ИК нагрев люпина
Вопрос о целесообразности термообработки зерна люпина каждый специалист решает самостоятельно, исходя из конкретной ситуации и своих убеждений [1]. И хотя полностью инактивировать основные антипитательные вещества люпина – алкалоиды и ликвидировать, связанный с ними, горький вкус не удается, тем не менее, отметим один из положительных технологических эффектов – охрупчивание оболочки, что облегчает процесс шелушения зерна.
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]. Передача энергии зерну в этом случае осуществляется как радиационным, так и конвективным путем, так как на процесс ИК нагрева, кроме вида продукта, оказывают влияние режимы термообработки – облученность и температура среды в зоне обработки. Очевидно, что с их ростом скорость нагрева возрастает. Меняется и скорость сопутствующего процесса – дегидратации (потеря влаги).
На рис.1 приведены зависимости приращения относительной температуры (AT(t)/100) и влажности (AU(t)/U()) зерна белого люпина исходной влажности 9% сорта «Дега» от времени нагрева для двух режимов.
Рис.1. Графики зависимости приращения относительной температуры (1 и 3) и убыли относительного влагосодержания (2, 4) при облученности 11кВт/м2, температуре среды в зоне обработки 155°С (1 и 2) и облученности 0 кВт/м2, температуре среды в зоне обработки 144°С (3 и 4)
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 при высоких температурах зависимости для температуры (рис.2 зависимость 1) – прекращается ее рост температуры зерна, более того, температура даже снижается.
Рис.2. Графики зависимости приращения относительной температуры и убыли относительного влагосодержания (1 и 3 – облученность 17 кВт/м2, температура среды в зоне обработки 275°С; 2 и 4 – облученность 11 кВт/м2, температура среды в зоне обработки 238°С)
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.
Изменение температуры зерна до момента стагнации с учетом ряда допущений можно представить в виде зависимости [3]
На рис.3 даны эмпирическая и регрессионная зависимости приращения температуры зерна белого люпина влажностью 9% от времени при облученности 11 кВт/м2 и температуре среды в зоне обработки 213°С.
Рис.3. Эмпирическая и регрессионная зависимости приращения температуры зерна белого люпина влажностью 9% от времени при облученности 11 кВт/м2 и температуре среды в зоне обработки 213°С
В результате лабораторного эксперимента для зерна белого люпина сорта «Дега» были получены эмпирические зависимости ?Т(t) при варьировании облученностью и температурой в зоне обработки и идентифицированы параметры Кe, КT, Kt выражения (1). Облученность (0-17 кВт/м2) оценивалась расчетным путем по специально разработанной программе [3]. Температура среды (142-275°С) и зерна контролировались термопарным термометром.
На рис.4 приведены расчетные и экспериментальные значения приращения температуры зерна белого люпина исходной влажностью 7-9%.
Рис.4. Расчетные и экспериментальные значения температуры зерна люпина при ИК нагреве (Кe = 1.82, КT = 0.759, Kt = 0.0106, коэффициент множественной корреляции 0.994). Облученность – 0-17 кВт/м2, температура среды – 142-275°С, исходная влажность – 7-9%
Полученные значения Ке и КT 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. Отмечена инвариантность зависимостей температуры от времени к влажности, что было отмечено и для сои.
Список литературы
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».
2. Зверев С.В., Сесикашвили О.Ш., Булах Ю.Г. Соя. Свойства. Термообработка. Использование. –- Кутаиси: Из-во Гос. университета Акакия Церетели, 2013.
3. Зверев С.В. Высокотемпературная микронизация в производстве зернопродуктов. – М.: «ДеЛи принт», 2009.
С.В. Зверев, д.т.н.
Статья опубликована в сборнике:
Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд: междунар. сб. науч. статей / ФГБУ НИИПХ Росрезерва; под общ. ред. С.Е. Уланина. – М.: Галлея-Принт, 2015. – Вып. III. – С. 108-114.