Среди разнообразных показателей качества зерна важное значение имеет крупность. Исследования советских и зарубежных ученых показали, что существует определенная связь между крупностью и технологическими свойствами зерна и что этот показатель необходимо учитывать, как при подготовке, так и при измельчении пшеницы.
Крупность зерна является генетически обусловленным признаком качества и зависит как от сортовых особенностей, так и от природно-климатических условий произрастания пшеницы, а также от агротехнического уровня ее возделывания.
Фактор крупности является важным показателем, с которым связаны анатомо-морфологические особенности строения, физико-химические и технологические свойства зерновки.
Соотношение анатомических частей в зерне пшеницы во многом обусловливает выход муки.
Изучению соотношения размеров зерна него физико-химических свойств посвящены работы многих исследователей. Установлена прямая связь между размерами зерна и его физическими характеристиками: плотностью, массой 1000 зерен, объемной массой.
Исследованием химического состава зерна пшеницы в зависимости от размеров занимались многие отечественные и зарубежные ученые.
Из анализа опубликованных данных следует, что с уменьшением крупности зерна возрастает его зольность и содержание клетчатки.
Данные по содержанию белка и крахмала противоречивы.
Исследуя содержание белка в зерне пшеницы в зависимости от консистенции и крупности, Л. Н. Любарский отмечает тенденцию к увеличению содержания белка с уменьшением размеров зерен как у стекловидного, так и у мучнистого зерна. Наряду с этим содержание белка, в пределах одной фракции крупности, в стекловидных зернах больше, чем в мучнистых.
Аналогичная тенденция к изменению содержания белка в зерне пшеницы разной крупности установлена Е. Д. Казаковым с сотрудниками.
Однако в исследованиях Н. В. Роменокого отмечено снижение содержания белка с уменьшением размеров зерен пшеницы.
По исследованиям Д. П. Филлипса и Д. С. Шлезингера содержание белка в твердозерной красной озимой пшенице повышалось с уменьшением размеров зерновок с 10,95% (сход с сита с размерами отверстий 3,36 мм) до 12,55% 1сход с сита с размерами отверстий 2,38 мм). В случае яровой твердозерной красной пшеницы получена обратная зависимость. Авторы рекомендуют производить сортирование зерна на элеваторах, а затем целенаправленно использовать партии зерна с соответствующим содержанием белка.
Результаты исследований, проведенных в мукомольной лаборатории ВНИИЗа, позволяют сделать вывод о том, что изменения физико-химических свойств зерна пшеницы по фракциям крупности для разных типов пшеницы имеют аналогичный характер. С уменьшением крупности зерна возрастает его зольность, несколько увеличивается количество белка, снижается величина объемной массы и массы 1000 зерен.
Уменьшение содержания эндосперма от крупной фракции зерна к мелкой примерно на 2—5% для пшеницы разных типов несомненно отразится на выходе муки при помоле.
Из анализа литературных данных следует, что между размерами зерна и его физико-химическими свойствами существует тесная связь. В свою очередь различия физико-химических свойств обусловливают разный характер поведения зерна пшеницы различной крупности при гидротермической обработке и измельчении.
Внимание исследователей и практиков всегда привлекали вопросы, связанные с путями проникновения и механизмом поглощения влаги зерном. Из анализа литературных источников следует, что точки зрения на эти проблемы самые различные.
Применение интерференционных микроскопов, а также метода радиоактивных индикаторов позволило более точно установить пути проникновения влаги в зерно.
Исследования, проведенные с применением метода авторадиографии, наглядно свидетельствуют о том, что влага в эндосперм проникает по всей поверхности зерновки. Причем обращает внимание повышенное, по сравнению с центральными слоями эндосперма, содержание влаги в зародышевой и бородочной зонах, а также вдоль бороздки и алейронового слоя зерновки.
Тот факт, что в процессе проникновения воды в зерно участвует вся его поверхность, имеет важное технологическое значение. По данным П. П. Пересечного, разность между величинами удельной поверхности одной тонны мелких и крупных зерен может достигать 1700 м2. Это приводит к тому, что в процессе гидротермической обработки, в момент контакта зерна с водой в моечной машине или других увлажнительных устройствах, крупные и мелкие зерна захватывают разное количество воды и градиент влажности может составить ~ 5 %.
Рис. 1. Кривые влагопоглощения зерном пшеницы разных фракций крупности:
Нюре (Франция), исследуя скорость увлажнения зерна пшеницы, рассортированного на фракции по крупности, установил, что приращение влаги у крупных зерен (сход с сита 2,65X20 мм) происходит в 2—3 раза медленнее, чем у мелких (сход с сита 1,75x20 мм).
При исследовании во ВНИИЗе процесса увлажнения зерна пшеницы разных фракций крупности выявлена аналогичная кинетика влагопоглощения (рис.1).
Больший прирост влаги у фракции более мелкого зерна объясняется различной удельной поверхностью этих фракций. Для равномерного распределения прибавленной к зерну воды требуется определенный промежуток времени, который в числе прочих факторов обусловливается длиной диффузионного пути. Очевидно, что для зерна с меньшими размерами этот промежуток времени будет короче, чем для крупного зерна.
Я. Н. Куприц отмечает, что наибольшие колебания влажности характерны для фракции мелкого зерна.
Поверхность мелкого зерна не только задерживает больше воды, но и поглощает ее быстрее по сравнению с крупными зернами. Это обусловлено, очевидно, помимо различий в удельной поверхности, относительно большим содержанием зародыша и белков (за счет алейронового слоя) в более мелком зерне.
В результате этого при гидротермической обработке происходит переувлажнение мелкого зерна, что отрицательно сказывается на режиме измельчения. Крупки получаются мятыми, выход их уменьшается, условия работы машин для измельчения и просеивания н обогащения крупок ухудшаются. Заметно затрудняется вымол оболочек, 'возрастает удельный расход энергии. Как показывают исследования, при повышении влажности зерна на 1 драной системе увеличивается количество мелких фракций в продуктах измельчения драных систем.
В результате неравномерного распределения влаги зерновая масса поступает на I драную систему с неодинаковыми структурно- механическими свойствами, что отрицательно сказывается на эффективности технологического процесса. По исследованиям ВНИИЗа, при изменении влажности зерна на I драной системе на ±0,1% выход муки высшего сорта изменяется на ±0,8%, первого— на ±0,5% и второго — на ±1,0%.
Таким образам, фактор крупности оказывает существенное влияние на скорость поглощения воды и равномерность распределения ее в зерновой массе при гидротермической обработке. Вероятно, при подготовке зерна к помолу оптимальное время отволаживания для крупного и мелкого зерна будет различным. Отсюда возникает необходимость раздельной подготовки к помолу зерна пшеницы в зависимости от крупности.
В настоящее время процесс гидротермической обработки зерна на мукомольных заводах осуществляют с учетом типа и стекловидности пшеницы.
Как в России, так и за рубежом большое внимание уделяют составлению помольных партий зерна с однородными технологическими свойствами, проводят исследования с целью установления целесообразности раздельной подготовки и переработки зерна пшеницы в зависимости от ее типа и подтипа.
Выявление закономерности изменения свойств зерна в зависимости от его размеров позволяет исследователям разрабатывать технологические приемы, способствующие совершенствованию процесса помола и повышению эффективности использования зерна.
На передовых предприятиях России применяют раздельную очистку от примесей фракций пшеницы на триерах. Крупную фракцию (сход с сита 4,2—4,5 мм) направляют только на овсюгоотборники, мелкую фракцию (сход с сита 1,7X20 мм) пропускают через овсюго- и куколеотборники.
За рубежом предлагают осуществлять разделение зерновой массы на три-четыре фракции в начале процесса очистки. При этом в крупную и мелкую фракции попадают характерные примеси, что позволяет сократить комплекс зерноочистительных машин при обработке отдельных фракций. Средняя фракция практически не содержит сора, лишь 20% поступающей на предприятие пшеницы нуждается в полном комплексе зерноочистительных машин.
По данным В. К. Ши и К. А. Джиллса, удаление мелкого зерна увеличивает выход муки типа «патент» с зольностью 0,40%, а также общий выход муки. При удалении 6% мелкого зерна было получено 72,9% муки с зольностью 0,43% по сравнению с 68,4% с аналогичной зольностью из исходной пшеницы.
В. Зайбель подтверждает вывод о том, что чем более выравнена зерновая масса по форме, т. е. чем меньше она содержит как очень мелких, так и очень крупных зерен, тем легче установить режимы помола. Автор отмечает, что путем отбора мелкого зерна можно увеличить выход муки примерно на 1—2% при одинаковой зольности. Однако, несмотря на это, до сих пор при предварительной оценке мукомольных свойств не определяют форму зерна.
Отбор мелких фракций повышает доброкачественность и полноценность зерновой массы. Применение этого технологического приема при наличии достаточного количества сырья вполне целесообразно и дает определенный эффект как при очистке, так и в размоле.
В США рассортирование зерна по крупности осуществляют после процесса кондиционирования перед I драной системой. Затем зерно по фракциям направляют на вальцовые станки преддраной или I драной системы.
При проектировании зерноочистительных отделений мукомольных заводов предусматривают многосекционную очистку, увлажнение и отволаживаиие зерна, увеличивают емкость закромов, чтобы иметь возможность осуществлять подготовку зерна к помолу раздельно по физико-механическим свойствам.
Высказывается суждение, что фактор крупности может явиться важным показателем для установления потенциального выхода муки.
Технологический прием фракционирования зерна способствует улучшению очистки зерновой массы от сорной и зерновой примесей, дает возможность оптимизировать процесс кондиционирования, устанавливать продолжительность отволаживания зерна в зависимости от его крупности. Более равномерное распределение влаги в зерновой массе позволяет придать ей примерно одинаковые структурно-механические свойства, что положительно сказывается на характере измельчения. Кроме того, разделение зерновой массы на фракции по крупности, выравнивание ее по размерам зерновок благоприятно влияют на процесс размола зерна, так как известно, что чем однороднее зерновая масса, тем легче установить рациональный режим работы вальцового станка.
По данным В. К. Ши и К. А. Джиллса, существует связь между содержанием в зерновой массе крупных зерен (схода с сита с размером отверстий 2,92 мм), а также длиной зерновок и выходом муки (коэффициенты корреляции соответственно равны 0,623 и 0,546).
Я. Н. Куприн на основании результатов экспериментальных исследований делает вывод о том, что в технологическом отношении лучшие результаты получены при переработке зерна средней крупности. Такое же мнение высказывает В. Я. Гиршсон, изучавший влияние крупноты пшеницы на выход и качество муки.
Имеются данные, свидетельствующие о том, что суммарный выход муки при размоле отдельных фракций зерна больше выхода муки из нерассортированной пшеницы.
Результаты лабораторных помолов на мельнице ФЕБ «Нагема» в муку 78% выхода, проведенных во ВНИИЗ, показали высокую технологическую эффективность раздельной по крупности подготовки и переработки зерна. При анализе лабораторных данных можно отметить снижение зольности муки общего выхода и отдельных сортов при размоле зерна крупной фракции. При формировании сортов муки с постоянной зольностью существенно возрастает выход муки высшего сорта (на 5—15%) из зерна крупной фракции за счет снижения количества муки первого сорта. Не наблюдается существенных различий в удельной поверхности муки из отдельных фракций и исходного зерна. Можно отметить лучшие показатели по белизне для муки из фракции крупного зерна.
Повышение выхода муки со средневзвешенной зольностью 0,55% ПРИ раздельной подготовке и переработке фракций зерна убедительно свидетельствует о преимуществах фракционирования зерна.
Из кумулятивных кривых, представленных на рис. 2, следует, что при размоле исходного образца пшеницы IV типа по обычной схеме получено 66,0% муки с зольностью 0,55%. Содержание крупной и мелкой фракций зерна составило 58 и 42% соответственно. При раздельной подготовке и переработке зерна выход муки с зольностью 0,55% для пшеницы IV типа составил 68,0% (расчетная кривая 4 на рис. 2).
Таким образом, выход муки высшего сорта при раздельной подготовке и измельчении фракций зерна больше, чем при размоле исходного образца зерна по обычной схеме.
Результаты лабораторных исследований хлебопекарных достоинств муки, полученной при раздельной подготовке и переработке зерна, свидетельствуют о том, что крупность зерна в пределах одного сорта не оказывает влияния на качество хлеба. В некоторых случаях объемный выход хлеба из зерна мелкой фракции был несколько больше, чем хлеба из исходного зерна. Вероятно, это обусловлено тем, что в мелком зерне содержание белка обычно выше, чем в крупном.
Рис. 2. Кумулятивные кривые зольности муки для пшеницы IV типа:
Содержание крахмала в отрубях, полученных при помолах с раздельной подготовкой и измельчением фракций зерна по крупности, свидетельствует о лучшей его вьмалываемости при данном варианте по сравнению с помолом нерассортированного зерна.
Раздельную подготовку и переработку калиброванного зерна целесообразно применять на многосекционных мукомольных заводах.
В мукомольной лаборатории ВНИИЗ был разработан и исследован новый способ подготовки зерна к помолу, приемлемый для существующих схем зерноочистительных отделений мукомольных заводов.
Способ заключается в разделении зерновой массы на две фракции по крупности, дополнительном увлажнении фракции крупного зерна на 1,0—1,2% с отволаживанием ее в течение 30—45 мин и дальнейшей совместной подготовке, и измельчении обеих фракций. Разработка нового способа подготовки зерна Обусловлена тем, что вследствие различия размеров мелкая фракция, при существующих принципах построения технологического процесса, увлажняется на 1,0—1,2%, больше, чем крупная. Эта разница в приросте влаги между мелкой и крупной фракциями зерна приводит к увеличению различия физико-механических свойств зерен, что оказывает отрицательное влияние на ведение технологического процесса.
На рис. 3 представлен вариант схемы применения нового способа подготовки зерна к помолу. Зерновая масса поступает на сепаратор 1, например, ЗСМ-20 или ЗСШ-20. в котором разделяется на две фракции по крупности.
Зерно крупной фракции направляют на триеры 2, а затем через расходомер 4 на увлажнительное устройство 5 типа ЗУМ-2, БУВ-10. Увлажняют крупную фракцию зерна пшеницы на 1,0—1,2% водой с температурой 45°—50°С и направляют в закром 6 для кратковременного отволаживания (30—45 мин). Мелкую фракцию зерна I после сепарирующего устройства 1 направляют на триеры 3. Затем крупная фракция зерна и неподвергнутая предварительному увлажнению мелкая фракция поступают в моечную машину 7 или другое, заменяющее ее, увлажнительное устройство, где увлажняются на 2,5—3,0%. При этом подача крупной и мелкой фракции в ванну моечной машины может быть осуществлена на разном расстоянии от отжимной колонии. Так, крупную фракцию подают в приемную точку А, наиболее удаленную от отжимной колонки, что увеличивает продолжительность контакта зерновой массы с водой, а мелкую фракцию — в приемную точку Б, расположенную в конце моечной ванны, вблизи отжимной колонки. Это позволяет увеличить увлажнение крупной фракции по сравнению с мелкой на 0,3—0,5%. В отжимной колонке начинается их совместная обработка.
При отсутствии моечной машины в качестве увлажнительных устройств можно применять машины, работающие на принципе подачи воды в зерновую массу в распыленном состоянии (например, БУВ-10). Затем зерно направляется в закрома для отволаживания 8.
В дальнейшем процесс подготовки зерна к помолу для данной партии зерна проводят по общепринятой схеме на одной технологической линии.
Рис. 3. Схема подготовки зерна к помолу с учетом крупности
Результаты лабораторных помолов с применением данного способа подготовки зерна к помолу показали его технологическую эффективность. Так, при подготовке зерна к помолу по обычной схеме в соответствии с «Правилами организации и ведения технологического процесса на мельницах» (без раздельного увлажнения фракций) было получено 78%, муки со средневзвешенной зольностью 0,62%, а при подготовке зерна с дополнительным увлажнением крупной фракции зольность муки составила 0,58%. Это позволило увеличить выход муки высоких сортов на 2—5%, а высшего сорта на 9,0—13,0%.
Новый способ подготовки зерна к помолу позволяет повысить технологическую эффективность использования зерна без усложнения схемы и установки дополнительного оборудования.
