальные значения приращения температуры зерна белого люпина исходной влажностью 7-9%.
Полученные значения Ке и КТ позволяют количественно оценивать раздельное влияние облученности и температуры среды в зоне обработки на параметры процесса нагрева белого люпина.
При интенсивном облучении, что и имеет место при ИК термообработке, длительность процесса нагрева ограничивается началом потемнения и обугливания зерна.


Литература

1. Зверев С.В., Цыгуткин А.С. Подготовка зерна белого люпина к глубокой переработке. Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд : междунар. сб. науч. ст. / ФГБУ НИИПХ Росрезрерва; под общ. ред. С. Е. Уланина. – М.: Галлея-Принт, 2014. – 322 с. – Прил. к информ. сб. «Теория и практика длительного хранения». – С. 115–121.
2. Зверев С.В., Сесикашвили О.Ш., Булах Ю.Г. Соя. Свойства. Термообработка. Использование. – Кутаиси: Из-во Гос. университета Акакия Церетели, 2013. – 198 с.
3. Зверев СВ. Высокотемпературная микронизация в производстве зернопродуктов. М.: «ДеЛи принт», 2009. – 222 с.

 
 

---