автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Разработка и научное обеспечение способа сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя

На правах рукописи

БАРАНОВ АНТОН ЮРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СПОСОБА СУШКИ ГРЕЧИХИ В АППАРАТЕ С ЗАКРУЧЕННЫМ ПОТОКОМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 с; г-".!; -.щ.

,'1

Воронеж-2014 005549»™

005549910

Работа выполнена ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВПО «ВГУИТ).

Научный руководитель: Антипов Сергей Тихонович

заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор (ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»)

Официальные оппоненты: Афанасьев Валерий Андреевич

доктор технических наук, профессор, генеральный директор (ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт комбикормовой промышленности)

Иванов Владимир Владимирович

кандидат технических наук,

заведующий механо-технологического сектора

(ЗАО институт «ЦЧР АГРОПРОМПРОЕКТ»).

Ведущая организация: Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности» Российской академии сельскохозяйственных наук, г. Видное, Московской обл.

Защита диссертации состоится «04» июля 2014 года в 12 часов 00 минут на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.01 при ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий».

Автореферат размещен на сайте http://vak2.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» wvyw.vsuet.ru

Автореферат разослан «30» апреля 2014 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.01,

доктор технических наук, профессор ( Калашников Г.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из основных направлений технического прогресса во всех без исключения отраслях промышленности является совершенствование технологических процессов путем повышения их эффективности.

Гречиха одна из наиболее важных сельскохозяйственных культур, являющаяся незаменимым продуктом питания. Гречневая крупа имеет высокие вкусовые качества, питательна и хорошо усваивается. Гречневую крупу относят к числу лучших диетических продуктов. Кроме того, гречиха является хорошим медоносом, а высокая усвоя-ющая способность ее корневой системы способствует повышению плодородия почвы.

По данным Росстата в России посевные площади гречихи составляют 1,2 млн Га (из них около 50 тыс Га в Воронежской области). Валовый сбор гречихи в Российской Федерации 8 млн тонн (в Воронежской области - 300 тысяч тонн). Доля малых и фермерских хозяйств среди всех хозяйств выращивающих гречиху с каждым годом увеличивается на 3.. .5 % и уже составляет порядка 30 %.

В настоящее время сушка гречихи осуществляется в сушильных установках для зерновых культур (шахтные, барабанные и пр.), которые характеризуются низкой эффективностью из-за невозможности обеспечения постоянного полного контакта поверхности продукта с теплоносителем.

В теорию сушки дисперсных материалов значительный вклад внесли такие отечественные и зарубежные ученые как A.B. Лыков, A.C. Гинзбург, В.И. Муштаев, Б.С. Сажин, П.А. Ребиндер, П.Г. Ро-манков, В.И. Попов, И.Т. Кретов, С.Т. Антипов, К.Г. Филоненко, А.Н. Остриков, В.М. Ульянов, Б.И. Леончик, В.Е. Куцакова, М.А. Гришин, О. Кришер и многие другие.

При рассмотрении основных направлений совершенствования процесса сушки дисперсных продуктов, нами был сделан вывод о том, что качественная и эффективная сушка гречихи может быть реализована только при использовании аппаратов с активными гидродинамическими режимами, существующие в аппаратах с закрученным потоком теплоносителя.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры машин и аппаратов пищевых производств ВГУИТ на 2011-2015 гг. «Адаптация пищевых машинных технологий к тепло- и массообменным процессам на основе диагностики техники и технологии пищевых про-

изводств» (№ госрегистрации 01201253880), и в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (Государственный контракт № П2608 «Разработка ресурсосберегающей техники и технологии сушки сельскохозяйственных дисперсных продуктов во взвешенно-закрученном потоке теплоносителя»).

Цель I! задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы является исследование процесса сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя и совершенствование на этой основе процесса и оборудования для его осуществления.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- экспериментальное исследование свойств гречихи как объекта сушки;

- исследование и установление кинетических закономерностей процесса сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя;

- исследование и оценка основных факторов, оказывающих наибольшее влияние на процесс сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя;

- статистическое определение оптимальных режимов работы экспериментальной сушильной установки, позволяющее в широком диапазоне изменения входных параметров обеспечить максимальную эффективность сушки гречихи;

- разработка математического описания процесса сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя;

- разработка линии комплексной переработки гречихи;

- разработка высокоинтенсивных сушильных установок с закрученными потоками теплоносителя для сушки дисперсных материалов;

- разработка способов автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в аппаратах с активной гидродинамикой и рециркуляцией теплоносителя;

- проведение промышленных испытаний процесса сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя.

Научная новизна. Развиты и дополнены теоретические положения, вносящие вклад в представления об изучаемом процессе сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя, расширяющие границы применимости полученных результатов.

С использованием существующих экспериментальных методов, исследовано влияние влажности и температуры на физико-механические, структурно-сорбционные и теплофизические свойства гречихи, а также предложены математические уравнения, адекватно описывающие полученные экспериментальные зависимости.

Обоснован выбор технологических режимов проведения процесса сушки гречихи, изучены механизм и основные кинетические закономерности процесса сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя, установлено влияние различных факторов на кинетику процесса сушки, проведена оптимизация экспериментальной сушильной установки и выявлены рациональные интервалы изменения параметров процесса.

Предложено математическое описание процесса сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя.

Практическая значимость работы. На основании комплекса исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях, показана целесообразность применения аппарата с закрученным потоком теплоносителя для сушки гречихи.

Разработан новый способ сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя.

Разработана линия комплексной переработки гречихи.

Разработаны оригинальные конструкции высокоинтенсивных сушильных установок: сушилка с активным гидродинамическим режимом, вихревая сушильная камера для сушки дисперсного материала в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом, сушилка с регулируемым закрученным потоком теплоносителя.

Предложены способы автоматического управления процессом сушки: способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в вихревом режиме, способ автоматического управления процессом сушки полидисперсных материалов во взве-шенно-закрученном слое, способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов с рециркуляцией теплоносителя в аппаратах с активной гидродинамикой.

Новизна технических решений подтверждена патентами РФ 2335717, 2340853, 2350866, 2362102, 2425311,2480693.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежском государственном университете инженерных технологий (с 2007 по 2014 гг.).

Результаты работы экспонировались на Межрегиональных постоянно действующих выставках и были отмечены 6-ю дипломами.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе, 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 6 патентов РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 193 страницах машинописного текста, содержит 89 рисунков и 17 таблиц. Список литературы включает 153 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, обозначены проблемные моменты в процессе переработки гречихи в России, охарактеризованы решаемые в работе задачи, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований.

В первой главе систематизированы данные об объекте исследования - гречихе, ее химическом и витаминном составе, направлениях использования продуктов из гречихи в народном хозяйстве РФ, технологиях ее переработки. Проанализированы современное состояние техники сушки зерновых и крупяных материалов, при этом выявлены основные ее недостатки применительно к сушке гречихи и основные возможности совершенствования и интенсификации процесса сушки дисперсных продуктов и создания высокоэффективного сушильного оборудования. Проведен обзор и анализ современных способов и аппаратов для сушки дисперсных материалов с использованием закрученных потоков теплоносителя.

На основании проведенного анализа обоснован выбор объекта исследования, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, определены методы решения поставленных проблем.

Во второй главе представлены экспериментальные данные, характеризующие свойства гречихи как объекта сушки (физико-механические, теплофизические и гигротермические), необходимые для научного обоснования рациональных методов обработки и оптимальных режимов процесса, инженерного расчета процесса и аппаратов, а также создания современных систем автоматического регулирования, и описание методов их определения.

Исследования физико-механических характеристик показали,

что с увеличением влажности гречихи от 5 до 25 % истинная плотность снижается от 1190 до 1120 кг/м3, насыпная плотность снижается с 750 до 680 кг/м3, порозность слоя гречихи увеличивается с 0,36 до 0,38, статический угол естественного откоса изменяется с 34 до 46 а динамический с 27 до 40 ° .

По методу, разработанному B.C. Волькенштейн, в зависимости от относительной влажности гречихи в интервале 12...22 % и температуры в интервале 293...363 К определены: коэффициент температуропроводности, коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость (рис. 1 - 6).

Нт/Ш)

заз 3V згз ззз мз заз зез к

Рис. 1. Зависимость коэффициента теплопроводности X, Вт/(м К), от влажности при: 1 - Т=353 К; 2 - Т=333 К; 3 — T=313 К, 4 — Т=293 К

• -г □ -з

д -I

Рис 2. Зависимость коэффициента теплопроводности X, Вт/(мК), от температуры при: 1 - \¥=22 %; 2 - Ш =20 %;3 - =18 %; 4 - \У=15 %; 5 — \У =13 %

Рис. 3 Зависимость коэффициента температуропроводности а-108, м2/с, от влажности при: 1-Т=353 К;2-Т=333 К; 3 - Т=313 К; 4 - Т=293 К.

Рис. 4. Зависимость коэффициента температуропроводности а-10", м2/с, от температуры при: 1 - \У=22 %; 2 - =20 %; 3-"\У=18%; 4-\У=15%;5-\У=13%.

Рис. 5. Зависимость коэффициента удельной теплоемкости с, Дж/(кгК), от влажности при: 1 - Т=353 К; 2 - Т=333 К; 3-Т=313К;4-Т=293 К

Рис. 6. Зависимость коэффициента теплопроводности А, Вт/(м К), от влажности при: - \У=22 %; 2 - =20 %; 3 - =18 %; 4-W=I5%;5-W=IЗ%.

Методом дифференциально-термического анализа кривой представленной на рисунке 7 и посредством анализа изотерм десорбции рисунка 8 исследованы формы связи влаги в гречихе. Установлено, что в гречихе при относительной влажности 22 % присутствует значительное количество физико-механически связанной влаги. Это позволяет сделать вывод, что для сушки гречихи до относительной влажности 14 % целесообразно использовать способ сушки с активным гидродинамическим режимом.

1,0 0,8 0,6

з

0,4 0,2 0.0

-

/

/ /

300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630

Т,К

Рис. 7 Зависимость степени превращения а вещества от температуры Т гречихи при нагревании со скоростью подъема температуры 3 К/мин

вдз аса о.о9 за аз ея

Рис 8. Зависимости равновесной влажности гречихи от относительной влажности воздуха при температуре окружающего воздуха: 1 -Г=293 К;2 - Т=313 К; 3 - Т=333 К, 4 - Т=353 К

Рис. 9. Расчетная схема сушилки

В третей главе представлено математическое моделирование

процесса сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя, (принципиальная схема представлена на рис. 9). Влажные частицы гречихи подаются в сушильную камеру через верхний осевой патрубок. Подогретый воздух подается в нижней части в виде осевого потока через завихритель с массовым расходом Соо и угловой скоростью тангенциальным потоком с расходом С:о. Тангенциальный поток и завихритель осевого потока обеспечивают закручивание воздушного потока в сушильной камере, что позволяет реализовать высокоинтенсивный процесс сушки

С„=000+0и. (1)

Высушенные частицы гречихи выводятся через верхний тангенциальный патрубок.

Модуль вектора скорости воздуха в произвольной точке определяется через его проекции на оси цилиндрической системы координат

и = р;+и; + и1 ■ (2)

Дифференциальное уравнение динамики частицы гречихи имеют вид

Л------(3)

т„

В проекциях на координатные оси г, г, в оно принимает вид:

с/г 2 с1и0 с/г

т ■ и,

в

и.

1

Св-(ив-ив)-ртз-и1>ти-БЛ1 ,

■и -Б -т е.

отн м чб

(4)

(5)

(6)

с/г 2

В результате численного решения уравнений (4-6) в среде

МаЛСаё получены значения скорости, и положения частицы гречихи в произвольный момент времени, на рис. 10 показана координата частицы в сушильной камере в радиальном направлении от оси сушильной камеры и по ее высоте.

г 11 ич

.................V ——

....... — —......1—~— —.....—

а) б)

Рис 10. Зависимость координат частицы от времени, а) г„= гч(т), б) гч= 2ч(т),

Полученное значение средней относительной скорости теплоносителя позволяет вычислить коэффициенты тепломассоотдачи от поверхности частицы к воздуху

N11 = 2 + 0,5111е0'52Рг0'33, (7)

N11 =2 + 0,5111е0'52 БЬ0

(8)

где Рг = Увоуд/авозд, а =^/2?, Ш = ас1ч/Автд Ыим =алс1ч/В.

Дифференциальные уравнения процессов тепломассообмена для частицы имеют вид

аи,

йх

(¿Т

1=А -

гс12и1 2 сИГ^ 4

йг2

г <3г 2 еШ.'

г с1г

+л.

-4а

с/ / 2 с11 + ■

V

с1г

г о!г

с12г 2 Ж —-+--

с1г г с1г

(9) (10)

/

где

у

= ам; Л{2 = ам ■ 5 ; ам ; Д, =ад + Д,-5 ; е = ам1/аш.

Уравнения (9-10) решались численно с применением ЭВМ в среде МагЬСаё. С полученной математической моделью были проведены численные эксперименты. Результаты эксперимента (рис. 11) показывают распределение влагосодержания в частице гречихи в разные моменты времени.

Разработанная математическая модель и программное обеспечение позволяют проанализировать влияние различных параметров на

процесс сушки частицы. В частности, радиальная координата, при которой частица вводится в камеру гчн влияет не значительно на

среднюю относительную скорость газа Vотн и коэффициента теплоотдачи а.

Рис. 11. Распределение влагосодержания в частице, а) т=5 с, 6 ) т=90 с

Выполненна оценка влияния радиуса нижнего патрубка для подачи воздуха /?„ на выше рассмотренные параметры. В результате выявлено, что коэффициент теплоотдачи имеет экстремум при До =0,067 м (^о/^ =2/3) (рис. 12).

а) б)

Рис. 12 Зависимость относительной скорости газа (а) и коэффициента теплоотдачи (б) от радиуса нижнего входного отверстия

Другим важным технологическим моментом, определяющим эффективность работы сушилки является правильное распределение воздушного потока между осевым и тангенциальными вводами. Так, при общем расходе воздуха Свт =0,21 кг/с, наблюдается экстремум при (}(Ю = 0,165 кг/с и Сш =0,045 кг/с (рис.13).

Рис. 13. Зависимость относительной скорости газа (а) и коэффициента теплоотдачи (б) от распределения воздушного потока между осевым и тангенциальными вводами теплоотдачи (б) от радиуса нижнего входного отверстия

Аналогично оценивается влияние остальных параметров на эффективность процесса сушки.

В четвертой главе для исследования кинетики сушки гречихи

была спроектирована и изготовлена экспериментальная сушильная установка с регулируемым закрученным потоком теплоносителя, конструкция которой представлена на рис. 14.

Для исследования и постановки опытов с целью определения оптимального режима сушки было применено центральное композиционное униформ - ротата-бельное планирование и выбран полный факторный эксперимент типа 23.

На основании литературных данных и предварительных экспериментальных исследований из множества факторов, влияющих на процесс сушки, для исследования были выбраны следующие: соотношение диаметров конической части корпуса О/с/, температура Гса теплоносителя, и расход ()7 тангенциально подводимого потока теплоносителя. От этих параметров зависит не

Т'

Рис. 14. Схема экспериментальной установки: 1 — сменная сушильная камера; 2- завихритель; 3 — удерживающая решетка; 4 - осевой патрубок для подачи сушильного агента; 5 — тангенциальный патрубок для подачи сушильного агента; 6, 8 — калориферы, 7, 9 - вентиляторы; 10 — щит управления; 11, 12- частотные преобразователи для регулирования подачи вентиляторов; 13 -электрический счетчик, 14, 15 - регуляторы температуры в калориферах, 16 - дифференциальный манометр

Рис 15. Кривые сушки и скорости сушки гречихи: 1 - Ш=0.5, Та=358 К, С?т =31 ,и3 / ч

2 - й/</=0.33, Г„=358 К, От =31 л<3 / ч

3 - »«=0.17. П,=358 К, £>т =31 м* / ч

только скорость сушки, но и качество высушиваемого материала. Изучая их взаимное влияние на процесс, можно выявить оптимальный режим сушки и оптимальную конструкцию камеры.

Влияние отношения -- % О/с] сушильной камеры на кинетику сушки гречихи в сушилке с закрученными потоками теплоносителя представлено на рис. 15.

Полученные кривые свидетельствуют о том, что соотношение диаметров конической части корпуса в сушилке с закрученными потоками оказывает существенное влияние на скорость сушки гречихи. Анализ графиков показывает, что в начале процесса, когда влажность материала уменьшается по кривой, имеет место кратковременная стадия прогрева материала.

Влияние температуры теплоносителя на кинетику сушки гречихи в сушилке с закрученными потоками теплоносителя представлено на рис. 16.

Полученные кривые свидетельствуют о том, что температура теплоносителя является одним из наиболее существенных факторов, влияющим на скорость сушки. Следует отметить, что температура теплоносителя оказывает влияние на соотношения периодов постоянной и убывающей скоростей сушки. С повышением температуры наблюдается снижение критиче-

Рис 16. Кривые сушки и скорости сушки гречихи:

1 - £>/с/=0.5, 7^=358 К, Ох =31 м3 / ч

2 - £>/«=0.33, Ги=358 К, Ох =31 мъ / ч

3 - 0/<М>. 17, 7^=358 К, От =31 л/3 / ч

ской влажности. Это объясняется тем, что увеличение температуры интенсифицирует внутреннюю диффузию влаги, а также увеличением доли связанной влаги, испарение которой происходит в первый период сушки.

Из рисунка 16 видно, что наибольшая часть влаги удаляется в период постоянной скорости сушки. Это объясняется тем, что гречиха содержит большое количество осмотической и адсорбционно-связанной влаги. Наличие периода постоянной скорости сушки говорит о том, что интенсивность диффузии влаги превышает интенсивность влагообмена.

Влияние тангенциального расхода теплоносителя на кинетику сушки гречихи в сушилке с закрученными потоками теплоносителя представлено на рис. 17.

Из графика видно, что величина тангенциального расхода теплоносителя в незначительной степени влияет на изменение скорости влагоудаления по отношению к другим факторам.

Установлено, что скорость сушки гречихи в начале процесса резко увеличивается, (период прогрева), достигает максимального значения и остается постоянной (первый период). Когда влажность продукта достигнет первой критической точки, скорость сушки уменьшается по кривой, обращенной выпуклостью к оси ординат. Для такой формы кривой первая ее часть (читая график, справа налево) соответствует перемещению капиллярной влаги при решающем влиянии коэффициента диффузии, а вторая часть - адсорбционно-

связанной. Вторая критическая точка (точка перегиба кривой скорости сушки) соответствует границе адсорбционной и капиллярной влаги.

В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя:

V/

15 16

%

/

/

1

0,6 Ж.

11.3 ¿т

Рис 17. Кривые сушки и скорости сушки гречихи:

1 - 0/(1=0.33, Ги=358 К, От =4 мъ / ч

2 - Ш/=0.33, 7^=358 К, От. =31 м3 / ч

3 - £>/</=0.33, 7^=358 К, Ох =110 V / ч

у, = 2,6-0,11*, - 0,09л:2 —0,03*3 -0,04Х!2 -0,06*22 -0,03 *32 --0,06 х1х2 -0,03 х\х3 -0,08 *2*3; у2 = 15,27 + 0,28*, +0,75^+0,97*3 -0,68*,2 -0,28 *22 -

(И)

(12)

-0,36 *3 +0,27 ххх2 +0,11 *!*3 + 0,37 *2*3.

Выбор критериев оценки у обусловлен их наибольшей значимостью для процесса сушки. Так у1 — удельные энергозатраты на килограмм испаренной влаги - определяют энергоемкость процесса и являются одним из важных показателей, оценивающий его энергетическую эффективность, (кВт ч)/кгм; уг - напряжение объема сушильной камеры по испаренной влаге — определяет производительность процесса, и напрямую связана с его скоростью, кгвл/(м3 ч).

Анализ уравнений регрессии (11), (12) позволил выделить факторы, оказывающие наибольшее влияние на процесс сушки. Так и на удельные энергозатраты и на напряжение сушильной камеры по испаренной влаге наибольшее влияние оказывает соотношение диаметров конической части сушильной установки и температура теплоносителя.

Рис. 18. Номограммы для определения удельных энергозатрат^ и напряжения объема сушильной камеры по испаренной влаге уг. а) при ¿/О = 0.33; б) при Т = 358 К; в) при 0, =31

По регрессионным моделям (11), (12) были построены инженерные номограммы для определения режимных параметров процесса (рис. 18), а также поставлена и решена задача оптимизации, которая была сформулирована следующим образом: найти такие режимы работы сушильной установки, которые бы в широком диапазоне изменения входных параметров обеспечивали минимум удельных энергозатрат на испарение из продукта одного килограмма влаги и максимальное напряжение объема сушильной камеры по испаренной влаге. Поиск рациональных режимов процесса показал, что для выход-

ных параметров в качестве рациональных должны быть приняты следующие интервалы значений: соотношение диаметров конической части с1/В = 0,2...0,34; температура сушильного агента Т = 358...373 К; количество подводимого теплоносителя через тангенциальный патрубок = 25,5...57,0. м3 ч

В пятой главе на основании теоретических и экспериментальных исследований разработано оригинальное машинное оформление линии по переработке гречихи с использованием аппарата с закрученным потоком теплоносителя (рис. 19).

Предложены конструкции перспективных высокоинтенсивных сушильных установок (рис. 20) с закрученным потоком теплоносителя.

С целью повышения эффективности процесса сушки и обеспечения энерго- и ресурсосбережения разработаны способы автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов с рециркуляцией теплоносителя (рис. 21) в аппаратах с активной гидродинамикой.

Рис. 19. Машинная технология переработки гречихи

Рис. 20. Сушилка с регулируемым закрученным потоком теплоносителя

1 — сушильная камера

2 - окно

3. - патрубок

4 - загрузочный лоток

5 - крышка

6 - патрубок для ввода осевого потока теплоносителя

7 — завихритель

8 — патрубок для тангенциального ввода теплоносителя

9 - удерживающая решетка

10 - траектория движения сушильного агента и продукта в камере

Рис. 21. Способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов с рециркуляцией теплоносителя в аппаратах с активной гидродинамикой

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Исследовано влияние влажности гречихи на ее физико-механические, теплофизические и гигротермические свойства, определены энергетические формы связи влаги с материалом.

2. Предложено математическое описание процесса сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя.

3. Изучены механизм и основные кинетические закономерности процесса сушки гречихи, в результате чего обоснован выбор технологических режимов проведения процесса сушки гречихи в аппарате с закрученными потоками теплоносителя.

4. В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии характеризующие производительность и удельные энергозатраты при сушке гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя.

5. Поиск рациональных режимов процесса показал, что для выходных параметров в качестве рациональных должны быть приняты следующие интервалы значений: соотношение диаметров конической части (¡/Б = 0,2...0,34; температура сушильного агента Т = 358...373 К; количество подводимого теплоносителя через тангенциальный патрубок (2Т = 25.5...57 м3/ч

6. Разработана линия комплексной переработки гречихи.

7. Разработаны оригинальные конструкции высокоинтенсивных сушильных установок с закрученным потоком теплоносителя.

8. Предложены способы автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в вихревом режиме, во взвешенно-закрученном слое и способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов с рециркуляцией теплоносителя в аппаратах с активной гидродинамикой.

9. Проведены промышленные испытания. Определена экономическая эффективность сушки гречихи в аппаратах с закрученным потоком теплоносителя.

Условные обозначения

с - удельная теплоемкость, Дж/(ю~ К); Т , I - температура, К; ЧУ - влажность по сухим веществам, %; а - коэффициент температуропроводности, м2/с; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); расход осевого потока теплоносителя, кг/с; Ог„ - расход тангенциального потока теплоносителя, кг/с; Ова1 - общий расход теплоносителя, кг/с; Я - угловая скорость вращения осевого потока теплоносителя

рад/с, Пго - угловая скорость вращения тангециального потока теплоносителя рад/с, и — скорость теплоносителя м/с; тч - масса частицы кг, - сила аэродинамического сопротивления, Н; - центробежная сила; г -время, с; Св - коэффициент аэродинамического сопротивления частицы, - скорость воздуха относительно частицы, - площадь миделева сечения частицы., - коэффициент теплопроводности воздуха, £) - коэффициент диффузии водяного пара в воздухе, ам - коэффициент диффузии влаги в материале; 5 - относительный коэффициент термодиффузии; г ь - теплота конденсации пара; е = - относительный коэффициент диффузии пара; - коэффициент диффузии пара в материале; ад - коэффициент температуропроводности материала; 1/1 - влагосодержание; г - температура, Рг -число Прандтля для воздуха; БЬ - число Шмидта; № - число Нуссельта; Ыии -число Нуссельта для массообмена

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Исследование кинетики сушки гречихи в сушилке с закрученными потоками теплоносителя [Текст] / С. Т. Антипов, A.B. Журавлев, А. В. Бородкина, А. Ю. Баранов// Научно - теоретический журнал «Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий», Сер. : Процессы и аппараты пищевых производств. - 2014. - № 1. - С. 26-30

2. Разработка высокоинтенсивной сушилки с регулируемым закрученным потоком теплоносителя Текст] / С. Т. Антипов, A.B. Журавлев, А. В. Бородкина, А. Ю. Баранов // Научно -теоретический журнал «Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий», Сер. : Процессы и аппараты пищевых производств. - 2013. - № 4. - С. 47-49

3. Исследование форм связи влаги гречихи методом термического анализа [Текст] / С. Т. Антипов, A.B. Журавлев, А. В. Бородкина, А. Ю. Баранов // Научно - теоретический журнал «Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий», Сер. : Процессы и аппараты пищевых производств. - 2013. -№ 2. - С. 25-28.

4. Сушка малоценных продуктов разделки рыб при производстве сухих основ для бульонов, супов и соусов быстрого приготовления[Текст] / JI.B Антипова, Ю Н. Воронцова, А Ю. Баранов, Е. В. Буданцев // Научно - теоретический журнал «Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий», Сер. : Процессы и аппараты пищевых производств. - 2012. -№ 3. - С. 12-15

5. Исследование форм связи влаги в семенах амаранта сорта Ультра методом дифференциально-термического анализа [Текст] /С.Т. Антипов, A.B. Журавлев, И В. Кузнецова, И М. Черноусое, А.Ю. Баранов//Хранение и переработка сельхозсырья. 2010. № 8. С. 40-41.

Патенты

6. Патент на изобретение №2335717 Российская Федерация, МПК7 F 26 В 25/22. Способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в вихревом режиме [Текст] / Антипов С. Т., Журавлев A.B., Черноусов И. М., Баранов А. Ю.,; заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. технол. акад. - № 2007113076/06; заявл. 10.04.2007; опубл. 10.10.2008, Бюл. №28.

7. Патент па изобретение №2340853 Российская Федерация, МПК7 F 26 В 25/22. Способ автоматического управления процессом сушки полидисперсных материалов во взвешенно-закрученном слое [Текст] / Антипов С. Т., Журавлев A.B., Черноусое И. М., Баранов А. Ю.,; заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. технол. акад. - № 2007113078/06, заявл. 10.04.2007; опубл. 10.12.2008, Бюл. № 34

8. Патент на изобретение №2350866 Российская Федерация, МПК7 F 26 В 25/22. Способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов с рециркуляцией теплоносителя в аппаратах с активной гидродинамикой [Текст] / Антипов С. Т., Журавлевм, Черноусое И. М., Баранов А. Ю. Журавлев В.В; заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. технол. акад. - 2007149211/06; заявл. 10.12.2008; опубл. 27.03.2009, Бюл. № 32

9. Патент на изобретение №2362102 Российская Федерация, МПК7 F 26 В 17/10. Сушилка с активным гидродинамическим режимом [Текст] / Антипов С. Т., Журавлев A.B., Черноусое И. М., Баранов А. Ю.; заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. технол. акад. -2008109396/06; заявл. 11.03.2008; опубл. 20.07.2009, Бюл. № 20

10. Патент на изобретение №2425311 Российская Федерация, МПК7 F 26 В 17/10. Вихревая сушильная камера для сушки дисперсного материала в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом [Текст] / Антипов С. Т., Журавлев A.B., Казарцез Д А., Бунин Е С., Баранов А. Ю.; Юрова И.С. заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. технол. акад. -2010115946/06; заявл. 21.01.2010; опубл. 27.07.2011, Бюл. № 21

И. Патент на изобретение №2480693 Российская Федерация, МПК7 F 26 В 17/10. Сушилка с регулируемым закрученным потоком теплоносителя [Текст] / Антипов С. Т., Журавлев A.B., Казарцев Д А., Баранов А. Ю.;. заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. технол. акад. -2011113204/06; заявл. 05.04.2011; опубл. 27.04.2013, Бюл. №21

12. Антппов, С. Т. Способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов [Текст] / A.B. Журавлев, И М. Черноусов, А.Ю. Баранов // Научно - теоретический журнал «Вестник Воронежской государственной технологической академии», Сер. : Процессы и аппараты пищевых производств. - 2008. - № 1. - С. 50-53.

13. Журавлев, A.B. Пути повышения эффективности гидродинамической обстановки в аппаратах со взвешенном слое [Текст] / A.B. Журавлев, И. М. Черноусов, А.Ю. Баранов// Материалы XLVI отчетной научной конференции за 2008 год: В 3 ч. Ч. 2 / Воронеж, гос. технол. акад-Воронеж : ВГТА, 2008. - С. 75-78.

14. Антонов, С Т. Способ сушки семян гречихи в активном гидродинамическом режиме [Текст] / C.T. Антипов, A.B. Журавлев, АЮ. Баранов// Материалы XLIX отчетной научной конференции за 2010 год: В 3 ч. Ч. 2 /Воронеж, гос. технол. акад.-Воронеж : ВГТА, 2011. - С. 24.

15. Антипов, С Т. Разработка высокоинтенсивной мобильной сушильной установки [Текст] / С. Т. Антипов, A.B. Журавлев, А. Ю. Баранов, И.С. Терехин// Международная научно-техническая конференция (заочная) «Инновационные технологам в пищевой промышленности: наука, образование и производство»/ Воронеж, гос. универ. инж. технол. - Воронеж : ВГУИТ,

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВПО «ВГУИТ») Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес университета и отдела полиграфии: 394036, г. Воронеж, пр. Революции, 19

Статьи и тезисы

2013. С. - 895.

Подписано в печать 30.04.2014 г. Формат 60 х 84 1/16 Усл. печ. л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ № 84

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

04201459990

На правах рукописи

БАРАНОВ АНТОН ЮРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СПОСОБА СУШКИ ГРЕЧИХИ В АППАРАТЕ С ЗАКРУЧЕННЫМ ПОТОКОМ

ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

05.18.12 - «Процессы и аппараты пищевых производств»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель — заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор АНТИПОВ СЕРГЕЙ ТИХОНОВИЧ

Воронеж - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ......................................................................................................2

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................5

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ, ТЕХНИКИ И

ТЕХНОЛОГИИ СУШКИ ГРЕЧИХИ...............................................8

1.1. Общая характеристика гречихи..............................................................8

1.1.1. Биологические особенности гречихи..............................................8

1.1.2. Основные направления использования гречихи и перспективы ее переработки..........................................................14

1.2. Современные линии по перерабке гречихи.........................................20

1.3. Современные способы и аппараты для сушки зерновых сельскохозяйственных культур.............................................................23

1.4. Обоснование способа сушки гречихи.................................................36

1.5. Способы и аппараты для проведения процесса сушки с закрученным потоком теплоносителя..................................................38

1.6. Математическое описание движения двухфазных потоков в аппаратах с активным гидродинамическим режимом........................47

1.7. Тепло- и массообмен при сушке дисперсныхматериалов в аппаратах со сложным гидродинамическим режимом.......................56

1.8. Основные выводы, постановка цели и задач исследования..............58

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ГРЕЧИХИ КАК ОБЪЕКТА

СУШКИ.................................................................................................60

2.1. Исследование физико-механических свойств гречихи......................60

2.1.1. Определение плотности.................................................................61

2.1.2. Изучение насыпной плотности......................................................63

2.1.3. Определение коэффициента плотности укладки.........................64

2.1.4. Исследование порозности слоя.....................................................64

2.1.5. Определение углов естественного откоса....................................65

2.1.6. Гранулометрический состав гречихи............................................67

2.2. Исследование теплофизических характеристик гречихи..................69

2.3. Исследование гигротермических свойств гречихи............................78

2.3.1. Дифференциально-термический анализ.......................................79

2.3.2. Изучение изотерм сорбции - десорбции гречихи........................82

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЕЧСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ГРЕЧИХИ В АППАРАТЕ С ЗАКРУЧЕННЫМ ПОТОКОМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ....................................................85

3.1. Постановка задачи..................................................................................85

3.2. Движение воздуха в сушильной камере..............................................86

3.3. Движение частицы в сушильной камере.............................................88

3.4. Моделирование тепломасообмена в процессе сушки частицы........90

3.5. Алгоритм численного моделированияпроцесса сушки частицы гречихи.....................................................................................................92

3.5.1. Алгоритм численного моделирования процесса движения частицы в сушильной камере........................................................92

3.5.2. Алгоритм численного моделирования тепломассообмена при сушке частицы гречихи..................................................................94

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ ГРЕЧИХИ В АППАРАТЕ С ЗАКРУЧЕННЫМ ПОТОКОМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ..................................................109

4.1. Описание экспериментальной установки и методика проведения эксперимента.........................................................................................109

4.2. Математическое планирование и обработка результатов эксперимента.........................................................................................113

4.2.1. Обоснование выбора и пределов изменениявходных факторов.........................................................................................114

4.2.2. Анализ регрессионных моделей..................................................116

4.3. Исследование влияния основных факторов на кинетику процесса сушки гречихи в аппарате с закрученным потоком теплоносителя 118

4.3.1. Исследование зависимости кинетики сушки от соотношения

диаметров конической части сушильной камеры сШ.............119

4.3.2. Исследование зависимости кинетики сушки от температуры теплоносителя................................................................................120

4.3.3. Исследование зависимости кинетики сушки от расхода осевого потока теплоносителя.....................................................121

4.4. Многофакторный статистический анализ процесса сушки

гречихи...................................................................................................122

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

НАУЧНЫХ И ПРОЕКТНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ.....138

5.1. Организация машинной технологии переработки гречихи.............138

5.2. Разработка перспективных высокоинтенсивных сушильных установок с закрученным потоком теплоносителя...........................143

5.2.1. Сушилка с регулируемым закрученным потоком теплоносителя................................................................................143

5.2.2. Сушилка со взвешенно-закрученным слоем..............................147

5.3. Повышение эффективности сушки в закрученном потоке теплоносителя........................................................................................152

5.3.1. Способ автоматического управления процессом сушки с регулируемым закрученным потоком теплоносителя..............152

5.3.2. Способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов с рециркуляцией теплоносителя в аппаратах с активной гидродинамикой......................................157

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.................................................164

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..........................................................165

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................179

ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных направлений технического прогресса во всех без исключения отраслях промышленности является совершенствование технологических процессов путем повышения их эффективности.

Гречиха одна из наиболее важных сельскохозяйственных культур, являющаяся незаменимым продуктом питания. Гречневая крупа имеет высокие вкусовые качества, питательна, хорошо усваивается. Гречневую крупу относят к числу лучших диетических продуктов. Кроме того, гречиха является хорошим медоносом, а высокая усвояющая способность ее корневой системы способствует повышению плодородия почвы.

Зерно гречихи отличается высоким содержанием незаменимых аминокислот. Под одной из важнейших незаменимых аминокислот - лизину - зерно гречихи превосходит зерно проса, пшеницы, ржи, риса и приближается к соевым бобам. По содержанию треонина зерно гречихи превосходит зерно проса, пшеницы и ржи, а по содержанию валина уступает лишь рису.

По содержанию валина зерно гречихи может быть приравнено к молоку, по лейцину - к говядине, фенилаанину - к молоку и говядине. По содержанию триптофана зерно гречихи не уступает продуктам животного происхождения.

Белки зерна гречихи хорошо сбалансированы по содержанию незаменимых аминокислот. Исключение составляют изолейцин и особенно серосодержащие аминокислоты, которых недостаточно в белках зерна гречихи.

Сушка зерна гречихи является одной из важнейших стадий подготовки данного сырья к последующему процессу его переработки. От режима сушки зависят пищевая ценность и качественные показатели готовой продукции, являющиеся результатом структурно-механических, биологических и физико-механических преобразований веществ. Технологические режимы сушки зерна гречихи зависят от содержания в них воды и оказывают существенное влияние на изменение углеводов, денатурацию белка, окисления липидов, изменения витаминов и органических кислот.

По данным Росстата в России посевные площади гречихи составляют 1,2 млн Га (из них около 50 тыс Га в Воронежской области). Валовый сбор гречихив Российской Федерации 8 млн тонн (В Воронежской области - 300 тысяч тонн). Доля малых и фермерских хозяйств среди всех хозяйств выращивающих гречиху с каждым годом увеличивается на 3...5 % и уже составляет порядка 30 %.

Посевные площади гречихи п Российской Федерации, тыс. I а

Валовый сбор, тыс тон

ПК,

im low «х-wo wo loo

I II

wo>K 10 400,00 $№.00 ьмоло ^ 000-00

II II

I Ii 1.

200* 2005 X«* 200- XK*> 2 № 2010 2011 »012 2013 ■ Bctro ■ Фермерам r. ;*¿cibj

04 2Ш -Чйб У«С" 2'УЛ УУ*

■ • .

Рис. 1. Валовый сбор и посевные площади гречихи в Российской Федерации

Сушка гречихи осуществляется в настоящее время в сушильных установках для зерновых культур (шахтные, барабанные и пр.) характеризуется низкой эффективностью из-за невозможности обеспечения постоянного полного контакта поверхности гречихи с теплоносителем.

В теорию сушки дисперсных материалов значительный вклад внес-ли такие отечественные и зарубежные ученые как A.C. Гинзбург, В.И. Муштаев, Б.С. Сажин, П.А. Ребиндер, П.Г. Романков, В.И. Попов, И.Т. Кретов, С.Т. Антипов, К.Г. Филоненко, А.Н. Остриков, В.М. Ульянов, Б.И. Леончик, В.Е. Куцакова, М.А. Гришин, О. Кришер и многие другие

При рассмотрении основных направлений совершенствования процесса сушки дисперсных продуктов, нами был сделан вывод о том, что качественная и эффективная сушка гречихи может быть реализована только при использовании аппаратов с использованием активного гидродинамического режима, существующего в аппаратах с закрученным потоком теплоносителя.

Работа выполнена в соответствии с планом ПИР кафедры машин и аппаратов пищевых производств ВГУИТ на 2011-2015 гг. «Адаптация пищевых

машинных технологий к тепло- и массообменным процессам на основе диагностики техники и технологии пищевых производств» (№ госрегистрации 01201253880), и в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (Государственный контракт № П2608 «Разработка ресурсосберегающей техники и технологии сушки сельскохозяйственных дисперсных продуктов во взве-шенно-закрученном потоке теплоносителя»)

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ, ТЕХНИКИ И

ТЕХНОЛОГИИ СУШКИ ГРЕЧИХИ

1.1. Общая характеристика гречихи 1.1.1. Биологические особенности гречихи

Гречиха одна из наиболее важных сельскохозяйственных культур, являющаяся незаменимым продуктом питания. Гречневая крупа имеет высокие вкусовые качества, питательна и хорошо переварима, ее относят к числу лучших диетических продуктов. Кроме того, гречиха является хорошим медоносом, а высокая усвояющая способность ее корневой системы способствует повышению плодородия почвы.

Род гречиха представлен тремя самостоятельными видами: гречиха посевная, гречиха татарская, гречиха полузонтичная. Все сорта гречихи в России относятся к одному и тому же виду - Fagopyrumesculentum. Гречиху выращивают практически на всей территории страны - от западных до восточных границ.

Род FagopyrumMill прошел длительный путь исторического развития. Представляющие его виды и разновидности отличаются по морфологическим признакам, биологическим свойствам и хозяйственной ценности. Наиболее хорошо известным как важная продовольственная культура и широко возделываемым во многих странах мира и у нас является вид F. esculentumMoensch. -гречиха посевная или обыкновенная. Это однолетнее растение высотой 50... 150 см. Стебель ветвистый, полый, цилиндрический, коленчатый, красновато-зеленой окраски, в междоузлиях пустой. Листья сердцевидно-треугольные или стреловидные, нижние - длинночерешковые, а верхние - почти сидячие. Листья имеют прилистники в виде перепончатых раструбов, которые расположены на длинных пазушных цветоносах, собраны в кисти и щитки. Околоцветник пяти раздельный, белый, бледно-розовый,

8

розовый или красный. Тычинок восемь, чередующихся с восемью нектарниками, пестик один трехстолбчатый. Цветки генеростильные.

Вегетационный период гречихи посевной, или съедобной (F.sagiltatwn, или Р. еБ^ёепШш длится от 60 до 120 суток. Цветение очень растянуто и продолжается 25...40 суток. Солома гречихи, которая составляет 42...62% от массы всего растения, как правило, остается на полях или сжигается. По своим пи-

шшшр*' \-\yfv пригоднадля корма животных.

В1 % ^Сгу^^^ЯцАр^ Плоды - трехгранные

У^^^мГ^МСЗ орешки с гладкими гранями и

> цельными ребрами, коричне-

вой, черной или серой окраски

Рис. 1.1. Гречиха посевная (рис. 1.1).

Иногда встречаются

зерна двух- и четырехгранные. Снаружи зерно покрыто голубой плодовой оболочкой (20...25 %), неплотно охватывающей ядро. Плодовая оболочка срастается с ядром лишь в одной точке - середине основания ядра - и легко отделима от него. Ядро (70...80 %) также трехгранной формы, снаружи покрыто тонкими семенными оболочками (1,5...22 %), за которыми расположен алейроновый слой (3,0...5,0 %).Внутри эндосперма, с небольшим выхо-

9

щевым качествам она мало

дом к поверхности, находится сильно развитый зародыш (15...20 %). Часть зародыша расположена на поверхности семени под оболочками, а большая, имеющая S-образную форму, в середине эндосперма.

Вес, размеры и форма зерна гречихи колеблются в довольно широких пределах и являются важными признаками, характеризующими технологические свойства этой культуры. Технологические свойства гречихи - ее способность давать больший или меньший выход крупы - ядрицы - обусловлены сложным взаимодействием различных факторов, из которых наибольшее значение имеет крупность плодов. Объемный вес гречихи - ее натура - колеблется в пределах 550 - 690 г.

В семенах гречихи содержится белка 8... 16 % (в среднем - 11,1 %). По частям зерна гречихи белок распределен так (%): ядро с зародышем 13,5... 15,0; зародыш 40...49,5; плодовая оболочка 3,0...5,0. Азот небелковый азотистых веществ составляет в среднем 6 % от общего количества азота зерна гречихи (3,9... 16,8 %). Фракционированный состав белков зерна гречихи представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Количество азота белковых фракций зерна гречихи, % от общего азота сухих семян

Показатели Общий азот Альбумины Глобулины Проламины Глютелины Всего из-влеченно

Гречиха 2,2-2,3 21,7-23,3 42,6-45,0 1,1-1,2 10,5-12,3 79,0-82,3

Для зерна гречихи характерно почти полное отсутствие проламирован-ных белков (0,8... 1,2 %), преобладание над всеми фракциями (глобулинов (42,6...45,0 %) и содержание значительного количества водорастворимых белков (18,2...23,3 %). Во фракционном составе белков диплоидного и тет-раплоидного зерна гречихи существенных различий нет.

Зерно гречихи отличается высоким содержанием незаменимых аминокислот. Под одной из важнейших незаменимых аминокислот - лизину - зерно

гречихи превосходит зерно проса, пшеницы, ржи, риса и приближается к соевым бобам. По содержанию треонина зерно гречихи превосходит зерно проса, пшеницы и ржи, а по содержанию валина уступает лишь рису.

По содержанию валина зерно гречихи может быть приравнено к молоку, по лейцину - к говядине, фенилаанину - к молоку и говядине. По содержанию триптофана зерно гречихи не уступает продуктам животного происхождения.

Исключение составляют изолейцин и особенно серосодержащие аминокислоты, которых недостаточно в белках зерна гречихи.

Аминокислотный состав белков зерна гречихи представлен в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Аминокислотный состав белков зерна гречихи

(% от общего содержания белка)

Наименование Колебания Среднее содержание Наименование Колебания Среднее содержание

Лизин 3,79-8,0 6,31 Алании 3,37-6,50 5,26

Гистидин 1,74-3,50 2,58 Цистин 2,0-2,7 2,23

Аргинин 9,15-28,4 12,17 Валин 3,37-6,25 4,77

Аспарогиновая кислота 6,0-11,80 8,67 Метионин 0,63-2,60 1,49

Изолейцин 3,54-6,70 4,67

Треонин 2,10-3,85 3,21 Лейцин 3,35-7,93 6,26

Серин 2,0-6,67 4,22 Тирозин 1,76-3,48 2,66

Глютаминовая кислота 7,0-20,97 14,42 Фенилаланин 3,4-4,96 4,13

Пролин 2,89-4,54 3,70 Триптофан 1,42-2,70 2,16

Глицин 4,65-8,76 6,74 Сумма незаменимых аминокислот 32,1-41,2 34,8

Белковые вещества гречихи не способны формировать клейковину и в смеси с белками злаков не принимают участия в ее образовании. Мука из гречихи поэтому резко отличается по своим технологическим свойствам от муки пшеницы и используется для производства изделий, не требующих высокой газоудерживающей способности.

Подчеркивая высокий биологический уровень белковых веществ (более 90 %), ряд авторов (в часности, 1.Кгей, ВЛауогшк, В.О. отмечает от-

рицательное влияние клетчатки и дубильных веществ - танинов - на их усвояемость (менее 80 %).

Общее количества жира в зерне гречихи составляет 1,8...3,9 %, при этом по частям гречихи жир распределяется следующим образом (%): плодовая оболочка 0,5... 1,3; ядро 2,2...3,0; семенная оболочка 1,6...2,4; эндосперм 0,5...0,7; зародыш 10...22.

Существенные различия в относительном содержании свободных, связанных и прочносвязанных липидов объясняются их различной ролью в процессах жизнедеятельности. Свободные липиды - это в основном запасные липиды, связанные - структурные. Поэтому количественная характеристика липидов зерновых культур без учета связанных форм является совершенно недостаточной (табл. 1.3).

Свободные липиды представляют только часть общего количества липидов, хотя и значительную (73 %). Второй по значению группой являются связанные липиды (21,5 %). Относительное содержание прочносвязанных липидов (5,5 %) в г�