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 УРМ
где Р 5 — парциальное давление пара в зерне в конце сушки, Рн — 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 tж) 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.
