szárítási műveletek végrehajtása

 

A szárítás elmélete

A szárítási műveletek végrehajtása során az anyagban fizikai és biokémiai állapotváltozások jönnek létre, amelyek alkalmassá teszik a tartós tárolásra vagy a feldolgozásra. A fizikai állapotváltozások közül a legfontosabb a nedvességtartalom csökkenése és a nedvességeloszlás megváltozása. A biokémiai állapotváltozások jelentősége a felhasználási érték javulásában és az anyag egyes kémiai alkotói minőségének javulásában foglalható össze.

A szárítás minőségjavító művelet, az anyag megmunkálása nélkül. A fizikai állapotváltozások eredményeként csökkenő nedvességtartalom a gabonafélék és az egyéb mezőgazdasági termények tartós tárolásának nélkülözhetetlen feltétele. A szárítás gazdasági jelentősége elsődlegesen ebben jelenik meg, mert ezzel a tevékenységgel a termények hosszú időn át eltarthatók romlás nélkül. Ez igen lényeges, mert a betakarítás és a felhasználás időpontja nem esik egybe.

A gabona anyagi tulajdonságai és a szárítás

A gabona élő anyag, melyben az életfolyamatok a termőtesttől való elválasztás után is továbbra sem szakadnak meg .
A kémiai és biológiai folyamatok mellett jelentős a mikroorganizmusok tevékenysége is. A gabona esetében a mikroorganizmusok közül döntően a penészekről van szó. A penészek nélkülözhetetlen életfeltétele – a kedvező hőmérséklet mellett – a megfelelő víztartalom.

Víz hatására a kis molekulasúlyú részek feloldódnak, és ekkor már nem vízről, hanem valamilyen oldatról van szó. Ennek az a következménye, hogy a gabonaszem belsejében kialakult oldat nyomás hatására a magbelsőben vándorol, s pl. a környező levegőből víz hatol be a gabonaszem belsejébe; a gabonaszem nedvességtartama emelkedik. Ezt a jelenséget higroszkóposságnak nevezik.

A higroszkóposság a gabonának az a tulajdonsága, hogy bizonyos körülmények között környezetéből vizet vesz fel, vagy más körülmények – pl. meleg – hatására vizet képes környezetének leadni. A higroszkóposság miatt a gabona és a környezetében levő levegő egymással kölcsönhatásban van. Ennek mértékére hat a levegő relatív páratartalma, hőmérséklete valamint a gabona víztartalma és hőmérséklete.

A relatív páratartalom a levegőben jelenlevő tényleges vízgőz mennyiségének és adott hőfokon a maximálisan lehetséges vízgőz mennyiségének viszonyát fejezi ki. A relatív páratartalom tehát azt jelenti, hogy a vizsgált hőfokon hány százalék nedvesség van jelen a levegőben, a telítettséghez viszonyítva. Ezért a relatív páratartalmat mindig százalékban adják meg.

Adott hőmérsékleten a gabonával és a levegővel egyensúlyban levő páratartalom az egyensúlyi páratartalom, az ehhez tartozó gabona nedvességtartalma pedig az egyensúlyi nedvességtartalom.
A gabona adott páratartalmú és hőmérsékletű levegővel érintkezve – higroszkópos tulajdonsága miatt – bizonyos idő után – a levegő páratartalmától függően – vizet ad le, tehát szárad vagy vizet vesz fel, tehát nedvességtartalma emelkedik.

Ha a környezet levegőjének páratartalma és a gabona nedvességtartalma nincs egyensúlyban, akkor valamilyen irányban megindul a víz vándorlása. Vagy a gabona veszi fel a vizet vagy az ad át nedvességet a környezetének – azaz nedvességvándorlás jön létre.

A hőmérséklet-változás hatására kialakuló nedvességvándorlás különösen jelentős a szárítás műveletében. A szárítás leggyakrabban hőközléssel megy végbe. A folyamat megindulásakor először a szem külső felülete melegszik fel. A héjrészek hőmérséklete ekkor magasabb, mint a magbelsőé. A hőmérséklet-különbség hatására megindul a víz vándorlása a szem belsejébe. A szárítás kezdeti szakaszában a szem belső részei tehát nedvesebbek, mint a külső rész. A tulajdonképpeni szárítási szakaszban a gabonaszem hőmérséklete már teljes keresztmetszetében azonos.

Ebben az állapotában érkezik a hűtéshez. A hideg levegő hatására először a szem külső része hűl le. A nedvesség – az ismételt hőmérséklet-különbség hatására – ekkor a magbelsőből – a magasabb hőmérsékletű helyről – vándorol a szem külső részébe. Ez a nedvességvándorlás addig tart, amíg a szem belső részének a hőmérséklete nem lesz azonos a héj hőmérsékletével. Ekkor a nedvességeloszlás ismét a biológiai szerkezetnek felel meg.
A hőközléses szárítás folyamatában a gabona felmelegszik. Ezért ismerni kell a gabona összetételét, és annak viselkedését a szárítás hőmérsékletén.
A gabonaszem kémiai összetevői a következők: szénhidrátok, fehérjék, zsírok, ásványi anyagok, vitaminok, enzimek és a víz.

A szénhidrátok

A gabonaszem kémiai összetevői közül a szénhidrátok mennyisége a legnagyobb. Arányuk a szem teljes tömegéhez viszonyítva 65-70% között van. Ide sorolják a keményítőt, a cukrokat, a héjat alkotó cellulózt. A keményítőnek és a cukornak mint energiahordozónak táplálkozástani szempontból jelentős szerepük van.

A szénhidrátok közül a hő okozta elváltozás elsősorban a cukrokat érinti. A cukrok aránylag alacsony hőmérsékleten pörkölődnek, karamelizálódnak. A pörkölt cukor jellegzetes szaga és íze érezhető a magas hőmérsékleten szárított búza esetében is. Idegen íz, szag és szín nem engedhető meg, mert ezek a késztermékeken – liszt, kenyér, stb. – is érezhetők.

A fehérjék

Az élővilág legfontosabb vegyületei közé tartoznak. Mint tápanyagok, az emberi szervezet számára nélkülözhetetlenek. Jellemző a fehérjékre a 15-17% közötti nitrogéntartalom, amely kémiai meghatározásuknak is alapja. Kémiai szempontból rendkívül bonyolult, és szerkezeti felépítésüket tekintve még ma sem teljesen tisztázott vegyületek. A gabonák fehérjéi között a legfontosabb a sikérképző gliadin és a glutenin. A fehérjék átlagos mennyisége a gabonában 8-16%.
A fehérjékre jellemző a nagy hőérzékenység. Viszonylag alacsony hőmérsékleten kicsapódnak, és az eredeti állapotból denaturált állapotba kerülnek. Példa erre a tojásfehérje, amely hő hatására megszilárdul. A kicsapódott fehérje biológiai szempontból már nem egyenrangú az eredeti az eredeti fehérjével. A fehérjék hőérzékenysége a vitaminokkal és enzimekkel kapcsolatban is jelentős.

A zsír

A gabonaszem viszonylag kevés zsírt tartalmaz. Átlagos mennyisége 1,5-2,5%. Ez a mennyiség egyenlőtlenül oszlik meg a szemben. A legtöbb zsír a csírában fordul elő. A csíra nyerszsírtartalma 10-16%. A szem magbelsőjéhez viszonyítva, aránylag magas a héjrészek zsírtartalma is. A csírában levő zsír, a zsírban oldott enzimek és vitaminok szerepe – a fehérjék és a cukrok mellett – a növényi fejlődés szakaszában jelentős. A hőhatás a zsírok esetében általában oxidációban nyilvánul meg. A hőhatás elsősorban a zsírbontó enzimeket károsítja, jelentősen csökkentve a csírázási erélyt. Ennek különösen a vetőmag céljára szánt gabona szárításakor van jelentősége.

Az ásványi anyagok

A gabonaszemben átlagban 1,5-2,2%-ban találhatók. Szárítás szempontjából nincs szerepük. Hőtűrők, ezért a szárítási folyamat alatt nem szenvednek elváltozást.

A vitaminok és az enzimek
A gabonaszem tömegéhez viszonyítva mennyiségük jelentéktelen. Élettani szempontból azonban nélkülözhetetlenek. A vitaminokra és az enzimekre jellemző, hogy egy részük fehérje, más részük fehérjéhez kötődve fordul elő. Hiányuk súlyos, ún. hiánybetegségeket okoz. A vitaminok és az enzimek egyaránt hőérzékenyek. A szárítás során már 45-50 CO feletti hőmérsékleten is erősen károsodnak. Vetőmag céljára szárított gabona esetében ennek nagy a jelentősége, mivel az e célt szolgáló gabonában az enzimek működésére feltétlenül szükség van. Az enzimek működése nélkül a csírázáshoz szükséges lebontási folyamatok nem mehetnek végbe, így a csírázás sem indul meg. Az alacsony szárítási hőmérséklet tehát a vetőmag céljára szárított gabona esetében alapvető jelentőségű.

A víz

A gabonában a víz szabad és kötött víz formájában van jelen. A kötött víz kémiai kötést jelent a különböző vegyületekben. Ez a vízmennyiség csak az anyag szétroncsolásával – pl. elégetéssel vagy egyéb vegyi módszerekkel – távolítható el. A szabad víz az a vízmennyiség, amely a gabonaszem mikro- és makro-kapillárisaiban foglal helyet, és hőközléssel egyszerűen eltávolítható a vegyi alkotók megváltoztatása nélkül. Ez a vízmennyiség jelenti a gabona nedvességtartalmát. A szabad víz mennyisége a gabona higroszkópossága és légzése miatt változat.

Mint minden élő anyag, a gabona is lélegzik. A légzési folyamat a gabona szerves anyagainak csökkenésével jár, melynek során szénhidrát-, oxigén- és hidrogénveszteséggel kell számolni. A légzési folyamat során nitrogén nem használódik el. A légzési folyamat a következő összefoglaló kémiai egyenlettel fejezető ki: C16H12O6+6 O2=6 CO2+6 H2O.

A kémiai egyenletből látható, hogy a gabona légzésekor jelentős mennyiségű széndioxid éa víz keletkezik. A széndioxidon és a vízen kívül a fenti irányban lezajló kémiai folyamat 674 kcal hőfejlődéssel is jár.

Az egyenletből még az is megállapítható, hogy a légzéshez oxigén is szükséges.
A gabona oxigén jelenléte nélkül is lélegzik. Ez a légzés a levegő nélküli, ún. anaerobos légzés. Ez a folyamat lényegében azonos az alkoholos erjedéssel. Különösen nagy nedvességtartalmú gabonák esetén fordul elő az alkoholos erjedés, amikor a légzési folyamat olyan intenzív, hogy a környezetből a szüksége s oxigént a gabonaszem nem tudja felvenni. Ez a romlási folyamat a nagy rétegvastagságban tárolt gabonában figyelhető meg, vagy akkor, ha a gabona nedvességtartalma nagy, illetve nedves a tárolópadozat.

Ekkor a halmaz aljában rendkívül kellemetlen, bűzös, erjedt szag keletkezik, A gabonahalmaz alja környezet levegőjével csak korlátozottan érintkezik. így az intenzív lélegzéshez szükséges oxigén hiányban megindul az alkoholos erjedés.
Az elmúlt években időjárási viszonyok és a egyre nagyobb fajtaválaszték következtében már nem ritka a kukorica esetében a 13-15% betakarítási nedvességtartalom.
Nagyon fontos feltétel a szárítás közbeni anyaghőmérséklete, amely meghatározza a minőséget.

Kukorica esetében a 80 °C a határérték, amely elérése és esetében a károsodással kell számolni( pörkölt szem)

A tárolás és jellemzői

A tárolás célja az állag és érték megőrzése lehetőleg a legkisebb veszteséggel és károsodással, soha nem szabad elfelejteni, hogy a tárolt gabona továbbra is élő szervezet, amely figyelmet és gondoskodást igényel. Az utóbbi évek felépített tárolókra inkább jellemző a mennyiség mint a minőség, a kapacitás maximális kihasználása, minél többet minél magasabbra.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a kukorica biztonságos tárolási rétegvastagsága 2,5 m, a napraforgó esetében 0,9-1 m. A tárolási mennyiség növelése intenzívebb hőképződéssel jár, az egyéb szennyezők por és léha a tárolási veszteségek növekedését és a tárolhatóság időtartamának a csökkenését idézik elő.
A tárolás egyik legfontosabb feltétele a szellőztetés megoldása, melyre néhány adat és példa.

Légcsere-szám. 1 m3 anyaghalmazra vetített légmennyiség ( m3/h), amely meghatározza a tárolás idejét. A légcsere-szám a anyagtól és a technológiától függően széles határok között változhat.

Az állagmegóvó szellőztetés esetében az alkalmazott légcsere-szám 40-60 m3/h, tárolási hőmérséklet 11-12 ° C. Hosszabb idejű tartós tárolás esetében ezek az értékek meghatározzák a tárolási mutatókat. Ha a tárolási hőmérséklet magas, a termények nedvességtartalmának és hőmérsékletének a függvényében, a magasabb relatív páratartalmú levegőt elkell távolítani a tárolótérből. Az egyszeri átszellőztetés ideje a termény rétegvastagságának a függvényében 10-50 óra lehet. A két szellőztetés közötti idő a halmaz nedvességtartalmán kívül a betárolási hőmérsékletnek és a termények sérülésének (törtszem) függvénye.

Az aktív szellőztetés alkalmazása esetén lehetőség nyílik arra, hogy a szokásos 13%, helyett a betárolt termény, elsősorban a nagymennyiségű kukorica tárolási nedvességtartalma 15%. Gondoljunk bele, hogy a több millió tonna kukorica szárítása során a 2% különbség földgáz vagy pb gáz felhasználás esetében, minőség terén mit is jelentene?

Visszatérés a szárításhoz

A tárolás és szárítás minden esetben összefüggő téma, az előző sorokban leírtak visszavittek bennünket a szárításhoz. Jogosan merül fel a kérdés, hogy miért is? Több évtizedes hagyomány Magyarországon kukorica szárítás esetében a 12-13-as szám, a 12%- 13% szárítás utáni nedvességtartalom, ami éppen a tárolás és technológia helytelensége miatt alakult ki.

Az úgynevezett alászárítás az energiafelhasználás mutatóit mennyiben javítaná, nem beszélve a törtszem és por képződés mennyiségének csökkentési lehetőségeiről. A szárítási árak ma Magyarországon 50-80 Ft/ víz % körüli áron mozognak, a szintén víz %-ra eső gázköltség 15-22 Ft, gázfajtától és minőségtől függően, mégis nagyon sok esetben szeretnék az üzemeltetők a gáz költséget akár 1 Ft-al is csökkenteni. Ugyanakkor a tárolás lehetőségeit az energiafelhasználás és minőség javítás területein nem ismerik és nem alkalmazzák. Pontosan itt vannak a lehetőségek a szárítás és tárolás összefüggéseiben, amit soha nem szabad elfelejteni.

Negatív hatások a kukorica tárolás során

Talán még nem merültek feledésbe a 2006. év kukorica szárítási körülményei, magas külső hőmérséklet, alacsony betakarítási nedvességtartalom, magas szárítási hőmérséklet, magas anyaghőmérséklet.

A jellemzően 15-19% nedvességtartalmú kukorica 90-120°C szárítási hőmérsékleten történő szárítása 50-70°C maghőmérsékletet produkált, amelyet a szárítóberendezések a külső 20-25°C+10°-ra voltak képesek lehűteni. A magtárakba vagy silókba a minél többet és minél magasabbra elv érvényesült, a meglepetés a környezeti hőmérséklet csökkenése során következett. Ugyanis intenzív penészedési és csíra képződési folyamat indult el, amelynek okait nagyon sokan nem értették. Szellőztetés vagy forgatás műveleteit a technológia hiányosságok, költségkímélés miatt nagyon kevesen végezték el. Lényegében az okok az előzőekben megtalálhatók. A szárítás és tárolás során minden esetben számolni kell a külső körülményekkel is.

Minőség

A minősítés mutatói kiválóak, de ha aktív szellőztetés is alkalmazásra kerülne a tárolási nedvességtartalom 15% is lehetne. Vajon a 4.000 tonna kukorica szárítása esetében hogyan alakult volna a pb. gáz felhasználás?