Изменения в зерне при отклонении температуры зерносушения

 Однако нужно иметь в виду две вещи:

• во-первых, любая зерносушилка может просушить зерно до нужных кондиций. Другое дело, сколько будет израсходовано топлива и как будет равномерно просушиваться зерно;
• во-вторых, имея даже самое современное оборудование, но не зная элементарных вопросов о технологии сушки и качества зерна, его можно испортить и сделать непригодным для дальнейшего использования.

Еще несколько нюансов по самой технологии. Во всех типах зерносушилок на испарение влаги из зерна расходуется одинаковое количество теплоты. Другое дело, что в разных машинах теплота используется по-разному — есть нерациональные ее потери (в окружающую среду, на нагрев конструкций сушилки и т.п.), не применяются меры по сбережению теплоты и т.п., что приводит к повышенным расходам топлива на сушку. Поэтому аграрии сталкиваются с дилеммой — приобрести простую и дешевую зерносушилку и обеспечить высушивание и сохранение всего урожая, или приобрести современную, но дорогую, которая обеспечит более высокое качество просушенного зерна и сэкономит топливо. А это уже вопрос финансовых возможностей производителей зерна.

Не останавливаясь на недостатках зерносушилок, отметим несколько простых истин. Простейшими по конструкции являются колонковые модульные зерносушилки. Самую равномерную и качественную сушку зерна обеспечивают шахтные зерносушилки с перфорированными клиновидными газораспределительными коробами. Сушилки с надежной теплоизоляцией и системами рекуперации теплоты позволяют значительно сэкономить топливо.

Надо отметить, что с экономической точки зрения процесс сушки желательно проводить при жестких режимах (высоких температурах сушильного агента) и в более сжатые сроки. Это позволяет повысить тепловой коэффициент зерносушилки и уменьшить удельные расходы топлива. Сократить продолжительность сушки и, соответственно, тепловое воздействие на зерно лучше и в технологическом отношении: чем меньше зерно находится в нагретом состоянии, тем больше гарантия сохранения его качества.

Ввиду большого разнообразия имеющихся способов и режимов сушки, специалисты зерносушильного оборудования должны иметь представление о том, как режимы, применяемые во время сушки, могут влиять на качество просушенного зерна, понимать, что происходит в зерне как живом организме при его сушке в разных условиях.

Предел нагревания зерна

Одним из важнейших режимных параметров в технологии сушки является предельная температура нагрева зерна. От ее соблюдения зависит качество просушенного зерна. Значение эмпирически установленных граничных температур в зависимости от начальной влажности и назначения зерна (продовольственное, кормовое или семенное) приведено во всех установках по сушке. Самые низкие предельные температуры нагревания имеет семенное зерно, самые высокие — кормовое. Эти значения зависят также от равномерности его сушки. Например, для рециркуляционных зерносушилках, имеющих камеры предварительного нагрева зерна в падающем слое, предельные температуры нагрева на 5 ˚С выше, чем температуры для шинных зерносушилок, поскольку у первых равномерность нагрева зерна в падающем слое выше. Это гарантирует, что зерно не будет перегреваться в процессе сушки. Отметим, что равномерность сушки и нагревания зерна уменьшается с увеличением толщины его слоя. Поэтому у шахтных зерносушилок может быть выше предельная температура нагрева зерна по сравнению, например, с колонковыми.

Значение предельной температуры нагрева зерна в случае его обезвоживания связано, прежде всего, с состоянием биохимических изменений, происходящих в белковом комплексе зародыша и эндосперма. Эти изменения характеризуются мерой денатурации белка, которая зависит от ряда факторов: температуры зерна, его влажности, длительности нагрева, а также свойств белка.

Если при перегреве зерна во время его сушки начинается тепловая денатурация ферментных комплексов (они инактивируются), это приводит к глубоким изменениям в технологических свойствах зерна. Когда его перегревание влечет за собой денатурацию запасных белков (особенно пшеницы), то это может привести к потерям хлебопекарных свойств. Тепловая же денатурация белков зародыша приводит к потерям всхожести семенного зерна.

В количественном отношении действие этого комплекса факторов определяется скоростью денатурации, которая пропорциональна концентрации воды (влажности зерна) и температуре зерна. Так, с повышением температуры зерна на 10 °С (при постоянной влажности) скорость денатурации возрастает в 2-4 раза. С ростом влажности зерна при неизменной его температуре скорость денатурации белка также повышается. Причем увеличение влажности на 3-4% эквивалентно повышению температуры на 10 °С. В начальной стадии денатурации наблюдается обратный процесс, то есть процесс ренатурации. Благодаря этому при длительном хранении зерна растворимость альбуминов и глобулинов, а также энергия прорастания и всхожести могут частично или полностью восстановиться.

Можно установить предел нулевой степени денатурации для определенной культуры. Так, при сушке зерна продовольственной пшеницы денатурация белков эндосперма (глиадина и глютенина) на 1–2% (начало денатурации) не изменяет ее хлебопекарных свойств. Однако денатурация глиадина на 8–9% сопровождается резким изменением физических свойств пшеницы (комочки клейковины плохо слипаются, гидратационная способность ее снижается, выход сухой и сырой клейковины резко уменьшается).

Предельно допустимую температуру зерна семенного назначения устанавливают исходя из условий сохранения всхожести и энергии прорастания. С увеличением влажности и продолжительности нахождения зерна в нагретом состоянии значение предельно допустимой температуры снижают его.

Предельно допустимую температуру зерна культур, имеющих плотную оболочку (бобовые, кукуруза), выбирают исходя из условий сохранения целостности оболочек и ядра, а крупяных культур (гречка, просо, рис) обеспечивают высокий выход и качество крупы.

Проведенные исследования зависимости содержания и качества сырого клейковинного комплекса зерна пшеницы разных классов от воздействия температуры нагрева позволили установить следующие закономерности. Нагрев зерна с хорошей и слабой клейковиной до +64…+65 °С не изменяет содержание сырой клейковины, однако при дальнейшем повышении температуры ее содержание уменьшается. При нагревании зерна с крепкой клейковиной до +60 °С содержание сырой клейковины уменьшается.

При нагревании до +60…+65 °С зерна со слабой клейковиной качество клейковины улучшается и она из второй удовлетворительной слабой группы усиливается и переходит в первую группу. Нагрев зерна с хорошей и крепкой клейковиной до +60…+65 °С приводит к ухудшению качества клейковины из-за ее усиления и в результате клейковина из первой хорошей группы качества переходит во вторую удовлетворительную.

Нагревание же до +65…+70 °С зерна, поврежденного клопом-черепашкой (2,5–5,5%), приводит к увеличению содержания и улучшению качества клейковины, что объясняется термической инактивацией ферментов вредителя и повышением устойчивости белковых фракций зерна к воздействию этих ферментов клопа-черепашки.

Запаривание и закаливание

Предельно допустимую температуру сушильного агента выбирают исходя из установленных значений максимальной температуры нагрева зерна, его начальной влажности, а также способа сушки. Превышение предельно допустимой температуры может привести к нежелательным изменениям зерна, как запаривание и закаливание оболочек зерен.

Запаривание наблюдается при сушке зерна повышенной влажности с низкой начальной температурой вследствие воздействия на него высоких температур сушильного агента. К тому же на холодной поверхности зерен конденсируется много ранее испарившейся влаги с выделением тепла. Процесс сопровождается увлажнением зерновой массы и повышением ее температуры, что может вызвать снижение семенных и технологических свойств зерна. Запаривание зерен может произойти из-за недостаточной подачи сушильного агента. При сушке зерна в шахтных прямотечных сушилках запаривания легко избежать, если в верхней ее части толщина продувочного слоя зерна будет минимальной, а скорость сушильного агента — максимальной.

Основным признаком закаливания оболочек зерен является утрата ими способности пропускать влагу. Наиболее вероятным закаливание может быть у свежесобранного зерна, оболочки зерен которого имеют пониженную влагопроницаемость. Закаливание связано с резкой подсушкой незатвердевших оболочек зерен, вследствие чего влагопроводные капилляры сужаются и оболочки становятся влагонепроницаемыми. Наряду с закрытием пор оболочек в алейроновом слое и прилегающих к нему периферических частей эндосперма происходят сложные биохимические изменения, коагуляция белкового комплекса и декстризация крахмала. Эти изменения связаны с накоплением водяного пара под оболочками зерен при резком снижении их влагопроницаемости.

Для предупреждения закаливания свежесобранного зерна в прямоточных сушилках, когда продолжительность сушки достаточно велика, следует снижать как температуру сушильного агента, так и температуру зерна. При кратковременном нагреве свежесобранного зерна (в течение 3–5 сек.), как показывает опыт эксплуатации рециркуляционных сушилок, даже при температуре сушильного агента до +400 °С, закаливание оболочек зерен не происходит.

Чистота и однородность

Не следует забывать, что зерно перед сушкой нужно обязательно очищать от грубых и легких примесей во избежание застойных явлений и пожаров во время сушки зерна. Необходимо также обязательно формировать партии зерна перед сушкой с близкими значениями влажности, что обеспечит равномерную сушку зерна, уменьшит вероятность образования очагов самосогревания и гарантирует его надежное хранение. Также помним, что влажность, до которой нужно сушить зерновые и масличные культуры, лежит преимущественно в таких пределах: для зерновых культур 12-16%, а масличных 6-9%. Большие из этих значений касаются зерна или семян, предназначенных для переработки, меньшие — для их длительного хранения. Пересушивание приводит не только к перерасходу топлива, но и к ухудшению качества зерна.