Гидротермическая обработка как средство оптимизации технологических свойств зерна Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

664.71-11.002.237

ГИДРОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА КАК СРЕДСТВО ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗЕРНА

О.Н. ЧЕБОТАРЕВ, Ж.П. СОЛОВЬЕВА

Кубанский государственный технологический университет

Свойства зерна существенно зависят от влажности и температуры. Изменяя эти параметры можно оптимизировать технологические свойства зерна. Основными параметрами гидротермической обработки (ГТО) являются степень увлажнения, время отволажи-вания, кратность процесса воздействия и температурный режим процесса [1 ].

Под влиянием ГТО в зерне происходят глубокие изменения, в результате которых эндосперм разрушается микро- и макротрещинами. Связи между разделяемыми в процессе технологии анатомическими частями - оболочками, эндоспермом, зародышем слабеют, и зерно приобретает оптимальную влажность для переработки [2].

Очевидно, что в зависимости от качества и вида зерна, типа технологии, способа ГТО режимные параметры процессов должны быть подобраны сугубо индивидуально.

В практике эффективность ГТО, как и технологии муки в целом, традиционно оценивают выходом и качеством готовой продукции, а также удельными эксплуатационными затратами. При этом дополнительно контролируют точность проведения ГТО по степени увлажнения зерна, времени отволаживания и температурному режиму. Также возможно для оценки степени преобразования свойств зерна определять увеличение удельного объема, снижение стекловидности, увеличение трещиноватости и т. п. Определение этих показателей требует специальной аппаратуры, которая, как правило, не используется в лабораториях мукомольных заводов.

Однако доля влияния ГТО в общем показателе эффективности остается неявной, так как на выход и качество продукции и на эксплуатационные затраты одновременно влияют типовой состав и качество зерна, особенности технологического оборудования, механико-кинематические параметры мелющих валков, режимные параметры измельчения, построение технологии и т. п.

При настройке процесса ГТО необходим более технологичный критерий, который бы однозначно оценивал процесс и достаточно просто определялся персоналом заводской лаборатории. Для этого исследовали количественные и качественные изменения в зерне и продуктах переработки, происходящие при различных значениях степени увлажнения и времени отволажи-вания [3].

Использовали зерно пшеницы IV типа с влажностью 11% и стекловидностью 57%. Количество клейковины варьировало в пределах 21-23%.

Измельчение зерна, прошедшего ГТО, осуществляли в лабораторной мельнице МЛЗВ-4М. Продукты измельчения сортировали в рассеве с набором сит, позволяющим выделить промежуточные по крупности продукт, муку и остатки от зерна - частицы крупнее крупной крупки. Трещиноватость зерна определяли на приборе ДМ-3, частицы с различным содержанием эндосперма и оболочек - с помощью биологического микроскопа БМС-9. Коэффициент яркости поверхности измельченных крупок и дунстов или белизну продукта определяли с помощью диацветомера ДУМ-72 [2].

При моделировании холодного способа ГТО зерно увлажняли на заданную величину с помощью распы-ливающего устройства при постоянном перемешивании. Отволаживание осуществляли в металлических емкостях. Оптимальные значения степени увлажнения и отволаживания принимали по рекомендациям правил организации и ведения технологического процесса на мельницах для зерна данного типа и стекловид-ности [1].

Для определения влияния отдельно степени увлажнения и времени отволаживания на степень разрыхления эндосперма провели две серии опытов.

В 1-й серии стабилизировали время отволаживания зерна, а влажность изменяли в интервале 11-18% с интервалом в 1%. При этом время отволаживания приняли оптимальным для зерна данного качества.

Во 2-й серии опытов стабилизировали степень увлажнения зерна (приняли оптимальную для данного качества зерна влажность), а время отволаживания изменяли в пределах 1-20 ч с интервалом 2 ч.

Зерно, прошедшее ГТО, измельчали в режиме крупообразующего процесса. В измельченных продуктах определяли выход крупок, дунстов и муки, белизну продуктов, а также соотношение эндосперма и оболочек.

Визуальный анализ с помощью микроскопа извлеченных круподунстовых продуктов показал, что в каждой категории крупности крупок и дунстов присутствуют частицы с различным соотношением оболочек и эндосперма (рис. 1), которые можно классифицировать следующим образом:

частицы чистого эндосперма - имеют вид неправильных многогранников с размерами граней соответственно технологической крупности продуктов;

частицы сростков оболочек и эндосперма - много -гранники неправильной формы; соотношение эндосперма и оболочек составляет ориентировочно 5 : 1 по массе или объему; одна из внешних граней частицы представляет собой наружную часть зерна, состоящую из алейронового слоя, семенных и плодовых оболочек;

частицы «свободных» оболочек - частицы пластичной формы с незначительным количеством эндос-

Эндосперм х

Алейроновый j слой

Плодовая

оболочка

Семенная

оболочка

Зародыш

Сростки

Рис. 1

перма; соотношение оболочек и эндосперма приблизительно составляет 8 : 1 или 9 : 1 по массе.

Общее извлечение круподунстовых продуктов и муки через контрольное сито № 6,5 ПА снижалось по мере увеличения влажности зерна и времени отвола-живания, что свидетельствует о возрастании пластичности зерна.

Увеличение степени увлажнения при оптимальном времени отволаживания и увеличение времени отволаживания при постоянной оптимальной степени увлажнения зерна благотворно сказывается на качестве извлеченных круподунстовых продуктов и муки. Увеличение белизны в единицах прибора наблюдается для всех категорий крупности крупок, дунстов и муки. Это свидетельствует о приобретении зерном оптимальных структурно-механических свойств по мере приближения к оптимальным значениям (рис. 2: 1 -6,5/11 ПА; 2 - 11/14 ПА; 3 - 14/21 ПА; 4 - 21/46 ПА; 5 -46 ПА/-).

Увеличение белизны наблюдается по мере снижения крупности круподунстовых продуктов. Очевидно, что по мере уменьшения размеров частиц доля оболочек в виде свободных частиц и сростков снижается. Для подтверждения этого предположения был исследован качественный состав измельченных круподунстовых продуктов. Установлено, что по мере увеличения степени увлажнения и времени отволаживания зерна вплоть до оптимальных значений содержание частиц чистого эндосперма возрастает, сростков оболочек и эндосперма, а также частиц свободных оболочек снижается. Это свидетельствует о том, что при оптимизации режимных параметров ГТО происходит интенсивное разрушение структуры зерна микро- и макротрещинами, разрушаются также прочные связи наружных и внутренних оболочек и эндосперма зерна. Следовательно, содержание частиц чистого эндосперма и частиц сростков в извлеченных круподунстовых продуктах может быть использовано как технологический тест на эффективность ГТО [1, 3].

Рис. 2

Анализ показал, что между белизной продукта и содержанием частиц эндосперма установлена сильная прямая корреляционная зависимость, оценивающаяся коэффициентом корреляции

Рху± тр = (0,78 - 0,82) ± 0,12.

Одновременно такая же сильная, но отрицательная корреляция установлена между белизной продукта и содержанием в нем свободных оболочек и сростков

Рху± тр = (0,72 - 0,76) ± 0,15.

Возрастание белизны продукта по мере увеличения содержания частиц эндосперма аппроксимируется уравнением. Так, в частном случае, для крупной крупки при увеличении степени увлажнения зерна уравнение имеет вид

Б = 16 • 16 • Э0025,

где Б - белизна продукта, у.е.; Э - содержание эндосперма, %.

Одновременно наблюдается уменьшение белизны продукта по мере увеличения содержания в нем сростков и свободных оболочек. Течение процесса достаточно точно описывается уравнением экспоненцио-нальной функции вида

у = а еЬх.

Так, для крупной крупки при увеличении степени увлажнения зерна уравнение имеет вид

т ло о/ 0,0327 С

Б — 33,36 е ,

где С - содержание сростков в крупной крупке, %.

Таким образом, содержание частиц сростков обо -лочек и эндосперма, а также содержание частиц эндосперма можно использовать как технологический критерий для оценки эффективности ГТО зерна, так как их содержание напрямую связано с разрыхлением зерна. Чем меньше степень разрыхления, тем меньше в продуктах измельчения частиц сростков и больше частиц оболочек.

Возможны два варианта использования этого критерия:

при переработке зерна новой партии определяются оптимальные значения степени увлажнения и времени отволаживания для осуществления ГТО зерна;

контроль эффективности ГТО путем анализа соотношения этих частиц в извлеченных круподунстовых продуктах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Егоров Г.А. Влияние и тепла и влаги на процессы переработки и хранения зерна. - М.: Колос, 1973.

2. Гинзбург А.С., Дубровский В.П., Казаков Е.Д. Влага в зерне. - М.: Колос, 1980.

3. Егоров Г.А. Технологические свойства зерна. - М.: Аг -ропромиздат, 1985. - 334 с.

Кафедра пищевой инженерии и высоких технологий

Поступила П.07.05 г.

664.782

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗЕРНА ГРЕЧИХИ

О.Н. ЧЕБОТАРЕВ, А.Ю. ШАЗЗО, М.П. БАХМЕТ,

Н.В. ПАЛАГИН, О.А. ГОЛУБЕВА, А.В. РЫБАЧУК

Кубанский государственный технологический университет

Одними из основных операций в технологии производства крупы из гречихи являются шелушение зерна и сортирование продуктов шелушения [1, 2]. Шелушение гречихи осуществляется в вальцедековых станках. При этом зерно, попадая в клиновидный зазор, поворачивается с грани на грань, в конечном счете, принимает необходимое положение, в котором как бы заклинивается. Из этого положения его выводит вращение валка, который своей абразивной поверхностью стремится завершить перекатку зерна и тем самым отколоть сжимаемый лепесток от остальных двух. Таким образом, процесс шелушения основан на сжатии грани зерна гречихи и затрудняется существенной вариацией его размеров. При некотором рабочем зазоре валец-дека часть зерен может быть прошелушена в оптималь -ном режиме, более крупные зерна будут раздроблены, а мелкие - останутся не отшелушенными. Соответственно эффект шелушения будет низким из-за повышенной дробимости и невысокой степени шелушения. Крупоотделение с разделением ядра и зерна осуществляют ситовым сепарированием на ситах с круглыми отверстиями благодаря значительной разности между диаметрами описанных окружностей вокруг миделева сечения зерна Б3 и ядра Бя. Задача усложняется из-за большой вариации по этим показателям товарного зерна. По многолетним наблюдениям зерно гречихи по величине Вз варьирует от 5 до 3 мм, а величина Вз - Вя составляет более 0,5 мм. Таким обра зом, в продуктах шелушения крупные ядра и мелкие зерна будут иметь одинаковые размеры по диаметру описанной окружности вокруг миделева сечения. Поэтому такая смесь классифицируется как трудноотделимая. Величина качественного критерия делимости 1 0,2-0,3. Для организации шелушения и крупоотделения смесь делят на п фракций с таким расчетом, чтобы в каждой фракции самые крупные ядра были меньше самого мелкого зерна. На величину п существенное влияние оказывает выравненность зерна по крупности. Очевидно, что построение технологии, крупность и определение опти-

мальных рабочих зазоров шелушителей напрямую зависят от количества выделенных при предварительном сортировании фракций. В связи с этим определение оптимального значения количества фракций в технологии крупы из гречихи имеет как теоретическое, так и практическое значение. Это особенно важно с внедрением в технологию новых сортов гречихи, которые отличаются по геометрии от своих предшественников. Поэтому для повышения эффективности технологии требуется корректировка размеров отверстий сит, уточнение количества систем, что связано с определением основных геометрических параметров зерен.

Цель исследования - разработка надежного метода определения основных геометрических параметров зерновок гречихи, позволяющего вносить эффективные изменения в технологию на гречезаводах.

Определение геометрических параметров зерна и ядра гречихи возможно расчетным путем. Для этого необходимо замерить длину граней зерна и ядра в ми-делевом сечении (рис. 1).

Затем путем математических подстановок и вычислений определить радиус окружности Я, описанной вокруг зерна и ядра, по формуле

R =

аЬс

’

где а, Ь, с — длина граней зерна и ядра в миделевом сечении, мм; £ — площадь треугольника, мм, вычисляют по формуле Герона.

Этот способ позволяет лишь косвенно определить необходимые характеристики.

Рис. 1