ОСОБЕННОСТИ СУШКИ СОИ

Влажность семян сои ранжируется следующим образом: сухое зерно — 12% влажности, средняя влажность — 12-14%, влажное — 15-16%, сырое — больше 16%. Следует учесть, что зернобобовые культуры существенно отличаются от зерновых в плане сушки. Из-за большого содержания белка они плохо отдают воду,  неравномерно сохнут, что вызывает растрескивание оболочки. Кроме того, эти культуры неравномерно вызревают, и к моменту уборки большое количество бобов не обмолачивается. А обмолоченные влажные бобы смешиваются в бункере с сухими семенами. Влаговыравнивание в зерновой массе происходит чрезвычайно медленно — особенно это касается культур с крупными семенами.

Соя и другие бобовые обладают высокой гидроскопич­ностью. Так, при относительной влажности воздуха 95%, равновесная влажность сои составляет 20%. Прочная связь влаги с белковым комплексом семян, низкая влагопроводность, структурная и анатомическая обособленность обо­лочки при значительных размерах зерна требуют снижения скорости сушки во избежание растрескивания оболочки.

1 г белка способен впитать воду в количестве 1,8 г, т.е. 180% от собственной массы, в то время как крахмал не бо­лее 0,7г (70%) (рис. 1). Поэтому неудивительно, что пшени­ца дает «команду» на прорастание при поглощении влаги 42-44% от массы зерновки, а высокобелковые подсолнечник и соя — около 100%.

В среднем, семена бобовых культур отдают влагу в 4-5 раз медленнее, чем пшеница. На рис. 2 показана срав­нительная динамика сушки бобовых и пшеницы. Если взять отношение тепла, потраченного на нагрев зерна и на испа­рение влаги (так называемый критерий «Коссовича»), то для пшеницы он составляет 0,5-0,75, а для бобовых — 0,12-0,15.

 

*Ко=тепло на испарение влаги/тепло на нагрев зерна

Что касается оболочки бобовых культур, то, во-первых, они при тепловой конвекции очень быстро отдают влагу и, не являясь эластичными (в отличие от оболочки кукурузы), легко лопаются.

Растрескивание оболочки приводит к дроблению семян на две семядоли. Но даже если оболочка уцелела, а семя­доли разошлись, то это предпосылка к дроблению при по­следующем незначительном по силе механическом ударе (рис. 3).

 

Исследования показали, что при сушке зернобобовых их поверхность быстро обезвоживается, а центральная часть семян остается влажной. На рис. 4 изображены поля влаж­ности при сушке семян гороха в сушильном шкафу. Хорошо видно, что центральная часть боба сохраняет влажность без изменений длительное время, за которое оболочка, будучи высушенной до 8%, практически не меняет влажность (рис. 5)

При конвективном варианте сушки динамика изменения влажности меняется, но порядок уровней обезвоживания сохраняется. Казалось бы, проблему можно решить, приме­няя способ сушки с периодами отлежки, но исследования по оценке требуемого времени для выравнивания влажности в семенах зернобобовых утешительных результатов не дали.

Естественно, при существенной неравномерности влаж­ности в зерновой массе происходит влаговыравнивание, но оно требует времени по той причине, что влага от более влажного зерна к менее влажному не переходит напрямую. Процесс происходит через испарение влаги в межзерновое пространство влажным зерном и поглощение влаги из межзерновых воздушных объемчиков менее влажным зерном. При этом разница во влажности 2-3% сохраняется длительное время (рис. 6).

При сушке температура зерна всегда ниже температуры те­плоносителя (рис. 7). При меньшей начальной влажности зер­на процесс сближения температуры теплоносителя и зерна происходит быстрее. Этот процесс также зависит от интенсив­ности конвективного теплообмена. При скорости теплоноси­теля 0,6-0,7м/с указанная разница (2-3°С) устанавливается за 10-15 минут, а при сушке в кипящем слое — через 3-5 минут.

Снижение температуры на поверхности зерна объясня­ется отбором энергии от теплоносителя на разрыв молекул воды при их переходе из жидкой фазы в пар. При этом, если рассмотреть вопрос в статике, т.е. при неподвижной семянке, то теплоноситель, обтекая ее, активнее воздей­ствует на поверхность с одной стороны, т.е. градиент темпе­ратуры в пограничном

слое на этой стороне семянки выше, чем на обратной (рис. 8). Это вызывает неравномерность влагоудаления, и, при определенных условиях, может при­вести к образованию микротрещин в зерновке.

Влагопроводность зерен различных культур разная и ха­рактеризуется коэффициентом влагопроводности.

к = Р УР_М

 

где Р ₅ — парциальное давление пара в зерне в конце сушки, Р_н — парциальное давление пара в зерне в начале сушки.

Величина этого коэффициента позволяет оценить ве­личину влажности поверхности зерна, т.е. его оболочки и средней части зерна. Для мелких семян он составляет 0,8- 0,9, для пшеницы — 0,7, а для бобовых культур 0,3-0,4. Тогда при средней влажности пшеницы в конце сушки, равной 14%, защитная пленка имеет влажность 14×0,7=10%, а для бобовых, соответственно, при влажности зерна 12% обо­лочка высушена до 12×0,4=5%. Именно это приводит к рас­трескиванию оболочки при сушке зернобобовых культур. Для предупреждения этого требуется отлежка.

Структура зерновки не может быть отнесена полностью к пористому материалу, ибо в ней большую часть составляют коллоиды. И зерно, как любое коллоидное тело, легко вби­рает влагу и плохо ее отдает. Вентилирование зерновых и масличных культур при относительной влажности воздуха более 70% приводит к увлажнению семян выше критиче­ского (допустимого) значения (рис. 9).

Естественно, что при изменении температуры окружаю­щего воздуха при фиксированной относительной влажности его (70%) равновесная влажность сои меняется (рис. 10).

Интенсивность испарения влаги из зерна в 16 раз мень­ше, чем с открытой водной поверхности при той же тем­пературе теплоносителя и скорости его движения над по­верхностью.

Таким образом:

с увеличением относительной влажности воздуха про­цесс увлажнения зерна ускоряется;

критические значения влажности зерна приходятся на относительную влажность воздуха в диапазоне 65-70%;

допустимая влажность масличных культур ниже, чем у зерновых, по той причине, что масло не увлажняется, а вся влага в семенах масличных культур приходится на белок и клетчатку.

С учетом доли масла, влажность этих компонентов также находится в пределах 14%.

Температуру зерна, его влажность и время воздействия температуры определенного значения необходимо корре­лировать. чтобы не снизить посевные качества семян. До­пустимые значения температур при различных величинах времени воздействия на зерновку, не влияющие на жиз­недеятельные процессы в ней, зависят от влажности зер­на — чем выше влажность, тем ниже допустимые значения температур. Необратимое снижение жизнедеятельности влажного зерна начинается при 55°С.

Интенсивность удаления влаги из зерна при сушке зави­сит от двух параметров: влажности зерна и температуры те­плоносителя. Чем выше влажность, тем интенсивнее проис­ходит влагоудаление. При этом зона допустимых температур зерна составляет 45-52°С. Для большей гарантии сохране­ния свойств семян сои при влажности 16-19%, температура теплоносителя не должна превышать 40°С, а при влажности 25-30% — 30°С. Для оценки влаговыравнивания при отлежке бобовых культур проводились специальные исследо­вания. Были взяты бобы гороха с начальной влажностью 26%, подсушенные до средней влажности 19%. Влажность оболочки при этом составляла все те же 8% (8,7%).

Через час в герметичном объеме без влагообмена с окружающей средой, влажность оболочки под действием влаговыравни­вания поднялась до 9,9%. т.е. влажность поднялась всего на 1,2%. А через 1,5 часа влажность оболочки составила всего 10,4%, т.е. темп влаговыравнивания снизился.

Был поставлен более длительный эксперимент с временем отлежки

48 часов (рис. 11). При активном вентилировании этот процесс происходит быстрее. С целью предотвращения растрескивания семян сои. необходимо на первом этапе на­грева подавать относительно влажный теплоноситель уме­ренной температуры, а влагосъем по среднему значению влажности на всем этапе сушки не должен превышать 3%.

В этом случае сушка с рекуперацией тепла до 70% име­ет предпочтение перед другими, так как при такой схеме первая фаза сушки — нагрев семянки — происходит под воздействием увлажненного теплоносителя умеренной температуры, и пересушивания оболочки боба не происхо­дит. А еще лучше располагать сушкой с переменной долей теплоносителя, направляемой на повторный круг, чтобы регулировать коэффициент рекуперации в зависимости от влажности культур.

Что касается семян высоких репродукций, то щадящий режим сушки должен отвечать следующим требованиям:

■  температура теплоносителя не выше 40°С;

■  толщина слоя семян не более 60 см;

■  смена направления движения теплоносителя через 1,5-2 ч.;

■  влагосъем не более 5-7%;

■  время сушки 15-16 ч.

Для соблюдения этих требований необходимы соответ­ствующие установки, аналогичные сушилкам кукурузных початков с реверсом теплоносителя.

Как правило, сравнение сушек проходит в плоскости их экономической эффективности, а такой параметр, как не­равномерность сушки, редко оценивается. Для примера, возьмем модульную сушилку колонкового типа и рассмо­трим неравномерность сушки зерна при указанных пара­метрах на входе и выходе из одной колонны (рис. 12,13).

Зерно на расстоянии 3 см от «горячей» стенки нагрето до температуры 102°С и высушено до 10%, а на расстоянии от той же стенки 55 см имеет температуру 51°С и. практически, ту влажность, с которой поступило в колонну — 24%. Такая неравномерность сушки чревата тем, что пересушенное зерно легко будет крошиться при незначительном механи­ческом ударе по той причине, что внутренняя трещинова­тость даже при температуре зерна 50⁹С и температуре те­плоносителя (температура агента сушки t_ж) 90°С составляет около 20%. А что касается семян сои,  то при такой неравно­мерности они разрушатся на семядоли.

С точки зрения равномерности сушки сои, снижения ее растрескивания, предпочтение надо отдавать шахтным сушкам.

Классификация сушек может выглядеть следующим образом (рис 14).

Тип зерносушилок	Вариант исполнения
Зерносушилки  гравитационного типа	Шахшые зерносушилки
	Модульные зерносушилки
	Башенные зерносушилки
Зерносушилки с принудительным перемещением зерна	барабанные зерносушилки
	Конвейерные зерносушилки
	Зерносушилки DRYER ONE

Рис.14. Классификация сушек

Во всех зерносушилках гравитационного типа, зерно в про­цессе сушки движется под собственным весом сверху вниз. При этом перемещение зерна сопровождается трением, как между зернами, так и между зерном и твердыми метал­лическими поверхностями, что приводит к травмированию защитной оболочки и образованию зерновой пыли. Осо­бенно это относится к шахтным зерносушилкам. Из-за мед­ленного движения зерна, зерновая пыль обнаруживается лишь после сушки в процессе последующего пересыпания.

Кроме этого, высокая теплопроводность стальных ко­робов при контакте зерна с ними приводит к локальному перегреву зерна, при котором возможна денатурация бел­ка в зародыше. Процесс перегрева зерна из-за прямого контакта с горячим коробом усугубляется еще и тем, что скорость движения зерна, скользящего по коробу, намного меньше скорости движения зернового потока между коро­бами (рис. 15).

В силу исключительно высокой теплопроводности, тем­пература на наружной поверхности стальных коробов, обтекаемых зерном, практически равна температуре те­плоносителя. Если температура теплоносителя выше допу­скаемой для семян, то, при прямом контакте с коробом, они теряют посевные свойства. Для предупреждения перегрева зерна в шахтных зерносушилках короба необходимо де­лать двустенными, но это удорожает сушку (рис. 16).

С целью влаговыравнивания в семянке и во всем объеме семян, после шахтной сушки необходима отлежка в специ­альной емкости с активным вентилированием. Кроме того, при отлежке продолжается досушивание семян сои. После нескольких часов отлежки необходимо провести активное вентилирование. В процессе этого будут удалена влага из межзернового пространства, и зерновая масса окончатель­но будет выровнена как по влажности, так и по температуре.