3. 2. Общая технологическая схема производства

Технологический процесс производства крупы можно разделить на два основных этапа: подготовка зерна и переработка его в крупу. Принципиальная технологическая схема производства крупы приведена на рис.5.

Очистка. В зерновой массе, поступающей на переработку, содержится значительное количество различных примесей, которые должны быть выделены. Невыделенные и попавшие в крупу примеси ухудшают её качество, делают невозможным получение крупы высших сортов или стандартной.

Большинство примесей, находящихся в зерновой массе, отличается от зерна основной культуры по размеру, плотности, сопротивлению воздушному потоку, форме, прочности и др.

Зерновая

масса

Очистка (решетная, триерная, Легкие и тяжелые

воздушная, магнитная) примеси

Чистое

зерно

Гидротермическая обработка

Зерно

Примеси, травми-

Сортирование (калибрование) рованные зерна

Фракции зерна

Шелушение

Нешелу- Сортирование продуктов Дробленка Контроль

шенные шелушение Лузга отходов

зерна Мучка

Крупоотделение

Шлифование Мучка

Полирование Мучка

Сортирование крупы

Р ис. 5. Технологическая схема переработки зерна в крупу.

Отделение примесей, отличающихся от зерна размерами, производят на ситах, размеры которых подбирают таким образом, чтобы через них просеялись примеси, а зерно основной культуры осталось.

Примеси, отличающиеся от зерна по длине, выделяют в триерах. Размеры и форма ячеек триеров различны и их подбирают для каждой культуры и каждой партии зерна. Триеры, выделяющие короткие примеси, называют куколеотборниками, а выделяющие длинные – овсюгоотборниками. Они названы так по наиболее встречающимся примесям.

Примеси, отличающиеся от зерна по аэродинамическим свойствам, выделяют в воздушных сепараторах, аспираторах, пневмоаспираторах и др. Здесь же выделяются и лёгкие примеси: части колосьев, стеблей, плёнки, лузга, недозрелые семена. В воздушных сепараторах очень важно правильно подобрать скорость воздушного потока, которая должна быть ниже скорости витания зерна, но достаточной для уноса лёгких примесей.

Для выделения из зерновой массы примесей, имеющих более высокую плотность (комочки земли, галька, немагнитные металлические частицы), применяют вибрационные, вибропневматические, гидродинамические камнеотделительные машины. Выделение примесей, отличающихся от зерна плотностью и аэродинамическими свойствами, возможны и на пневмосортировальных столах.

Металломагнитные примеси (болты, куски металла, гвозди и т.д.) могут находиться как в поступающем на переработку зерне, так и попадать в зерно и продукты его переработки в ходе технологического процесса. Их необходимо выделить полностью, так как их крупные частицы могут повредить рабочие органы машин, стать причиной образования искр в машинах, вызывающих загорание и взрыв зерновой пыли. Для выделения металломагнитных примесей применяют магнитные сепараторы со статическими магнитами и электромагнита.

Некоторые примеси отличаются от зерна основной культуры формой и состоянием поверхности, т.е. коэффициентом трения о поверхность. Для выделения таких примесей применяют горохоотборочную ленточную машину, спиральный сепаратор.

Гидротермическая обработка. Является наиболее важным средством повышения технологических свойств зерна. Гидротермическая обработка зерна (ГТО) заключается в воздействии на него влагой и теплом. В результате такого воздействия происходит направленное изменение свойств составных частей зерна – ядра и оболочек. При применении рациональных способов и режимов ГТО оболочка легче отделяется от ядра, ядро меньше дробится, увеличивается выход крупы, улучшаются потребительские свойства (внешний вид, пищевые и вкусовые достоинства), повышается стойкость крупы при хранении.

Применяются в основном два способа гидротермической обработки. Первый способ заключается в пропаривании зерна, его кратковременном отволаживании, сушке и охлаждении. Этот способ используют при переработке гречихи, овса, гороха. Второй способ включает увлажнение зерна с последующим отволаживанием. Он применяется для пшеницы и кукурузы.

При первом способе ГТО добиваются повышения прочности ядра при пропаривании и повышении хрупкости оболочек в результате резкого снижения их влажности при сушке и охлаждении.

Пропаривание зерна проводят в пропаривателях непрерывного и периодического действия. При этом зерно увлажняется и прогревается одновременно. Из-за проникновения влаги в глубь ядра и его прогрева оно пластифицируется, т.е. становится менее хрупким и в меньшей степени разрушается при шелушении. Выбор режимов пропаривания (давления пара и его температуры) зависит от свойств зерна и целей ГТО. Чрезмерное увеличение температуры и длительности пропаривания могут привести к ухудшению качества получаемой крупы. В связи с этим строго ограничены для каждой культуры верхние пределы давления пара и продолжительность пропаривания.

Изменение структуры ядра обусловлено изменением двух компонентов – крахмала и белка. Высокие температуры (130…140⁰С) могут вызвать тепловую деструкцию крахмала с образованием декстринов. Оклейстеризованный крахмал и декстрины обладают клеящими свойствами и делают структуру ядра более монолитной. Этому способствует также частичная денатурация белков. Все это делает ядро более устойчивым к ударным нагрузкам, оно меньше дробится при шелушении и шлифовании.

В результате пропаривания увлажняются и оболочки, которые из-за большого количества капилляров интенсивно насыщаются влагой и пропускают ее дальше в пространство между оболочками и ядром. Связь между ядром и оболочками ослабляется, что в будущем способствует отслаиванию оболочек от ядра.

Пропаривание является начальным этапом обработки, после чего следует непродолжительное отволаживание. В процессе отволаживания завершаются преобразования, начатые при пропаривании. При этом влага продолжает поступать в ядро, протекают сложные физико-химические процессы.

Сушка зерна, проводимая после отволаживания, не только снижает влажность зерна, но и усиливает преобразования структурно-механических свойств оболочек и ядра. Оболочки, находящиеся на поверхности и имеющие крупные капилляры, легко отдают влагу. Ядро, находящееся внутри и более прочно удерживающее влагу, высыхает значительно меньше оболочек. Влажность оболочек на 3…8 % меньше по сравнению с ядром. Сухие оболочки более хрупки, легко раскалываются при шелушении и отделяются от ядра. Хрупкость оболочек повышается не только в результате снижения влажности, но и из-за их частичного растрескивания при обезвоживании.

Сушку проводят быстро, чтобы вода из более влажного ядра не успевала переходить к сухим оболочкам. Однако пересушивание зерна резко повышает хрупкость не только оболочек, но и ядра. Сушат зерно в вертикальных паровых и воздушных сушилках.

Охлаждение зерна производится в специальных охладительных колонках либо в воздушных сепараторах. Охлаждение зерна способствует дальнейшему снижению его влажности, повышению хрупкости оболочек. Однако одновременно возрастает хрупкость ядра.

Второй способ ГТО включает две операции – увлажнение и отволаживание. При увлажнении вода сначала сосредотачивается в оболочках, а затем начинает проникать в ядро. Увлажнение оболочек несколько размягчает их, а последующее проникновение воды в наружные слои эндосперма ослабляет его связь с оболочками. Для повышения эффективности применяется вода температурой 35…40⁰С.

Отволаживание зерна необходимо для окончательного проникновения влаги в пространство между оболочками и ядром, в результате чего происходит отслаивание оболочек вследствие неравномерного набухания основных частей зерна. Длительность отволаживания не превышает 2…3 ч.

Таким образом, гидротермическая обработка зерна является важнейшим средством улучшения его технологических свойств, влияющая на повышение выхода крупы и её качество, уменьшение выхода дробленой крупы и побочных продуктов. Параметры ГТО зависят от вида зерна, способов шелушения и ассортимента выпускаемой продукции.

Сортирование (калибрование) зерна на фракции перед шелушением способствует лучшему проведению данной операции. Калибрование зерна особенно эффективно, когда его шелушат в машинах между двумя твердыми поверхностями. Расстояние между этими поверхностями устанавливают в соответствии с размерами откалиброванных зерен. Оно должно быть меньше размеров зерна, но больше размеров ядра. Сортирование способствует также дополнительному отделению примесей.

Технологическая схема производства крупы включает несколько операций, но режимы работы оборудования для того или иного вида и сорта крупы могут быть различны. Обязательными для каждой технологической схемы являются шелушение и сортирование продуктов шелушения.

Шелушение. Является основной операцией, от эффективности которой в значительной степени зависит выход и качество крупы. Сущность данного процесса заключается в отделении наружных оболочек (цветковых, плодовых и семенных) от ядра. В связи с большим разнообразием свойств зерна различных культур применяют разные способы шелушения. Выбор способа шелушения зависит от нескольких факторов: прочности связи оболочки с ядром (прочная – оболочка срослась с ядром, непрочная – оболочки с ядром не срослись), прочности ядра, ассортимента выпускаемой крупы (целая, дробленая).

В современных шелушильных машинах используются следующие способы шелушения: сжатие и сдвиг, однократный или многократный удар, продолжительное истирание (соскабливание) оболочек.

Д ля шелушения зерна применяют следующие шелушильные машины: шелушильные постава, вальцедековые станки, шелушители с обрезиненными валками, бичевые и обоечные машины, центробежные шелушители, шелушители типа ЗШН (рис.6).

Рис.6. Классификация методов шелушения: 1 – вальцедековые станки;

2 – станок с резиновыми валками; 3 – шелушильный постав; 4 – наждачная обойка;

5 – шелушитель ЗШН; 6 – голлендр.

При сжатии и сдвиге рабочими органами шелушильных машин являются две поверхности из сравнительно жесткого и упругого материала, расстояние между которыми меньше размеров зерна. Одна поверхность подвижна, вторая неподвижна или обе поверхности движутся с разными скоростями. Зерно, попадая в рабочую зону, сжимается, при этом оболочки раскалываются, а при относительном движении поверхностей происходит сдвиг оболочек, в результате чего они отделяются от ядра. Такой способ шелушения эффективен для зерна, у которого оболочки не срослись с ядром (рис, гречиха, просо, овес). По этому принципу работают вальцедековые станки, шелушильные постова, шелушители с обрезиненными валками.

Шелушение зерна проводится и путем удара его о твердую поверхность. При ударе оболочки раскалываются и ядро освобождается. Если же оболочки плотно срослись с ядром, то в результате многочисленных ударов, сопровождающихся трением зерна об ударяющую поверхность, оболочки постепенно скалываются. Этот способ шелушения применяется в тех случаях, когда зерно имеет нехрупкое ядро (овес). Кроме того, многократный удар можно применять для шелушения культур, у которых оболочки не срослись с ядром, и для шелушения зерна, у которых оболочки срослись с ядром, но при его переработке получают дробленую крупу (из ячменя, пшеницы, кукурузы). На принципе многократного удара основана работа бичевых обоечных машин, однократного – центробежного шелушителя.

Продолжительным истиранием шелушится зерно тех культур, у которых оболочки плотно срослись с ядром (ячмень, горох, кукуруза, пшеница). При шелушении этим способом наблюдается меньшее дробление, чем при шелушении многократным ударом. С использованием этого принципа работают вертикальные шелушильно-шлифовочные машины типа ЗШН.

Шелушильный постав. Рабочими органами машины являются два металлических диска, расположенных на вертикальном валу. Верхний диск неподвижен, нижний вращается на валу. Рабочей поверхностью дисков является абразивная масса (зернистый наждак). Зазор между этими дисками является рабочей зоной шелушильного постава.

Зерно через отверстие в верхнем неподвижном диске поступает в центр нижнего вращающегося диска и вовлекается в рабочую зону. Попадая в рабочую зону, зерно сжимается, раскалываются оболочки и вследствие движения нижнего диска происходит сдвиг расколотых оболочек и освобождение ядра. Шелушильные постава применяют, в основном, для шелушения овса, а иногда и риса.

Вальцедековые станки. Рабочими органами этих станков являются валок и дека. Вращающийся валок захватывает зерно и увлекает его в рабочую зону между валком и неподвижной декой. В рабочей зоне зерно сжимается, и в результате относительного движения поверхности валка происходит сдвиг оболочек.

Вальцедековые станки для шелушения зерновых и зернобобовых культур различаются материалами валка и деки, формой рабочего зазора, расположением деки и др. На вальцедековых станках шелушат гречиху и просо.

Шелушитель с обрезиненными валками. Рабочими органами этих машин являются вращающиеся навстречу друг другу с разной скоростью два обрезиненных валка. Зерно поступает в рабочую зону между двумя валками, сжимается, оболочки раскалываются, вследствие относительного движения поверхностей происходит их сдвиг и освобождение ядра.

Величина зазора устанавливается меньше размеров зерна и ядра. Преимуществом этих станков является то, что они оказывают мягкое воздействие на зерно. Их применяют для шелушения риса.

Бичевые или обоечные машины. Рабочими органами этих машин являются цилиндр с абразивной поверхностью и бичи. Зерно шелушится вследствие удара отбрасываемого бичами на рабочую поверхность цилиндра зерна, сопровождающегося движением зерна по поверхности. В результате удара и трения зерна о рабочую поверхность отделяются оболочки. Одним из факторов, определяющим эффективность шелушения зерна, является скорость вращения бичей. Чем выше скорость, тем больше сила удара и более интенсивно зерно трется о рабочую поверхность. Более высокую скорость применяют при шелушении влажного зерна.

Эти машины применяются для шелушения овса, ячменя, пшеницы, кукурузы. Чаще всего их используют для предварительного шелушения.

Центробежные шелушители. Основным рабочим органом является вращающийся на вертикальном валу ротор, состоящий из двух дисков и двенадцати стальных лопастей. Поступающее в центр ротора зерно подхватывается вращающимися лопастями и отбрасывается к отражающемуся кольцу. В результате удара оболочки зерна раскалываются и ядро освобождается.

Достоинством шелушителя является возможность шелушения зерна любого состояния: сухого, влажного, подвергнутого и не подвергнутого ГТО.

Шелушители типа ЗШН. Рабочими органами машины являются шесть абразивных дисков, расположенных на вертикальном валу и вращающихся в вертикальном цилиндре (обечайке). Цилиндр изготовлен из стального листа с продолговатыми отверстиями. В результате интенсивного трения зерна об абразивную поверхность вращающихся дисков, о ситовой цилиндр, друг о друга оболочки постепенно отделяются. Эти машины являются основными для шелушения ячменя, пшеницы, гороха, кукурузы.

Сортирование. В результате шелушения получают смесь, которая включает шелушенные и нешелушенные зерна, лузгу, дробленое ядро, мучку. Поэтому следующей после шелушения операцией является сортирование продуктов шелушения. Сортирование проводится на просеивающих машинах для отделения мучки и дробленки, на воздушных сепараторах для отделения лузги, машинах для разделения смеси шелушеных и нешелушеных зерен.

Для разделения шелушеных и нешелушеных зерен проводят крупоотделение. В результате этого процесса получают две фракции продуктов, которые отличаются составом шелушеных и нешелушеных зерен. Чем меньше во фракции шелушеных зерен нешелушеных и, наоборот, во фракции нешелушеных зерен – ядра, тем выше эффективность процесса.

Шлифование крупы. После шелушения на поверхности ядра еще остаются частички плодовых и семенных оболочек, алейронового слоя, которые содержат значительное количество клетчатки и минеральных веществ. Некоторые оболочки имеют разную окраску, что придает ядру нетоварный вид. Не удаленный зародыш содержит большое количество жира, что способствует быстрой порче крупы. Поэтому зародыш необходимо удалить.

Ядро шлифуют на специальных шлифовальных машинах либо используют для этой цели некоторые шелушильные машины. Принцип действия большинства машин заключается в интенсивном трении зерна о движущиеся абразивные или другие поверхности, а также во взаимном интенсивном трении ядер.

Эффективность работы шлифовальных машин оценивают выходом мучки и дробленого ядра, а также сравнением качества полученной крупы с эталонными образцами. В результате шлифования изменяется химический состав крупы, потому что в периферийных частях любой зерновки находится более высокое содержание белка, витаминов, жира, минеральных и других веществ (табл. 5).

Т а б л и ц а 5. Изменение химического состава крупы при шлифовании

Продукт	Содержание, %
	крахмала	белка	жира	золы	клетчатки
Рис: нешлифованный шлифованный	82	10,3	2,5	1,2	0,8
	87	8,2	0,4	0,4	0,2
Ядро овсяное: нешлифованное шлифованное	60	14,0	6,8	2,0	2,0
	65	13,0	5,8	1,8	1,8
Ячменное ядро: после шелушения после шлифования	69	12,0	1,5	1,7	2,0
	65	9,0	0,8	0,9	1,5

При шлифовании следует ожидать снижения содержания питательных и биологически активных веществ в крупе. Значительное количество белка, жира, витаминов переходит в мучку, из-за чего она нестойка при хранении. При шлифовании крупы образуется также и дробленое ядро. Оно служит либо кормовым продуктом, либо пищевым, но ценность его по сравнению с крупой из целого ядра значительно ниже.

Качество шлифования можно оценить по целому ряду показателей: количеству полученной мучки, изменению содержания золы, клетчатки и белизны крупы.

Полирование крупы. Проводится с целью улучшения её товарного вида. При полировании удаляется оставшаяся на поверхности мучка, заглаживаются царапины, большая часть крупинок приобретает сферическую форму. Эта операция осуществляется либо на специальных полировальных машинах, либо на шлифовальных.

В технологии производства некоторых видов крупы применяют дробление. Характер дробления и используемое оборудование зависят от ассортимента вырабатываемой продукции. Высокую эффективность дробления достигают лишь при измельчении ядра с хрупким эндоспермом. Измельчение зерна, имеющего пластичный эндосперм, например овса, приводит к получению деформированных частиц и образованию большого количества мучки.

Контроль крупы проводится с целью выделения из неё оставшихся примесей, разделения крупы по номерам и видам (целой, дробленой). Схема контроля целой крупы зависит от вида вырабатываемой продукции, но все схемы включают просеивающие машины для отделения примесей и дробленого ядра. Для выделения остатков лузги и других легких примесей применяют воздушные сепараторы, а для выделения металломагнитных примесей – магнитные сепараторы. Дробленую номерную крупу подразделяют на три-пять номеров, отличающихся друг от друга крупностью.

Результат переработки зерна в крупу характеризуется фактическим выходом продукции, определяемый отношением количества полученных продуктов к количеству перерабатываемого зерна.