Nauka i praktyka poprawy wydajności przemiału pszenicy na chleb odmianowy
Techniczne doposażenie krajowego przemysłu młynarskiego w latach 80-tych i 90-tych ubiegłego wieku umożliwiło znaczne zwiększenie wydajności produkcji mąki i potencjalnych możliwości jej przetwarzania poprzez wprowadzenie zaawansowanych wówczas technologii Opierały się one na wdrożeniu naukowo uzasadnionej i praktycznie sprawdzonej zasady selektywnego mielenia poprzez rozwój procesów wzbogacania i zróżnicowanego wpływu na produkt. Młyny Bühler o wydajności 500 i 250 ton dziennie wyróżniały się maksymalnym wykorzystaniem ziarna i wysoką jakością produktu, stanowiąc podstawę przemysłu młynarskiego w Związku Radzieckim. Jednak późniejsze reformy gospodarki narodowej miały znaczący wpływ na ich funkcjonowanie i transformację przemysłu młynarskiego Okazało się, że w nowym środowisku gospodarczym technologie stworzone przez rozwinięte struktury były zbyt energochłonne, wymagały dużej liczby różnych maszyn, dużych powierzchni produkcyjnych i innych zasobów Ponadto ujawniły się wady typowe dla zakładów produkcyjnych o dużej wydajności: znaczne koszty zasobów materiałowych, pracy i energii do centralizacji surowców, dystrybucji i sprzedaży gotowych produktów, duża bezwładność procesów produkcyjnych i trudności w szybkim reagowaniu na nagłe zmiany popytu rynkowego. Przemysł młynarski potrzebował mniejszych, zlokalizowanych zakładów produkcyjnych o niższych kosztach uruchomienia i eksploatacji Młyny mączne oparte na zredukowanych i skróconych strukturach przetwórczych były i są szybko wprowadzane w kraju. Chociaż produkują one około 30 procent pszennej mąki chlebowej, tylko częściowo spełniają wymagania dotyczące jej jakości i wydajności. W większości przypadków niskie wykorzystanie ziarna i słaba jakość produkowanej mąki są problemami nie do pokonania dla tych młynów.
Obecnie ukraiński przemysł młynarski reprezentują typowe młyny o wydajności 500 i 250 ton dziennie, zbudowane ponad 30 lat temu, które przetrwały do dziś bez znaczących zmian, wdrażając zaawansowane struktury mielenia, a także różne nowe młyny o niższej wydajności, zarówno importowane, jak i krajowe, wdrażające skrócone i krótkie struktury mielenia.
Naszym zdaniem wady związane z wyżej wymienionymi branżami wynikają w dużej mierze z faktu, że wraz z pojawieniem się młynów Bueller, znaczące siły oficjalnej nauki krajowej, zamiast krytycznej analizy i rozwoju tych i innych technologii, zaangażowały się w interpretację, uzasadnienie i zachowanie technologii Bueller jako czegoś ostatecznego i niedoścignionego Czas pokazał, że wiele obiecujących badań i osiągnięć nie zostało wdrożonych na szeroką skalę w produkcji Do niedawna nikt w branży nie chciał niczego zmieniać, nie mówiąc już o gruntownych przygotowaniach z wyprzedzeniem do nieuchronnego kolejnego ponownego wyposażenia przemysłu młynarskiego Przejście do gospodarki rynkowej zaostrzyło potrzebę poszukiwania i opracowywania metod poprawy konkurencyjności młynów, a także otworzyło drogę do ich wdrożenia, ponieważ zadania związane z poprawą produkcji stały się obowiązkiem ich właścicieli, menedżerów i specjalistów, a nie ministerstw i departamentów
To właśnie opracowywanie i wdrażanie nowych technologii przetwórstwa zboża oraz środków ich realizacji jest głównym celem OLIS, a także mojej osobistej działalności jako jego kierownika i specjalisty. Niemożliwe jest opisanie wszystkiego, co zrobiliśmy, aby poprawić mielenie pszenicy, więc skupię się tylko na głównych punktach
Według naszych badań, ogromny potencjał poprawy wydajności przemiału pszenicy tkwi w zwiększeniu wydajności przygotowania ziarna do przemiału
Tak więc, zgodnie z obowiązującymi „Zasadami organizacji i zarządzania procesem technologicznym w młynach”, ziarno dostarczane do młynów powinno zawierać nie więcej niż 2,0% zanieczyszczeń śmieciowych, a jeśli sprzęt do obróbki ziarna jest dostępny na elewatorze, nie więcej niż 1,0% i nie więcej niż 5,0% zanieczyszczeń ziarna Jednocześnie maksymalna dopuszczalna zawartość zanieczyszczeń śmieciowych w ziarnie wysyłanym do pierwszego systemu przemiału pszenicy do piekarni nie powinna przekraczać 0,4%, a zanieczyszczenia ziarna nie są dodatkowo określone Praktyka młynarska pokazuje jednak, że poprawa jakości i wydajności mąki, zwłaszcza wysokogatunkowej, wymaga bardziej znaczącego usuwania zanieczyszczeń
Badania VNIIZ wykazały również, że wzrost o 0,1% zawartości śmieci w ziarnie przed systemem mielenia powoduje spadek całkowitej wydajności mąki o około 1,4% lub wzrost średniej ważonej zawartości popiołu o około 0,04%. Wzrost o 1,0% zawartości ziarna w oczyszczonym ziarnie prowadzi do spadku całkowitej wydajności mąki o około 0,8% lub wzrostu średniej ważonej zawartości popiołu o około 0,15%.
Oczywiście normy dotyczące zawartości zanieczyszczeń w ziarnie kierowanym do działu przygotowania młyna, a następnie do przemiału, opierają się na możliwościach nowoczesnej technologii czyszczenia Analiza norm jakościowych dla ziarna trafiającego do działu przygotowawczego młyna i pierwszego systemu działu mielenia pokazuje, że rzeczywista skuteczność czyszczenia ziarna w dziale przygotowawczym młyna wynosi około 60 Oznacza to, że pomimo szerokiego zakresu operacji czyszczenia ziarna i środków, które je realizują, nowoczesne metody czyszczenia, wykorzystujące złożone i drogie maszyny oraz znaczne zasoby, nie są w stanie zapewnić wysokiej wydajności technologicznej
Ziarno pszenicy zawiera na swojej powierzchni znaczną ilość mikroorganizmów i pyłów pochodzenia mineralnego i organicznego Aby zapobiec przedostawaniu się tych wtrąceń do mąki, a także łusek i łupin owoców, powierzchnia ziarna jest poddawana obróbce w ramach przygotowań do mielenia Taka obróbka jest tradycyjnie przeprowadzana w maszynach tapicerskich, gdzie głównym czynnikiem działającym jest uderzenie.
Zgodnie z istniejącymi danymi z testów produkcyjnych, gdy ziarno zostało poddane obróbce przed zwilżeniem, ilość oddzielonych łusek zewnętrznych wynosiła około 0,1% przy zawartości popiołu od 4,0 do 5,0%, a liczba połamanych ziaren wzrosła do 1,0%. Podczas obróbki przeprowadzonej po głównym etapie nawilżania, ilość oddzielonych zewnętrznych warstw ziarna wahała się od 0,01 do 0,08%, a zawartość połamanych ziaren wzrosła do 0,5%. Tak więc, nawet przy dwukrotnym przetwarzaniu, średnio nie więcej niż 3…6% łuski owocu jest oddzielone od ziaren, co wskazuje na nierównomierne i niepełne przetwarzanie ziarna Jednocześnie ustalone normy dopuszczają do 2% rozdrobnionych ziaren na każdym etapie takiego przetwarzania, tj. wzrost zawartości zanieczyszczeń ziarna, co zgodnie z obowiązującymi rabatami za dwukrotne przetwarzanie może prowadzić do spadku wydajności mąki o ponad 0,5%.
Zatem głównymi wadami tradycyjnej obróbki powierzchniowej ziarna są niska skuteczność czyszczenia i nierównomierna obróbka powierzchniowa pojedynczych ziaren, które są w stanie rozłączonym, w wyniku czego są poddawane obciążeniom dynamicznym o różnym charakterze i wielkości, co prowadzi do zniszczenia znacznej liczby ziaren
W porównaniu z gorącymi metodami obróbki wodno-cieplnej, metoda na zimno nie wymaga drogiego i skomplikowanego sprzętu wykorzystującego parę, próżnię lub nadmierne ciśnienie, a także zużycia energii ze względu na konieczność podgrzania ziarna do temperatury 50…70˚С Zalety te doprowadziły do stosowania wyłącznie kondycjonowania na zimno w nowoczesnych warunkach rolniczych Jednak wdrożenie metody kondycjonowania na zimno komplikuje ograniczona zdolność absorpcji wody przez ziarno podczas nawilżania, co w niektórych przypadkach wymaga przeprowadzenia tej operacji w kilku etapach z pośrednim nawilżaniem Ponadto, aby zapewnić efekt technologiczny kondycjonowania na zimno, wymagane jest długotrwałe odwodnienie ziarna, co wymaga pojemników o dużej pojemności Tak więc, zgodnie z aktualnymi zaleceniami, w zależności od zawartości szklistości i początkowej wilgotności pszenicy, wzrost wilgotności podczas jednego etapu nawilżania nie przekracza 3,5%, a całkowity zalecany czas nawilżania może przekroczyć 24 godziny. Z tego powodu młyny wykorzystujące standardowe struktury mielenia mają 1,5 razy większą wydajność niż dzienna wydajność przetwarzania ziarna w ich suszarniach
Od dawna wiadomo, że całe ziarna są rodzajem naturalnej struktury, która ma dość mocną elipsoidalną ramę wzmocnioną przez najsilniejszą anatomiczną część ziarna, łuskę Po przyłożeniu sił zewnętrznych rama zachowuje się jak monolityczna struktura Wiadomo również, że odporność na pękanie całego ziarna jako złożonej struktury jest wyższa niż bielma i nieco niższa niż łuski W związku z tym podczas mielenia ziarna konieczne jest zastosowanie sił wyższych niż te wymagane do mielenia bielma, co prowadzi do wyższego zużycia energii, zmniejszonej wydajności formowania kaszy i ryzyka powstawania małych cząstek łuski. Ponadto mielenie ziarna razem z łuskami jest sprzeczne z jedną z głównych zasad mielenia pszenicy, która została sformułowana w latach powojennych – zasadą sekwencyjnego uwalniania bielma z łusek
Jak się okazuje, te i inne wady tradycyjnego przygotowania ziarna do przemiału można wyeliminować stosując technologię obłuskiwania
Nasze badania wykazały, że skuteczność oczyszczania ziarna z zanieczyszczeń podczas obłuskiwania jest proporcjonalna do wartości jego indeksu obłuskiwania k Przetwarzanie ziarna o wartościach wskaźnika k powyżej 3,5% pod względem skuteczności usuwania zanieczyszczeń i o wartościach powyżej 4,5% pod względem oddzielania zanieczyszczeń ziarna przekracza maksymalną możliwą skuteczność czyszczenia sitowo-powietrznego, w szczególności ze względu na oddzielanie trudnych do oddzielenia zanieczyszczeń
Czyszczenie powierzchni ziarna poprzez obłuskiwanie znacznie przewyższa wydajność obróbki w maszynach tapicerskich, ponieważ obłuskiwanie obejmuje usuwanie niepożądanych wtrąceń na powierzchni ziarna wraz z całą masą oddzielonych łusek, które mogą sięgać nawet 8% masy ziarna
Nawilżanie obłuskanego ziarna pszenicy zwiększa jego wilgotność o ponad 3,0% w porównaniu z ziarnem nieobłuskanym Szybkość rozprzestrzeniania się wilgoci w bielmie obłuszczonego ziarna jest kilkakrotnie wyższa niż w przypadku ziarna nieobłuszczonego W związku z tym większość partii krajowej pszenicy można kondycjonować w jednym etapie, skracając czas obłuszczania nawet o 25%. Jednocześnie obróbka pszenicy o wskaźniku obłuskiwania powyżej 3…4% prowadzi do gwałtownego spadku żywotności ziarna i aktywnego rozwoju grzybów pleśniowych na powierzchni ziaren w warunkach wysokiej wilgotności Dlatego też obłuskiwanie ziarna przed kondycjonowaniem jest ograniczone do określonych wartości wskaźnika obłuskiwania
Mielenie obłuskanego ziarna znacznie poprawia jakość półproduktów i zwiększa wydajność kasz gruboziarnistych Intensywność energetyczna wstępnego mielenia ziarna obłuszczonego jest średnio o 30…50% niższa niż w przypadku ziarna nieobłuszczonego W ten sposób cały proces formowania zboża może być efektywnie realizowany na dwóch lub nawet jednym systemie obłuskiwania
Mąka produkowana z obłuszczonego ziarna charakteryzuje się lepszą bielą i lepszymi właściwościami wypiekowymi Ponadto produkcja mąki z obłuszczonego ziarna wykazała zwiększone spożycie warstwy aleuronowej, co jest korzystne ze względu na zwiększoną zawartość białka i minerałów w warstwie aleuronowej.
W wyniku naszych badań opracowaliśmy i uzasadniliśmy zredukowane struktury etapu przygotowania ziarna do przemiału z wykorzystaniem obłuskiwania, które obejmują 10 operacji, czyli o 7 operacji mniej niż w typowych strukturach
Biorąc pod uwagę proponowany sposób przygotowania ziarna, opracowano metody poprawy struktury etapu mielenia ziarna, które obejmują
– zastosowanie niskich trybów rozdrabniania obłuskanego ziarna, co pozwala na zmniejszenie liczby układów i długości linii walców procesu obłuskiwania przy jednoczesnym zwiększeniu liczby i jakości półproduktów (zwłaszcza dużych)
– wykluczenie wzbogacania drobnych zbóż i plew, co jest zapewnione dzięki lepszej jakości tych produktów w wyniku niskich trybów formowania kaszy podczas mielenia łuskanego ziarna
– Zwiększenie wydajności mąki podczas mielenia produktów pośrednich za pomocą maszyn dezintegrujących, co zmniejsza liczbę systemów i długość linii walców w procesie mielenia.
Aby wdrożyć nowe i ulepszone operacje technologiczne, zaprojektowano następujące maszyny: maszynę do łuszczenia i obierania MAO, maszynę do obierania i mielenia o konstrukcji kaskadowej oraz rozczłonkownik ESM-1.5.
W celu praktycznego wdrożenia opracowano schemat technologiczny dla etapu przygotowania ziarna do przemiału, a także schematy technologiczne dla etapu przemiału bez wzbogacania i z wzbogacaniem sitowo-powietrznym uniwersalnych standardowych modułów technologicznych, jako podstawę do syntezy schematów technologicznych dla młynów o różnej wydajności.
Schematy technologiczne młynów o różnej wydajności zostały opracowane i przetestowane w warunkach produkcyjnych, wdrożone przy użyciu standardowych modułów i nowych urządzeń technologicznych
Stworzyliśmy również struktury, zdefiniowaliśmy tryby i opracowaliśmy schematy technologiczne dla młynów wykorzystując kompletne wyposażenie do ich rekonstrukcji w celu rozwiązania najbardziej palących problemów przemysłowych
Wyniki badań laboratoryjnych i produkcyjnych, a także doświadczenie ponad 20 młynów o wydajności od 30 do 330 ton dziennie pokazują, że zastosowanie oferowanych przez nas technologii gwarantuje produkcję mąki piekarniczej z odmian pszenicy, która spełnia wymagania aktualnych dokumentów regulacyjnych, a także pozwala uzyskać znaczący efekt ekonomiczny przy tworzeniu lub rekonstrukcji zakładu produkcyjnego i jego późniejszej eksploatacji
Wdrożenie opracowanej technologii bez stosowania wzbogacania pozwala młynom o niskiej wydajności zwiększyć wydajność mąki wysokiej jakości średnio o 10…20%, przy jednoczesnym zwiększeniu całkowitej wydajności o 1…2%. Najbardziej odpowiedni pod względem wskaźników technicznych i ekonomicznych jest młyn o wydajności 60 t/dobę W porównaniu do tradycyjnych produkcji o niskiej wydajności, 1 tona dziennej wydajności takiego młyna wymaga 1,7 razy mniejszej wagi sprzętu i 1,65 razy mniejszego kosztu jego zakupu Ponadto, przetworzenie 1 tony ziarna wymaga o 8% mniejszej mocy zainstalowanej i ponad 2 razy mniej powietrza.
Młyny o średniej i dużej wydajności, które są zbudowane przy użyciu opracowanych technologii z wykorzystaniem wzbogacania sitowo-powietrznego, charakteryzują się wzrostem wydajności mąki wysokiej jakości o 10…15%. W porównaniu z młynami stworzonymi przy użyciu tradycyjnej technologii, proponowane zakłady produkcyjne wymagają średnio 1,3 razy mniej sprzętu i środków na jego zakup, aby wytworzyć 1 tonę dziennej produktywności Ponadto przetwarzanie 1 tony ziarna w takich młynach wymaga o 5% mniejszej mocy zainstalowanej i 1,4 razy mniej powietrza.
W przypadku rekonstrukcji młynów przy użyciu kompletnego wyposażenia, proponowane opcje rekonstrukcji powinny zwiększyć produkcję mąki premium o 5…15%, zmniejszyć zużycie materiałów i koszt używanego sprzętu nawet o 25%.
Roczny efekt ekonomiczny poprawy ilościowych i jakościowych wskaźników wydajności młynów jest następujący
– 30 ton dziennie – 274 tys. UAH
– 60 ton dziennie – 1 775 000 UAH.
– o wydajności 120 ton dziennie – 2 653 000 UAH.
-240 ton na dobę, a także zrekonstruowane zakłady z kompletnym wyposażeniem o wydajności 250 ton na dobę – 3 442 000 UAH.
