Технологія і техніка переробки зерна, основи переробки зерна

Реферат на тему:

"Технологія і техніка переробки зерна, основи переробки зерна"

Технологія і техніка переробки зерна від їх зародження і до створення сучасних борошномельних заводів пройшли довгий і складний шлях розвитку. Спочатку зерно мололи на зернотерках. Поява млинів, що приводилися в дію за допомогою потоку води, характеризує якісно новий етап розвитку продуктивних сил рабовласницького суспільства -- етап створення першої машини з механічним приводом. Лише в X ст. у Європі для приведення в дію млинів почали використовувати силу вітру -- з'явилися вітряки. На території України водяні і вітряні млини стали використовувати лише в XV -XVI ст. На початку XIX ст. у млинах вже використовується нове джерело рушійної сили -- пара, що мало важливе значення в розвитку техніки для виробництва борошна.

У 1824 р. батько і син Черепанови побудували паровий двигун продуктивністю чотири кінські сили, який приводив у дію жорна, що переробляли до 90 пудів (15 т) зерна за добу. В 1822 р. механік Марк Міллер створив машину, яка подрібнювала зерно стальними вальцями. У 1834 р. швейцарський інженер Зульцберг вдосконалив конструкцію вальцьового станка, встановивши на ньому чавунні вальці та змінивши його конструкцію. Відтоді вальцьові станки почали витісняти млини з жорнами.

Наступним етапом розвитку борошномельного виробництва стало винайдення трієрів, розсівів, сепараторів, аспіраторів. Отже, борошномельне виробництво пройшло шлях майже в 6 тис. років -- від ступок і зернотерок до сучасних великих борошномельних заводів.

Для виготовлення хліба використовують борошно із зерна м'якої скловидної пшениці з достатнім вмістом білка (до 14%) і клейковиною хорошої якості. Для кондитерської промисловості, навпаки, більш придатне пшеничне борошно із вмістом до 9- 11% білка і великим вмістом крохмалю. Тверда пшениця -- основна сировина Для виготовлення високоякісних макаронних виробів.

Основну масу пшеничного зерна становить його внутрішня частина -- ендосперм, з якого одержують найцінніші сорти борошна. Клітини ендосперму містять крохмаль і білкові речовини, а зовнішня частина ендосперму -- алейроновий шар багата на білок і жир. Для одержання борошна вищого сорту алейроновий шар зерна треба видалити, оскільки він погано засвоюється організмом людини.

Зародок зерна містить багато білка, жирів, цукрів, вітамінів і ферментів. Під час переробки зерна на борошно зародки також намагаються видалити, тому що вони погано подрібнюються і містять жир, який швидко гіркне, викликаючи швидке псування борошна.

Зовні зерно покрите плодовою і насінною оболонками, кожна з яких складається із трьох шарів. Для одержання високоякісного білого борошна намагаються виділити всі шість шарів оболонок і борідку, оскільки вони майже не засвоюються організмом людини.

Основною сировиною для виготовлення борошна є зерно пшениці і жита, тому що ці культури мають високу харчову цінність. Борошномельна властивість зерна визначається співвідношенням між окремими його частинами та хімічним складом Зерно жита за будовою і співвідношенням складових частин подібне до зерна пшениці, але між ними існують деякі відмінності. Його використовують переважно для вироблення оббивного і сіяного борошна, при виробництві якого не потрібне ретельне відокремлення оболонок від ендосперму. При розмелюванні зерно жита поводить себе як пластичне, а не як крихке тіло.

Зерна жита містять менше білків, ніж зерна пшениці. Крім того, білки жита не утворюють зв'язної клейковини через наявність у їх складі значної кількості слизей, які і перешкоджають формуванню зв'язної клейковини. Крохмалю в зерні жита менше і він легше клейстеризується порівняно із пшеничним.

За харчовою цінністю житній хліб не поступається пшеничному, до того ж біологічна цінність житнього хліба вища, оскільки білок у Борошно -- цінний продукт помелу зерна, який використовують для виробництва хліба, макаронних і кондитерських виробів, а в невеликій кількості -- у текстильній і хімічній промисловості.

За рахунок зернових продуктів людина споживає близько 52 -- 62% загальної кількості вуглеводів. Рід зерна, з якого вироблене борошно, визначає його вид (борошно пшеничне, житнє та ін.).

Процес переробки зерна на борошно на великих державних борошномельних заводах і сільськогосподарських млинах залежить від якості зерна, яке надходить на переробку, досконалості застосовуваної технології, стану технологічного обладнання.

Борошномельні властивості зерна виявляються в процесі переробки його на борошно і визначаються загальним виходом борошна та його якістю. Виходом борошна називають кількість його, вироблену із зерна в результаті помелу. Цей показник виражають у процентах від маси переробленого зерна. Він може бути 98%-й, коли все зерно перетворене на борошно, неоднорідне за розмірами часточок, до складу яких входить ендосперм з оболонками.

Борошномельні заводи виробляють борошно різних виходів і сортів. Пшеничне: 96% - необбивне (односортне); 85% - недругого сорту (односортне); 78% - недвосортне і трисортне; 77% - неодносортне (поліпшене другого сорту); 75% - нетрисортне; 72% - не першого сорту (односортне); 70% - недвосортне або односортне, Житнє: 95% - необбивне (односортне); 87% - нешеретоване (односортне); 78% - недвосортне; 63% - несіяне (односортне).

Крім того, виробляють односортне борошно із суміші зерна пшениці і жита: пшенично-житнє (70% пшениці і ЗО% жита) з виходом 96% і житньо-пшеничне (60% жита і 40% пшениці) з виходом 95%.

Залежно від схеми помелу в межах встановленого виходу можна виробляти борошно одного або кількох сортів. Так, при загальному виході борошна 78% можна одержати борошно двох або трьох сортів. Загальний вихід борошна становить переважно не менше 70%, тому що в нормально виповненому зерні пшениці вміст ендосперму сягає 81 - 85%.

Порівняння хімічного складу різних сортів пшеничного і житнього борошна показує, що найбільш близьким за хімічним складом До зерна є оббивне борошно. В ньому лише на 0,07-0,1% менше золи і на 0,15 - 0,20% -- клітковини внаслідок видалення невеликої кількості оболонок. Вміст інших компонентів в оббивному борошні майже збігається із вмістом їх у зерні.

У борошні вищих сортів менше білка, жиру, клітковини, золи і цукрів порівняно з борошном нижчих сортів. Це пояснюється тим, що воно формується із внутрішніх шарів ендосперму, які складаються переважно з крохмалю і невеликої кількості білків високої якості. Борошно вищих сортів пшениці і жита містить мінімальну кількість вітамінів групи В та мінеральних речовин, що містяться переважно в периферійних частинах зерна і не потрапляють у борошно. Тому борошно вищих сортів вітамінізують.

Житнє борошно порівняно з пшеничним містить на 10 - 15% менше білків, які за звичайних умов не утворюють клейковини. Менше в житньому борошні і крохмалю через збільшення кількості клітковини, цукрів, слизей, що пов'язано з хімічним складом зерна жита.

Технологія виробництва борошна передбачає очищення зерна і його підготовку до помелу в зерноочисному та переробку на борошно в розмельному відділеннях.

У підготовчому відділенні борошномельного заводу із зернової маси видаляють органічні й неорганічні домішки за допомогою сепараторів, аспіраторів, кукіле- та вівсюговідбірних машин, магнітних сепараторів; очищають поверхню зерна від пилу і бруду, видаляють борідку, оболонки і зародок, використовуючи для цього оббивні машини з абразивними та стальними циліндрами, а також щіткові та мийні машини.

У процесі обробки зерна в зерноочисному відділенні змінюється тільки його зольність -- зменшується на 0,10 - 0,15% внаслідок видалення пилу та бруду, а також частково поверхневих шарів і зародка, які мають підвищену зольність.

Після очищення другою важливою операцією підготовки зерна до помелу є його кондиціювання.

Водно-теплова (ВТО), або гідротермічна, обробка включає заходи підготовки зерна до переробки, в результаті проведення яких посилюється еластичність оболонок та послаблюються зв'язки між оболонками й ендоспермом, змінюються біологічні властивості зерна і борошна та якість клейковини, знижується зольність борошна, підвищується активність ферментів.

На взаємодію зерна з водою впливають його сорбційні властивості, параметри вологоносія та навколишнього середовища. Зерно більших розмірів поглинає воду повільніше, тому що його поверхня, віднесена до одиниці маси, менша. Зерно з високою скловидністю поглинає воду повільно, тоді як зерно з борошнистим ендоспермом -- досить інтенсивно.

У зерновій масі окремі зерна мають різну водовбирну здатність. Так, при середній вологості зерна 16,2% вологість окремих зерен _М0же становити від 12 до 35%. Вміст вологи в різних частинах зернівки також неоднаковий. Якщо вологість ендосперму менша за вологість зерна на 0,9 -1,7%, то вологість оболонок більша на 8 _ 14%, причому в ендоспермі вода поширюється повільніше, ніж в оболонках.

Процес взаємодії зерна з водою поділяють на три етапи: початковий -- тривалістю 0,5-1 рік (відбувається вологонасичення плодових та насінних оболонок алейронового шару і зародка); основний -- тривалістю 5 - 12 рік (волога проникає в ендосперм); заключний -- триває добу і більше (завершується розподілом вологи по всіх частинках зернівки).

Кількість води, яка поглинається зерном, залежить від температури. З підвищенням температури його вбирна здатність збільшується. При підвищенні температури зростає кінетична енергія молекул води і відповідно інтенсивність внутрішнього перерозподілу вологи в зерні.

Розрізняють холодне і гаряче кондиціювання зерна. Найпоширенішим способом гідротермічної обробки (ГТО) є холодне кондиціювання, яке може бути без підігрівання зерна і води та з підігріванням. Холодне кондиціювання без підігрівання зерна і води проводять за умови, що температура зерна і води не нижче 18 - 20 °С, тобто влітку. Взимку, коли температура зерна і води нижча й утруднюються умови проникнення вологи в зерно, проводять холодне кондиціювання з підігріванням. При цьому температуру зерна доводять до 20 - 25 °С, а води -- до 40 - 50 °С. Основним недоліком холодного кондиціювання зерна є необхідність тривалого його відволожування, що потребує будівництва бункерів великої місткості.

Для гарячого кондиціювання використовують спеціальні апарати -- кондиціонери. Зерно, зволожене до 14 - 16%, проходить теплову обробку в кондиціонері при температурі 45 - 57 °С. Температурний режим обробки зерна і його тривалість залежать від якості клейковини, скловидності та інших показників.

Після ГТО складають помольні суміші, змішуючи зерно за певною рецептурою. Через магнітні сепаратори зерно надходить у розмельне відділення.

У борошномельному виробництві помелом називається сукупність пов'язаних між собою технологічних операцій з переробки зерна на борошно, під час яких намагаються повністю добути із зерна ендосперм у вигляді борошна або подрібнити на борошно все зерно. Основні принципи помельного процесу -- безперервність, послідовність і паралельність ведення технологічних операцій.

Помели бувають разові й повторювані (багаторазові). Останні, у свою чергу, поділяють на прості і складні. Сортове борошно можна отримати лише при повторюваних помелах, просте -- при разових.

Разові помели. Це найпростіший спосіб подрібнення зерна на борошно, за якого зерно пропускають через подрібнювальний механізм або машину (жорнові посади, молоткові дробарки) для одержання борошна з достатнім ступенем подрібнення. Якість борошна разового помелу низька. У борошно потрапляють усі подрібнені оболонки разом з ендоспермом, що надає йому темного кольору та зменшує харчову цінність.

Зерно при разових помелах подрібнюють на жорнах, зроблених з природного або штучного каменю. Одне із жорен закріплюється нерухомо (лежень), а друге (бігунок) -- обертається з коловою швидкістю 10 - 12 м/с. Зерно засипається в отвір у центрі бігунка і при обертанні останнього затягується в простір між жорнами. На робочій частині жорен за певними правилами насічені борозенки завглибшки 7 - 12 мм, тому зерно при надходженні розтирається між жорнами до стану борошна. Продуктивність жорнового посаду 100 - 125 кг зерна за добу на 1 см діаметра жорен. Останні виготовляють діаметром 55, 76, 100 і 120 см. Отже, при діаметрі жорен 1 м виробіток сягає приблизно 10 - 12 т борошна за добу.

Для поліпшення якості борошна разового помелу з нього відбирають деяку кількість крупних оболонок -- висівок. Суміш подрібнених продуктів, яку одержують після подрібнення зерна, просівають на буратах або центрифугах (призматичних чи циліндричних рамах, обтягнутих шовковими або металотканими ситами з певними розмірами вічок) і відібрані сходом висівки спрямовуються окремим потоком. Борошно стає більш однорідним, внаслідок чого якість його поліпшується.

Повторювані помели -- більш досконалі способи помелу порівняно з разовими. Полягають у тому, що зерно подрібнюється не за один пропуск, а поступово, послідовно проходячи через кілька розмелювальних машин. Багаторазові помели можна проводити різними способами: простим (одержують борошно з більшим вмістом. частин оболонок) і складним (виробляється борошно з меншим вмістом оболонок зерна, тобто кращої якості).Багаторазові помели проводять переважно такими способами:

Зерно послідовно подрібнюють в кількох розмелювальних машинах. Після кожної машини подрібнена суміш спрямовується на просіювання, під час якого з неї висівається готове борошно, а великі часточки надходять у наступні розмелювальні машини. Помел повторюють доти, поки всі часточки не перетворяться на борошно. Так одержують оббивне борошно.

Після подрібнення зерна суміш просіюють, відбираючи борошно, і крупніші часточки, які, залежно від розмірів та якості, групують в окремі потоки, після помелу яких одержують борошно різноїякості. Крім борошна за такою схемою переробки зерна одержують висівки. Цей спосіб використовують при виробництві житнього борошна -- оббивного і сіяного.

Одержану суміш після подрібнення зерна розсортовують за розмірами та якістю частинок, обробляють у ситовійних машинах і вальцьових станках шліфувальних систем (збагачення), одержуючи борошно різних сортів. Помел проводять так, щоб при відділенні оболонок від ендосперму останній менше подрібнювався. Так виробляють пшеничне борошно. Біле борошно високої якості одержують із спеціально збагачених крупок.

У виробництві борошна процес подрібнення зерна і проміжних продуктів є одним із головних, оскільки він впливає на вихід і якість готової продукції. Подрібнення зерна -- одна з найбільш енергомістких операцій. Вона полягає у руйнуванні твердих тіл під дією ударних або стираючих зовнішніх сил. Розрізняють два види подрібнення: просте, за якого всі складові частини зерна подрібнюються рівномірно для одержання однорідної суміші, і вибіркове, коли тверді тіла, неоднорідні за складом, руйнуються для одержання часточок певних розмірів. Вибіркове подрібнення при цьому спрямоване на більш повне виділення твердих часточок.

При простих помелах зерна пшениці і жита, наприклад на оббивне борошно, використовують метод простого подрібнення, при складних помелах для одержання сортового борошна високої якості -- метод вибіркового подрібнення.

Основні вимоги до процесу подрібнення зерна пшениці і жита при сортових помелах зводяться до одержання максимальної кількості проміжних продуктів у вигляді крупок і дунстів високої якості,їх шліфування та повного подрібнення на борошно. Тому цей процес складається з трьох етапів: крупоутворення з вилученням оболонок(Драний процес), збагачення проміжних продуктів (шліфувальний процес); тонке подрібнення збагачених проміжних продуктів з вилученням оболонок, що залишилися (розмелювальний процес).

Кожний етап, у свою чергу, складається із систем, кількість яких визначається видом помелу і технічним оснащенням заводу. Системи, на яких подрібнюють зерно і його часточки, називаються драними, або крупоутворювальними, і позначаються римськими цифрами (І, II, III і т.д.). Системи, на яких подрібнюють проміжні продукти (крупки і дунсти), мають назву розмельних і позначаються арабськими цифрами (1, 2, 3 і т.д.)

Драний процес спрямований на добування з ендосперму на перших драних системах максимальної кількості проміжних продуктів у вигляді крупок з часточками різних розмірів і дунстів (це середня фракція продукту між дрібною крупою і борошном) з мінімальною зольністю та невеликою кількістю борошна, а на наступних системах -- відокремити від оболонок часточки, які залишились. Драний процес здійснюють на вальцьових верстатах (рис. 1).

Крупні, середні і дрібні крупки, а також дунсти значно відрізняються між собою не тільки за розмірами (розмір часточок від 0,35 до 3,25 мм, а дунстів від 0,2 до 0,35 мм), а & за добротністю, тобто відносним вмістом ендосперму та оболонок. Якщо ці суміші подрібнити у вальцьових станках, то якість виробленого борошна буде низькою через потрапляння в нього оболонок. Тому основне призначення процесу сортування крупок і дунстів за добротністю -- розділення їх за якістю. Відділення часточок, якість яких близька до якості ендосперму, необхідне для того, щоб одержати максимальну кількість високоякісного борошна з мінімальним вмістом у ньому подрібнених часточок оболонок зерна. Процес сортування крупок і дунстів за добротністю називається процесом збагачення.

На ситовійних машинах здійснюється просіювання суміші на плоских решетах в умовах висхідного потоку повітря. За сильної дії повітря та прямолінійно-зворотного руху ситового корпуса різні компоненти суміші розшаровуються. Повітря, що засмоктується з підрешітного простору, пронизує всі три яруси решіт і надходить в аспіраційну систему. У міру розпушування шару продукту повітрям часточки з найбільшою густиною перемішуються вниз до решіт, а часточки з найменшою густиною та найбільш шорсткі -- вгору. Часточки, що мають більшу густину і багаті на ендосперм (низькозольні), швидко опускаються на поверхню решіт і просіюються.

У результаті збагачення з кожної ситовійної системи можна одержати 5-6 продуктів, різних за крупністю та якістю (один-три сходи і один-чотири проходи).

Збагачені в ситовійних машинах крупки залежно від якості надходять на верстати шліфувальних і розмельних систем для подальшого подрібнення.

Шліфуванням у борошномельному виробництві називається звільнення крупок (крупних, середніх, дрібних) від оболонок, що зрослися з ними, пропусканням через вальцьові станки. При сортових помелах пшениці залежно від продуктивності заводу використовують 5 шліфувальних систем. Після шліфування великі крупинки стають середніми, середні -- дрібними, а дрібні -- дунстами. Режим роботи шліфувальних систем має забезпечувати якнайповніше відокремлення оболонок від крупок з найменшим подрібненням останніх та мінімальним утворенням борошна (не більше 12 - 15%).

Завершальним етапом у технологічному процесі виробництва борошна є розмельний процес -- подрібнення на борошно крупок та дунстів, одержаних у драному і шліфувальному процесах і звільнених від оболонок при збагаченні. З кожної розмельної системи намагаються одержати максимальну кількість борошна з мінімальним вмістом золи. Вибір кількості розмельних систем залежить від продуктивності борошномельного заводу, виду помелу, міцності подрібнених продуктів, стану розвитку драного, ситовійного і шліфувального процесів. При сортових помелах пшениці необхідно 8-14 розмельних систем.