2.2. Подготовка зерна к измельчению

Комбинаты хлебопродуктов и мукомольные заводы оборудуются складами и элеваторами для зерна, складами для хранения готовой продукции. При организации технологического процесса широко используется принцип самотека. Зерно, поднятое на верхний этаж механическими нориями и пневматическим транспортом, по распределительным трубопроводам направляется к машинам, расположенным этажами ниже.

Технологический процесс подготовки зерна к измельчению включает очистку зерна от сорных, зерновых и металломагнитных примесей; очистку поверхности зерна; увлажнение и отволаживание.

Исходные партии зерна, несмотря на предварительную очистку в хозяйствах и на хлебоприемных предприятиях, представляют довольно сложную смесь зёрен различных культур и сорных растений, а также примесей минерального и органического происхождения.

Цель механической очистки – наиболее полное выделение зерен основной культуры. Исходную смесь разделяют по разнообразным признакам и свойствам: геометрическим (толщине, ширине, длине, форме поперечного сечения); аэродинамическим (скорости витания); аэрогравитационным (по совокупности свойств в вибропневматических сепараторах); магнитным (отделение металлических примесей); электрическим (электросепарирование).

Используемые для очистки сепараторы могут иметь следующие рабочие органы: сита, ячеистую поверхность, пневмосепарирующие каналы, магниты, электростатические элементы. Каждый из перечисленных органов можно рассматривать отдельно как самостоятельно работающий элементарный сепаратор. Сепараторы условно делят на две группы: простые и сложные. Простые – это такие, у которых смесь разделяется по одному признаку на две фракции (сита, триер, магнитный сепаратор и т.д.). К сложным сепараторам относят, например, зерноочистительный сепаратор, который состоит из 5 – 6 простых.

После сепарирования и выделения из зерновой смеси различных примесей проводится очистка поверхности зерна. Это вызвано тем, что на поверхности отдельных зерен и в бороздке находится значительное количество минеральной пыли и микроорганизмов, которые необходимо удалить, так как, попадая в муку, они ухудшают её качество.

Для очистки поверхности зерна на мукомольных заводах применяют обоечные машины с абразивной поверхностью или со стальным цилиндром, щеточные (сухой способ очистки) и моечные машины (мокрый способ очистки).

В обоечной машине в результате удара зерновки об абразивную поверхность и трения происходит разрушение поверхностного слоя зерна. Его прочность снижается, одновременно нарушаются связи с последующими слоями оболочек. Благодаря многократному механическому воздействию на зерно с его поверхности стирается минеральная пыль, загрязнения, а также частицы плодовых оболочек.

Образовавшаяся в результате механического воздействия на зерно пыль плотно прилегает к поверхности зерна, заполняет неровности, царапины и трещины. Полностью удалить её аспирацией нельзя. Состав и характер пыли на зерновке после обработки существенно изменяется. Пыль, покрывающая зерно до обработки, – минеральная (зольность около 20 %), а после – органического происхождения (зольность около 5 %).

Для отделения отслоившихся частиц оболочек и удаления пыли с поверхности и из бороздки зерна после обработки его на обоечных машинах используют щеточные машины.

Таким образом, при обработке поверхности зерна удаляются верхние наиболее загрязненные оболочки, вместе с ними – минеральная пыль, а также значительное количество бактерий и плесневых грибов. Зольность зерна снижается на 0,10…0,12 %, содержание клетчатки – на 0,92…0,96 %, содержание крахмала и объемная масса повышаются соответственно на 2,44…2,62 % и 56…58 г/л.

Более совершенным способом очистки поверхности зерна от пыли и микроорганизмов является обработка его водой в моечных машинах. Подвергаясь воздействию струй воды, зерно частично увлажняется, поверхность и бороздка очищаются от пыли, выделяются тяжелые и легкие примеси. Однако из-за большого расхода воды моечные машины из технологических схем большинства мукомольных заводов республики исключены и на данном этапе установлены отжимные колонки.

Основной целью гидротермической обработки (ГТО) является изменение исходных технологических свойств зерна в требуемом направлении.

Поступающее в подготовительное отделение зерно обычно имеет невысокую влажность, структурно-механические свойства эндосперма и оболочек различаются незначительно. Вследствие этого разделить их трудно и результаты переработки такого зерна невысокие. При проведении ГТО стремятся снизить прочность эндосперма и повысить прочность оболочек. Чем значительнее будут эти различия, тем выше будет эффективность переработки зерна в муку.

При увлажнении зерна первоначально вода поглощается в количестве 3…5 % плодовыми оболочками, которые имеют большое количество капилляров и пустот, служащих резервуаром для первичного накопления влаги. При полном их насыщении влажность зерна повышается примерно на 4 %. Дальнейшее перемещение воды направлено внутрь эндосперма, но скорость этого переноса низкая. Влага в зерне распределена неравномерно, так как неодинаковы термодинамические характеристики основных анатомических частей зерна. Это, в свою очередь, обусловлено различием их структуры и химического состава. Водосодержание зародыша и поверхностных слоев зерновки значительно выше, чем центральной части. Даже в пределах эндосперма диапазон влагосодержания составляет 14…18 %. В процессе отволаживания содержание влаги в поверхностных слоях зерновки длительное время остается постоянным, в то время как из зародышевой зоны происходит перенос её в эндосперм.

По мере поступления влаги внутрь зерна в нем развиваются различные физико-химические процессы. Следствием их является изменение плотности зерна, его объёма, стекловидности и т.д.

Перенос влаги внутри зерна сопровождается изменением теплофизических, структурно-механических и биохимических свойств. Одновременно происходит изменение энергии связи влаги с веществами зерна, а также изменяются термодинамические параметры. Поглощение воды зерном и связывание её биополимерами сопровождаются выделением теплоты. Поэтому увлажнение зерна при проведении ГТО, даже при комнатной температуре, вызывает повышение температуры зерна.

Воздействие на зерно водой и теплом вызывает изменение его физико-химических свойств, причем степень этих изменений зависит от параметров ГТО и индивидуальных свойств зерна. Направление происходящих изменений таковы, что наблюдается снижение плотности, т.е. происходит разрыхление эндосперма из-за образования в нем микротрещин. Их образование наблюдается только в стекловидном эндосперме зерна, в мучнистом микротрещины не возникают.

Гидротермическую обработку зерна проводят с использованием холодного, горячего и скоростного кондиционирования. Изменить влажность зерна можно путем добавления воды в его массу, посредством мойки в специальных машинах, обработкой зерна паром.

Сущность холодного кондиционирования заключается в увлажнении зерна водой комнатной температуры и последующем отволаживании в течение 3…16 ч. Продолжительность отволаживания зависит от культуры, стекловидности, типа пшеницы и т.д.

При горячем кондиционировании увлажненное зерно перед отволаживанием подвергают тепловой обработке в воздушно-водяных кондиционерах с последующим доувлажнением. Продолжительность отволаживания при горячем кондиционировании сокращается в два раза.

При скоростном кондиционировании зерно кратковременно пропаривают в специальных аппаратах и несколько минут выдерживают в нагретом состоянии в теплоизолированном бункере. При проведении этой операции для нагрева и увлажнения зерна используют насыщенный водяной пар. Благодаря резкому воздействию температур, свойства зерна изменяются быстро и продолжительность отволаживания значительно сокращается.

Общим для всех трех методов ГТО является обязательное доувлажнение зерна на 0,3…0,5 % и кратковременное отволаживание его в течение 20…40 мин непосредственно перед измельчением. Это необходимо для увлажнения поверхностных слоев зерна, благодаря чему их прочность резко повышается, они трудно измельчаются, образуя крупные частицы отрубей, легко отделяемые на ситах от муки. Ориентировочная влажность зерна при отволаживании зависит от культуры, метода ГТО, стекловидности зерна и изменяется в пределах 14,5…16,5 %.

Режим ГТО должен быть установлен таким, чтобы при поступлении зерна в переработку его показатели были стабильными, практически одинаковыми независимо от различия их в начале процесса ГТО. Сложность решения этой задачи состоит в том, что исходные свойства каждой партии зерна имеют индивидуальные особенности. Значит, для каждой партии зерна, поступающего на переработку, необходимо устанавливать соответствующий режим ГТО. Изменяя режимы ГТО, технолог добивается максимальной технологической эффективности с тем, чтобы была обеспечена наивысшая рентабельность работы завода.

Для размола берут смесь различных партий зерна. Это дает возможность более эффективно использовать зерно повышенного качества (сильную пшеницу), расходуя его в минимальном соотношении с зерном нормального качества. Смешивание перед измельчением позволяет частично использовать зерно пониженного качества, при отдельной переработке которого нельзя получить стандартную муку.

Состав помольной смеси определяется расчетным путем, основываясь на качестве зерна. При составлении помольной смеси учитывается один или несколько показателей качества (содержание клейковины, стекловидность, зольность и т.д.). Обычно помольную смесь составляют из двух- трех компонентов.

При формировании помольной смеси из двух компонентов можно составить следующее уравнение:

М х = m₁x₁ + m₂x₂, M = m₁ + m_2.

Отсюда находим массу исходных компонентов:

m₁ = , m₂ = М – m₁,

где М – масса итоговой помольной смеси;

m₁, m₂ – массы отдельных компонентов помольной смеси;

х – средневзвешенное значение выбранного показателя качества зерна;

х₁, х₂ – индивидуальные значения этого показателя для каждого из компонентов смеси.

Для партии из трех компонентов расчеты состава помольной смеси могут быть произведены лишь при условии равенства масс двух из них. В таком случае, приняв m₂=m₃, получим

m₁= : , m₂ = m₃ = .

Операцию смешивания проводят после основного отволаживания зерна, для чего под закромами для отволаживания устанавливают дозаторы и шнековые смесители. Чаще смешивание осуществляют на элеваторе.