Б.Е.Мельник, В.Б.Лебедев, Г.А.Винников Технология приемки, хранения и переработки зерна.-М.: Агропромиздат, 1990.–367с., (279÷314 с.).
В.Л.Бутковский, Е.М.Мельников Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производства.-М.: Агропромиздат,1989.
Г.А.Егоров, Е.М.Мелников, Б.М.Максимчук Технология муки, крупы и комбикормов. - М.: 1984.
Г.А.Егоров Технология переработки зерна.- М.: Колос, 1989.
И.Т.Мерко Технология мукомольного и крупяного производства.-М.:Агропромиздат,1985.
1. Ассортимент и нормы качества крупы
Крупа — ценный пищевой продукт, содержащий полезные питательные вещества, отличающиеся высокой усвояемостью и хорошими потребительскими свойствами. Крупяные заводы в зависимости от способа производства вырабатывают разнообразный ассортимент крупяной продукции, которую можно разделить на пять групп.
Крупы дробленые шлифованные — перловая (из ячменя), Полтавская и Артек (из пшеницы), кукурузная шлифованная. Их получают удалением оболочек и зародыша, дроблением ядра и последующим шлифованием, полированием и сортированием по размерам (от 0,56 до 3,5 мм) на пять номеров.
Крупы дробленые — ячневая (из ячменя), овсяная, кукурузная, получаемые дроблением чистого ядра и сортированием по размерам (от 0,56 до 2,5 мм) на три номера.
Хлопья—продукт дальнейшей переработки крупы. Из ядра или крупы получают также «воздушный рис», «воздушную кукурузу» и др.
Крупы повышенной питательной ценности, получаемые на основе смеси 2...3 видов размолотой крупы с введением обогатителей животного или растительного происхождения. Крупу, вырабатываемую из большинства культур, в зависимости от качества подразделяют на сорта: высший, первый и второй. Основные виды, сорта, номера круп, их выход из зерна базисных кондиций регламентированы Правилами организации и введения технологического процесса на крупяных предприятиях. Основные виды, сорта и номера крупы, вырабатываемой в странах СНГ, приведены в таблице 9.1.
При переработке риса и проса выход крупы составляет по 65%, гречихи 67%, овса 44...45%, ячменя 40%, перловой или ячневой крупы 62%, гороха целого и колотого 73%, кукурузной крупы 40%, крупы Полтавской и Артек 63%. Установлены также нормы выхода отходов и побочных продуктов.
Качество крупы оценивают по следующим показателям: вкусу, запаху, цвету, влажности, содержанию различных примесей, выравненности крупы по размеру, содержанию доброкачественного ядра. Для отдельных видов крупы (кукурузной, овсяных хлопьев) дополнительно определяют зольность, содержание зародыша у первой и кислотность у второй. По каждому виду крупы нормируют допустимое содержание нешелушеных зерен. Например, в гречневой ядрице первого сорта стандартом предусмотрено содержание доброкачественного ядра 99,2%. В пшене шлифованном к примесям относят: испорченные ядра, сорную примесь (минеральную, органическую, семена сорных растений и др.), битые ядра и др.
Таблица 9.1 - Основные виды, сорта и номера крупы
Культура
Вид, сорт и номер крупы
Рис
Рис полированный и шлифованный высшего, первого и второго сорта. Рис дробленый шлифованный.
Гречиха
Ядрица первого и второго сорта. Ядрица быстроразваривающаяся первого и второго сорта. Продел. Продел быстроразваривающийся.
Просо
Пшено шлифованное высшего, первого и второго сорта.
Овес
Крупа овсяная недробленая высшего сорта. Крупа овсяная плющеная высшего и первого сорта. Овсяные хлопья Геркулес. Лепестковые хлопья. Толокно.
Качество крупы оценивают также по ее химическому составу, технологическим и потребительским свойствам. Химический состав определяет количество крахмала и белка, содержание жира и клетчатки. В крупе высокой калорийности должно быть большое содержание углеводов.
Особенной питательностью отличается гречневая крупа, она содержит и наибольшее количество витаминов группы В, в ней много кальция, фосфора, железа. Химический состав рисовой крупы характерен высоким содержанием углеводов (около 80%) при минимальном количестве клетчатки, что определяет ее хорошую усвояемость. Менее питательна крупа из кукурузы и ячменя. Кулинарные достоинства определяют цвет, вкус, структуру сваренной каши, продолжительность варки крупы, коэффициент развариваемости. Нормы качества крупы указаны в стандартах.
При производстве крупы получают также большое количество побочных продуктов и отходов (мучка, сечка, дробленка и лузга), большинство которых используют в качестве компонентов для производства комбикормовой продукции.
Мучку, сечку и дробленку, состоящие в основном из измельченных частиц эндосперма, относят к ценным побочным продуктам. Лузга состоит из наружных оболочек (цветковые у большинства крупяных культур зерна, плодовые у гречихи и семенные у гороха), выделенных в процессе шелушения зерна и содержащих обычно небольшое количество мучнистых частиц эндосперма. Лузгу используют для получения кормовых дрожжей, некоторых химических веществ и др. Ячменную, овсяную и гороховую лузгу применяют для кормовых целей. Базисный выход лузги в зависимости от вида перерабатываемого зерна колеблется в пределах 6...26%. Количество выделяемой мучки значительно и составляет 13...40%.
2. Подготовка зерна к переработке в крупу
Одна из важнейших задач при подготовке крупяных культур состоит в очистке зерна от посторонних примесей, его гидротермической обработке и разделении зерна на фракции. От эффективности подготовки существенно зависят выход и качество крупы, технико-экономические показатели работы завода.
Учитывая различие технологических свойств крупяного зерна и содержащихся в зерновой массе примесей, каждую культуру подготавливают по индивидуальной технологической схеме. Однако существуют и некоторые общие принципы построения технологических процессов подготовки зерна различных культур (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Схема подготовки зерна к шелушению:
1 – бункера для зерна; 2 – автоматические весы; 3 – первичная очистка зерна в воздушно-ситовых сепараторах; 4 – обработка зерна в обоечных машинах; 5 – вторичная очистка в воздушно-ситовых сепараторах; 6 – сортирование на фракции; 7 – выделение минеральной примеси в камнеотделительных машинах; 8 – выделение коротких и длинных примесей в триерах; 9 – выделение легких примесей в аспираторах или воздушно-ситовых сепараторах; 10 – гидротермическая обработка зерна.
Последовательность технологических операций, представленных на схеме, зависит от перерабатыва-емой культуры зерна, содержания в нем примесей, поэтому указанные операции используют дифференцированно. Наличие необходимых операций при подготовке конкретных зерновых культур указано в таблице 9.2.
Очистка зерна от примесей. Зерно, направляемое в зерноочистительное отделение крупяного завода, должно соответствовать установленным нормам качества. Для этого его предварительно очищают, просушивают (при повышенной влажности) и формируют крупные партии зерна. Необходимо обеспечить формирование партий из потоков зерна, однородных по качественным, технологи-ческим и крупяным свойствам.
Таблица 9.2. - Основные технологические операции подготовки крупяного зерна к шелушению
Основные требования при очистке зерна в зерноочистительном отделении крупяного завода состоят в максимальном выделении сорной примеси с применением аналогичных машин, используемых для этих целей на мукомольных заводах (сепараторов, триеров, аспирационных колонок и др.).
В соответствии с принципиальной схемой очистки (рис. 9.2) предварительно очищенное зерно на элеваторе направляют в бункера, расположенные в зерноочистительном отделении. Вместимость бункеров принимают из расчета суточной производительности завода, увеличенной на 10...20% для обеспечения его бесперебойной работы. До начала очистки зерно взвешивают на автоматических весах. Перед направлением в шелушильное отделение зерно также взвешивают для учета количества зерна, поступающего на крупяной завод, и контроля за ритмичной, работой зерноочистительного и шелушильного отделений.
Основную очистку зерна производят в воздушно-ситовых сепараторах. Для выделения основной массы примесей обычно применяют 2...3 системы последовательного пропуска зерна через сепараторы. На первой системе отбирают крупную, мелкую и легкую примесь в максимальном количестве. В сепараторах второй и третьей системы сепарирования проводят дальнейшую очистку зерна и отсеивают вместе с мелкими примесями мелкое зерно. Для отбора мелкого, недоразвитого и наиболее засоренного зерна, а также для сортирования зерна на фракции могут быть использованы рассевы.
Полученные фракции различаются не только геометрическими размерами, но и составом примесей, физико-механическими свойствами: натурой, массой 1000 зерен, плотностью и др. Это позволяет в последующем вести раз-дельную подготовку выделенных фракций зерна с применением оптимальных для каждой фракции режимов обработки.
В сепарирующих машинах размер и форма отверстий сит зависят от размеров зерна, особенностей наиболее характерных примесей, содержащихся в зерновой массе. Сита с круглыми отверстиями устанавливают при очистке зерна округлой формы – рис, просо, горох, кукуруза; с продолговатыми отверстиями для зерна удлиненной формы – овес, ячмень, пшеница; с отверстиями треугольной формы – для гречихи. Сепараторы должны обеспечивать полное выделение крупных примесей, выделение мелких и легких примесей на 95%.
При подготовке зерна некоторых культур применяют триеры: куколеотборочные машины для очистки овса, ячменя, пшеницы и овсюгоотборочные – для гречихи, пшеницы. Для проса, гороха, кукурузы и риса триеры не применяют. Куколеотборочные машины должны обеспечивать выделение не менее 90% коротких примесей, а овсюгоотборочные не менее 80% длинных примесей. Зерно очищают от минеральных примесей в камнеотделительных машинах. Их устанавливают перед триерами, так как отбор минеральной примеси из зерна до триеров уменьшает износ и удлиняет срок их работы. Камнеотделительные машины не используют при подготовке овса и гороха.
На крупяных заводах, перерабатывающих ячмень, пшеницу, применяют очистку поверхности зерна в обоечных машинах (предварительное шелушение). Вместо обоечных машин используют также шелушильно-шлифовальные машины типа ЗНШ, которые дают лучшую эффективность обработки поверхности зерна при меньшем его дроблении. В зерне, направляемом в шелушильное отделение, содержание примесей после очистки не должно превышать установленных норм.
Отходы, полученные в результате интенсивной очистки зерновой массы, контролируют для извлечения из них полноценного зерна, из которого вырабатывают затем крупу. Извлечение и переработка такого зерна увеличивают выход крупы. Отходы, так же как и на мукомольных заводах, в зависимости от содержания в них доброкачественного зерна, подразделяют на три категории. Отходы контролируют с применением тех же машин, что и на мукомольных заводах.
Гидротермическая обработка зерна. Гидротермическую обработку (ГТО) применяют при подготовке следующих крупяных культур: гречиха, овес, горох, пшеница, кукуруза. Это позволяет изменить технологические свойства крупяного зерна, в данном случае повысить прочность ядра, снизить прочность оболочек, уменьшить дробимость ядра при шелушении, шлифовании, лучше отделить оболочки и зародыш. Происходящие в зерне биохимические изменения повышают потребительские свойства крупы.
В зависимости от вида зерна и ассортимента вырабатываемой крупы применяют разные методы ГТО. Для пшеницы и кукурузы используют два метода холодного кондиционирования, а для гречихи, овса, гороха – горячее кондиционирование с применением пара. Первый метод ГТО применяют при переработке пшеницы и кукурузы в дробленую крупу разных номеров, у которых оболочки плотно срослись с ядром. Зерно обычно увлажняют водой с температурой около 40°С, затем проводят непродолжительное отволаживание в течение 0,5...3,0 ч. В это время влага проникает в основном в периферийные слои эндосперма. Повышенная влажность оболочек способствует лучшему их отделению, прочность ядра при этом практически не снижается. Для увлажнения зерна используют те же аппараты, что и на мукомольных заводах.
При втором методе ГТО зерно пропаривают в горизонтальном шнековом пропаривателе непрерывного действия или в аппарате периодического действия в течение 1,5...8,0 мин. Обработка зерна паром приводит к быстрому увлажнению и прогреву зерна, что повышает сопротивляемость ядра разрушению, ослабляет связи оболочек с ядром. После пропаривания зерно сушат, вследствие чего значительно снижается прочность оболочек, они легче подвергаются разрушению и отделению от ядра.
Завершают процесс ГТО охлаждением зерна, которое способствует дополнительному обезвоживанию оболочек и улучшению их отделения. Для охлаждения применяют аспирационные колонки, аспираторы, для сильно нагретого зерна используют охладительные колонки. После гидротермической обработки зерно направляют в шелушильное отделение завода. Гидротермическая обработка повышает коэффициент шелушения, увеличивает выход крупы, и, как следствие, возрастает производительность предприятия, уменьшается расход электроэнергии.
3. Общие принципы переработки зерна в крупу
Разнообразие видов зерновых культур и широкий ассортимент вырабатываемой из них крупы определяют объем и сложность технологических процессов в шелушильном отделении крупяного завода, выбор необходимого оборудования. Однако, несмотря на особенности переработки отдельных видов крупяного зерна, в основу построения технологических схем положен ряд общих принципов.
В левой части схемы (рис. 9.3) показаны операции, участвующие в процессе выработки крупы из целого ядра, в правой – дробленой крупы. Как видно из схемы, в шелушильном отделении производят следующие основные технологические операции: сортирование подготовленного к переработке зерна по крупности до шелушения, шелушение, сортирование продуктов шелушения, дробление (резание) ядра, шлифование и полирование ядра, сортирование и контроль крупы и побочных продуктов.
Сортирование зерна до шелушения. Сортирование подготовленного зерна на фракции по крупности перед шелушением повышает эффективность этой технологической операции. Чем лучше рассортировано зерно по размеру, тем выше эффективность работы шелушильных машин. Шелушение несортированной на отдельные фракции смеси при одинаковом зазоре между рабочими органами шелушильных машин приводит к повышенному воздействию на ядро крупных зерен и дает незначительную эффективность отделения оболочек при обработке мелких зерен. В первом случае возрастает выход дробленого ядра, мучки, а следовательно, выход целой крупы снижается. Во втором случае увеличивается количество нешелушеных зерен, которое необходимо возвращать на повторное шелушение.
Сортирование на фракции способствует лучшему разделению продуктов шелушения и выделению чистого ядра. Число фракций зависит от характера и формы рабочей зоны шелушильных машин и условий сортирования продуктов шелушения. Как правило, зерно делят на две фракции – крупную и мелкую для последующей их раздельной переработки. Наиболее точного сортирования перед шелушением требует зерно гречихи, подразделяемое на шесть фракций. Если просо шелушат в вальцедековых станках, у которых рабочая зона имеет клиновидную форму, а поверхность деки резиновая, то можно не сортировать его на фракции.
Зерно на фракции разделяют с применением рассевов, крупосортировочных машин, в которых устанавливают сита с круглыми или продолговатыми отверстиями различных размеров в зависимости от требуемого числа фракций и их крупности. При сортировании зерна на n фракций необходимо, независимо от схемы сортирования, устанавливать в машинах n –1 разных сит.
Шелушение зерна. Основная технологическая операция при производстве крупы, наиболее энергоемкая, оказывающая существенное влияние на все основные технико-экономические показатели производства.
При шелушении отделяют не усваиваемые организмом человека цветковые оболочки риса, проса, овса и ячменя, плодовые оболочки гречихи, пшеницы, кукурузы и семенные оболочки гороха. Перечисленные культуры отличаются между собой анатомическим строением зерна, что определяет способ их шелушения, при выборе которого учитывают прочность связи оболочек с ядром, прочность самого ядра, форму зерна и вид вырабатываемой крупы (из целого ядра или дробленая).
На крупяных заводах используют пять основных видов шелушильных машин: вальцедековые станки, станки с обрезиненными валками, шелушильные постава, шелушильные машины с абразивными дисками и обоечные машины. Каждая из них пригодна для шелушения одной или двух определенных зерновых культур и непригодна для других. Принцип действия машин можно свести к трем основным способам воздействия их рабочих органов на зерно во время шелушения: шелушение сжатием и сдвигом, шелушение многократным ударом, шелушение трением об абразивную поверхность.
Шелушение зерна сжатием и сдвигом. При этом способе на зерно воздействуют двумя рабочими поверхностями, расстояние между которыми меньше размера зерна. Его применяют для шелушения зерна, оболочки у которого не срослись с ядром. Используют три основные машины: вальцедековые станки (для проса и гречихи), шелушильные постава (для риса и овса), шелушители с обрезиненными валками (для риса и проса).
В вальцедековом станке происходит отделение цветковых оболочек при воздействии на них двух рабочих поверхностей, одна из которых – вращающийся валок, а другая – неподвижная дека, набранная из резинотканевых пластин или песчаниковая. В шелушителях с обрезиненными валками зерно, проходящее между вращающимися с различными скоростями навстречу друг другу валками, подвергается их воздействию. В шелушильном поставе зерно обрабатывается между двумя дисками, расположенными в горизонтальной плоскости, поверхность которых покрыта абразивным материалом: верхний диск неподвижен, нижний — вращается.
Шелушение зерна многократным ударом. Применяют для зерновых культур с прочным ядром (ячмень, пшеница, овес). Для этого используют те же обоечные машины с вращающимися бичами и неподвижной стальной или абразивной поверхностями, что и на мукомольных заводах. Эти машины непригодны для шелушения зерна крупяных культур, у которых хрупкое ядро (рис, гречиха). На крупяных заводах обоечные машины иногда применяют вместе с другими шелушильными машинами. Например, при обработке овса на первичном шелушении используют обоечную машину, а часть зерна обрабатывают повторно в шелушильных поставах. Недостаток использования обоечных машин при шелушении – повышенный выход дробленого зерна в результате интенсивного воздействия на продукт.
Шелушение зерна трением об абразивную поверхность. Используют практически для зерна, оболочки которого прочно срослись с ядром (ячмень, пшеница, горох и кукуруза). Применяют шелушильно-шлифовальные машины А1-ЗШН-3. Зерно, подлежащее обработке, поступает в пространство между вращающимися абразивными кругами и неподвижным перфорированным цилиндром. Благодаря интенсивному трению при продвижении зерна в рабочей зоне происходит отделение оболочек. Машины данного типа применяют также для шлифования и полирования ядра.
Эффективность процесса шелушения зерна при выработке крупы оценивают двумя показателями: коэффициентом шелушения и коэффициентом цельности ядра. Коэффициент шелушения характеризует процесс количественно и позволяет определить количество шелушеных и нешелушеных зерен (%). Коэффициент цельности ядра позволяет оценить процесс шелушения качественно и показывает извлечение целого ядра по отношению к суммарному его количеству (ядро + дробленое ядро + мучка), извлеченному в данной машине. Коэффициент цельности ядра характеризует качество шелушения: чем выше выход целого ядра, тем лучше проведено шелушение зерна.
Эффективность шелушения зерна зависит от технологических свойств крупяного зерна, параметров рабочих органов машин и нагрузки на машину. Из технологических свойств зерна наиболее важны структурно-механические (прочность ядра, прочность связи оболочек с ядром и др.), крупность, выравненность и влажность зерна.
При одинаковом коэффициенте цельности ядра, примерно равном 95% — коэффициент шелушения может быть (%): для овса 90...95, для риса 85...90, для гречихи 50...60. С увеличением коэффициента шелушения возрастает выход дробленого ядра и мучки.
