Наука і практика підвищення ефективності сортових хлібопекарських помелів пшениці
Технічне переоснащення вітчизняної борошномельної галузі, що було проведене в 80-90 роках минулого століття дозволило значно підвищити ефективність виробництва борошна і потенційні можливості переробки за рахунок впровадження передових, на той час, технологій. Їх основою була реалізація науково-обґрунтованого і відпрацьованого практично принципу вибіркового подрібнення за рахунок розвитку процесів збагачення і диференційованої дії на продукт. Борошномельні заводи продуктивністю 500 і 250 т/добу фірми «Бюлер» відрізнялися максимальним ступенем використання зерна, високою якістю продукції і складали основу борошномельної промисловості Радянського Союзу. Однак, проведене в подальші періоди реформування вітчизняної економіки значно вплинуло на їх роботу і трансформацію борошномельної галузі. Виявилось, що в нових умовах господарювання технології, створені за розвиненими структурами, занадто енергоємні, вимагають великої кількості різноманітних машин, значних виробничих площ та інших ресурсів. Крім того, проявилися недоліки, що характерні для виробництв великої продуктивності: значні витрати матеріальних, трудових, енергетичних ресурсів на централізацію сировини, розподіл і реалізацію готової продукції, висока інерційність виробничих процесів і складність оперативного реагування на різкі зміни у ринковому попиті. Борошномельна галузь потребувала виробництв меншої, локальної продуктивності, з нижчими витратами на створення і експлуатацію. У країні стрімко почали впроваджуватися і впроваджуються нині борошномельні заводи, що будуються на основі скорочених та коротких структур процесу переробки. Такі виробництва, хоч і виробляють біля 30 % пшеничного сортового хлібопекарського борошна, але лише частково задовольняють вимоги до його якості та виходу. Низький рівень використання зерна і невисока якість борошна, що виробляється, у більшості випадків є непереборною проблемою цих виробництв.
Таким чином, нині борошномельна галузь України представлена типовими борошномельними заводами продуктивністю 500 і 250 т/добу, побудованими більше 30 років тому, які збереглися до наших днів без суттєвих змін, що реалізують розвинені структури помелів, а також різноманітними новими виробництвами меншої продуктивності, як імпортними, так і вітчизняної побудови, що реалізують скорочені та короткі структури помелів.
Недоліки, властиві перерахованим виробництвам, на нашу думку в значній мірі зумовлені тим, що з появою борошномельних заводів фірми Бюллер значні сили офіційної вітчизняної науки замість критичного аналізу і розвитку цих та інших технологій займались тлумаченням, обґрунтуванням і консервацією технологій Бюллер, як чогось остаточного і не перевершеного. Багато перспективних, як показує час, досліджень та розробок не були доведені до широкого впровадження у виробництво. До недавнього часу у промисловості ніхто нічого не хотів змінювати, а тим більше завчасно займатися ґрунтовною підготовкою до неминучого чергового переоснащення борошномельної галузі. Перехід до ринкової економіки загострив необхідність пошуку та розробки методів підвищення конкурентоспроможності борошномельних виробництв, а також відкрив шлях до їх впровадження, так як задачами вдосконалення виробництва стали опікуватися безпосередньо їх власники, менеджери та спеціалісти, а не міністерства та управління.
Саме розробка та впровадження у виробництво нових технологій переробки зерна і засобів їх реалізації є напрямком роботи компанії «ОЛИС», та особисто моєї діяльності як її керівника і фахівця. У межах доповіді неможливо викласти все те, що було нами напрацьовано у напрямку вдосконалення сортових хлібопекарських помелів пшениці, тому я зупинюсь лише на основних моментах.
Як показують наші дослідження, величезний потенціал підвищення ефективності сортових хлібопекарських помелів пшениці знаходиться у підвищенні ефективності підготовки зерна до помелу.
Так, згідно до діючих «Правил організації та ведення технологічного процесу на борошномельних підприємствах», зерно, яке надходить на борошномельні заводи, повинне містити не більше 2,0 % смітної домішки, а за наявності обладнання для обробки зерна на елеваторі – не більше 1,0 % та не більше 5,0 % зернової домішки. В той же час, граничний допустимий вміст смітної домішки в зерні, яке направляється на I драну систему при хлібопекарських помелах пшениці не повинний перевищувати 0,4 %, а зернової – додатково не зазначений. Проте, практика проведення помелів показує, що підвищення показників якості і виходу борошна, особливо високих сортів, вимагає більш значного вилучення домішок.
Ще дослідженнями ВНИИЗ встановлено, що при збільшенні вмісту смітної домішки на 0,1 % в зерні перед I драною системою, загальний вихід борошна зменшується приблизно на 1,4 % або середньозважена зольність борошна збільшується приблизно на 0,04 %. Збільшення вмісту в очищеному зерні зернової домішки на 1,0 % призводить до зниження загального виходу борошна приблизно на 0,8 % або збільшення середньозваженої зольності на 0,15 %.
Очевидно, що норми вмісту домішок в зерні, яке направляється у відділення підготовки борошномельного заводу і далі в помел, прийняті з урахуванням можливості сучасної техніки очищення. З аналізу норм якості зерна, що надходить в підготовче відділення борошномельного заводу і на I драну систему розмельного відділення слідує, що фактична ефективність очищення зерна в підготовчому відділенні борошномельного заводу – близько 60 %. Вказане означає, що не зважаючи на широкий арсенал операцій очищення зерна і засобів, які їх реалізовують, сучасні методи очищення, використовуючи складні і дорогі машини, а також значні ресурси, не здатні забезпечити високу технологічну ефективність.
Зерно пшениці на своїй поверхні містить значну кількість мікроорганізмів і пил мінерального та органічного походження. З метою запобігання потраплянню перерахованих включень у борошно, а також плодових оболонок і чубка в процесі підготовки до розмелу поверхню зерна піддають обробці. Така обробка традиційно проводиться в оббивальних машинах де основним діючим фактором є удар.
За існуючими даними виробничих випробувань, при обробці зерна до його зволожування, кількість відокремлених зовнішніх покровів зерна склала близько 0,1 % зольністю від 4,0 до 5,0 %, а кількість битих зерен збільшилася до 1,0 %. При обробці, проведеній після основного етапу відволожування, кількість відокремлених зовнішніх покровів зерна склала від 0,01 до 0,08 %, а вміст битих зерен збільшився до 0,5 %. Таким чином, навіть при двократній обробці від зернівок в середньому відділяється не більше 3…6 % плодової оболонки від її загального вмісту, що вказує на нерівномірну і неповну обробку зерна. В той же час, встановлені норми допускають отримання до 2 % подрібнених зерен на кожному етапі такої обробки, тобто збільшення вмісту зернової домішки, що відповідно до діючих знижок при двократній обробці може привести до зниження виходу борошна більше ніж на 0,5 %.
Таким чином, основними недоліками традиційної обробки поверхні зерна є низька ефективність очищення і нерівномірність обробки поверхні одиничних зерен, які знаходяться в роз’єднаному стані, внаслідок чого вони зазнають різних за характером і величиною динамічних навантажень, що призводять до руйнування значної кількості зерен.
В порівнянні з гарячими методами водотеплової обробки холодний метод не вимагає дорогого і складного апаратурного забезпечення з використанням пари, вакууму чи надмірного тиску, а також затрат енергії через необхідність нагрівання зерна до температури 50…70˚С. Вказані переваги обумовили використання виключно холодного кондиціювання в сучасних умовах господарювання. Однак, реалізація холодного методу ВТО ускладнена обмеженою водопоглинальною здатністю зерна під час зволожування, що у ряді випадків вимагає проведення цієї операції у декілька етапів з проміжними відволожуваннями. Крім того, для забезпечення технологічного ефекту при холодному кондиціюванні потрібне тривале відволожування зерна, що вимагає наявності бункерів значної місткості. Так, у відповідність з діючими рекомендаціями, залежно від склоподібності і початкової вологості пшениці приріст вологи за один етап зволожування не перевищує 3,5 %, а сумарна рекомендована тривалість відволожування може перевищувати 24 години. У зв’язку, з чим на борошномельних заводах, які реалізовують помели за типовими структурами, місткість бункерів відволожування в 1,5 рази перевищує добову продуктивність переробки зерна.
Давно відомо, що цілісне зерно є деякою природною спорудою, що має досить міцний каркас еліпсоїдної форми, армований найміцнішою анатомічною частиною зерна – оболонкою. При створенні зовнішніх зусиль каркас поводиться як монолітна конструкція. Також відомо, що опір руйнуванню цілого зерна як комплексної конструкції вище, ніж ендосперму і дещо нижче міцності оболонок. Таким чином при подрібненні зерна необхідно прикладення зусиль вищих, ніж того потребує подрібнення ендосперму, що призводить до підвищення витрат енергії, зниження ефективності крупоутворення та виникнення загрози утворення мілких частинок оболонок. Крім того, подрібнення зерна разом з оболонками перечить одному з основних принципів сортових помелів пшениці, що був сформульований ще у повоєнні роки – це принцип послідовності вивільнення ендосперму від оболонок.
Як виявляється, перераховані і інші недоліки традиційної підготовки зерна до помелу можуть бути усунутими за допомогою використання технології лущення.
Наші дослідження показали, що ефективність очищення зерна від домішок в процесі лущення пропорційна значенню його індексу лущення k. Обробка зерна зі значеннями індексу k більше 3,5 % за ефективністю вилучення сміттєвої домішки і зі значеннями більше 4,5 % за виділенням зернової домішки перевищує максимально можливу ефективність очищення сито-повітряним способом, зокрема і за рахунок виділення важковідділимої домішки.
Очищення поверхні зерна лущенням, значно перевищує ефективність обробки в оббивальних машинах, так як лущення передбачає видалення небажаних включень на поверхні зерна разом із усією масою відокремлених оболонок, що може сягати до 8 % від маси зерна.
Зволоження лущеного зерна пшениці підвищує приріст його вологості більш ніж на 3,0 % в порівнянні із не лущеним зерном. Швидкість поширення вологи в ендосперм лущеного зерна в рази вище, ніж не лущеного. Таким чином більшість партій вітчизняної пшениці можуть бути кондиційовані за один етап при скороченні тривалості відволожування до 25%. Разом з тим, обробка зерна пшениці із забезпеченням індексу лущення вище 3…4 % призводить до різкого зниження життєздатності зерна і активного розвитку на поверхні його зерен плісенних грибів в умовах підвищеної вологості. Таким чином, лущення зерна до кондиціювання обмежене вказаними величинами індексу лущення.
При подрібненні лущеного зерна суттєво покращується добротність проміжних продуктів та збільшується вихід крупної крупки. Енергоємність первинного подрібнення лущеного зерна в середньому на 30…50 % нижче ніж не лущеного. Таким чином, весь процес крупо утворення може бути ефективно реалізований на двох і навіть на одній драній системі.
Борошно, вироблене з лущеного зерна відрізняється покращенням значень показника білості та хлібопекарських властивостей. Крім того, при виробленні борошна з лущеного зерна встановлено підвищене надходження до його складу алейронового шару, що є корисним через підвищений вміст у алейроновому шарі білку та мінеральних речовин.
У результаті проведених досліджень нами було розроблено і обґрунтовано скорочені структури етапу підготовки зерна до помелу з використанням лущення, що включають 10 операцій, а це на 7 операцій менше ніж передбачено у типових структурах.
З урахуванням запропонованої підготовки зерна було розроблено методи вдосконалення структури етапу розмелу зерна, які передбачають:
– застосування низьких режимів подрібнення лущеного зерна, що дозволяє скоротити кількість систем і довжину вальцьової лінії драного процесу при збільшенні кількості і добротності проміжних продуктів (особливо крупних);
– виключення збагачення дрібних крупок і дунстів, що забезпечується підвищеною якістю вказаних продуктів в результаті низьких режимів крупоутворення при подрібненні лущеного зерна;
– підвищення добутку борошна при подрібненні проміжних продуктів за допомогою машин дезінтеграторного типу, що дозволяє скоротити кількість систем і довжину вальцьової лінії розмельного процесу.
Для реалізації нових та вдосконалених технологічних операцій визначені були створені обивально-лущильна машина МАО лущильно-шліфувальна машина конструкції «Каскад» та дисмембратор ЕСМ-1,5.
З метою практичної реалізації було розроблено технологічну схему етапу підготовки зерна до розмелу, а також технологічні схеми етапу розмелу без збагачення і з сито-повітряним збагаченням універсальних типових технологічних модулів, як базу для синтезу технологічних схем борошномельних заводів різної продуктивності.
Розроблено та апробовано у виробничих умовах технологічні схеми борошномельних заводів різної продуктивності, що реалізовані з використанням типових модулів та нового технологічного обладнання.
Також створені структури, визначені режими і розроблені технологічні схеми борошномельних заводів на комплектному устаткуванні для їх реконструкції з метою вирішення найбільш актуальних в промисловості завдань.
Результати лабораторних та виробничих досліджень, а також досвід роботи більше 20-ти борошномельних заводів продуктивністю від 30-ти до 330-ти т/добу показують, що використання пропонованих нами технологій гарантовано забезпечує виробництво пшеничного сортового хлібопекарського борошна, яке за якістю задовольняє вимоги діючих нормативних документів, а також дозволяє отримати значний економічний ефект при створення або реконструкції виробництва та його наступній експлуатації.
Впровадження технології розробленої без використання збагачення дозволяє на борошномельних заводах малої продуктивності збільшити вихід борошна вищого сорту, в середньому, на 10…20 %, при збільшенні загального виходу на 1…2 %. Найбільш доцільним за рівнем забезпечення техніко-економічних показників є борошномельний завод продуктивністю 60 т/добу. В порівнянні з традиційними виробництвами малої потужності на створення 1 т добової продуктивності такого борошномельного заводу вимагається в 1,7 рази менше маси устаткування і в 1,65 рази витрат коштів на його придбання. Крім того, на переробку 1 т зерна необхідно на 8 % менше встановленої потужності устаткування і більш ніж в 2 рази менше повітря.
Борошномельним заводам середньої і великої продуктивності, які створюються за розробленими технологіями з використанням сито-повітряного збагачення, характерне збільшення виходу борошна вищого сорту на 10…15 %. В порівнянні з борошномельними заводами, які створюються за традиційною технологією, на створення 1 т добової продуктивності пропонованих виробництв необхідно в середньому в 1,3 рази менше маси устаткування і коштів на його придбання. Крім того, на переробку 1т зерна на таких борошномельних заводах необхідно на 5 % менше встановленої потужності устаткування і в 1,4 рази менше повітря.
При проведенні реконструкцій борошномельних заводів на комплектному устаткуванні пропонованими варіантами реконструкції передбачається збільшення виходу борошна вищого сорту на 5…15 %, зниження матеріаломісткості і вартості використовуваного устаткування до 25%.
Річний економічний ефект від покращення кількісно якісних показників роботи на борошномельних заводах складає:
– продуктивністю 30 т/добу – 274 тис. грн.;
– продуктивністю 60 т/добу – 1 775 000 грн.;
– продуктивністю 120 т/добу – 2 653 000 грн.;
-продуктивністю 240 т/добу, а також реконструйованих заводах на комплектному обладнанні продуктивністю 250 т/добу – 3 442 000 грн.
