Publication text
(PDF):
Read
Download
На мукомольных предприятиях оперируют с различными зерновыми смесями и продуктами пе- реработки зерна, имеющими различный видовой и гранулометрический состав. Все эти смеси пред- ставляют собой сыпучие тела, состоящие из целых зерен или частей их и других органических и мине- ральных включений. Зерновые смеси, поступающие для переработки в муку, состоят из зерна основной культуры и различных примесей. Примеси, засоря- ющие зерновые смеси, состоят из: сорной (в том числе минеральной и вредной), зерновой и метал- ломагниной примеси. Сильная засоренность зерна ухудшает мукомольные и хлебопекарные качества муки, придает хлебу неприятный вкус и темный цвет. Употребление зерновых продуктов питания, которые содержат в себе вредную примесь (куколь, спорынья, горчак и др.) более установленного стандартом качества, приводит к отравлению орга- низма человека и животных. Принципиальная схеракула» посевного качества для определения соста- ва примеси и способов ее удаления. Зерновую мас- су амаранта подвергали комплексной поэтапной очистке, включая проведение пневмоклассифика- ции и фотосепарирования. Разделение зерновой массы амаранта на компоненты (зерно, коробочки, плодовые оболочки, семена щирицы) осуществляли на пневмоклассификаторе с замкнутым циклом воздуха ЗЦВ по аэродинамическим свойствам [6]. Скорость витания компонентов зерна определя- ли по формуле 2∙g∙Hд ма технологического процесса переработки зерна на мельничных предприятиях включает участок Vв = , (1) y первичной очистки зерновой смеси при приеме для распределения и хранения, а также участок вторич- ной очистки зерновой смеси от примесей и мелкого где γ - удельный вес воздуха, кг/м3 (при атмосфер- ном давлении 760 мм вод. ст. и температуре возду- ха 20 °С; γ = 1,20 кг/м3); g - ускорение силы тяже- (щуплого) зерна перед проведением обработки по- Д сти (9,81 м/с2); Н - динамическое давление, мм. верхности сырья [1]. В России согласно ГОСТ Р ИСО 5526-2015 [2] амарант классифицируют как продовольственную культуру, что обусловливает целесообразность проведения научных исследований с целью определения возможностей его использования в производстве пищевой продукции [3, 4]. Действую- щий на территории РФ стандарт ГОСТ 28636-90 «Семена малораспространенных кормовых вод. ст. После преобразования формулы при под- становке в нее значений постоянных величин она приобретает следующий вид Vв = 4,04 ∙ jHд. (2) Среднезвешенную скорость витания компонентов зерновой массы вычисляли по формуле культур. Сортовые и посевные качества. Vl∙Pl+V2∙P2+⋯+Vn∙Pn n ∑ i=l Vi∙Pi Технические условия» [5] распространяется на предназначенные для посева семена амаранта ар- Vср.вз = = 100 , (3) 100 гентинского (щирицы) Amaranthus argentinica L.: aмаранта белого - A. albus L., aмаранта индийского - A. indica L., aмаранта кровяного (багряного, ме- тельчатого) A. cruentus L. Syn A. paniculantus L., aмаранта мангостанового (трехцветного) - A. man- gostanus L. Syn. A. tricolor. В документе указаны технические требования где Vi - скорость воздуха, при которой происходит унос частиц i-той фракции, м/с; Pi - вес частиц i-той фракции, вынесенных в осадочную камеру при скорости Vi, в % к весу навески. Средневзвешенную скорость витания каждой увлажненной фракции определяли по формуле ∑n V ∙P по сортовой частоте семян амаранта аргентинского (щирицы) и по видовой чистоте семян амаранта белого и кровяного, согласно которым посевной материал делят на три категории I, II, III по частоте в процентах: 98,0; 95,0; 90,0 для амаранта аргентинского (щирицы), амаранта белого; 98,0; 92,0; 90,0 для амаранта кровяного (багряного, метельча- того). Содержание семян сорных растений в семен- ном материале при влажности 12,0 % в процентах регламентируется не более: 2,0 для амаранта арген- тинского (щирицы), амаранта белого, амаранта кровяного (багряного, метельчатого); 1,0 для ама- ранта индийского, амаранта мангостанового (трех- цветного). Зерно амаранта с отклонениями от базисных кондиций по засоренности до поступления на му- комольное производство должно подвергаться со- ответствующей очистке и сортированию. Целью данной работы является разработка способа очист- ки зерна амаранта от примесей для переработки в муку пищевого назначения. Объекты и методы исследования Объектом исследования послужила зерновая масса амаранта сортов «Ультра», «Харьковский», «Шунтук», «Лидер», «Валентина», «Факел», «Ка- Vср.вз = i=l i i, (4) Vn∙Pn где Vi - скорость воздуха при i-той продувке, м/с; Pi - вес продукта, выделившегося в разгрузитель при i-той продувке, г. Фотосепарирование зерновой массы амаранта было произведено на промышленном оборудовании [7] компании ООО «СиСорт (CSort TM)» (Россия: г. Барнаул, г. Краснодар). Результаты и их обсуждение В результате проведения экспериментов полу- чены вариационные кривые скоростей витания компонентов зерновой массы (рис. 1) и рассчитаны средневзвешенные скорости их витания (табл. 1). Предварительное фракционирование зерновой мас- сы амаранта по размеру частиц показало, что наибольшее распространение в ней (до 36,0 %) имеют зерновки размером 1,2 мм в диаметре. Вари- ационные кривые скоростей витания зерна сорта «Ультра», семян щирицы и щуплых зерен наклады- ваются друг на друга, что свидетельствует о слож- ности разделения данных компонентов зерновой массы, используя только значения их скоростей витания. Частота,% по массе Скорость витания, V вит., м/сек Рис. 1. Вариационные кривые скоростей витания компо- нентов зерновой массы амаранта [8]: 1 - зерно; 2 - семена щирицы; 3 - щуплые зерна; 4 - крупная органическая примесь; 5 - мелкая органическая примесь Вариационные кривые скоростей витания круп- ной и мелкой органической примеси в зерновой массе амаранта сливаются между собой, но не с вариационными кривыми зерна, поэтому органи- ческая примесь может быть выделена из зерновой массы амаранта при скорости воздушного потока от 2,2 до 3,0 м/с. При повышении скорости от 3,0 до 4,2 м/c удаляется фракция неполноценного зер- на, т.е. пустого или заполненного эндоспермом лишь на четверть. Вариационная кривая трудноотделяемой фрак- ции семян щирицы накладывается на кривые ос- новного зерна, щуплых зерен и органической при- меси. При скорости воздушного потока 4,2 м/с от- деляется до 11,0 % семян щирицы при незначи- тельной потери основного зерна, поэтому рекомен- дуемая скорость воздушного потока при разделе- нии компонентов зерновой массы принята 4,5 м/с. Средневзвешенная скорость витания компонентов зерновой массы амаранта Таблица 1 Наименование компонентов Сорт «Ультра» Сорт «Харьковский» Влажность, % Средневзвешенная скорость, м/с Влажность, % Средневзвешенная скорость, м/с Зерно амаранта 10,0 5,5 10,2 5,1 Семена щирицы 10,5 5,0 - - Щуплые зерна 9,6 4,2 10,0 3,9 Крупная органическая примесь 12,0 2,7 12,2 2,8 Мелкая органическая примесь 10,3 2,3 10,5 2,0 Определяющим фактором процесса сортирова- ния зерновой массы является влагосодержание компонентов ее состава. Проведен анализ влияния влажности семян щирицы, органической примеси и щуплого зерна амаранта на изменение средней ско- рости их витания, для чего предварительно производили калибровку компонентов по ширине и тол- щине (табл. 2). С увеличением влажности всех компонентов зерновой массы амаранта их средне- взвешенные скорости витания повышаются: в наибольшей степени фракции основного зерна, в наименьшей - у коробочек. Средневзвешенная скорость витания увлажненных компонентов зерновой массы амаранта Таблица 2 Сорт «Ультра» Сорт «Харьковский» Зерно Щуплые зерна Органическая примесь Зерно Щуплые зерна Органическая примесь W, % V, м/с W, % V, м/с W, % V, м/с W, % V, м/с W, % V, м/с W, % V, м/с 8 5,5 8 4,2 8 2,7 8 5,1 8 3,9 8 2,8 10 5,6 10 4,2 10 2,7 10 5,2 10 4,1 10 2,8 12 5,7 12 4,4 12 2,7 12 5,5 12 4,2 12 2,8 14 5,8 14 4,5 14 2,8 14 5,7 14 4,4 14 2,9 16 6,0 16 4,7 16 2,9 16 5,8 16 4,5 16 3,1 18 6,2 18 4,9 18 3,0 18 6,0 18 4,7 18 3,2 20 6,4 20 5,0 20 3,1 20 6,2 20 4,9 20 3,3 22 6,7 22 5,2 22 3,2 22 6,4 22 5,0 22 3,4 24 7,0 24 5,4 24 3,3 24 6,7 24 5,2 24 3,5 26 7,2 26 5,5 26 3,4 26 7,0 26 5,4 26 3,6 28 7,5 28 5,5 28 3,5 28 7,2 28 5,5 28 3,6 30 7,5 30 5,5 30 3,5 30 7,2 30 5.5 30 3,6 С.О. Смирновым предложена классификация вредной, сорной и зерновой примесей зерновой массы амаранта. К вредной примеси относится спорынья, головня, угрица, вязель разноцветный, горчак розовый, горчак-софора, мышатник, плевел опьяняющий, гелиотроп опушенноплодный и триходесма инканум (седую), содержащие горькие ядовитые вещества для человека и животных. Ха- рактеристика вредных примесей, а также семян и плодов дикорастущих растений, наиболее часто встречающихся в партиях зерна амаранта, приведе- на в табл. 3. Характеристика вредной примеси зерновой массы амаранта Таблица 3 Культура и сорняки Содержание в смеси, % Скорость витания, м/с Толщина, мм Ширина, мм Длина, мм Амарант 92,3 от 3,5 до 7,5 0,5 ÷ 1,3 0,6 ÷ 1,7 0,7 ÷ 2,0 Горчак розовый 0,4 от 3,5 до 7,5 0,7 ÷ 1,4 1,4 ÷ 2,5 2,0 ÷ 3,5 Гречишка вьюнковая 0,7 от 5,0 до 8,1 1,0 ÷ 2,0 1,8 ÷ 2,6 1,8 ÷ 2,8 Лебеда 0,5 от 2,0 до 7,0 0,5 ÷ 1,4 0,7 ÷ 1,5 0,9 ÷ 1,6 Пикульник 0,1 от 2,5 до 6,5 0,7 ÷ 1,3 1,2 ÷ 2,0 1,2 ÷ 2,5 Повилика 0,2 от 2,5 до 6,5 0,4 ÷ 1,1 0,6 ÷ 1,1 0,8 ÷ 1,3 Подмаренник цепкий 0,6 от 2,5 до 6,5 0,6 ÷ 1,2 0,6 ÷ 1,8 1,3 ÷ 2,3 Сурепка 1,0 от 6,0 до 10,0 0,9 ÷ 1,5 1,1 ÷ 1,6 0,9 ÷ 1,9 Черноголовка 1,0 от 2,0 до 6,0 0,5 ÷ 0,9 0,8 ÷ 1,4 1,2 ÷ 2,3 Щетинник сизый 0,9 от 4,0 до 7,0 0,5 ÷ 1,2 1,0 ÷ 1,6 1,9 ÷ 2,7 Щирица 2,0 от 3,0 до 7,0 0,5 ÷ 1,1 0,6 ÷ 1,5 0,5 ÷ 1,7 Ярутка 0,3 от 2,5 до 6,0 0,6 ÷ 1,0 1,1 ÷ 1,6 1,3 ÷ 2,3 Сорная примесь, в т.ч. минеральная, содержит частицы почвы, гальки, песка, вносимые в зерно- вую массу амаранта при уборке урожая, при пере- возке сырья в загрязненных транспортных сред- ствах и нарушении санитарных норм хранения на складе. Органическая примесь обусловлена содер- жанием в зерновой массе растительных остатков амаранта (частиц стебля, стержня, колоса, остей и цветочных пленок), покрытых пылью и заражен- ных болезнетворными микроорганизмами. Очистка зерновой массы амаранта от сорной и органической примеси из зерновой массы амаранта должна производиться путем просеивания сыпучей смеси через металлотканое сито с диаметром отвер- стий 0,67 мм [9]. Проход такого сита содержит частицы сорной и минеральной примесей, в т.ч. се- мена культурных и дикорастущих растений, не отне- сенных к зерновой примеси. Зерна основной культу- ры с испорченным ядром (эндоспермом), загнившие, заплесневевшие, обуглившиеся, поджаренные вследствие их порчи относят к сорной примеси. Внешним признаком порчи зерна является изменен- ный цвет оболочек, при разрезе которого отмечается испорченный зародыш бурого, буро-коричневого, темно-коричневого или черного цвета. К зерновой примеси амаранта относят зерна ос- новной культуры, изъеденные вредителями, битые, давленные, проросшие, поврежденные самосогре- ванием или сушкой, щуплые и недозрелые. Для разработки способа очистки зерновой мас- сы амаранта от примесей произведен ситовой ана- лиз с целью определения крупности фракций в сы- пучей массе для деления зерновок по ширине. Об- разец исследуемой сыпучей смеси пропускали че- рез набор сит, отверстия которых (в мм) постепен- но уменьшаются: 1,60; 1,40; 1,20; 1,00; 0,85; 0,67; 0,56 (размеры отверстий сит указаны в соответ- ствии с требованиями нормативных документов: ТУ 14-4-1374-86 «Сетки тканые для мукомольной промышленности», ТУ 17 РСФСР 62-10849-84 «Ситовые ткани из импортных мононитей») [10]. Зерновая масса амаранта как объект дисперси- онного анализа при делении на фракции по круп- ности (ширине зерновки) подчиняется нормально- му закону распределения (рис. 2), где наибольшая вероятность значений показателя крупности распо- Остаток на сите,% лагается в области от 0,85 до 1,20 мм. Необходи- мым условием для фракционного разделения зер- новой массы амаранта по крупности является нали- чие в наборе сит металлотканого сита с отверстия- ми ячеек размером 1,0 мм, сходом которого являет- ся ее большая часть: для фракции крупного зерна - более 40,0 %, мелкого зерна - менее 20,0 %, сред- ней по крупности - от 20,0 % до 40,0 %. Размеры отверстий сит, мм Рис. 2. Полигоны распределения образцов зерновой массы амаранта по ширине зерновки, сгруппированных по сортам: 1 - «Ультра», 2 - «Лидер», 3 - «Шунтук», 4 - «Харьковский», 5 - «Валентина», 6 - «Факел» Вместе с тем, в числе сорной примеси зерновой массы амаранта должна учитываться фракция «весь проход через сито с отверстиями размером 0,67 мм». К зерновой примеси относят «целые и битые зерна амаранта, прошедшие через сито с от- верстиями 0,80 мм» и оставшиеся на сите с разме- рами ячеек 0,67 мм. В партиях зерновой массы амаранта средней и мелкой по крупности следует учитывать проход через сито с размерами ячеек 0,67 мм, в партиях крупного зерна в составе сорной примеси - через сито с размерами 0,85 мм, поэтому содержание фракции мелкого зерна в таком прохо- де составляет не более 0,5 %. В составе фракции, относимой к органической примеси, следует учи- тывать для крупного зерна весь сход сита с разме- рами отверстий ячеек 1,4 мм, а для зерна средней крупности и мелкого - сход сита с размерами от- верстий ячеек 1,2 мм. Ситовой анализ промышленных партий зерна амаранта показывает, что сход сита с размерами отверстий 0,85 мм составляет от 93,5 до 99,8 %. Проход через сито с размерами ячеек 0,67 мм содержит выполненное зерно не более 0,02 %, а фракция 0,85/0,67 мм - 0,38 %, при этом такое ма- лое зерно в количестве от 0,45 до 0,70 % имеет удлиненную форму или является щуплым, недораз- витым «остряком» и является непригодным. На основании вышеуказанных положений специ- алистами ВНИИЗ предложена технологическая ли- ния подготовки зерновой массы амаранта к помолу в муку (рис. 3) производительностью до 1000 кг/ч (1500 т/год) с использованием серийно выпускаемо- го отечественного оборудования. В результате пневмоклассификации зерновой массы амаранта предло- жено ее разделять на крупную, среднюю и мелкую фракции, полученные сходами на наборе сит с от- верстиями размером, мм: 1,2 - крупная; 0,85 - сред- няя; 0,67 - мелкая. Зерно амаранта считается вы- ровненным, если количество зерен крупной и сред- ней фракции в зерновой массе составляет не менее 80,0 %. Наличие прохода через сито с отверстиями 0,67 мм указывает на содержание в зерновой массе неполноценных (щуплых, недоразвитых) зерен с большим количеством оболочек [8]. Рис. 3. Технологическая схема подготовкизерна амаранта к помолу в муку: 1 - сепаратор вибрационный СПВ-06; 2 - пневмосепарирующее устройство УПС-06; 3 - обоечная машина СИГ-3010; 4 - увлажнительная машина БМК; 5, 7 - расходомеры воды и зерна, соответственно; 6 - регулирующий орган; 3 - циклон-осадитель; а - крупные примеси, б - мелкие примеси,в - аспирационные относы, г - отходы Однако предложенный способ сепарирования зерна амаранта допускает только частичное удале- ние зерновой примеси [6], в т.ч. с испорченным зародышем, делая не пригодной зерновую массу для производства муки пищевого назначения. В таком случае целесообразным является проведение дополнительного сепарирования зерна амаранта по цвету, производимого с помощью фотоэлектронного сепаратора, что доказано ранее на примере фракционирования поврежденного зерна пшеницы [11] и загрязненной гречневой крупы [12]. В 2007 г. в Государственный реестр селекцион- ных достижений РФ был внесен сорт амаранта «Каракула», созданный селекционером В.В. Чума- ковой в Ставропольском НИИСХ. Он относится к белосемянной форме, перспективен для использования в пищевой, фармацевтической и космети- ческой промышленности [4]. Для придания товар- ного качества посевному зерну амаранта сорта «Каракула», переданного на апробацию в ФГБОУ ВО «КубГТУ», Н.А. Шмалько предлагает в выше- указанной технологической схеме подготовки зерна амаранта к помолу (рис. 3) перед проведением об- работки поверхности сырья в обоечной машине дополнительно устанавливать промышленный фо- тосепаратор (рис. 4). Рис. 4. Схема работы промышленного фотосепаратора Принцип действия сепаратора по цвету следу- ющий: сортируемый продукт подается в загрузоч- ный бункер (1), далее продвигается по вибролотку и попадает в наклонные лотки (3), в конце кото- рых просматривается CCD камерами (4), смонтиро- ванными в передней и задней части лотков. Пере- данные оптической системой сигналы обрабатыва- ются компьютерной системой контроля, после чего в пневматическую систему (5) поступает команда по отделению негодного продукта от общей массы годного продукта, продолжающего свое движение по основному патрубку (6). Негодный продукт под воздействием сжатого воздуха, выдуваемого соот- ветствующим эжектором, меняет свое направление и попадает в патрубок для отхода, находящийся в передней части аппарата (7). В моделях с автомати- ческой повторной сортировкой, отход или отсорти- рованный годный продукт отправляется в один из лотков фотосепаратора, где он снова подвергается вышеописанному процессу сортировки [7]. Очистка зерна амаранта от примесей на про- мышленном фотосепараторе PIXEL ООО «СиСорт (CSort TM)» (Россия, г. Барнаул) с производитель- ностью по сырью 450 кг/ч может выполняться в двух режимах: до посевного и товарного качества (рис. 5, 6). Демонстрационный пример [7] показы- вает, что на этапе очистки зерна амаранта до посевного стандарта исходный продукт (рис. 5а) очищается от примесей на 98,9 % (рис. 5б), годный продукт - на 99,81 % при норме остатков отходов: годное/негодное 1:1,5. Масса негодного продукта (рис. 5в) составила 1,19 % от исходного продукта с содержанием сорной примеси 42,31 %. В режиме очистки зерна амаранта до товарного качества исходным продуктом служил годный продукт, полученный при очистке до посевного стандарта (рис. 6а) с содержанием сорной примеси 99,81 %, годный продукт (3б) - до 99,81 % при со- держании черноокрашенных зерен не более 20 шт. в кг. Норма остатков отходов: годное/негодное 1:7. Масса негодного продукта (рис. 6в) составила 0,64 % от исходного продукта с содержанием сор- ной примеси 13,59 %. а б в Рис. 5. Режим очистки зерна амаранта до посевного качества а б в Рис. 6. Режим очистки зерна амаранта до товарного качества Проведение очистки зерна амаранта сорта «Каракула» с посевным качеством I категории (сход сита с круглыми отверстиями 1,0 мм при предварительной калибровке составил 99,54 %) на фотосепараторе OPTIMA ООО «СиСорт (CSort TM)» (Россия, г. Краснодар) с производитель- ностью по сырью 450 кг/ч в указанных режимах позволило удалить не более 3,85 % отходов при возврате 17,95 % зерновой массы стандартной для посевного качества чистоты. Полагаем, что предложенный способ очистки зерна амаранта от примесей, предусматривающий проведение фотосепарирование сырья, позволит значительно улучшить товарное качество зерновой массы, предназначенной для переработки в муку пищевого назначения.