Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 11
1.1 Механизм ГТО крупяных культур 11
1.2 Характеристика зерна овса 18
1.2.1 Особенности строения зерна овса 18
1.2.2 Особенности химического состава зерна овса 20
1.2.3 Плотность зерна
1.3 Структурно-механические свойства зерна овса 26
1.4 Гидротермическая обработка зерна крупяных культур
1.4.1 Гидротермическая обработка без пропаривания 28
1.4.2 Гидротермическая обработка зерна с пропариванием 29
1.4.3 Гидротермическая обработка зерна с использованием вакуума 30
1.4.4 Баротермическая обработка зерна 31
1.5 Изменения технологических свойств зерна в процессе гидротермической обработки 33
1.5.1 Изменения технологических свойств зерна в процессе увлажнения зерна 33
1.5.2 Изменения технологических свойств зерна в процессе тепловой обработки зерна 35
1.5.3 Изменения технологических свойств зерна в процессе сушки
1.6 Изменение биохимических показателей при тепловой обработке овсяной крупы 39
1.7 Анализ способов шелушения зерна овса 43
1.7.1 Способы механического воздействия на зерно овса при шелушении 43
1.7.2 Шелушение зерна с помощью струи воздушного потока 46
1.8 Выводы 50
Глава 2. Материалы и методы исследования 52
2.1 Методы определения качества зерна 53
2.2 Описание экспериментальной установки 55
2.3 Метод определения влияния давления воздуха и влажности на степень разрушения ядра и оболочек зерна ОВСА 58
2.4 Метод определения влажности и сопротивления зерна овса удару 59
2.5 Метод определения эффективности шелушения зерна овса
термобарометрическим и гидротермобарометрическим способами 61
2.6 Методы определения химического состава и пищевой ценности крупы, полученной гидротермобарометрическим способами 61
Глава 3. Изучение структурно-механических свойств зерна овса в зависомости от различных факторов 63
3.1 Определение влияния давления воздуха на степень разрушения ядра и оболочек зерна овса при воздушном ударе 63
3.2 Определение влажности и сопротивления зерна овса удару 67
3.2.1 Определение ударной разрушающей силы для зерна овса 67
3.2.2 Изменение коэффициента разрушения и конечной влажности зерна овса в зависимости от его температуры в камере нагрева при различных соотношениях зерна и воды 69
3.2.3 Изменение коэффициента разрушения и конечной влажности зерна овса в зависимости от продолжительности его обработки в камере нагрева при различных соотношениях зерна и воды 75
3.2.4 Изменение коэффициента разрушения и конечной влажности зерна овса в зависимости от продолжительности замачивания при различных соотношениях зерна и воды 3.2.5 Изменение коэффициента разрушения и конечной влажности зерна овса в зависимости от давления воздуха в камере при различных соотношениях зерна и воды 84
3.2.6 Сравнение влияния ударной разрушающей силы на коэффициент разрушения зерна овса после обработки при различных режимах 89
3.3 Выводы 92
Глава 4. Разработка технологии производства овса термобарометрическим и гидротермобароиетрическим способами 93
4.1 Термобарометрический способ обработки и шелушения зерна 93
4.1.1 Влияние исходной влажности зерна до обработки, продолжительности отволаживания и диаметра выпускной форсунки установки на эффективность шелушения 93
4.1.2 Зависимость эффективности шелушения от длины выпускного канала форсунки при различном диаметре 97
4.1.3 Зависимость эффективности шелушения от расстояния до отражающей поверхности 99
4.1.4 Выводы 100
4.2 Гидротермобарометрический способ обработки и шелушения зерна овса 101
4.2.1 Влияние изменения температуры камеры нагрева на эффективность шелушения при разных количествах добавляемой воды 102
4.2.2 Влияние длительности отволаживания на эффективность шелушения 104
4.2.3 Влияние длительности обработки на эффективность шелушения 105
4.2.4 Зависимость эффективности шелушения от давления сжатого воздуха в установке и диаметра выпускного отверстия форсунки 106
4.2.5 Зависимость эффективности шелушения от длины выпускного канала форсунки 109
4.2.6 Зависимость эффективности шелушения от расстояния до отражающей поверхности 111
4.2.7 Влияние количества добавляемой воды на эффективность шелушения и конечную влажность ядра 112
4.3 Химический комплекс овсяной крупы при различной продолжительности отволаживания зерна 114
4.3.1 Содержание крахмала 115
4.3.2 Содержание декстринов 118
4.3.3 Содержание общего сахара 121
4.4 Химический комплекс овсяной крупы при разных количествах добавляемой в зерно воды 123
4.4.1 Содержание крахмала 123
4.4.2 Содержание декстринов 125
4.4.3 Содержание общего сахара 126
4.4.4 Зольность овсяной крупы при различных соотношения зерна овса и воды 127
4.5 Химический комплекс овсяной крупы при различном времени обработки зерна овса 129
4.5.1 Содержание крахмала 129
4.5.2 Содержание декстринов 130
4.5.3 Содержание общего сахара 131
4.5.4 Зольность овсяной крупы при различном времени обработки зерна овса 133
4.6 Предлагаемая технологическая схема получения овсяной крупы гидротермобарометрическим способом 134
4.7 Принципиальное устройство Модуля «ТБО» 136
4.8 Выводы 138
Глава 5. Товароведная оценка овсяной крупы при гидротермобарометрической обработке 139
5.1 Содержания сырого жира в крупе 139
5.2 Содержания белка и аминокислотного состава в крупе после ГТБО зерна овса 140
5.3 Содержание минеральных веществ в овсяной крупе 144
5.4 Содержания целлюлозы в крупе 147
5.5 Органолептические и физико-химические показатели овсяной крупы. 148
5.6 Пищевая ценность крупы 150
5.7 Сравнительная оценка потребительских достоинств каши 153
Глава 6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ эффективность внедрения новой технологии 156
Выводы 159
Библиографический список
- Особенности химического состава зерна овса
- Метод определения влияния давления воздуха и влажности на степень разрушения ядра и оболочек зерна ОВСА
- Определение влажности и сопротивления зерна овса удару
- Зависимость эффективности шелушения от давления сжатого воздуха в установке и диаметра выпускного отверстия форсунки
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время большое внимание уделяется увеличению производства зерна крупяных культур и выработки продуктов питания на их основе, В Швеции фирма «Oatly» выпускает овсяное молоко и мороженое, в Финляндии, кроме многочисленных продуктов питания, фирма «Sinebruhoff» из овса производит пиво «Kaura», а в Германии фирма «Fazer» -целый ассортимент печенья и галет.
Использование овса в пищевой промышленности (овсяная крупа, хлопья, мука, толокно и др.) связано с хорошей усвояемостью питательных веществ и витаминов, что делает его особенно ценным для детского и диетического питания.
Овсяную муку, ценную по химическому составу и не дающую клейковину при выпечке хлеба, добавляют к ржаной или к пшеничной муке. В смеси с последней из нее изготовляют пользующееся большим спросом овсяное печенье и галеты. В Скандинавских странах и в Шотландии овес широко применяют в хлебопечении. Небольшую часть овса используют в бродильной промышленности для получения спирта, главным образом, в смеси с другими зерновыми культурами или картофелем.
Овес - хороший источник растворимой клетчатки, которая, в отличие от нерастворимой клетчатки пшеницы и других зерновых культур, усваивается организмом, способствует лучшему обмену веществ. С давних времен овес используют в медицине в качестве лечебного продукта. В этой связи, увеличение производства различных продуктов из овса и улучшение их качества имеет важное значение. Необходимо большее совершенствование технологии переработки овса, так как на овсозаводах невысок коэффициент использования зерна, потребительские свойства крупы не соответствуют требованиям современного рынка.
Важнейшим из средств повышения коэффициента использования зерна при одновременном улучшении качества готовой продукции может быть гидротермическая обработка и применение новых методов воздействия на зерно при шелушении. К сожалению работ в этом направлении проводиться недостаточно, остаются неизученным товароведная оценка круп после новых методов гидротермической обработки.
Следовательно, исследования, направленные на более глубокое изучение и интенсификацию этих процессов с определением качественных характеристик продукции, являются актуальными и практически значимыми.
Цель исследования. Обосновать и разработать технологию получения овсяной крупы гидротермобарометрическим способом и провести ее товароведную оценку.
В соответствии с целью поставлены следующие задачи:
изучить влияние давления воздуха и влажности на степень разрушения ядра и оболочек зерна овса при воздушном ударе;
исследовать влияние режимов гидротермобарометрической обработки на сопротивление зерна динамическому удару;
подобрать оптимальные режимы обработки и шелушения зерна для достижения максимальной технологической эффективности;
разработать технологическую схему получения овсяной крупы гидротермобарометрическим способом;'
изучить пищевую ценность овсяной крупы при гидротермобарометрической обработке;
определить регламентируемые показатели качества и сроки хранения овсяной крупы, полученной гидротермобарометрическим способом;
провести обоснование экономической целесообразности внедрения новой технологии.
Работа является обобщением результатов методического, теоретического и прикладного характера, выполненных автором лично или при ее непосредственном участии.
Научная новизна. Изучено влияние термобарометрической и гидротермобарометрической обработки на технологические свойства зерна овса и потребительские свойства крупы овсяной.
Определены изменения химического состава зерна овса при гидротермобарометрической обработки при различных режимах и хранении.
Дана товароведная оценка, установлены регламентируемые показатели качества, режимы и сроки хранения разработанной продукции.
Практическая значимость. Разработаны и утверждены технических условий на крупу овсяную, полученную гидротермобарометрическим способом (ТУ 9294-001-21451215-09), требования которых по многим показателям жестче, чем требования ГОСТ 3034.
Поданы заявки на два патента:
«Термобарометрический способ обработки зерна овса»;
«Гидротермобарометрический способ обработки зерна овса».
Разработанная технология получения крупы овсяной высшего сорта гидротермобарометрическим способом внедрена на овсозаводе производительностью 50 т/сут. ЗАО «Алтайская крупа».
Разработана принципиальная схема «Модуля ТБО», оценена и передана для доработки, реализации и сертификации в Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору машиностроительной компании ООО «МельСервис», г. Барнаул. Работа поддержана грантом мэрии Барнаула в 2008 г.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены и обсуждены на всероссийских, межрегиональных и региональных конференциях: «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (Барнаул, 2007); «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово 2008, 2009, отмечен дипломом за лучший доклад в секции «Пищевые технологии»). Поданы заявки на два патента, прошедшие экспертное рассмотрение.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 научных работ, из них 1 в издании рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, семи глав экспериментальной части, выводов и 4 приложения. Работа изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 54 таблиц и 52 рисунка. Библиографический список включает 115 наименований, в том числе 11 иностранных источников.
Особенности химического состава зерна овса
По данным Мельникова Е.М., основная причина уменьшения дробимости ядра после проведения гидротермической обработки заключается в его пластификации, снижении хрупкости, а не повышении прочности [19].
По данным Кешаниди Х.Л.[47], при увлажнении зерна риса водой 20С через 24 часа отволаживания полностью исчезают все видимые трещины в результате набухания биополимеров.
Однако, завершение процесса трещенообразования возможно при достижении зерном определенной влажности. Так, Егоров Г.А. отмечает, что для зерна пшеницы, увлажненного до влажности 17,5%, наличие трещин не зарегистрировано. Ильичев Г.Н. также делает заключение, что трещины в зерне риса не исчезают при довольно длительном отволаживании, если его влажность менее 30%, а только при этой влажности и более исчезают все видимые трещины за счет сближения граней [36, 52, 78, 94].
Таким образом, существует две точки зрения относительно механизма поглощения влаги зерном. Одни авторы утверждают, что поглощение подчиняется закону диффузии, другие же говорят о ступенчатом характере поглощения воды тканями зерна.
Проникновение воды в зерно сопровождается появлением в эндосперме микротрещин, механически нарушающих его целостность.
Появление в зерне микротрещин Егоров Г.А. [24] объясняет расклинивающим действием тонких слоев воды.
Второй важной причиной, определяющей разрыхление эндосперма, является изменение надмолекулярной структуры биополимеров зерна и конформации их макромолекул. Полимеры при изменении внешних условий легко переходят из аморфного состояния в кристаллическое и наоборот. В результате перемещения боковых цепей (или же при разворачивании глобул) структура их макромолекул «разрыхляется».
Основным возмущающим фактором при этом является внедрение молекул воды между цепями макромолекул биополимеров зерна, в результате чего изменяется их исходное равновесное расположение [45].
Таким образом, на начальном этапе гидротермической обработки, заключающемся в увлажнении зерна водой или насыщенным паром, происходит активное трещинообразование и разрыхление эндосперма. Этот процесс снижает технологические свойства зерна крупяных культур, и их переработка на этом этапе резко повышает выход дробленой крупы [41, 47].
Егоров Г.А. [28], Есин СБ. [31], Ильичев Г.Н. [32] отмечают, что по мере повышения влажности зерна риса и доведения ее до 30% за счет набухания биополимеров ядра происходит сближение граней раздела, которые, смыкаясь, устраняют трещины.
Важным этапом гидротермической обработки является сушка, которой отводится важная роль в эффективности всего процесса.
В результате сушки зерна происходит удаление влаги; уплотнение структуры и укрепление ядра. В процессе сушки наблюдается появление трещин, но их количество ниже, чем у исходного зерна. Однако, неправильное проведение сушки может полностью уничтожить эффект гидротермической обработки. Bhattacharya [90] установил, что при непрерывной сушке риса воздухом при температуре 80-85С до влажности менее 16% выход дробленого ядра возрастает с 10% до 50%. Исследования, проведенные Ильичевым Г.Н. [32], показали, что сушка зерна при температуре 110С вызывает появление трещин в зерне риса уже после достижения зерном влажности менее 20%. В процессе теплового воздействия зерно овса претерпевает значительные физико-химические изменения, в результате которых высвобождается вода, определяющая характер протекающих внутри продукта преобразований веществ. При этом ослабевает прочность структуры вследствие частичного гидролиза целлюлозы и других сложных углеводов, из которых состоят стенки клеток и межклеточные перегородки. [13].
На изменение цвета крупы оказывают также влияния режимы теплового воздействия, что связано с образованием продуктов, способных реагировать между собой - редуцирующих Сахаров и продуктов их расщепления и аминных групп (белки и аминокислоты), обуславливающих протекание сахароаминных реакций. Эта реакция называется мелаидинообразования (реакция Майяра). Следует также отметить, что реакция взаимодействия Сахаров может протекать не только с аминокислотами, но и с аммиаком, пептидами и белками. На интенсивность реакции Майера оказывает влияние жесткость режимов и степень нагрева ядра: чем выше температура нагрева, тем больше изменение цвета ядра, что связано с тепловым гидролизом указанных веществ и их количественным увеличением. Указанное обстоятельство является ограничительным условием при выборе режимов тепловой обработки, использование которых не приводит к изменению цвета ядра.
Обобщая результаты исследований, можно отметить, что важным этапом при гидротермической обработке является процесс исчезновения трещин в ядре, который происходит при определенной влажности для каждой культуры, и при полном его завершении позволяет добиться высоких технологических результатов.
Метод определения влияния давления воздуха и влажности на степень разрушения ядра и оболочек зерна ОВСА
В качестве объектов на различных этапах исследования использовались: зерно овса первого типа первого подтипа, первого класса, предназначенный для переработки в крупу, соответствующий ГОСТ 28673; овсяная крупа высшего сорта согласно ГОСТ 3034; крупа прошедшая гидротермобпрометрическую обработку; образцы каш овсяных.
Качество зерна определяли в соответствии с действующими государственными стандартами и общепринятыми методиками.
Определение влажности по ГОСТ 13586.5-93 «Зерно. Метод определения влажности». Определение натуры зерна по ГОСТ 10840-64 «Зерно. Методы определения натуры».
Определение сорной и зерновой примесей, мелких зерен по ГОСТ 30483-97 «Зерно. Методы определения общего и фракционного содержания сорной и зерновой примесей; содержания мелких зерен и крупности; содержания зерен пшеницы, поврежденных клопом-черепашкой; содержания металломагнитной примеси».
Определение кислотности по ГОСТ 10844-74 «Зерно. Метод определения кислотности по болтушке». Показатели качества зерна овса сведены в таблицу 2.1. в том числе:минеральная примесьв числе минеральной примеси:галькавредная примесьв числе вредной примеси:спорынья и головнясофора лисохвостная и вязельразноцветныйгелиотроп опушенноплодный итриходесма седаяиспорченные зерна овса идругих культурных растенииовсюгкуколь 0,20,1Не допускаетсяНе допускается Не допускаетсяНе допускаетсяНе допускаются2,0 0,2 0,2Отсутствует ОтсутствуетОтсутствует ОтсутствуетОтсутствуетОтсутствуют1,0Отсутствует
Таким образом, исследуемое зерно овса практически по всем показателям соответствовало нормам для первого класса. Исключение составили натура зерна и содержание ядра. Это объясняется тем, что в партии имелось повышенное содержание мелкого зерна.
Все исследования проводились на экспериментальной установке, представленной на рисунке 2.2. Основная задача при выполнении данной работы заключалась в определении пластичности и конечной массовой доли влаги (далее по тексту конечная влажность) в зерне овса, обработанном при различных режимах на экспериментальной установке. Установка состоит из нескольких основных узлов, представленных на рисунке 2.1. Определение пластичности выполнялось на установке «Молот», представленной на рисунке 2.3. Принцип действия данной установки заключался в динамическом ударе груза, массой 3 кг по зерновке овса. Принципиальная схема экспериментальной установки 7-ручка поворота; 2-электродвигатель с редуктором; 3-соединительный разъем; 4-термопара; 5-камера нагрева; 6-монометр; 7-клапан подачи сжатого воздуха; 8-шлюзовый кран; 9-фиксатор положения; 10-реле электродвигателя; 11-реле камеры нагрева; 12-амперметр; 13-регулятор силы тока; 14-терморегулятор ТРМ-1; 15-станина. рукоятка
Основная задача при выполнении данной работы заключалась в определении влияния влажности зерна и усилия, оказываемого на зерновку сжатым воздухом при выходе его из баллона, на степень разрушения ядра и оболочек зерна овса. Принцип действия данной установки заключался в изменяемом при помощи редуктора воздушном ударе на зерновку овса, находящуюся в сетчатом цилиндре. Степень разрушения ядра и оболочек оценивалась в зависимости от давления в сосуде как соотношение числа зерновок с разрушенными ядрами (оболочками) к общему числу зерновок и выражалось в процентах.
Суть выполняемой работы заключалась в кратковременном поверхностном высокотемпературном нагреве зерна при избыточном давлении с последующим определением коэффициента разрушения и конечной влажности зерна овса.
При проведении экспериментов бралась навеска зерна массой 10 г, далее добавлялось определенное количество воды и зерно увлажнялось. По истечению времени замачивания зерно помещали в цилиндр и взвешивали. После предварительной подготовки навески работу проводили на установке. Коэффициент разрушения оценивали сразу же после каждого эксперимента, высыпав зерно на разборную доску. Для определения коэффициента отсчитывали 50 зерен. Коэффициент разрушения рассчитывали как отношение числа разрушенных зерен к общему числу зерен.
Определение влажности и сопротивления зерна овса удару
По данным графикам видно, что имеет место общая закономерность для всех четырех случаев. С повышением температуры зерна в камере нагрева коэффициент разрушения овса снижался. Это можно объяснить тем, что, проникая внутрь зерна, влага вызывала ряд сложных процессов. В результате снижалась его плотность и прочность (сопротивляемость разрушению). С увеличением температуры влага переходила в газообразное состояние, под действием давления пар проникал внутрь зерна, в результате чего зерно увлажнялось и становилось более устойчивым к разрушению. Чем больше температура зерна, тем оно интенсивнее подсыхало, в результате чего крахмал клейстеризовался, возвращая ядру пластичность.
Графическая зависимость конечной влажности зерна овса от температуры воздуха в камере нагрева представлена на рисунках 3.9, 3.10, 3.11,3.12.
Прочность анатомических частей зерна резко различается — оболочки значительно прочнее эндосперма. При повышении влажности и температуры степень разрушения зерна снижается. При воздействии силы удара зерно после обработки деформируется слабее, что указывает на постепенное увеличение пластичности зерна и уменьшение его хрупкости.
По данным графикам видно, что имеет место общая закономерность для всех четырех случаев. С повышением температуры зерна его конечная влажность возрастала. Предположительно, данное явление можно объяснить тем, что под действием влаги и температуры в ядре образовывались трещины, влага переходила в газообразное состояние, под действием давления пар проникал внутрь ядра, в результате чего биополимеры ядра набухали, зерно интенсивнее насыщалось парами воды. Происходило склеивание граней трещин ядра.
Возможно, проникновение пара вглубь зерна пропорциональны росту температуры, повышение температуры способствовало поглощению пара зерновкой.
По данным графиков были выбраны оптимальные значения температуры зерна для разных соотношений зерна и воды, при которых коэффициент разрушения был минимальным, а конечная влажность зерна не превышала 15,0 %.
Температура зерна, при которой выполняется заданное условие, при различных соотношениях зерна и воды представлена в таблице 3.1.
Из таблицы видно, что при уменьшении количества зерна и увеличении количества воды, требуется более высокая температура. Можно предположить, что с увеличением продолжительности обработки -температура обработки снизится. 3.2.3 Изменение коэффициента разрушения и конечной влажности зерна овса в зависимости от продолжительности его обработки в камере нагрева при различных соотношениях зерна и воды Необходимо выявить, как влияет увеличение продолжительности обработки зерна овса на сопротивляемость его разрушению.
После того, как было установлено влияние температура зерна в камере нагрева, необходимо проследить влияние продолжительности обработки на коэффициент разрушения и конечную влажность зерна. Оптимальная температура зерна для различных соотношений зерна и воды: 1:1 - 130 С, 2:3 - 170 С, 1:2 - 190 С, 1:3 - 180 С. Остальные основные режимы обработки остались прежними, а именно, продолжительность замачивания - 90 минут, давление воздуха в камере нагрева - 1,0 МПа. Обработка зерна в камере нагрева осуществлялась в течение 30 секунд, 1 минуты, 1,5 минут, 2 минут, 2,5 минут, 3 минут.
Графическая зависимость коэффициента разрушения зерна овса от продолжительности его обработки в камере нагрева представлена на рисунках 3.13, 3.14, 3.15, 3.16.
Графическая зависимость конечной влажности зерна овса от продолжительности его обработки в камере нагрева представлена на рисунке 3.17, 3.18, 3.19, 3.20.
В процессе математической обработки получены зависимости коэффициента разрушения зерна овса от продолжительности обработки в камере нагрева, описываемые полиномиальными уравнениями для разных соотношений зерна и воды. 110
Зависимость коэффициента разрушения зерна овса от продолжительности его обработки в камере нагрева (соотношение зерна и воды 1:3) Результаты исследования показали, что при продолжительности обработки зерна от 0,5 до 1,5 минут происходило постепенное снижение коэффициента разрушения из-за того, что, возможно, пропаривание увлажняло и прогревало зерно, тем самым пластифицировало ядро, которое становилось менее хрупким.
При увеличении продолжительности обработки коэффициент разрушения становился выше. Предположительно, гранулы крахмала овса при более длительной обработке спекались в однообразный монолит, зерно становилось чрезвычайно сухим, появлялись подгоревшие и взорванные зерна.
Таким образом, минимальный коэффициент разрушения достигался при длительности обработки в 1,5 минуты. Дальнейшие исследования проводились при такой продолжительности обработки. В процессе математической обработки получены зависимости конечной влажности зерна овса от продолжительности обработки в камере нагрева, описываемые полиномиальными уравнениями для разных соотношений зерна и воды.
Из графиков видно, что конечная влажность зерна овса возрастала. При длительности обработки до двух минут изменение конечной влажности было незначительным. Возможно, это объясняется тем, что влага не успевала распределиться по ядру. При увеличении продолжительности обработки до трех минут наблюдался небольшой скачок конечной влажности. Влага из поверхностных слоев проникала вглубь ядра, при этом конечная влажность повышалась.
Зависимость эффективности шелушения от давления сжатого воздуха в установке и диаметра выпускного отверстия форсунки
Отношение количества зерна и добавляемой воды было принято: (2:3), (1:1), (1:2), (1:3). Температурный диапазон - от 140 до 260 С с шагом в двадцать градусов. Так как это первый фактор, то остальные основные режимы обработки были взяты ориентировочно по результатам ранее проведенных исследований на данной установке: давление - 1,0 МПа, время обработки — 1 минута, время отволаживания - 30 минут. Выпускная форсунка при этом не устанавливалась, а выпуск зерна осуществлялся через кран с отверстием диаметром 100 мм. Полученные данные эксперимента представлены в таблице 4.5. Таблица 4.5 - Влияние температуры стенок камеры и соотношения зерна и воды на коэффициент шелушения и выход дробленного ядра
По данным экспериментов видно, что имеет место общая закономерность для всех четырех случаев. С повышением температуры коэффициент шелушения (Кш) также возрастает до определенного значения температур, далее происходит снижение Кш, а затем снова его рост. Данное явление можно объяснить тем, что под действием температуры влага переходит в газообразное состояние, под действием давления пар проникает внутрь зерна и при выпуске сжатый пар, находящийся между ядром и оболочкой, разрывает оболочки из-за разности давлений, которые окончательно отделяются при ударе зерна о воздух. Интенсивность парообразования и его проникновение вглубь зерна прямо пропорциональны росту температуры. Этим объясняется рост Кш до определенных температур (180С; 220С), дальнейшее же его снижение происходит вероятно из-за слипания, «склеивания» оболочек и ядра под действием высоких температур, а при температуре более 240С рост Кш связан со взрыванием отдельных зерен. Выход дробленого ядра (Д,) до 220 С незначителен и наименьшую величину (1%) имеет при температуре (180-200)С. Последующее увеличение Дя происходит в связи с разрывом зерен при повышенных температурах. Также при температуре более 200С происходит подгорание зерен тем больше, чем меньше воды добавлялось в зерно. Измерение влажности ядра не проводилось, так как это первый эксперимент, а влажность ядра целесообразно определить после подбора остальных параметров.
По полученным результатам видно, что максимальная эффективность шелушения достигнута при отношении количества воды к массе зерна (1:1) при температуре 180С (Кш достигает 60%, при выходе дробленого ядра 1,2%), также максимальный Кш получается при отношении количества воды к массе зерна (1:3) и температурах 220 С и 260 С (Кш=60% и Кш=63% при Дя=2% и Дя=7% соответственно). В итоге конечный результат, как более экономичный, принимаем следующий: отношение количества воды к массе зерна -(1:1); температура - 180 С.
После того, как было установлено количество добавляемой воды, необходимо проследить влияние длительности отволаживания на процесс шелушения. Остальные основные режимы обработки составили: отношение количества воды к массе зерна - (1:1); температура - 180С; Р=1,0 МПа; время обработки - 1 минута. Отволаживание происходило в течение 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240, 300 и 360 минутах. Температура добавляемой воды составляла 18С. Зависимость эффективности шелушения от длительности отволаживания представлена на таблице 4.6.
По результатам эксперимента видно, что длительность отволаживания существенно влияет на эффективность шелушения. Начиная с начальной продолжительности отволаживания 15 минут, Кш возрастает и достигает максимального значения (66%) при 90 минутах, далее с увеличением времени Кш снижается. Выход дробленого ядра (Qap) с увеличением времени незначительно снижается. Данное явление связано с процессом распределения влаги в зерне. При начале отволаживания влага не успевает проникать в пространство между ядром и оболочками, сохраняя их соединение, с этим связана низкая эффективность процесса шелушения (Кш=38%). Далее с продолжением отволаживания влага проникает вглубь зерна, происходит отслаивание оболочек вследствие неравномерного набухания составных частей зерна, размягчения оболочек и наружных слоев ядра, при этом Кш достигает 66% ( тв Омин). Дальнейшее снижение Кш, вероятно, связано с чрезмерным набуханием зерна и уменьшением свободной влаги, идущей на образование пара, при этом также снижается выход дробленого ядра, т. к. оно становится более пластичным.
В итоге принимается в качестве постоянного параметра отволаживание в течение 90 минут, при которых Кш=66% и Qflp=l,5%.
Задаемся основными режимами обработки, полученными ранее: отношение количества воды к массе зерна-(1:1); температура- 180 С; Р=1,0 МПа; продолжительность отволаживания - 90 минут. Эффективность шелушения оцениваем при нахождении зерна в камере в течение: 15 секунд; 30 секунд; 1 минута; 1,5 минуты; 2 минуты; 2,5 минуты; 3 минуты; 4 минуты. Зависимость эффективности шелушения от длительности обработки представлена в таблице 4.7.
