Вікторія Опалко, Михайло Гузь, ст. викладачі, Руслан Шатров, канд. техн. наук, доцент, НУБіП, Віктор Марченко, канд. техн. наук, Agroexpert (Україна)
Сушіння – складний технологічний тепломасообмінний процес, який застосовують задля збереження всіх властивостей речовин у зерні, що можливо за умови дотримання оптимальних параметрів цього процесу. Завдяки сушінню із свіжозібраної зернової маси видаляється вся надлишкова волога і зерно доводиться до сухого стану, що забезпечує подальшу надійну збереженість продукції.
Під час сушіння постійно змінюються термодинамічні й теплофізичні властивості зерна, зокрема теплоємність і теплопровідність. Тому необхідно якомога ретельніше дотримуватися рекомендованих режимів сушіння насіння кожної культури залежно від його вологості та цільового призначення.
У 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.
Способи сушіння зерна
Застосовують три способи сушіння зерна: теплове, сорбційне (контактне) та механічне (відтискання у центрифугах). Найчастіше практикують теплове сушіння, рідше – сорбційне, а механічне – лише у мийних машинах на борошномельних підприємствах. Під час теплового сушіння рідина перетворюється на пару, на що витрачається теплова енергія. За сорбційного сушіння волога з зерна може видалятися як у пароподібному, так і в рідкому стані, причому цей процес не пов’язаний із використанням додаткового джерела енергії.
Серед численних способів теплового сушіння, які різняться за 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.
Параметри сушіння зерна
Основними параметрами процесу сушіння є температура нагрітого повітря, вологість і час сушіння зерна. Усі ці параметри пов’язані між собою. Що вищою є початкова вологість зерна, то швидше воно сушиться у початковий період. Сире зерно містить механічно зв’язану вологу, яка випаровується першою. Капілярно зв’язана волога міцно з’єднана з крохмальними зернами і ще міцніше – з білками. Тому процес сушіння зерна лімітується переважно сушінням білкового комплексу.
Виходячи з біологічних особливостей зерна, експериментально доведено і перевірено на практиці, що зерно не може віддавати вологу швидше ніж 4,5 – 5,0% за годину. Теоретично процес можна прискорити лише завдяки збільшенню температури, але тоді зерно буде непридатне для подальшого використання. Швидкість сушіння залежить від вологоємності повітря. Наприклад, 1 м3 повітря з температурою 20°С поглинає 17 г води, 30°С – 31 г, 50°С – 90 г, 70°С – 250 г, 90°С – 400 г.
Крім того, слід брати до уваги, що нагріте й висушене зерно потрібно охолодити, бо інакше внаслідок конденсації воно знову всмоктуватиме вологу.
Варто також пам’ятати, що зародок зерна містить дуже чутливі до температури водорозчинні білки – альбуміни. За температури понад 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 має перевищувати відповідно 50, 45 і 55°С.
Зерно різних культур відрізняється умовами сушіння. Розглянемо особливості сушіння зерна окремих культур.
Зернові культури
За визначення особливостей сушіння зернових культур обов’язково враховують цільове призначення партій. Так, гранична температура нагрівання насіннєвого зерна пшениці становить 45°С, а продовольчого – 50°C. Ще більша різниця у температурі нагрівання в жита: 45°С для посівного матеріалу і 60°С – для продовольчого (на борошно). За нагрівання пшениці вище зазначених меж різко знижується кількість клейковини і погіршується її якість. Узагалі всі партії зерна і насіння, в яких необхідно зберегти життєздатність, нагрівають до більш низької температури. Тому ячмінь для пивоваріння, жито для солоду тощо сушать із застосуванням режимів, які розроблені для сушіння посівного матеріалу. Вологе насіннєве та продовольче зерно слід досушувати до вологості не вище як 13%.
Зерно пшениці має товсту оболонку, що сповільнює випаровування з нього вологи, але завдяки високій термостійкості його можна нагрівати до 60°С, і процес сушіння проходить інтенсивно за температури сушильного агента до 90°С.
Жито та ячмінь є доволі термостійкими культурами, тому їхнє зерно під час сушіння можна нагрівати до 60оС (за винятком пивоварного ячменю). Пивоварний ячмінь повинен мати високу схожість, відтак максимально допустима температура сушіння становить 40оС для зерна з вологістю до 19% та 45оС – із вищою.
Зерно вівса добре сушиться, але через небезпеку самозаймання насіннєвих та плодових плівок його не можна нагрівати до температури більше як 50°С. Тож попередньо не очищене зерно сушити небезпечно. До речі, ми завжди наполегливо рекомендуємо клієнтам встановлювати системи попереднього очищення зерна перед сушінням. Це не лише підвищує пожежну безпеку процесу, а й дає змогу заощадити енергоносії та забезпечити надалі якісне і тривале зберігання збіжжя.
Головною особливістю сушіння зерна кукурудзи є його низька вологовіддача порівняно з зерном інших зернових культур. Інтенсивність вологообміну насіння різних сортів кукурудзи неоднакова, оскільки залежить від розмірів зернин, їхньої форми, фізичної будови, хімічного складу. Питома поверхня випаровування зерна кукурудзи вдвічі менша, ніж пшениці. Щільна оболонка зерна кукурудзи ускладнює процес випаровування. Волога, проникаючи в зерно переважно через зародок, нерівномірно розподіляється всіма частинами зернівки. Тому під час сушіння виникають неоднакові внутрішні напруження, які призводять до різної усадки тканин і утворення в ендоспермі внутрішніх тріщин, які не порушують цілісності оболонок.
Зерно бобових культур
Порівняно з іншими культурами зерно бобових більше за розміром, сухе, щільне, містить більше білка, має структурно відособлені оболонки, а тому й меншу поверхню випаровування, що знижує вологовіддачу. Все тепло витрачається переважно на нагрівання насіння, а не на випаровування вологи. При цьому поверхня зерна швидко зневоднюється, а глибша частина зерна залишається вологою. Тому під час застосування інтенсивних режимів сушіння насіннєва оболонка бобових розтріскується.
За високої вологості зерно бобових обов’язково варто сушити з попереднім відлежуванням. Сушіння виконують у шахтних сушарках. За один пропуск у сушарці допускається видалення 3 – 4% вологи, а для крупнонасінних (квасоля, боби) – до 2%. Ефективний прийом сушіння бобових – застосування активного вентилювання, за якого повітря підігрівається до 30°С за питомого його постачання 400 – 600 м3/т.
Зерно круп’яних культур
Зерно гречки добре піддається сушінню завдяки великій шпаруватості. Проте через нерівномірність дозрівання й велику засміченість воно схильне до самозігрівання. Відтак зберігати зерно гречки без попереднього очищення не можна. Після очищення значна частка недозрілих зерен видаляється, але залишаються домішки, які близькі за об’ємною вагою та геометричними розмірами і тому важко відокремлюються. Отже, очищення та сушіння зерна гречки слід проводити якомога швидше після збирання. Найкраще сушити його на шахтних сушарках, застосовуючи м’які режими сушіння.
Зерно проса має щільну оболонку й знижену шпаруватість. Між оболонкою й ядром є повітряний проміжок, який перешкоджає теплопередачі, внаслідок чого теплота концентрується на оболонках проса, що призводить до їхнього розтріскування. Найкраще сушити зерно проса за м’яких режимів, тобто за сушіння температура його нагрівання не має перевищувати 40°С.
Зерно рису має знижену вологовіддачу через наявність під плодовими плівками повітряного проміжку. Крім того, низький вміст білків у ньому сприяє утворенню тріщин, що проявляється ще під час дозрівання зерна в полі. Температурний режим має бути диференційованим залежно від початкової вологості зерна. За вологості рису 18% його сушать за один пропуск за температури теплоносія 65 – 70°С та нагрівання зерна до 40°С. За вологості близько 20% і вище застосовують двоступінчасту технологію сушіння. Під час першого ступеня температура теплоносія має бути 60°С, а під час другого – 70°С. Зерно має нагріватися під час першої та другої стадій до 35 та 40°С відповідно.
Досить часто між першою і другою стадіями сушіння зерно рису відлежується протягом кількох годин. Тривалість відлежування залежить від кількості вологи, що випаровується під час сушіння за один раз: 3% – не менше 4 год, 2% – не менше 3 год, 1% – до 2 год.
Насіння олійних культур
Завдяки щільній оболонці насіння олійних культур витримує високі температури за нагрівання. Для його сушіння застосовують шахтні сушарки, дотримуючись приблизно таких самих режимів, як і для зернових культур. Насіння з високою вологістю сушать за кілька пропусків із проміжним відлежуванням тривалістю 5 – 7 год, під час якого підсохла оболонка поглинає вологу ядра, а під час наступного пропускання вона легко видаляється.
Насіння соняшнику має високу шпаруватість (60 – 80%), що пов’язано з малим опором, який воно чинить під час вентилювання чи сушіння. Тому ворох соняшнику сушиться достатньо легко, не потребує великої кількості тепла й легко пропускає крізь себе повітря. Небезпечно піднімати температуру агента сушіння (гарячого повітря) вище за 65°С, щонайбільше 70°С. Під час сушіння соняшнику постійно виділяються пари жирів, тому існує небезпека займання. Із власної практики знаю про випадки, коли застосовували такі самі режими, як для зернових культур, і сушарка виходила з ладу.
Оболонки насіння соняшнику високогігроскопічні, їхня маса становить понад 10% маси насінини. Рівноважна вологість компонентів насінини неоднакова – більша в оболонки і менша в ядра. Цю властивість використовують під час визначення раціональних способів сушіння – чергування сушіння, охолодження та відволожування.
Небезпеку під час сушіння соняшнику становить велика кількість подрібненого зерна, лузги, засмічень, що створюють у шахті зависання, які сповільнюють рух зерна, внаслідок чого воно перегрівається і загорається.
У практиці обробки та зберігання насіння соняшнику вважають сухим, якщо його вологість становить до 7%, середньої сухості – 7 – 8%, вологим – 8 – 9%.
Ріпак після збирання часто має підвищену забрудненість і вологість. Тому його рекомендується швидко дочистити, а якщо вологість насіння перевищує 13%, то й досушити. Особливістю насіння є нерівномірне дозрівання як на різних гілочках, так і на окремих рослинах. Товарний ріпак (продовольче, кормове й технічне зерно) рекомендується висушувати у шахтних прямоточних сушарках за температури теплоносія 65 – 70°С та нагрівання зерна до 40 – 45°С.
Насіння дрібнонасінних олійних культур (льону, рижію, гірчиці) через низьку шпаруватість сушать за низької витрати агента сушіння. Часто його висушують у суміші з насінням вівса, ячменю у співвідношенні 1:3 за температури теплоносія 60 – 70°С і нагріванні до 40 – 45°С.
Насіння конопель сушать у спеціальних сушарках, використовуючи також стелажні чи шахтні сушарки, роблячи кілька пропусків та нагріваючи насіння на першому ступені до температури не вище як 30 – 32°С, а на останньому – не вище як 35°С.
Насіння багаторічних трав
Насіння багаторічних трав під час сушіння у шахтних сушарках часто злипається, забивається, утворюючи затори між коробами, тому його сушать, змішуючи із зерном ячменю або вівса. Враховуючи те, що насіння багаторічних трав дуже дрібне й сипке, сушарки для його сушіння мають бути добре ущільнені.
Насіння багаторічних трав ефективно сушиться у барабанних сушарках, де його температура може досягати 40 – 45°С. Для надто вологого насіння ця температура досить висока, тому на практиці потрібного режиму дотримуються шляхом регулювання подачі палива.
За сушіння насіння тимофіївки у барабанній сушарці температуру варто обмежувати до 100°С. Якщо вологість насіння не перевищує 25%, його нагрівають до температури не вище як 35°С. Насіння конюшини буває дуже засміченим. Тому його потрібно спочатку просушити на стрічкових або карусельних сушарках чи на майданчиках із застосуванням активного вентилювання.
