способ подготовки зерна гречихи к шелушению

Формула изобретения

Способ подготовки зерна гречихи к шелушению, заключающийся в увлажнении и подсушке зерна, отличающийся тем, что предварительно зерно толщиной слоя d= 8-10 мм помещают на поддон, изготовленный из сплава титана ВТ1-0, покрытого полупроводниковой окисной пленкой рутила TiО₂, сформированного в расплавленных солях КNО₃-NаNО₃, увлажнение зерна осуществляют слабым раствором щавелевой кислоты с уровнем рН 5,5-6,5 до влажности W=18-25%, далее слой зерна подвергают воздействию светом с уровнем освещенности Е=850-1100 люкс, с диапазоном длин волн =400-700 нм в течение времени t=2-3 мин, с последующей выдержкой поддона с увлажненным зерном в темноте в течение времени t= 3-5 мин при температуре Т=300-310 К, подсушку зерна осуществляют при температуре Т=363-388 К в течение времени t=7-10 мин до раскрытия плодовой оболочки гречихи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам обработки зерна гречихи и может быть использовано в крупяной и пищеконцентратной промышленности.

Известен способ гидротермической обработки зерна гречихи, который предусматривает обжаривание очищенного зерна гречихи при температуре 170200^oС в течение 35 мин, увлажнение водой с температурой 90100^oС до массовой доли влаги в зерне 1921%, пропаривание паром с атмосферным давлением в течение 4,95 мин, отволаживание в течение 12 ч в изотермических условиях, подсушивание до массовой доли влаги не выше 13,5% и охлаждение до температуры, не превышающей температуру окружающего воздуха производственного помещения на 68^oС. См. патент РФ 2091162, МПК В 02 В 1/08, опубл. БИ 27, 27.09.97 г.

Известен способ подготовки зерна гречихи к шелушению, описанный в способе выработки гречневой крупы, выбранный в качестве прототипа, который предусматривает увлажнение зерновой массы до влажности 2022%, отволаживание в течение 4-5 ч и пропаривание в течение 4 мин при давлении пара 0,180,2 МПа. Пропаренное зерно подсушивают до влажности 1921%, шелушат, продукты шелушения разделяют, а выделенную ядрицу досушивают до влажности 1214%, причем сушку осуществляют с использованием ИК-излучения. См. патент РФ 1833206, МПК В 02 В 5/00, А 23 L 1/10. БИ. 29, 07.08.93 г.

Недостатками описанного выше способа являются большие затраты электроэнергии при обработке семян гречихи, невысокое качество крупы, низкий процент ее выхода, высокая себестоимость из-за наличия технологии длительного пропаривания зерна перегретым паром и длительного времени обработки зерна.

Решаемая техническая задача заключается в снижении затрат при обработке семян гречихи, улучшении качества крупы, увеличении ее выхода, снижении себестоимости из-за отсутствия технологии длительного пропаривания зерна перегретым паром и сокращение времени обработки.

Решаемая техническая задача в способе подготовки зерна гречихи к шелушению, заключающемся в увлажнении и подсушке зерна, достигается тем, что предварительно зерно толщиной слоя d=810 мм помещают на поддон, изготовленный из сплава титана ВТ1-0, покрытого полупроводниковой окисной пленкой рутила ТiO₂ сформированного в расплавленных солях KNO₃-NaNO₃, увлажнение зерна осуществляют слабым раствором щавелевой кислоты с уровнем pH=5,56,5 до влажности W=1825%, далее слой зерна подвергают воздействию светом с уровнем освещенности Е=8501100 люкс, с диапазоном длин волн =400700 нм в течение времени t= 23 мин, с последующей выдержкой поддона с увлажненным зерном в темноте в течение времени t=35 мин при температуре T=300310 К, подсушку зерна осуществляют при температуре T=363388 К в течение времени t=710 мин до раскрытия плодовой оболочки гречихи.

На чертеже изображена блок схема непрерывной линии, с помощью которой можно осуществить предлагаемый способ подготовки зерна гречихи к шелушению.

Линия содержит: 1 - приемный бункер; 2 - поддон; 3 - транспортер; 4 - установку увлажнения; 5 - осветительную установку; 6 - установку темновой обработки; 7 - установку сушки.

Предварительно очищенное от примесей зерно гречихи насыпают в бункер 1. Из бункера оно поступает на поддон 2, изготовленный из сплава титана ВТ1-0, покрытого полупроводниковой окисной пленкой рутила TiO₂, сформированной в расплавленных солях KNO₃-NaNO₃, который жестко закреплен на транспортере 3. Толщина слоя зерна d= 810 мм контролируется высотой отбортовки поддона и равномерно распределяется по всей ее площади, лишнее зерно удаляется скребком, который на чертеже не показан. Затем поддон с зерном гречихи по транспортеру подается на установку увлажнения 4, которая представляет собой емкость, заполненную приготовленным раствором щавелевой кислоты с уровнем рН= 5,56,5 и автоматическим распылительным устройством с электромагнитным затвором, отключающим подачу раствора при достижении заданного уровня влажности W= 1825%. Датчиком влажности, который на чертеже не показан, является пъезосорбционный гигрометр, выполненный из пластинки кварца АТ-среза, собственная частота которого мало зависит от температуры. Далее поддон 2 с увлажненным зерном направляется по транспортеру 3 в осветительную установку 5. В качестве осветительных ламп могут быть использованы ртутные, ксеноновые и другие типы. Главным требованием к ним является их спектр излучения с диапазоном длин волн =400700 нм, близкий к солнечному излучению и необходимой мощности, например ртутная лампа типа ДРЛ-1000. Освещенность контролируется люксметром типа Ю-16.

После осветительной установки 5 поддон 2 направляется по транспортеру 3 в установку темновой обработки 6, которая представляет собой закрытый короб с электрическими нагревателями и автоматическим устройством контроля и поддержания заданной температуры Т=300310 К типа Ш4501 ГОСТ9736-68 в течение времени t= 35 мин. Затем поддон 2 с зерном направляется на установку сушки 7, где зерно гречихи высушивается при температуре T=363388 К в течение времени t=710 мин до раскрытия плодовой оболочки гречихи.

Установка сушки 7 представляет собой закрытый короб с электрическими нагревателями с автоматическим устройством регулирования и поддержания заданной температуры типа Ш4501 и устройства контроля влажности на основе пъезосорбционного гигрометра.

Скорость движения ленты транспортера 3 и ее длина подбирается исходя из заданных режимов обработки зерна гречихи и управляется с помощью концевых выключателей, которые на чертеже не показаны.

Теоретическое обоснование предложенного метода основано на изучении строения плодовой оболочки зерна гречихи и определении параметров, влияющих на ее раскрытии в естественных условиях, а именно: освещение, влажность, температура и состав среды.

Плодовая оболочка гречихи состоит из четырех слоев: 1 - наружного эпидермиса толщиной примерно 0,017 мм, клетки которого расположены по длине плода и имеют утолщенные стенки; 2 - склеренхимного слоя, обеспечивающего механическую прочность и имеющего толщину 0,050,11 мм; 3 - коричнево-красного паренхимного слоя толщиной 0,040,6 мм, способного запасать воду, в клетках которого встречаются хлорофилльные и крахмальные зерна; 4 - внутреннего однослойного эпидермиса.

Плодовая оболочка гречихи защищает семя от высыхания и механических повреждений. Наружный эпидермис покрыт слоем кутикулы, представляющем собой водонепроницаемый воскообразный материал.

В составе эпидермиса имеются саморегулирующие межклеточные отверстия, называемые устьичными щелями, через которые происходит обмен с внешней средой. Устьицы открываются в межклеточное пространство внутренних слоев оболочки, называемое дыхательной полостью. Каждое устьице окружено двумя замыкающими клетками, которые меняя свою форму, могут изменить величину щели, регулируя расход воды и газообмен. Замыкающие клетки устьиц содержат хлоропласты, поэтому на работу устьиц оказывает влияние освещенность.

Спектральный состав необходимого источника света подбирается на основания спектра поглощения хлорофилла. Фотосинтез протекает во всей области спектра с длиной волны от 400700 нм. В диапазоне =450650 нм интенсивность поглощения низкая и определяется каротиноидами, Хлорофиллы "а" и "в" имеют максимум поглощения примерно при =440 нм. Кроме этого, хлорофилл "в" поглощает квант света в красной области примерно =660 нм, а хлорофилл "а" в дальней красной области примерно =700 нм. Коротковолновые формы хлорофилла выполняют функцию светосбора и передачи энергии, длинноволновые - акцепторную функцию Промежуточная область обладает донорными и акцепторными свойствами. Перекрывание электронно-колебательных уровней коротковолновых и длинноволновых форм хлорофилла способствует стоку энергии. В целом, с учетом всех пигментов на конечные длинноволновые формы хлорофилла мигрирует до 80% поглощаемой энергии. Молекулы хлорофилла именно этих конечных длинноволновых форм реакционных центров фотосинтеза являются фотохимически активными.

Ориентировочно условия экспонирования света, освещенность и время можно рассчитывать зная светочувствительность S замыкающих клеток устьиц. В свою очередь, светочувствительность S можно оценить как величину, обратную световой энергии, необходимой для протекания реакции фотосинтеза в клетке хлоропласта по следующей формуле:



где Na=6,0210²³ моль^-1 - число Авогадро;

Hф/с= 720 ккал/моль - энергия, расходуемая на образование одного моля глюкозы;

d=510^-6 м - диаметр хлоропласта;

Nхл=6,0210²⁵ м^-3 - концентрация молекул хлорофилла.

Расчеты показывают, что S=6,6710^-4 м²/Дж, с другой стороны



где Е освещенность, действующая в хлоропласте;

t - продолжительность воздействия света.

Если применять F=10 вт/м², то время экспонирования составит t=150 сек.

Кроме того, деятельность устьиц определяется степенью оводненности замыкающих клеток, характеризуемой тургорным давлением. Механизм повышения тургорного давления связан с образованием осмотически активной глюкозы, которая образуется в процессе фотосинтеза, протекающего в хлоропластах замыкающих клеток по реакции (1):



Усиление освещения вызывает повышение интенсивности фотосинтеза и скорости использования углекислого газа, что приводит к повышению содержания глюкозы в замыкающих клетках. При этом увеличивается осмотическое поступление воды в эти клетки, тургорное давление возрастает и устьица открывается. В темноте фотосинтез в замыкающих клетках прекращается, тургорное давление снижается и устьица закрывается.

Фотосинтез состоит из двух последовательных этапов: быстрой световой фазы и более медленной темновой фазы, независящей от света. При световой фазе энергия света поглощается молекулами хлорофилла, содержащимися в хлоропластах и используется для синтеза молекул АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) и НАДФ-Н (никотинамидадениндинуклеотид). Кроме того, при световой стадии происходит фотолиз молекул воды по реакции (2) с выделением кислорода в окружающую среду и образованием электрона, восстанавливающего хлорофилл в исходное состояние и протона, участвующего в образовании НАДФ-Н.

Таким образом, при световой фазе происходит накопление энергии в молекулах АТФ и НАДФ-Н, которые в темновой фазе участвуют в ферментативных реакциях образования глюкозы Скорость темновых реакций повышается с температурой. Лимитирующим фактором для раскрытия устьиц кроме температуры является и pH среды.

Ферменты теряют активность при нагревании до температуры T=330 К. Инактивация ферментов необратима, так как после охлаждения их активность не восстанавливается. Поэтому температурный режим темновой стадии выбран в пределах Т=300310 К.

Ферменты очень чувствительны к изменениям уровня рН, большинство внутриклеточных ферментов имеют уровень рН=67. Известно, что для выращивания гречихи требуется почва с уровнем pH=56,5. Выбранные нами условия увлажнения семян гречихи раствором щавелевой кислоты соответствует уровню рН= 5,56,5.

Ускорение процесса раскрытия устьиц связано с интенсификацией процесса фотосинтеза в замыкающих клетках. С этой целью предлагается увлажненные зерна поместить на полупроводниковый катализатор TiO₂-рутил, на поверхности которого протекают следующие реакции:

C₂H₂O₄ 2CO₂+H₂ (3)

2H₂O+4h⁺ O₂+4H⁺ (4)

4H⁺+4e 2H₂ (5)

Таким образом в результате реакций (3-5) образуются все необходимые компоненты для фотосинтеза. Выбор щавелевой кислоты предпочтителен, так как она легко разлагается и частично встречается в вакуолях клеток.

Полупроводниковая TiО₂ со структурой рутила является наиболее изученным катализатором фоторазложения воды и реакции дегидрирования Направленно синтезируемая в расплавах солей KNO₃-NaNO₃ анодная окисная пленка TiО₂ - рутил, имеет поликристаллическую структуру темно-серого цвета и обладает хорошей проводимостью. Кроме того, металлоксидная структура Тi-ТiO₂ (рутил), из которого изготавливаются поддоны, отличается высоким значением коррозионной стойкости в водных растворах электролитов. Технология их изготовления довольно проста.

Таким образом через открытые устьицы вода проникает во внутренние слои плодовой оболочки гречихи. Паренхимный слой накапливает воду, увеличивая тургорное давление При недостатке воды и света, а также при низких или слишком высоких температурах замыкающие клетки устьиц смыкаются, закрывая устьичную щель. Транспорт реагентов прекращается. Высушивание семян при T= 363388 К приводит к тому, что накопленная во внутренних слоях оболочки вода раскрывает плодовую оболочку гречихи.

Таким образом, по сравнению с прототипом решается техническая задача, а именно: снижаются затраты при обработке семян гречихи за счет исключения процессов длительного отволаживания и пропаривания. Значительно сокращается время обработки, улучшается качество зерен ядра гречиха за счет отсутствия их набухания и разрыхления, неизбежных при длительном отволаживании и пропаривании. Возможна полная автоматизация процесса при четком контроле режимов обработки. Все это приводит к сокращению себестоимости продукции.