Докладно про те, які зміни в зерні відбуваються в разі відхилень від оптимальних температурних режимів його сушіння.
Питанням вибору зерносушарок останнім часом присвячено багато публікацій. Однак треба мати на увазі дві речі:
Ще декілька нюансів щодо самої технології. У всіх типах зерносушарок на випаровування вологи із зерна витрачається однакова кількість теплоти. Інша річ, що в різних машинах теплота використовується по різному — є нераціональні її втрати (у навколишнє середовище, на нагрівання конструкцій сушарки тощо), не застосовуються заходи із заощадження теплоти тощо, що призводить до підвищених витрат палива на сушіння. Тому аграрії стикаються з дилемою — придбати просту й дешеву зерносушарку та забезпечити висушування і збереження всього врожаю, чи придбати сучасну, але дорогу, яка забезпечить вищу якість просушеного зерна та ще й заощадить паливо. А це вже питання фінансових можливостей виробників зерна.
Не зупиняючись на недоліках зерносушарок, наголосимо на кількох простих істинах. Найпростішими за конструкцією є колонкові модульні зерносушарки. Найрівномірніше та якісне сушіння зерна забезпечують шахтні зерносушарки з перфорованими клиноподібними газорозподільними коробами. Сушарки з надійною теплоізоляцією та із системами рекуперації теплоти дозволяють значно заощадити паливо.
Треба наголосити, що з економічного погляду процес сушіння бажано проводити за жорстких режимів (високих температур сушильного агента) та в більш стислий термін. Це дозволяє підвищити тепловий коефіцієнт зерносушарок і зменшити питомі витрати палива. Скоротити тривалість сушіння та, відповідно, тепловий вплив на зерно краще й у технологічному відношенні: чим менше зерно перебуває у нагрітому стані, тим більша гарантія збереження його якості.
Із 1997 року режими сушіння зерна в існуючих тоді в Україні шахтному прямотечному та рециркуляційному обладнанні регламентувала «Інструкція по сушінню продовольчого, кормового зерна, насіння олійних культур та експлуатації зерносушарок. — Одеса-Київ, 1997. — 72 с.». Однак згодом парк цієї техніки на ринку країни став стрімко поповнюватися сушарками різних іноземних фірм. Вони мали різну продуктивність, різний устрій, з’явилися нові типи — модульні колонкові та баштові моделі, в яких реалізовувалися відмінні від шахтних способи та режими сушіння. До того ж кожна фірма-виробник для своїх зерносушарок рекомендувала властиві лише їй режими сушіння зерна.
Тому, зважаючи на велике розмаїття наявних способів і режимів сушіння, спеціалісти зерносушильного обладнання повинні мати уявлення про те, як режими, що застосовуються під час сушіння, можуть впливати на якість просушеного зерна, розуміти, що відбувається в зерні як живому організмі за його сушіння в різних умовах.
Межа нагрівання зерна
Одним із найважливіших режимних параметрів у технології сушіння є гранична температура нагрівання зерна. Від її дотримання залежить якість просушеного зерна. Значення емпірично встановлених граничних температури залежно від початкової вологості та призначення зерна (продовольче, кормове чи насіннєве) наведено в усіх настановах щодо сушіння. Найнижчі граничні температури нагрівання має насіннєве зерно, найвищі — кормове. Ці значення залежать також від рівномірності його сушіння. Наприклад, для рециркуляційних зерносушарок, які мають камери попереднього нагрівання зерна в падаючому шарі, граничні температури нагрівання на 5 ˚С вищі, ніж температури для шатних зерносушарок, оскільки в перших рівномірність нагрівання зерна в падаючому шарі вища. Це гарантує, що зерно не перегріватиметься в процесі сушіння. Наголосимо, що рівномірність сушіння та нагрівання зерна зменшується зі збільшенням товщини його шару. Тому в шахтних зерносушарок може бути вища гранична температура нагрівання зерна порівняно, наприклад, із колонковими.
Значення граничної температури нагрівання зерна в разі його зневоднення пов’язані насамперед зі станом біохімічних змін, що відбуваються в білковому комплексі зародка й ендосперму. Ці зміни характеризуються мірою денатурації білка, яка залежить від низки чинників: температури зерна, його вологості, тривалості нагрівання, а також від властивостей білка.
Якщо за перегрівання зерна під час його сушіння починається теплова денатурація ферментних комплексів (вони інактивуються), то це призводить до глибоких змін у технологічних властивостях зерна. Коли його перегрівання спричиняє денатурацію запасних білків (особливо пшениці), то це може призвести до втрат хлібопекарських властивостей. Теплова ж денатурація білків зародка призводить до втрат схожості насіннєвого зерна.
У кількісному відношенні дія цього комплексу чинників визначається швидкістю денатурації, що пропорційна концентрації води (вологості зерна) і температури зерна. Так, із підвищенням температури зерна на 10 °С (за сталої вологості) швидкість денатурації зростає у 2–4 рази. Зі зростанням вологості зерна, за незмінної його температури швидкість денатурації білка також підвищується. Причому збільшення вологості на 3–4 % еквівалентне підвищенню температури на 10 °С. У початковій стадії денатурації спостерігається зворотний процес, тобто процес ренатурації. Завдяки цьому за тривалого зберігання зерна розчинність альбумінів і глобулінів, а також енергія проростання та схожість можуть частково або повністю відновитися.
Можна установити межу нульового ступеня денатурації для певної культури. Так, за сушіння зерна продовольчої пшениці денатурація білків ендосперму (гліадину та глютеніну) на 1–2% (початок денатурації) не змінює її хлібопекарських властивостей. Проте денатурація гліадину на 8–9% уже супроводжується різкою зміною фізичних властивостей пшениці (грудочки клейковини погано злипаються, гідратаційна здатність її знижується, вихід сухої та сирої клейковини різко зменшується).
Гранично допустиму температуру зерна насіннєвого призначення установлюють виходячи з умов збереження його схожості та енергії проростання. Із збільшенням вологості й тривалості перебування зерна в нагрітому стані значення гранично допустимої температури його знижують.
Гранично допустиму температуру зерна культур, що мають щільну оболонку (бобові, кукурудза), обирають виходячи з умов збереження цілісності оболонок і ядра, а круп’яних культур (гречка, просо, рис) — забезпечення високого виходу та якості крупи.
Проведені дослідження залежності вмісту й якості сирого клейковинного комплексу зерна пшениці різних класів від впливу температури нагрівання дозволили встановити такі закономірності. Нагрівання зерна з доброю та слабкою клейковиною до +64…+65 °С не змінює вміст сирої клейковини, однак за подальшого підвищення температури її вміст зменшується. У разі нагрівання зерна з міцною клейковиною до +60 °С вміст сирої клейковини зменшується.
За нагрівання до +60…+65 °С зерна зі слабкою клейковиноюякість клейковини поліпшується і вона з другої задовільної слабкої групи посилюється та переходить в першу добру групу. Нагрівання зерна з доброю та міцною клейковиною до +60…+65 °С призводить до погіршення якості клейковини через її посилення і в результаті клейковина з першої доброї групи якості переходить у другу задовільну міцну.
Нагрівання ж до +65…+70 °С зерна, пошкодженого клопом-черепашкою (2,5–5,5%), спричиняє збільшення вмісту та поліпшення якості клейковини, що пояснюється термічною інактивацією ферментів шкідника та підвищенням стійкості білкових фракцій зерна до впливу цих ферментів клопа-черепашки.
Запарювання та загартовування
Гранично допустиму температуру сушильного агента обирають виходячи з установлених значень максимальної температури нагрівання зерна, його початкової вологості, а також способу сушіння. Перевищення гранично допустимої температури може призвести до таких небажаних змін зерна, як запарювання та загартовування оболонок зернин.
Запарювання спостерігається за сушіння зерна підвищеної вологості з низькою початковою температурою внаслідок дії на нього високих температур сушильного агенту. До цього ж на холодній поверхні зернин конденсується багато раніше випареної вологи з виділенням теплоти. Процес супроводжується зволоженням зернової маси та підвищенням її температури, що може зумовити зниження насіннєвих і технологічних властивостей зерна. Запарювання зернин може відбутися через недостатню подачу сушильного агента. За сушіння зерна в шахтних прямотечних сушарках запарювання легко уникнути, якщо у верхній її частині товщина продувного шару зерна буде мінімальною, а швидкість сушильного агента — максимальною. Експлуатація шахтних сушарок показала, що під час продування зернового шару товщиною близько 100 мм (у разі діагонального розташування підвідних і відвідних коробів, застосування коробів-жалюзі) запарювання зерна не відбувається.
Основною ознакою загартовування оболонок зернин є втрата ними здатності пропускати вологу. Найвірогіднішим загартовування може бути у свіжозібраного зерна, оболонки зернин якого мають знижену вологопроникність. Загартовування пов’язане з різким підсушуванням незатверділих оболонок зернин, унаслідок чого вологопровідні капіляри їх звужуються й оболонки стають вологонепроникними. Поряд із закриттям пор оболонок в алейроновому шарі та прилеглих до нього периферійних частин ендосперму відбуваються складні біохімічні зміни, коагуляція білкового комплексу та декстринізація крохмалю. Ці зміни пов’язані з накопиченням водяної пари під оболонками зернин за різкого зниження їх вологопроникності.
Для попередження загартовування свіжозібраного зерна в прямотечійних сушарках, коли тривалість сушіння досить велика, треба знижувати як температуру сушильного агента, так і температуру зерна. За короткочасного ж нагрівання свіжозібраного зерна (протягом 3–5 сек.), як показує досвід експлуатації рециркуляційних сушарок, навіть за температури сушильного агента до +400 °С, загартовування оболонок зернин не відбувається.
Чистота та однорідність
Не слід забувати, що зерно перед сушінням треба обов’язково очищати від грубих і легких домішок, щоб уникнути застійних явищ і пожеж під час сушіння зерна. Потрібно також обов’язково формувати партії зерна перед сушінням із близькими значеннями вологості, що забезпечить рівномірне сушіння зерна, зменшить вірогідність утворення осередків самозігрівання та гарантуватиме його надійне зберігання. Також пам’ятаємо, що вологість, до якої треба сушити зернові та олійні культури, лежить переважно в таких межах: для зернових культур 12–16%, а олійних 6–9%. Більші із цих значень стосуються зерна чи насіння, які призначено для переробки, менші — для їх довготривалого (понад рік) зберігання. Пересушування призводить не лише до перевитрат палива, а й до погіршення якості зерна.
Георгій Станкевич, д-р техн. наук, професор
Одеська національна академія харчових технологій
журнал “The Ukrainian Farmer”, березень 2015 року
Усі авторські права на інформацію розміщену у журналі “The Ukrainian Farmer” та інтернет сторінці журналу за адресою https://agrotimes.ua/journals належать виключно видавничому дому «АГП Медіа» та авторам публікацій, згідно Закону України “Про авторське право та суміжні права”.
Використання інформації дозволяється тільки після отримання письмової згоди від видавничого дому «АГП Медіа».
The Ukrainian Farmer
