СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНОВЫХ ПРОДУКТОВ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ Российский патент 1997 года по МПК A23L1/18 F26B3/30 F26B3/347 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к технике производства взорванных зерен, используемых для приготовления различных пищевых и кормовых продуктов.

Известен способ обработки зерна излучением инфракрасного диапазона, примененный в установке для обработки кормового зерна /1/ и в установке для микронизации зерновых продуктов /2/. Способ заключается в тепловой обработке зерна ИК-излучением, обеспечивающей "закипание" внутренней влаги и "взрыв" зерна. Основными недостатками известного способа являются малая глубина проникновения ИК-излучения в обрабатываемый материал, в связи с чем допустимая толщина зернового слоя составляет практически одно зерно, а также существенная неравномерность нагрева и возможность частичного обугливания поверхности зерна.

Известен также способ обработки продуктов в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (СВЧ) /3/, заключающийся в термообработке продуктов полем СВЧ. Известный способ позволяет значительно улучшить качество обработки, однако отличается высокой энергоемкостью.

Цель изобретения повышение качества готового продукта и снижение удельных затрат энергии.

Поставленная цель достигается тем, что тепловую обработку зерновых продуктов электрофизическими методами, заключающуюся в обработке зерна тепловой энергией (конвективным, кондуктивным способами или энергией ИК-излучения) и энергией СВЧ, производят последовательно в два этапа. На первом этапе обрабатываемый зерновой продукт нагревают до температуры от 95 до 105^oC тепловой энергией, например, энергией ИК-излучения, в течение 30-90 с, на втором этапе продолжительностью от 20 до 60 с температуру продукта доводят до 120-180^oC с помощью электромагнитного поля СВЧ с удельной мощностью не менее 5 кДж/кг•с.

Предлагаемый способ тепловой обработки зерновых продуктов электрофизическими методами заключается в следующем.

Обработку зерновых продуктов производят в два этапа.

На первом, предварительном, этапе обрабатываемый зерновой продукт нагревают тепловой энергией, например, излучением инфракрасного диапазона, до температуры от 95 до 105^oC, без существенного изменения его влагосодержания. Продолжительность первого этапа обработки от 30 до 90 с.

Второй этап обработки заключается в скачкообразном нагреве зернового продукта до температуры от 120 до 180 ^o C энергией сверхвысокой частоты (СВЧ) при уровне удельной мощности поля не менее 5 кДж/кг•с. Продолжительность второго этапа обработки от 20 до 60 с.

Установленные диапазоны режимных параметров предлагаемого способа тепловой обработки зерновых продуктов электрофизическими методами обусловлены следующими факторами.

На первом этапе обработки температура зернового продукта должна приблизиться к температуре кипения воды в капиллярах зерна (от 95 до 105^oC). Нагрев зерна до температуры ниже 95^oC приводит к увеличению продолжительности обработки на втором этапе, что существенно повышает энергоемкость способа. Нагрев зерна до температуры выше 105^oC обеспечивает закипание влаги в капиллярах, однако низкая интенсивность парообразования и роста избыточного давления не позволяет получить взорванное зерно хорошего качества.

Продолжительность обработки на первом этапе от 30 до 90 с обеспечивает оптимальные качественные показатели зернового продукта. Экспериментально установлено, что при уменьшении продолжительности обработки снижается степень декстринизации крахмала, при увеличении возрастает степень денатурации белков, снижается переваримость протеина и доступность лизина. Кроме того, при увеличении продолжительности обработки на первом этапе уменьшается эффективность процесса, т.к. увеличиваются потери тепла в окружающую среду и потери тепла на испарение влаги из зерна.

СВЧ-нагрев зерна на втором этапе обработки обеспечивает интенсивный объемный нагрев продукта, воздействуя в основном на внутреннюю влагу зерна, благодаря чему происходит фазовый переход находящейся в капиллярах влаги из жидкого в парообразное состояние. Резкий рост давления паровоздушной смеси внутри зерна приводит к "взрыву" зерна, увеличению его объема, снижению механической прочности, разрушению структуры сырого крахмала и образованию декстринов. Одновременно обеспечивается уничтожение патогенных микроорганизмов и грибков, присутствующих в зерновом продукте. Уровень удельной мощности электромагнитного поля СВЧ должен быть не менее 5 кДж/кг• с, поскольку обработка при меньшей удельной мощности поля не обеспечивает интенсивности роста избыточного внутреннего давления, приводящей к "взрыву" зерна.

Диапазон температуры нагрева на втором этапе обработки связан с биофизическими особенностями различных зерновых продуктов. Нижний предел установленного диапазона (120^oC) является достаточным для "взрыва" зерна пшеницы и других зерновых колосовых культур и обеспечения степени декстринизации крахмала не менее 50 Для зерна бобовых культур, например, сои, которая содержит вредно влияющие на пищеварительный процесс ферменты трипсин и уреазу, необходима обработка при более высокой температуре (до 180^oC), обеспечивающей инактивацию ингибиторов.

Пример 1. Проводили обработку ячменя влажностью от 6 до 14 экструдированием с помощью промышленно выпускаемого пресс-экструдера КМЗ-2У.

Пример 2. Проводили обработку того же зернового продукта энергией ИК-излучения с помощью установки типа МК-300 на базе кварцевых галогенных ламп типа КГ220-1000 и КГТ220-1000.

Пример 3. Проводили обработку того же зернового продукта предлагаемым способом с помощью экспериментального оборудования на базе промышленных источников СВЧ-энергии, кварцевых галогенных ламп типа КГ и КГТ, теплоэлектронагревательных элементов и стандартизированного метрологического оборудования.

Сравнительную оценку известных и предлагаемого способа проводили по двум основным показателям степени декстринизации крахмала в обработанном продукте и удельным затратам энергии на обработку. Степень декстринизации крахмала в зерне определяли в лабораторных условиях по известным методикам. Удельные затраты энергии получали расчетным путем как отношение потребляемой установками мощности к их производительности.

Полученные результаты приведены в таблице.

Результаты экспериментов показывают, что предлагаемый способ обработки зерновых продуктов электрофизическими методами обеспечивает, по сравнению с известными, существенно более высокое качество конечного продукта и снижение удельных затрат энергии.

Источники информации
А.С. СССР N 904643, A 23 L 1/20, 1981.

А.С. СССР N 1711779, A 23 L 1/025, 1991.

A.C. CCCP N 1316645, A 23 L 3/32, 1987.

Использование: в производстве взорванных зерен для пищевых и кормовых продуктов. Сущность: способ тепловой обработки зерновых продуктов электрофизическими методами заключается в обработке в два этапа. На первом этапе продукт в течение 30-90 с нагревают тепловой энергией, например, энергией ИК-излучения, до температуры 95-105^oC без существенного изменения его влагосодержания. На втором этапе продолжительностью 20- 60 с температуру продукта доводят до 120-180^oC с помощью электромагнитного поля СВЧ с удельной мощностью не менее 5 кДж/кгс. 1 табл.

Способ тепловой обработки зерновых продуктов электрофизическими методами, заключающийся в обработке зерна тепловой энергией, например энергией ИК-излучения, и энергией СВЧ, отличающийся тем, что на первом этапе обрабатываемый продукт в течение 30 90 с нагревают до температуры от 95 до 105^oС тепловой энергией без существенного изменения его влагосодержания, а на втором этапе продолжительностью от 20 до 60 с температуру продукта доводят до 120 180^oС с помощью электромагнитного поля СВЧ с удельной мощностью не менее 5 кДж/кг • с.