2.3. Сушіння зерна

Сушіння — основна технологічна операція з приведення зерна й насіння до стійкого стану. Тільки після того, як із сві­жозібраної зернової маси видалено всю надлишкову вологу і зерно доведено до сухого стану, можна розраховувати на подальшу надій­ну збереженість продукції.

Сушіння полягає у видаленні з матеріалу будь-якої ріди­ни, в результаті чого в ньому збільшується відносний вміст сухої частини.

Відомо, що в сухій зерновій масі всі живі компоненти, крім шкід­ників та комах, перебувають в анабіотичному стані. Зберігання зер­на сухим — основний засіб підтримання високої життєдіяльності насіння в зернових партіях усіх культур, а також якості продоволь­чого зерна протягом тривалого строку зберігання.

Усі способи сушіння зерна враховують сорбційні та інші його властивості. Зерно як об'єкт сушіння — це живий організм з капіляр­но-пористою структурою. Плодові оболонки насіння пронизані капі­лярами, тому є проникними для пари води. Насінні оболонки й алейроновий шар, навпаки, відносно малопроникні для пари води і

за неправильного режиму сушіння можуть бути причиною здуття зерна, спричиненого затримкою видалення водяної пари, яка нако­пичилась всередині ендосперму. Крім того, зародок містить дуже чутливі до температури водорозчинні білки — альбуміни. При тем­пературі вище 41 — 42 °С білки зародка, наприклад пшениці, дена­турують, тобто насіння втрачає схожість. Білки клейковини більш термостійкі, однак температура нагрівання нормальної, міцної і слабкої за пружністю клейковини сильної пшениці не повинна пе­ревищувати відповідно 50, 45 і 55 °С.

Сушіння — складний технологічний тепломасообмінний процес, який повинен забезпечити збереженість усіх властивостей речовин у зерні, що можливо за умови дотримання оптимальних параметрів цього процесу. Так, під час сушіння постійно змінюються термоди­намічні й теплофізичні властивості зерна, зокрема теплоємність і теплопровідність. Тому необхідно суворо додержувати рекомендова­них режимів сушіння насіння кожної культури залежно від його вологості та цільового призначення.

Застосовують три способи сушіння (зневоднення) зерна: теплове (в тому числі вакуумне); сорбційне (контактне); механічне (відтис­кання, центрифугування). Найчастіше практикують теплове сушін­ня, рідше — сорбційне, а механічне — тільки у мийних машинах на борошномельних заводах. Під час теплового сушіння рідина пере­творюється на пару, на що витрачається теплова енергія. При сорб-ційному сушінні волога із зерна може видалятися як у пароподіб­ному, так і в рідкому стані, причому цей процес не пов'язаний з не­обхідністю використання додаткового джерела енергії.

Серед численних способів теплового сушіння, які різняться способом передачі теплоти зерну, найпоширеніший конвективний. Суть його полягає в тому, що теплота передається конвекцією від теплоносія, який вбирає вологу, і видаляється в атмосферу. За та­ким принципом працюють шахтні, рециркуляційні, барабанні, стріч­кові та інші типи сушарок.

Процес сушіння ґрунтується на здатності зерна випаровувати по­верхнею вологу за умови, що тиск водяної пари в зерні вищий за тиск її в зовнішньому повітрі.

Під час сушіння зерна відбуваються такі фізичні явища: пере­дача теплоти від агента сушіння до зерна; рух вологи з централь­них шарів зерна до поверхневих; випаровування вологи з поверхні зерна та дифузія її в навколишнє середовище; переміщення вологи при наявності температурного градієнта з потоком теплоти внаслі­док термовологопровідності.

Закономірності сушіння зерна такі:

1) чим більша початкова вологість зерна, тим вища швидкість сушіння в початковий період і тим він коротший. У сирому зерні є механічно

зв'язана волога, яка видаляється в першу чергу. Капілярно зв'язана волога міцно зв'язана з крохмальними зернами і ще міцніше — з біл­ками. Тому процес сушіння зерна лімітується переважно сушінням бі­лкового комплексу;

2)      під час сушіння зерно нагрівається швидше, ніж випаровується воло­
га. Це й визначило доцільність застосування для сушіння зерна реци-
ркуляційного (з відлежуванням) способу;

3)      сушіння можливе лише тоді, коли тиск пари всередині зернівки ви­
щий, ніж в навколишньому середовищі, тобто відбувається її випаро­
вування. Коли температура поверхні зерна дорівнює температурі се­
редовища сушильної камери, процес сушіння (випаровування води)
припиняється;

4)      одночасно з переміщенням вологи рухаються розчинені в ній мінера­
льні речовини, тому зольність периферійної частини зернівки і зародка
збільшується;

5)      при вмісті в насипу органічної легкої домішки понад 0,1 % можливе
загоряння її в сушарці;

6)      якщо зерно перед сушінням зберігалося в анаеробному стані в насипу
висотою понад 4 м, то в зернівках накопичується етиловий спирт,
який при різкому нагріванні може призвести до загибелі зародків. То­
му зерно треба попередньо провітрити для видалення спирту;

7)      швидкість процесу сушіння залежить від вологоємності повітря; на­
приклад, 1 м3 повітря з температурою 20 °С поглинає 17 г води,
ЗО °С — 31 г, 50 °С — 90 г, 70 °С — 200 - 250 г, 90 °С — 400 г
і більше.

Контактний (кондуктивний) спосіб сушіння ґрунтується на контакті висушуваного матеріалу з нагрітою поверхнею і потре­бує великих витрат теплоти, тому поширений мало.

За радіаційного способу сушіння використовують теплоту енергії сонця чи інфрачервоних променів. Приклад — повітряно-сонячне сушіння, коли волога випаровується тільки через поверхню насипу зернової маси. У південних районах України для сушіння невеликих партій зерна цей спосіб використовується й донині.

Ефективність процесу сушіння залежить від товщини шару зер­на, частоти його переміщування, інтенсивності сонячної радіації, сили вітру, властивостей майданчика. Останній обладнують так, щоб він мав південний нахил. Шар зерна зернових злакових має бути гребенистим завтовшки 10 — 20 см, зернобобових 10 — 15, проса 4-5 см.

При температурі насипу 25 - 30 °С його треба переміщувати, оскільки нагрівання його верхнього шару призводить до інтенсив­ного випаровування вологи, внаслідок чого виникає різниця температур між верхнім нагрітим і нижнім холодним шарами. Тепле по­вітря вологомістке, однак при зіткненні з холодним зерном вологоєм­ність його знижується й утворюється конденсаційна волога.

При додержанні всіх вимог та достатній інсоляції, якщо вологість зерна не перевищувала 17 - 18 %, вона за один день знижується на 1 — 3 %. Якщо вологість зерна вища, повітряно-сонячне сушіння ма­лоефективне. За такого сушіння поліпшується схожість зерна, успі­шніше відбувається післязбиральне дозрівання, зменшується кіль­кість мікрофлори та пошкодженість зерна шкідниками. Обмежене застосування повітряно-сонячного сушіння пояснюється потребою у великих майданчиках для розміщення зерна, залежністю його від метеорологічних факторів, низькою механізацією процесу. Найчас­тіше повітряно-сонячне сушіння застосовують у насінництві або для доведення до базисних кондицій невеликих партій зерна.

Молекулярне сушіння зерна проводять у вакуумних установ­ках. Тут спочатку створюють вакуум, в результаті чого волога від перепаду тиску в зерні та в середовищі виділяється на поверхню і замерзає, а при наступній подачі до зерна теплоти швидко випаро­вується. Так можна сушити овочі, фрукти. Собівартість такого су­шіння занадто висока і на практиці його застосовують мало.