Устройство для термогидролиза семян зерновых и зернобобовых культур
Техническое решение относится к области переработки семян бобовых культур, и может быть использовано при переработке семян сои, кормовых бобов, люпина, вики при производстве пищевых продуктов, а также компонентов кормов и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и птиц. Устройство содержит секции нагревателя, установленные в корпусе, узел загрузки продукта и узел для выгрузки продукта. Нагреватель выполнен в виде расположенных в его корпусе и закрепленных на корпусе множества горизонтальных труб, внутренние объемы которых последовательно соединены друг с другом. Расстояние между соседними трубами соизмеримо с размером обрабатываемого семени. Трубы расположены параллельными рядами со смещением от ряда к ряду. Устройство дополнительно содержит средство подачи воды или пара в корпус. 18 з.п. ф-лы.
Техническое решение относится к области переработки сельскохозяйственного сырья, в частности, к области переработки семян зерновых и зернобобовых культур, и может быть использовано при переработке семян при производстве пищевых продуктов, а также кормов и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и птиц.
Известно (RU, патент 2303369) устройство обработки соевых бобов, содержащее последовательно установленные загрузочный бункер, теплообменное устройство, расположенное между сетчатыми корпусами, через которые продувают электрической тепловой пушкой горячий воздух, СВЧ-камера, где в процессе движения в области обработки соевые бобы подвергают воздействию СВЧ-энергии, а в процессе выдержки в течение 25 секунд соевые бобы находятся в спадающем по уровню СВЧ-поле, при этом температура сои поддерживалась за счет теплоизоляции камеры на уровне 125-130°С, достигнутой на выходе из области обработки. На выходе СВЧ-камеры установлены дозатор барабанного типа и выгрузной бункер.
Недостатком известной конструкции следует признать ее сложность и невысокую эффективность.
Известен (RU, патент 98090) известный инактиватор семян бобовых культур. Известное устройство содержит, по меньшей мере, одну секцию нагревателя с корпусом, расположенный на входе в нагревателя узел для выгрузки продукта, причем нагреватель выполнен в виде расположенных в его корпусе и закрепленных на корпусе множества труб, внутренние объемы которых последовательно соединены друг с другом, системы подачи теплоносителя на вход первой трубы и системы отвода теплоносителя на выходе последней трубы, при этом расстояние между соседними трубами соизмеримо с размером обрабатываемого семени, а трубы расположены параллельными рядами со смещением от ряда к ряду.
Недостатком известного устройства можно признать недостаточную эффективность относительно повышения питательности бобов.
Наиболее близким аналогом разработанной конструкции можно признать (RU, патент 104824) устройство для термогидролиза семян бобовых культур, содержащее, по меньшей мере, одну секцию нагревателя с корпусом, расположенный на входе в нагреватель узел загрузки продукта и расположенный на выходе из нагревателя узел для выгрузки продукта, причем нагреватель выполнен в виде расположенных в его корпусе и закрепленных на корпусе множества труб, внутренние объемы которых последовательно соединены друг с другом, системы подачи теплоносителя на вход первой трубы и системы отвода теплоносителя на выходе последней трубы, при этом расстояние между соседними трубами соизмеримо с размером обрабатываемого семени, а трубы расположены параллельными рядами со смещением от ряда к ряду, при этом оно дополнительно содержит средство подачи воды, или водной среды или пара в корпус. Средство подачи воды, водной среды или пара выполнено с возможностью подачи сверху или снизу.
Недостатком известного устройства следует признать отсутствие возможности регулирования подачи воды, водной среды или пара в устройство, а также ограниченность областей подачи.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в обеспечении возможности термической обработки семян зерновых и зернобобовых культур для приготовления компонента кормов для сельскохозяйственных животных и птиц и пищевых ингредиентов.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении усвояемости питательных компонентов состава семян зерновых и зернобобовых культур, а также обеспечение возможности регулирования превращения полисахаридов в олигосахариды и моносахариды.
Для получения указанного технического результата предложено использовать устройство термического гидролиза семян зерновых и зернобобовых культур разработанной конструкции. Разработанное устройство обработки семян зерновых и зернобобовых культур содержит, по меньшей мере, одну секцию нагревателя с корпусом, расположенный на входе в нагреватель узел загрузки продукта и расположенный на выходе из нагревателя узел для выгрузки продукта, причем нагреватель выполнен в виде расположенных в его корпусе и закрепленных на корпусе множества труб, внутренние объемы которых последовательно соединены друг с другом, системы подачи теплоносителя на вход первой трубы и системы отвода теплоносителя на выходе последней трубы, при этом расстояние между соседними трубами соизмеримо с размером обрабатываемого семени, а трубы расположены параллельными рядами со смещением от ряда к ряду. Кроме того, устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, одно средство подачи воды, или водной среды или пара в корпус, причем указанное средство подачи может быть расположено со стороны нижнего и/или верхнего торца устройства, в боковой части корпуса между секциями или в области секции.
Средство подачи воды, или водной среды (раствора) или пара в корпус может дополнительно содержать приспособление для регулирования подачи. Также оно может содержать приспособление (проточный нагреватель или проточный холодильник) для регулирования температуры подаваемой среды. Все средства подачи могут быть подключены к одному источнику подаваемой среды. Кроме того, разработанное устройство может дополнительно содержать, по меньшей мере, одно средство отвода пара из объема устройства, выполненное с возможностью регулирования расхода отводимого пара. Предпочтительно средство отвода пара расположено на боковой поверхности корпуса между секциями или в области секции. Средства подачи воды, водной среды или пара, а также средства отвода пара могут быть объединены в единую систему.
Средство подачи воды, или водной среды (раствора) или пара в корпус предпочтительно представляет собой штуцер с рассеивателем. Однако оно может быть выполнено и в виде форсунки. Оно может быть расположено с возможностью подачи в нижнюю часть корпуса или в верхнюю часть корпуса. В первом случае подаваемый или образующийся пар проходит встречным потоком через проходящие через корпус семена, совершая процесс термогидролиза содержимого семян. Во втором случае происходит увлажнение исходных семян, перемещение влаги на семенах вниз по корпусу с последующим образованием пара и осуществлением процесса термогидролиза.
Дополнительная подача воды, водной среды или пара со сторон боковой поверхности устройства позволяет, особенно при обеспечении регулирования расхода подачи, а также температуры и давления подаваемой среды, обеспечивает возможность регулирования степени распада полисахаридов на олигосахариды и моносахариды, а также на степень усвояемости питательных веществ (крахмала, пектина, гемицеллюлоз, клетчатки и т.д.) семян.
В качестве теплоносителя может быть использована любая текучая неагрессивная среда, способная перемещаться по внутреннему объему труб при температуре, необходимой для термической инактивации семян бобовых культур. В частности, в качестве теплоносителя может быть использован пар, а также жидкости или жидкие смеси, в том числе, и растворы с высокой температурой кипения. Обычно используют трубы из стали, поскольку они достаточно устойчивы к действию практически любых видов теплоносителя, обладают хорошей теплопроводностью и могут быть достаточно легко смонтированы в корпусе любым известным путем. Преимущественно устройство содержит несколько уровней размещения труб в секции нагревателя. По меньшей мере, часть труб в секции могут быть изогнуты, что обеспечит большую площадь контакта поверхности трубы с внутренним объемом корпуса. Вышеуказанное техническое решение обеспечивает нагрев поступающих в секцию семян культур до необходимой температуры в течение короткого промежутка времени. Предпочтительно для повышения теплоотдачи и создания эффекта смешивания обрабатываемых семян культур, чтобы трубы в секции были расположены параллельно со смещением от ряда к ряду. Но для усиления теплового воздействия на обрабатываемые семена культур трубы могут быть расположены параллельно в ряду, но в соседних рядах трубы могут быть расположены под углом относительно направления труб предыдущего ряда. Кроме того, внутренние объемы труб в ряду и/или в секции могут быть соединены между собой в корпусе более одного раза с образованием сетчатой структуры. Это обеспечит большую теплоотдачу внутри корпуса. В одном из вариантов реализации разработанного устройства использован корпус прямоугольного сечения в поперечнике, при этом трубы, изготовленные из стали, проходя через внутренний объем корпуса, частично выходят за его пределы и закреплены сварными или резьбовыми соединениями на корпусе. При этом вне пределов корпуса трубы соединены в единую систему путем сообщения внутренних объемов труб изогнутыми полыми перемычками. Однако корпус может иметь в сечении и отличную от прямоугольной форму. Кроме того, соединение труб полыми перемычками может быть произведено и внутри корпуса. С одной стороны, это несколько усложняет монтаж, но, с другой стороны, несколько уменьшает тепловые потери. Поскольку желательно, чтобы основная часть тепловой энергии поступила на обрабатываемые семена культур на первой стадии обработки, источник теплоносителя предпочтительно подключен к внутреннему объему трубы нижнего ряда труб. Таким образом, теплоноситель поступает первоначально в нижние ряды труб, проходит по объединенной системе труб, нагревая внутреннее пространство корпуса и обрабатываемые семена культур, и выходит их одной из труб нижнего ряда. В некоторых вариантах реализации разработанной конструкции теплоноситель затем поступает в теплообменник, нагревается там и повторно поступает на вход системы труб. Для обеспечения термической инактивации семян любых культур желательно, чтобы устройство содержало более одной секции нагревателя. Из предшествующего опыта работы следует, что при использовании 5-6 секций происходит, кроме термогидролиза, термическая инактивация семян любых культур. Для уменьшения тепловых потерь необходимо использовать термоизолированный корпус устройства. Термоизоляция корпуса может быть произведена любым известным путем. На выходе из корпуса установлено средство регулирования скорости перемещения семян по устройству. Предпочтительно, оно может быть выполнено в виде ирисовой диафрагмы.
Устройство может дополнительно содержать систему транспортировки исходных семян, представляющую собой последовательно установленные винтовой конвейер и, по меньшей мере, одну норию. В случае использование более одной нории система может дополнительно использоваться для смешения различных видов семян с получением в качестве целевого продукта смеси подвергнутых термогидролизу семян.
Разработанное устройство работает следующим образом.
Согласно разработанному способу переработки семян культур, осуществляют перемещение семян в направлении сверху вниз. Для этого семена культур подают сверху в емкость, в которой происходит термообработка, а удаление термообработанных семян осуществляют из нижней части указанной емкости. Предварительно в систему труб подают теплоноситель, который проходя по системе труб через все секции, разогревает внутренний объем корпуса. В процессе перемещения семян культур внутри корпуса происходит их термообработка действием теплоносителя и паром с одновременной инактивацией. Степень термогидролиза может быть регулируемая путем подачи с боковых сторон корпуса пара, воды или водной среды с различным расходом и температурой, а также регулируемого отвода пара. Поскольку скорость перемещения семян культур внутри корпуса практически постоянна, то все обрабатываемые семена получают практически одинаковое количество тепловой энергии. Это обеспечит при одинаковой скорости перемещения смеси семян в вертикальной плоскости одинаковые условия прогрева смеси. При необходимости скорость перемещения обрабатываемых семян по корпусу может быть уменьшена с использованием средства регулирования скорости перемещения семян по устройству. В процессе подачи семян на обработку в корпус любым вышеуказанным образом подают водную среду или пар для усиления процесса термогидролиза. При перемещении смесь семян поступает в первую зону нагрева, где к каждому семени подводят определенное количество тепловой энергии. При дальнейшем перемещении в семени происходит процесс перераспределение тепла и влаги. При указанном процессе перераспределения подведенное во время первого цикла нагрева тепловой энергии равномерно перераспределяется по всему объему семени. Промежуток времени, во время которого в семени осуществляется процесс перераспределения тепла и влаги, то есть промежуток времени между окончанием первого цикла нагрева и началом второго цикла нагрева продукта, предпочтительно не превышает удвоенной продолжительности нагрева продукта. Указанное временное соотношение между продолжительностью цикла нагрева и цикла перераспределения тепла и влаги определено эмпирически. Как показали проведенные исследования, при выходе за границу указанного диапазона происходит существенное увеличение энергоемкости всего процесса без получения значительного количества усвояемых аминокислот, моносахаров, протеина, крахмала и разрушения «антипитательных» компонентов состава семени. При дальнейшем перемещении продукта он поступает во вторую зону нагрева, где к каждому предварительно нагретому во время первого цикла семени подводят определенное количество тепловой энергии. За счет подведенного во время второго цикла нагрева тепла, а также при необходимости дополнительного подвода/отвода пара происходит нагрев остаточной влаги в семени. При дальнейшем перемещении продукт выходит из зоны нагрева и в семени происходит процесс дальнейшего перераспределение тепла и влаги. Далее циклы повторяются описанным выше образом, то есть осуществляют ступенчатый нагрев влаги каждого семени до необходимой температуры и перераспределения тепла и влаги после каждого цикла нагрева. Нагрев семян приводит к разрушению и значительному снижению активности содержащейся в них липоксигеназы и подобных ферментов, вызывающих плохой запах, вкус и вкусо-ароматические ощущения в готовых продуктах. При выполнении указанных операций существенно снижается активность "антипитательных" ферментов, что способствует увеличению срока хранения конечного продукта, при существенном снижении энергоемкости процесса. Но основным назначением термогидролиза семян культур является уменьшения содержания «антипитательных» веществ в составе семени, а также увеличение усвояемости белковых компонентов состава семени.
Экспериментально установлено, что использование устройства разработанной конструкции позволило повысить усвояемость питательных компонентов состава семени на 10-30% относительно устройства прототипа.
1. Устройство для термогидролиза семян зерновых и зернобобовых культур, содержащее, по меньшей мере, одну секцию нагревателя с корпусом, расположенный на входе в нагреватель узел загрузки продукта и расположенный на выходе из нагревателя узел для выгрузки продукта, нагреватель, выполненный в виде расположенных в его корпусе и закрепленных на корпусе множества труб, внутренние объемы которых последовательно соединены друг с другом, систему подачи теплоносителя на входе первой трубы и систему отвода теплоносителя на выходе последней трубы, при этом расстояние между соседними трубами соизмеримо с размером обрабатываемого семени, а трубы расположены параллельными рядами со смещением от ряда к ряду, причем оно дополнительно содержит средство подачи воды, или водной среды, или пара в корпус, отличающееся тем, что указанное средство подачи расположено в боковой части устройства между секциями или в области секции.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство подачи воды, или водной среды, или пара в корпус дополнительно содержит приспособление для регулирования подачи.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство подачи воды, или водной среды, или пара дополнительно содержит приспособление для регулирования температуры подаваемой среды.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что все средства подачи воды, водной среды, или пара подключены к одному источнику подаваемой среды.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разработанное устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, одно средство отвода пара из объема устройства, выполненное с возможностью регулирования расхода отводимого пара.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средство отвода пара расположено на боковой поверхности устройства между секциями или в области секции.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средства подачи воды, водной среды или пара, а также средства отвода пара объединены в единую систему.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит не меньше двух секций нагревателя.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна из труб выполнена изогнутой.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен теплоизолированным.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что концы труб соединены за пределами корпуса.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что концы труб соединены внутри корпуса.
13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что все трубы ориентированы параллельно друг другу.
14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в последующем ряду трубы расположены под углом относительно направления расположения труб предыдущего ряда.
15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренние объемы труб в ряду и/или в секции соединены между собой более одного раза.
16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на выходе из корпуса установлено средство регулирования скорости перемещения семян по устройству.
17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство подачи воды, или водной среды или пара в корпус расположено с возможностью подачи в нижнюю часть корпуса.
18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство подачи воды, или водной среды или пара в корпус расположено с возможностью подачи в корпус сверху.
19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит систему транспортировки исходных семян, представляющую собой последовательно установленные винтовой конвейер и, по меньшей мере, одну норию.
