Зерно

И.Т. Мерко, Совершенствование технологических процессов сортового помола пшеницы. – М.: Колос, 1979, — 191 с., ил. 2.Г. А. Егоров. Технологические свойства зерна. –М.:Агропромиздат 1985. Вещества, входящие в состав зерна и семян, распределены по их анатомическим частям (эндосперм, зародыш, оболочки с алейроновым слоем) очень неравномерно. Это имеет важнейшее значение при организации технологического процесса в различных отраслях промышленности. В покровных тканях (в оболочке с алейроновым слоем) наблюдается наибольшее количество клетчатки (16,20%) , гемицеллюлоз, пентозанов (35,65%) и минеральных, зольных веществ (фосфор, калий, магний, кальций, натрий, желез кремний, сера и хлор и в малых количествах – марганец, цинк, никель, кобальт и дрю ) – от 1,6 до 2,3%. Химический состав различных частей зерна пшеницы (% на абсолютно сухое вещество) [Трисвятский Л.А.,Лесник Б.В. Кудрина В.Н. Хранение и технология сельскохозяйственных продуктов. –М.: Колос 1983]

Распределение веществ по составным частям зерна пшеницы (% на абсолютно сухое вещество)

(С. 6) Зерно пшеницы содержит около 80-83 % эндосперма – наиболее ценной в пищевом отношении части зерна. Направленное изменение физических, технологических и биохимических свойств пшеницы обеспечивается в значительной мере в процессе гидротермической её подготовки к помолу. В процессе гидротермической подготовки под воздействием влаги, тепла и воздушной среды изменяются, прежде всего структурно-механические свойства зерна в целом и его анатомических частей, такие, как прочность, вязкость, пластичность и др. Причем чем существеннее различие деформированных прочностных и упруго-пластических свойств оболочек и эндосперма, тем выше эффективность переработки зерна. Гидротермическая обработка зерна приводит также к заметному изменению биохимических свойств зерна и вырабатываемой из него муки: снижается зольность муки, упрочняется клейковинный комплекс, повышается активность ферментов, изменяется кислотность муки и т. п. Наиболее важными факторами, влияющими на изменение физико-химических , технических и биохимических свойств зерна, — это его влажность и температура Было установлено, что влага проникает в зерновку через всю ее поверхность, хотя и с различной скоростью, однако преобладающее количество влаги проникает в зерновку через зародыш. Поглощенная влага вызывает изменение структуры зерна, и прежде всего эндосперма, появляются внутренние напряжения, увеличивается количество и размеры микротрещин, создаются благоприятные условия для предразрушения зерна. При этом снижаются прочность и твердость зерна, повышается пластичность и уменьшается хрупкость, возрастает сопротивляемость разрушению. Перечисленные изменения для зерна различного качества неодинаковы. По данным И. А. Наумова, увлажнение мучнистого зерна пшеницы от 13 до 18% вызывает снижение его прочности в 1,5 раза и одновременно повышение сопротивляемости разрушению в 3,5 раза. Для стекловидной пшеницы в тех же пределах увлажнения прочность снижается почти в 3 раза, а сопротивляемость разрушению возрастает в 2 раза. Поэтому оптимальные условия увлажнения зерна неразрывно связаны с его качеством. Изменение структурно-механических свойств зерна обусловлено физико-химическими и биохимическими процессами, протекающими при увлажнении зерна. Е. Д. Казаков и И. А. Сахарова установили увеличение объема зерна при его увлажнении и повышение выравненности зерновой массы в результате возрастания крупной фракции и уменьшения мелкой. Была установлена также тенденция к изменению плотности зерна, величина и направление которой зависят от качества клейковины и условий гидротермической обработки (ГТО). С. П. Липатов предложил обобщенную теорию набухания, согласно которой при осмотическом всасывании влаги капиллярно-пористые тела набухают и увеличиваются в объеме, приращение которого меньше объема поглощенной влаги, что применительно к зерну свидетельствует о повышении плотности упаковки биополимеров при увлажнении зерна. На это явление указывают также в своих работах Е. Д. Казаков и Г. А. Егоров. Г. А. Егоров отмечает, что физико-химические преобразования, происходящие в зерне, приводят к изменению его плотности, т. е. разрыхлению эндосперма, представляющему собой суммарный результат комплексного воздействия коллоидно-физических и биохимических процессов, сопровождающих внутренний тепло- и влаго-перенос и приводящих к необратимым изменениям структуры зерна при его увлажнении и нагревании. Важный фактор, ускоряющий структурно-механические, физико-химические и биологические процессы в зерне,— это температура. Основные закономерности тепло- и влагопереноса в зерне в их неразрывной взаимосвязи подробно разработали А. В. Лыков и Г. А. Егоров. Так, А. В. Лыков установил, что перемещение влаги в зерне происходит по направлению потока тепла вследствие явления тепловлагопроводности. Скорость движения молекул воды возрастает с повышением температуры зерна. Г. А. Егоров отмечает, что влияние тепловлагопроводности на внутренний влагоперенос в зерне незначительно, учитывая кратковременность воздействия температурного градиента. Однако интенсивность процессов переноса тепла и влаги в зерне существенно влияет на его физические, технологические и биохимические свойства. Многочисленными исследованиями ГТО зерна были установлены основные закономерности процессов, протекающих при этом, и их взаимосвязь как с режимами подготовки зерна к помолу, так и с особенностями его физических и технологических свойств. Была доказана высокая эффективность обработки зерна водой и теплом для направленного изменения его свойств, однако научные достижения значительно опережают практическое их использование в связи с тем, что нет надежных и простых в обслуживании аппаратов для ГТО зерна. Метод холодного кондиционирования, широко используемый в практике, не всегда обеспечивает высокую эффективность, особенно если температура зерна меньше 15°С, а также при подготовке к помолу зерна пониженного качества. Поэтому основное направление дальнейших работ по совершенствованию методов подготовки зерна к помолу — это разработка простых и надежных в эксплуатации высокоэффективных методов. Как было показано, важный фактор при подготовке и переработке зерна — это стабилизация его температуры независимо от температуры окружающей среды. В связи с этим целесообразно предложение Г. А. Егорова о том, чтобы на каждом мукомольном заводе создать возможность использования двух и более методов подготовки зерна к помолу (холодное кондиционирование и различные тепловые методы) в зависимости от температуры окружающей среды, а также физических и технологических свойств зерна. Такое решение позволит обеспечить не только высокую эффективность подготовки зерна к помолу, но и ее экономичность, поскольку процессы измельчения и сепарирования зерновых продуктов зависят от температуры перерабатываемого зерна. Первостепенная задача совершенствования методов подготовки Зерна к помолу — это сравнительное изучение имеющихся методов применительно к качеству перерабатываемого зерна и разработка на этой основе относительно простых методов и аппаратов, обладающих высокой технико-экономической эффективностью. Совершенствование применяемых и разработка новых методов размола зерна связаны с комплексом мер, способствующих более эффективному извлечению эндосперма из зерна в возможно более чистом виде. Среди всех вопросов этого направления важнейшее место отводят процессу измельчения зерновых продуктов, наиболее эффективно изменяющему количественно-качественную характеристику перерабатываемых продуктов, затрачивая при этом на производство муки около 60—70% всех энергозатрат. Состояние процесса измельчения и его эффективность существенно характеризуют эффективность всего технологического процесса производства муки. Следовательно, совершенствование процесса измельчения, рациональное использование измельчающих машин наряду с другим технологическим оборудованием — это важное мероприятие в повышении эффективности технологических процессов производства муки и улучшении ее качества. Ученые и специалисты мукомольной промышленности должное внимание уделили изучению процесса измельчения на вальцовых станках. В результате проведенных исследований были выявлены многие закономерности процесса измельчения, используя которые представилась возможность усовершенствовать технологические схемы сортовых помолов пшеницы, снизить оборот продуктов по системам, повысить выход муки высоких сортов и улучшить ее качество. Наибольший вклад в изучение процесса измельчения внесли 11 А. Козьмин, А. В. Панченко, С. Д. Хусид, И. А. Наумов, А. Р. Демидов и другие ученые, установившие основные закономерности процесса и показавшие, что его эффективность при различных типах помолов совокупно определяется качеством перерабатываемого черна и условиями ведения процесса. При этом было установлено, чк) качество зерна существенно влияет на количественные и каче-I венные показатели процесса измельчения. Однако работ в этом направлении было проведено еще недостаточно для того, чтобы обосновать параметры и режимы систем измельчения на различных этапах технологического процесса производства муки. Наибольшее внимание в проведенных работах было уделено изучению влияния кинематических и геометрических параметров вальцов на эффективность процесса измельчения. В результате этих наследований были установлены основные зависимости перечисленных параметров, как от качества перерабатываемого зерна, так и от количественно-качественных показателей получаемых промежуточных продуктов и муки. Однако полученные результаты не были использованы с достаточной полнотой в практике, поскольку имеющиеся вальцовые станки не позволяют оперативно изменять кинематические и геометрические параметры вальцов. За последние годы внимание ученых и практиков привлекли вопросы удельных нагрузок на вальцовые станки. Было показано, что повышение удельных нагрузок на вальцовые станки применяемых конструкций не всегда оправдано как по технологическим, так и по эксплуатационным условиям. Задача состоит в том, чтобы разработать рациональные в технологическом и эксплуатационном отношении нагрузки на вальцовые станки различных систем и этапов технологического процесса. Учитывая взаимосвязанное воздействие и влияние многих факторов в процессе измельчения различных зерновых продуктов, наибольшей его эффективности можно достичь при оптимизации параметров и режимов процесса. К сожалению, работ в этом направлении проведено пока очень мало, что сдерживает комплексное решение многих вопросов дальнейшего совершенствования процесса измельчения. В большинстве работ по измельчению зерновых продуктов основное внимание уделено изучению структурно-механических и технологических изменений в зерне. Однако, учитывая биологическую природу зерна, следует полнее раскрыть сущность биохимических изменений зерновых продуктов при их измельчении. Работ в этом направлении проведено пока еще недостаточно. В результате недостаточной изученности комплекса вопросов размола зерна еще не созданы предпосылки для разработки новых, более эффективных методов измельчения зерновых продуктов на различных этапах этого процесса. Между тем в последнее время появились работы по созданию и применению машин ударного действия (дезинтеграторов и дисмембраторов), кольцевых измельчителей, штифтовых разрыхлителей и других машин для измельчения зерновых продуктов, что вызывает необходимость изучения возможностей использования перечисленных машин и методов на различных этапах технологического процесса размола зерна. Таким образом, основными направлениями работ по совершенствованию процесса размола зерновых продуктов могут быть вопросы его оптимизации на различных этапах в связи с качеством перерабатываемого зерна; изучение изменений структурно-механических и биохимических свойств зерновых продуктов в связи с режимом измельчения; изучение и обоснование возможностей применения новых методов измельчения зерновых продуктов. Качество муки — это основной критерий эффективности всех технологических процессов и приемов переработки зерна, а формирование муки по сортам — завершающий этап технологического процесса. В связи с достигнутым высоким уровнем использования зерна при сортовых помолах пшеницы возникла необходимость всесторонне рассмотреть качество муки, получаемой на различных этапах технологического процесса, по комплексу физических, биохимических и хлебопекарных показателей, а также изучить изменение этих показателей в связи с качеством перерабатываемого зерна и условиями ведения помолов, что будет способствовать совершенствованию процесса формирования муки по сортам. Имеющийся метод формирования муки по сортам — одноэтапный и предусматривает определенную стабильность потоков муки из систем, направляемых в тот пли иной сорт. Такой метод не всегда оправдан, особенно в связи с изменением качества перерабатываемого зерна, и вносит сложность в управление технологическим процессом. Более прогрессивен двухэтапный метод формирования сортов благодаря созданию промежуточных потоков, объединяющих некоторые потоки муки. Таких потоков должно быть в 1,5—2 раза больше, чем количество вырабатываемых сортов муки, чтобы обеспечить необходимое маневрирование. При таком методе процесс управления, исключая аварийные ситуации, сведется к управлению промежуточными потоками, что будет способствовать стабилизации качества муки по сортам. Один из важных вопросов повышения качества и пищевой ценности муки — это обогащение ее витаминами, микроэлементами, белками и другими веществами. Сейчас муку обогащают только витаминами, однако применяемые методы обогащения, как было установлено исследованиями, малоэффективны. Наиболее перспективные направления обогащения муки — это получение природных обогатителей непосредственно из зерна и направление их в различные сорта муки. Такое направление принципиально возможно и состоит в повышении общего выхода муки при определенных помолах, получении высокобелковых, высоковитаминизированных потоков и использовании их для обогащения некоторых сортов муки. К этому направлению примыкает также важный вопрос расширения ассортимента получением специальных сортов муки. Все это будет способствовать улучшению качества и повышению пищевой ценности муки и хлеба как основного продукта питания людей. Поэтому основное направление работ по улучшению качества муки — это всестороннее изучение ее физических, биохимических и хлебопекарных показателей на различных этапах технологического процесса для разработки эффективных методов формирования сортов муки, расширения ассортимента и повышения ее пищевой ценности. Рассмотренные вопросы дальнейшего совершенствования сортовых помолов пшеницы, такие, как формирование помольных партий зерна, подготовка зерна к помолу, процессы измельчения зерновых продуктов и вопросы качества муки, имеют важное научное и практическое значение, позволяют раскрыть основные закономерности явлений, происходящих при переработке зерна, и на этой основе повысить эффективность технологических процессов переработки зерна и уровень его продовольственного использования. Изучением перечисленных вопросов не исчерпываются все проблемы совершенствования сортовых помолов пшеницы. Дальнейшая механизация и автоматизация производственных процессов, совершенствование применяемого и разработка нового технологического и транспортного оборудования, совершенствование экономики и организации и улучшение условий труда также относятся к важным вопросам повышения эффективности мукомольного производства, однако эти вопросы в данной книге не рассматриваются. Хлебопекарные свойства муки (с. 22) оцениваются по газообразующей способности, выходу и качеству (вязкость по пластометру, с) клейковины, физическим свойствам теста и результатам пробной выпечки хлеба (объемный выход хлеба на 100 г муки, см3; пористость мякиша, %). Подготовка зерна пшеницы к помолу (газо-термическая обработка, кондиционирование, с. 48) Холодное кондиционирование. Обработка зерна ультразвуком при его мойке способствует увеличению водопоглотительной способности Горячее кондиционирование при повышенной температуре. Вакуумное кондиционирование. Обработка зерна паром. Наиболее высокая водопоглотительная способность обнаружена у зерна подвергнутого обработке насыщенным паром жестких параметров (Ризб=1,5*105 Па). Обработка зерна паром мягких режимов (Ризб= (0,1 – 0,3)*105 Па ) приводит к снижению скорости поглощения влаги. …(с.55). Изменение прочностных свойств зерна при подготовке его к помолу определяли при деформации сжатия образцов, полученных из зерновок, на машине МР-0,05. ….(с. 57) Повышение температуры зерна при подготовке его к помолу вызывает его дальнейшее снижение предела прочности сжатия для всех изученных образцов пшеницы.

Г Л А В А IV ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ЗЕРНОВЫХ ПРОДУКТОВ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНОВЫХ ПРОДУКТОВ

И ВЛИЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ

При сортовых помолах пшеницы процесс избирательного измельчения — один из основных, наиболее эффективно изменяющих физическую и технологическую характеристику зерновых продуктов. Избирательность измельчения связана с выделением максимального количества эндосперма как наиболее ценного компонента зерновки. Учитывая строение зерна и его биологическую природу, процесс избирательного измельчения приходится проводить многостадийно на различных этапах технологического процесса, что вызывает значительные сложности, особенно если учесть широкую изменчивость свойств различных партий зерна. Основные требования, предъявляемые к процессу измельчения при сортовых помолах пшеницы, сводятся к получению максимального количества промежуточных продуктов в виде крупок и дунстов высокого качества, обогащению промежуточных продуктов, их измельчению в муку высокого качества и вымолу оболочечных продуктов от оставшихся частиц эндосперма. По своей структуре технологический процесс измельчения зерновых продуктов при сортовых помолах пшеницы состоит из трех этапов: крупообразования продуктов первого и второго качества с вымолом оболочечных продуктов (драной процесс), обогащения промежуточных продуктов (шлифовочный процесс), тонкого измельчения обогащенных промежуточных продуктов с вымолом оболочек (размольный процесс). Эффективность процесса измельчения, как по отдельным этапам, так и по всему технологическому процессу размола зерна существенно характеризует состояние общего технологического процесса мукомольного производства, рациональное использование основного технологического оборудования, определяет качество муки и технико-экономические показатели производства. Факторы, влияющие на эффективность процесса измельчения на отдельных этапах и по всему технологическому процессу размола зерна, можно разделить на четыре группы: тип помола и структуры технологического процесса, физические и технологические свойства зерна, кинематические и геометрические параметры рабочих органов основного технологического оборудования, нагрузки на технологическое оборудование. Тип помола тесно связан с определенной структурой технологического процесса и ассортиментом муки. В этом направлении известны работы В. Г. Рейсиха, П. А. Козьмина, В. Я. Гиршсона, С. И. Щербакова, П. П. Тарутина, А. С. Данилина, А. М. Братухина, Б. М. Максимчука, Р. М. Паченовой и других исследователей. Из этих трудов видно, что тип помола характеризуется определенной структурой процесса, однако имеющиеся рекомендации широко варьируют как по количеству, так и по соотношению систем в схеме технологического процесса. Это же можно установить, анализируя структуру технологического процесса современных мукомольньх заводов. Физические и технологические свойства зерна оказывают основное влияние на режим отдельных систем и этапов технологического процесса, а также определяют выход и качество муки. Изучению физических и технологических свойств зерна посвящено много работ как отечественных, так и зарубежных авторов (Я. Н. Куприца, В. Я. Гиршсона, Г. А. chaussures adidas Егорова, С. Д. Хусида, П. Т. Эйдуса, И. Е. Мамбиша, П. И. Сердюкова, А. М. Братухина, П. asics basket П. Тарутина, Л. Е. Айзиковича, П. Г. Демидова, Р. А. Биленко, А. Т. Матиенко, Г. О. Барера, А. Я. Нохотовича, А. М. Калюжной, И. Н. Маслова, П. Пельсенке, Г. Боллинга, Г. Нюре, 3. Креда, Ф. Аткинсона и других), установивших, что физические и технологические свойства зерна являются определяющими по выходу промежуточных продуктов и муки, а также по их качеству на различных этапах технологического процесса. Методы подготовки зерна к помолу, призванные направленно изменять физические и технологические свойства зерна непосредственно перед его переработкой, также существенно влияют на результаты помола. Эти вопросы были рассмотрены в главе III. Кинематические и геометрические параметры рабочих органов основного технологического оборудования, и в первую очередь вальцовых станков,— это управляющие факторы процесса размола зерна. Учитывая это обстоятельство, изучению влияния кинематических и геометрических параметров процесса измельчения зерновых продуктов уделено много внимания в работах отечественных и зарубежных авторов. Отечественные ученые создали научные основы измельчения зерна на различных этапах технологического процесса и провели фундаментальные исследования по этому вопросу (П. А. Афанасьев, К. А. duvetica uk sale Заворыкин, П. А. Козьмин, Я. Н. Куп-риц, В. Я. Гиршсон, А. Я. Соколов, А. В. Панченко, С. Д. Хусид, В. Я. Белецкий, Л. Е. Айзикович, Л. И. Котляр, Е. П. Кузьмина, О. С. Воронцов, П. П. Ястребов, И. А. Наумов, А. М. Братухин, Г. И. Креймерман, П. П. Тарутин, А. С. Данилин, Б. В. Сенаторский, Г. Д. Гальперин, В. А. Бутковский, А. Ф. Тимукас и другие). Из зарубежных ученых следует отметить работы П. Пенса, Г. Рей-мана, О. Моога, Д. Берча, Л. Лаллема, Г. Доната, О. Кнауффа, Г. Брабанда и других. Выполненные работы позволили обосновать научные основы технологического процесса размола зерна на различных его этапах предложить рекомендации, используемые в практике мукомольного производства. Нагрузки на вальцовые станки как основное технологическое оборудование и связанный с ними коэффициент использования производственных мощностей также существенно влияют на эффективность технологического процесса размола зерна, качество муки технико-экономические показатели производства. Однако изучению нагрузочных условий на оборудование стали уделять внимание только в последние годы. И поэтому известно относительно немного работ в этой области. К ним относятся труды А. В. ugg promo Панченко, С. Д. Хусида, Л. Е. Айзиковича, Н. В. Остапчука, А. С. Данилина, Б. В. Сенаторского и других. Из результатов перечисленных работ южно сделать вывод о том, что нагрузочные условия значительно влияют на качество муки и определяют режимы систем и этапов технологического процесса. Анализ выполненных различными авторами работ, посвященных изучению технологического процесса измельчения зерновых продуктов, позволил обобщить имеющиеся материалы и разработать научно обоснованные рекомендации по совершенствованию процесса измельчения. Особенность оценки эффективности процесса измельчения — это необходимость учета количественных, качественных и энергосиловых показателей. Количественные показатели процесса измельчения. К количественным показателям процесса измельчения относятся: общее извлечение и тип помола тесно связан с определенной структурой технологического процесса и ассортиментом муки. В этом направлении известны работы В. Г. Рейсиха, П. А. Козь-мина, В. Я. Гиршсона, С. И. Щербакова, П. П. Тарутина, А. С. Данилина, А. М. Братухина, Б. М. Максимчука, Р. М. Паченовой и других исследователей. Из этих трудов видно, что тип помола характеризуется определенной структурой процесса, однако имеющиеся рекомендации широко варьируют как по количеству, так и по соотношению систем в схеме технологического процесса. Это же можно установить, анализируя структуру технологического процесса современных мукомольных заводов. Физические и технологические свойства зерна оказывают основное влияние на режим отдельных систем и этапов технологического процесса, а также определяют выход и качество муки. Изучению физических и технологических свойств зерна посвящено много работ как отечественных, так и зарубежных авторов (Я. Н. Куприца, В. Я. Гиршсона, Г. А. Егорова, С. Д. Хусида, П. Т. Эйдуса, И. Е. Мамбиша, П. И. Сердюкова, А. М. Братухина, П. П. Тарутина, Л. Е. Айзиковича, П. Г. Демидова, Р. А. Биленко, А. Т. Матиенко, Г. О. Барера, А. Я. Нохотовича, А. М. Калюжной, И. Н. Маслова, П. Пельсенке, Г. Боллинга, Г. Нюре, 3. Креда, Ф. Аткинсона и других), установивших, что физические и технологические свойства зерна являются определяющими по выходу промежуточных продуктов и муки, а также по их качеству на различных этапах технологического процесса. Методы подготовки зерна к помолу, призванные направленно изменять физические и технологические свойства зерна непосредственно перед его переработкой, также существенно влияют на результаты помола. Эти вопросы были рассмотрены в главе III. Кинематические и геометрические параметры рабочих органов основного технологического оборудования, и в первую очередь вальцовых станков,— это управляющие факторы процесса размола зерна. Учитывая это обстоятельство, изучению влияния кинематических и геометрических параметров процесса измельчения зерновых продуктов уделено много внимания в работах отечественных и зарубежных авторов. Отечественные ученые создали научные основы измельчения зерна на различных этапах технологического процесса и провели фундаментальные исследования по этому вопросу (П. А. Афанасьев, К. А. Заворыкин, П. А. adidas yeezy boost Козьмин, Я. adidas homme Н. Куп-риц, В. Я. Гиршсон, А. Я. Соколов, А. В. Панченко, С. Д. Хусид, В. Я. Белецкий, Л. Е. Айзикович, Л. И. Котляр, Е. П. Кузьмина, О. С. Воронцов, П. П. Ястребов, И. А. Наумов, А. М. Братухин, Г. И. Креймерман, П. П. Тарутин, А. С. Данилин, Б. В. Сенаторский, Г. Д. Гальперин, В. А. Бутковский, А. Ф. Тимукас и другие). Из зарубежных ученых следует отметить работы П. Пенса, Г. Рей-мана, О. Моога, Д. Берча, Л. Лаллема, Г. Доната, О. Кнауффа, Г. Брабанда и других. Выполненные работы позволили обосновать научные основы тех-ологического процесса размола зерна на различных его этапах предложить рекомендации, используемые в практике мукомоль-ого производства. Нагрузки на вальцовые станки как основное технологическое борудование и связанный с ними коэффициент использования роизводственных мощностей также существенно влияют на эффек-ивность технологического процесса размола зерна, качество муки технико-экономические показатели производства. Однако изуче-:ию нагрузочных условий на оборудование стали уделять внимание олько в последние годы. И поэтому известно относительно немно-о работ в этой области. К ним относятся труды А. В. Панченко, Д. Хусида, Л. Е. Айзиковича, Н. В. Остапчука, А. С. Данилина, >. В. Сенаторского и других. Из результатов перечисленных работ можно сделать вывод о том, что нагрузочные условия значительно влияют на качество муки и определяют режимы систем и этапов технологического процесса. Анализ выполненных различными авторами работ, посвященных изучению технологического процесса измельчения зерновых продуктов, позволил обобщить имеющиеся материалы и разработать научно обоснованные рекомендации по совершенствованию процесса измельчения. Особенность оценки эффективности процесса измельчения — это необходимость учета количественных, качественных и энергосиловых показателей. Количественные показатели процесса измельчения. Количественные показатели процесса измельчения следующие: общее извлечение Иl — величина в процентах проходовой фракции через определенный номер сита l; частное извлечение Иl1/l 2— часть общего извлечения — фракция продукта в процентах, полученного проходом через сито l1 и сходом с сита l 2; коэффициент извлечения Ки: Ки = (Ик – Ин) / (100 – Ин) Где Ик — величина конечного извлечения продуктов через определенный номер сита, Ин — величина начального извлечения через тот же номер сита, содержащегося в продукте до его измельчения; степень извлечения Си: Си = (ан – ак) / ан , где ан — начальный линейный размер или объем частицы, ак — конечный линейный размер или объем частицы; величина относительной деформации е: е = (Sk – Sн) / Sн (27) где Sк— конечная суммарная поверхность частиц, Sн— начальная суммарная поверхность частиц. Перечисленные количественные показатели эффективности процесса измельчения применяют дифференцированно на различных этапах технологического процесса. Так, показатель общего извлечения Ие обычно используют при оценке эффективности крупообразующих систем (I—IV драные системы), на которых получают промежуточные продукты почти всех классов крупности. Оценка эффективности этих систем по показателю частного извлечения Ие1/е 2, например по выходу крупной или средней крупки, будет неполной. На других этапах процесса измельчения (шлифовочный и размольный процессы, вымол в драном и размольном процессах) для оценки их эффективности используют величину частного извлечения, главным образом выход муки, хотя возможна оценка и по другим фракциям, например выходу крупок в шлифовочном процессе. Наиболее полное представление об эффективности процесса измельчения по количественным показателям можно получить определением коэффициента извлечения /Си и величины относительной деформации е, показывающих относительное приращение количества» извлекаемых частиц через определенный номер сита, или приращение их поверхности. Эти показатели определяют ситовым методом или на поверхностемерах типа ПСХ. Поскольку определение линейных размеров частиц зерна и их объемов —сложная и трудоемкая операция, то показатель степени измельчения Си используют относительно редко и, главным образом, в исследовательских работах. Качественные показатели процесса измельчения. Качественные показатели процесса измельчения зерна характеризуют: зольность различных продуктов измельчения; цвет муки и некоторых промежуточных продуктов, определяемый на цветомере; количество клетчатки в различных зерновых продуктах; количество крахмала в оболочечных продуктах, определяемое методом поляриметрическо,-го анализа. Качественные показатели эффективности процесса измельчения наряду с количественными — основные, и их применяют, так же как и количественные показатели, дифференцированно для различных этапов технологического процесса. Зольность — это не абсолютный качественный показатель зерновых продуктов, а только относительный, и поэтому его можно применять для оценки качества измельчения только одной и той же партии зерна. Показатель зольности широко используют для оценки качества продуктов общего и частного извлечения (крупок, дунстов и муки), а также для оценки оболочечных (сходовых) продуктов. Цвет муки — наиболее оперативный показатель ее товарного качества. В последнее время благодаря работам И. Е. Мамбиша его широко используют в промышленности и исследованиях. Количество клетчатки в зерновых продуктах — это наиболее полный их качественный показатель, однако его применяют в практике редко в связи со сложностью и длительностью анализов по его определению. Количество крахмала в оболочечных продуктах — это наиболее эффективный показатель степени их вымола. Так как крахмал содержится в основном в эндосперме, то его наличие в оболочечных продуктах свидетельствует о недостаточном вымоле частиц эндосперма. К сожалению, метод поляриметрического анализа длителен, это затрудняет его широкое использование в практике. Этот показатель применяют для оценки эффективности вымола оболочечных продуктов в драном и размольном процессах. Энергосиловые показатели процесса измельчения. Энергосиловые показатели процесса измельчения следующие: удельный расход энергии на получение определенного продукта; удельный расход энергии на приращение новой поверхности измельчаемых зерновых продуктов; удельный расход энергии на измельчение образца зерна. Показатель удельного расхода энергии на получение определенного продукта, например муки или промежуточных продуктов, носит условный характер, поскольку измельчались и изменили свою количественную характеристику все продукты. Этот показатель удобен для относительной оценки процесса измельчения с позиций энергозатрат, и его широко используют в практике и исследованиях. Показатель удельного расхода энергии на приращение новой поверхности измельчаемых частиц наиболее полно характеризует процесс измельчения по энергозатратам, однако определить его трудно, что связано с оценкой приращения новых поверхностей измельчаемых частиц. Поэтому его применяют главным образом в исследовательских работах. Показатель удельного расхода энергии на измельчение образца зерна до определенной крупности позволяет оценить энергоемкость измельчения различных сортов зерна. Перечисленные количественные, качественные и энергосиловые показатели совместно и комплексно оценивают эффективность процесса измельчения на различных этапах технологического процесса, при этом количественные и качественные показатели основные. Энергосиловые показатели носят вспомогательный характер при оценке процесса, однако их нужно всегда учитывать вследствие высокой энергоемкости процесса измельчения в целом. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ НА ВАЛЬЦОВЫХ СТАНКАХ Метод измельчения зерновых продуктов на вальцовых станках наиболее распространен среди других методов измельчения. Этот метод, использующий деформацию сдвига (среза) и сжатия, наиболее эффективен для избирательного измельчения зерновых продуктов, поскольку он способствует получению максимального количества промежуточных продуктов и муки высокого качества. Поэтому повышение эффективности процесса измельчения — это основа совершенствования всего технологического процесса производства муки. Имеющиеся теории, объясняющие процесс измельчения, касаются главным образом количественной стороны процесса разрушения твердых тел вообще. Так, поверхностная теория, предложенная П. Риттингером, предполагает, что работа, затраченная на измельчение твердого тела, пропорциональна приращению его поверхностной энергии. В. Л. Кирпичев, а затем Кик предложили объемную теорию процесса измельчения, согласно которой работа, затраченная на деформирование твердого тела до хрупкого разрушения, пропорциональна объему твердого тела или его части, испытывающей деформацию. Эти теории не противоречат одна другой, и их широко используют для объяснения процессов измельчения твердых тел. П. А. Ребиндер предложил обобщенную теорию измельчения и установил, что полная работа измельчения прямо пропорциональна вновь образованной поверхности и обратно пропорциональна диаметру частиц измельченного продукта: (28) А = HSF/D где A— работа измельчения; Hs — константа, характеризующая измельчаемое тело и вид деформации; F— коэффициент формы измельчаемого тела; D— диаметр частиц измельченного тела. Важны для объяснения процесса измельчения исследования структурно-механических свойств зерна и условий его деформирования. Первые работы в этом направлении были выполнены П. А. Афанасьевым, установившим, что относительное сжатие зерна до его разрушения прямо пропорционально нагрузке на него. На основе проведенных исследований П. А. Афанасьев получил зависимость, позволяющую вычислить работу, необходимую для разрушения зерна сжатием. С. А. Чистов определял усилия разрушения зерна пшеницы при деформациях сжатия и среза и установил, что разрушающие усилия сжатия в 2 — 3 раза превышают усилия среза. Значительный вклад в изучение структурно-механических свойств зерна в связи с его деформированием внес В. Я. adidas tubular shadow Гиршсон, определивший на специальном прессе разрушающие усилия при растяжении, сжатии и сдвиге для целого зерна пшеницы и ржи и их анатомических частей. Он установил, что разрушающие усилия среза, как для целого зерна, так и для его различных анатомических частей в 3 — 5 раз меньше, чем при деформации сжатия. Аналогичные результаты были получены П. П. Тарутиным и Н. М. Орловым, Н. В. Врасским, П. Г. Демидовым, И. В. Крагельским, А. Л. Шполянской и другими учеными. Предложенные теории процесса измельчения и проведенные работы по изучению условий деформирования зерна при его измельчении не объясняли процесс измельчения зерна с его качественной стороны, что наиболее важно при избирательном измельчении, поскольку полученные промежуточные продукты отличаются не столько количественными, сколько качественными показателями. С. Д. Хусид существенно расширил и дополнил теорию измельчения зерна на вальцовых станках, используя фундаментальные труды В. Д. Кузнецова по физике твердого тела. Последний ввел понятие о скорости деформирования твердых тел W, физический смысл которого — это скорость приложения разрушающих усилий к разрушаемому телу, скорость уменьшения объема измельчаемого тела; она представляет собой первую производную от относительной деформации во времени: W =dе/dt, (29) где е — относительная деформация, которую можно выразить как относительное приращение поверхности в результате измельчения (см. формулу 27). Увеличение скорости деформирования твердых тел, как правило, приводит к их хрупкому разрушению, что связано с повышением предела текучести. Исследования С. Д. Хусида показали, что скорость деформирования — это важный фактор в процессе измельчения зерновых продуктов, существенно влияющий на количественно-качественные показатели процесса измельчения. Эндосперм пшеницы при влажности 13 — 14% представляет собой типично хрупкое тело, однако при определенных условиях силового нагружения и окружающей сферы он может проявлять свойства пластичных тел. В этом смысле скорость деформирования и другие условия измельчения играют важную роль. Работы, выполненные отечественными исследователями, позволили проанализировать процесс измельчения на вальцовых станках и вскрыть его основные закономерности, объясняющие сущность явлений, происходящих при измельчении зерновых продуктов. Рассмотрим теперь условия силового нагружения частицы измельчаемого продукта в рабочей зоне вальцового станка (рис. 15). на частицу, попавшую в зону измельчения, в точке захвата действуют две силы, одна из которых Рб— со стороны быстровращаю-щегося вальца Б, вторая Рм — со стороны медленновращающегося вальца М. Эти силы направлены по касательной к окружностям вальцов, причем первая стремится увлечь частицу в зону измельчения, а вторая вытолкнуть ее из этой зоны в связи с различной величиной окружных скоростей вальцов Б и М. Силы Р и Рм создают условия для разрушения частицы сдвигом (срезом); на частицу воздействуют также сжимающие усилия С} б и (?м, достигающие своего максимального значения на линии центров. Эти силы равны по величине, но направлены в противоположные стороны. Воздействие этих сил определяет величину сжатия измельчаемых частиц в рабочей зоне, зависящую от нагрузки на размалывающую линию, величины межвальцового зазора и структурно-механических свойств измельчаемого продукта. Таким образом, на частицу продукта, находящегося в рабочей зоне, одновременно действуют сдвигающие и сжимающие усилия, определяющие характер и эффективность процесса измельчения. При этом необходимо учитывать не только величину этих усилий, но и их соотношение. Соотношение сил рб и Рм определяется соотношением окружных скоростей вальцов, а их величина зависит от усилий сжатия измельчаемого продукта. Важна также скорость приложения этих усилий — скорость деформирования. С увеличением скорости приложения усилий к измельчаемому продукту в рабочей зоне вальцового станка со-» здаются условия для хрупкого разрушения как наиболее эффективного вида деформации. Суммируя все Оказанное, можно отметить, что условия измельчения зерновых продуктов в рабочей зоне вальцового станка определяются величиной и соотношением сдвигающих и сжимающих усилий, а также скоростью приложения этих усилий — скоростью деформирования. Эффективность измельчения на вальцовых станках возрастает с увеличением сдвигающих усилий и скорости деформирования как наиболее благоприятных условий разрушения частиц продукта. При этом имеются в виду только количественные показатели процесса измельчения, поскольку эти условия будут способствовать эффективному разрушению всех анатомических частей зерна, в гом числе и оболочек. Поэтому на различных этапах технологического процесса нужно выбирать такие условия избирательного измельчения, которые способствовали бы повышению всего комплекса показателей процесса измельчения. При выборе условий измельчения зерновых продуктов на различных этапах технологического процесса необходимо также учитывать их физические и технологические свойства, и особенно структурно-механические свойства, которые в связи с условиями измельчения определяют эффективность процесса измельчения как на отдельных этапах, так и по всему технологическому процессу. ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗЕРНА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ Зерно пшеницы представляет собой типичное коллоидное капиллярно-пористое тело, состоящее из следующих анатомических частей: эндосперма, оболочки с бородкой и зародыша. Эндосперм ограничивается алейроновым слоем, состоящим из прочных структур, оказывающих значительное сопротивление при измельчении. По химическому составу зерновка пшеницы состоит из углеводов, белков, клетчатки, жира, золы и воды. Было установлено, что зерно пшеницы неоднородно как по строению, так и по химическому составу. Отдельные зерна даже в одном и том же колосе значительно различаются по этим показателям и имеют, естественно, неодинаковые физические и технологические и особенно структурно-механические свойства. Минералогический состав зерна или семени представлен, так называемыми зольными веществами: фосфором, калием, магнием, кальцием, натрием, железом, кремнием, серой, хлором и, в небольших количествах, марганцем, цинком, никелем, кобальтом и др. Еще больше различаются неодинаковые сорта зерна, относящиеся к разным формам и видам. Было установлено, что физические и технологические свойства зерна зависят как от его анатомического строения, и особенно соотношения анатомических частей, так и от химического состава. Исследованиями В. Г. и О. Г. Александровых было показано, что у пшеницы с мучнистой консистенцией эндосперма белковые прослойки тоньше, чем у стекловидной. Поэтому при измельчении пшеницы с мучнистой и стекловидной консистенцией эндосперма сопротивляемость их к разрушению различна. Консистенция эндосперма, помимо указанного, зависит еще от размеров и плотности укладки крахмальных зерен. В эндосперме мучнистых зерен преобладают мелкие крахмальные зерна, а в эндосперме стекловидных — крупные, хотя их размеры несколько меньше, чем самые крупные крахмальные зерна мучнистой пшеницы. Таким образом, у пшеницы со стекловидным эндоспермом, а также у твердой пшеницы крахмальные зерна по крупности больше выравнены, чем у пшеницы с мучнистым эндоспермом. К тому же, как установил В. Л. Кретович, в стекловидном эндосперме плотность упаковки крахмальных зерен значительно выше, чем в мучнистом. Поэтому структура клеток эндосперма мучнистой пшеницы более пористая благодаря чему различаются структурно-механические и технологические свойства стекловидного и мучнистого зерна. При этом было установлено, что при измельчении крупок из пшеницы с мучнистой консистенцией эндосперма последний разрушается всегда по белковым прослойкам. При этом, как правило, крахмальные зерна, обладающие достаточно высокой упругостью, не разрушаются. При измельчении же частиц эндосперма из твердой и мягкой стекловидной пшеницы они разрушаются как по белковым прослой кам, так и по крахмальным зернам, о чем также свидетельствуем увеличение сахарообразующей способности муки из этой пшеницы Необходимо также отметить, что крахмальные зерна твердой и мягкой высокостекловидной пшеницы легче поддаются механическому разрушению, чем крахмальные зерна мягкой мучнистой пшеницы, что свидетельствует о более прочных связях крахмальных зерен с белком у пшеницы с твердой и стекловидной консистенции эндосперма. Основываясь на исследованиях П. А. Ребиндера С Д Хусид считает, что крупность крахмальных зерен — это определяющий фактор характера деформации зерна: с увеличением крупности возрастает возможность хрупкого разрушения, как наиболее эффективного вида деформирования зерна. Таким образом, структурно-механические свойства зерна — прочность, твердость, вязкость — определяются в основном его анатомическим строением и химическим составом и существенно влияют на эффективность измельчения зерна, т. е. на его физические и технологические свойства. При характеристике зерновой массы по перечисленным показателям структурно-механических свойств возникают трудности в связи с широким различием упомянутых свойств отдельных зерновок, входящих в состав данной зерновой массы. Впервые на них указал Я. Н. Куприц. Поэтому для характеристики физических и технологических свойств, и, в том числе, структурно-механических свойств зерновой массы, приходится использовать комплексные показатели, учитывающие эти свойства. К таким показателям можно отнести стекловидность, влажность и размолоспособность зерновой массы. Влияние стекловидности зерна. Учитывая избирательность измельчения при сортовых помолах зерна, стекловидность, характеризующая консистенцию эндосперма, — это наиболее предсказательный показатель, определяющий поведение зерна при его измельчении; т. е. его технологические свойства. Для установления взаимосвязи консистенции эндосперма зерна (стекловидности) его структурно-механическими свойствами С. Д. Хусид провел специальное исследование, некоторые результаты которого приведдены в таблице 32. Из данных таблицы 32 видно, что показатель прочности Таблица 32. Прочность зерна в зависимости от его стекловидности (по С. Д. Хусиду)

зерна, характеризующий его структурно-механические свойства зависит от стекловидности эндосперма зерна. Наиболее высокой прочностью обладают высокостекловидные сорта. По этим же сортам получены и наиболее высокие энергетические затраты при измельчении по показателю удельного расхода энергии на вновь образованную поверхность. Таким образом, приведенные данные подтверждают положение о том, что консистенция эндосперма зерна, определяемая его анатомическим строением и химическим составом, оказывает основное влияние на его структурно-механические свойства. Для оценки влияния стекловидности зерна на его технологические свойства были проведены помолы зерна IV типа различной стекловидности. Результаты этих помолов приведены в таблице 33. При подготовке зерна различной стекловидности к помолу были соблюдены примерно одинаковые условия для того, чтобы исключить влияние режимов подготовки зерна. Влажность зерна на I драной системе составляла 15,6—16,0%, время отволаживания было равно 8 ч для всей пшеницы при холодном кондиционировании. uggs outlet camarillo Из данных таблицы 33 видно, что стекловидность зерна оказывает основное влияние на технологические свойства последнего и предопределяет его поведение при измельчении наряду с другими качественными показателями. Так, с увеличением стекловидности и от 32 до 78% возрастает суммарное извлечение промежуточных продуктов на I—III драных системах от 69,5 до 73,6%, золььность этих продуктов изменяется незначительно, показатель белизны муки возрастает и существенно увеличивается удельный расход энергии на измельчение зерна. Было подтверждено также сахарообразующей способности муки. Для объемного хлеба, полученного из пшеницы различной стекловидности, а также его пористости особой закономерности не обнаружено, поскольку на качество хлеба влияет комплекс показателей, характеризующих биохимические и хлебопекарные свойства зерна, и в первую очередь показатели выхода и качества клейковины. Таким образом, стекловидность зерна пшеницы, характеризующая консистенцию его эндосперма, влияет на показатели структурно-механических и технологических свойств зерна. Влияние влажности зерна. Влажность зерна существенно влияет на его структурно-механические свойства и, в первую очередь, на прочность, а значит, и на эффективность его измельчения Влияние влажности на структурно-механические свойства зерна и эффективность его измельчения исследовали многие отечественные ученые: В. Я. Гиршсон, Я. Н. Куприц, С. Д. Хусид, И. А. Наумов, Г. А. Егоров, А. Л. Шполянская, 3. Д. Гончарова и другие. В результате проведенных исследований было установлено, что с повышением влажности зерна возрастает его сопротивляемость разрушению, снижается микротвердость и повышается удельный расход энергии на единицу вновь образованной поверхности. Это явление объясняют увеличением пластичности зерна в целом и его анатомических частей с повышением влажности. Особенно заметно пластические деформации возрастают в оболочках, значительно сопротивляющихся разрушению. Поэтому при измельчении увлажненного зерна нужно затратить больше энергии, чем при измельчении сухого зерна. ?????? Установленные закономерности наиболее резко выражены для мягкого низкостекловидного зерна при относительно высокой влажности (16—17%) и хорошо иллюстрируются данными исследований С. Д. Хусида, приведенными в таблице 34, из которой видно, что прочность зерна различного качества с увеличением влажности возрастает, расход энергии на единицу вновь образованной поверхности также повышается. Таблица 34. Изменение прочности зерна при его различной влажности с. 95 (по С. Д. Хусиду)

К аналогичному выводу пришел также И. А. Наумов, изучавший влияние влажности зерна на его сопротивляемость измельчению. Изменение структурно-механических свойств зерна при изменении влажности существенно влияет на технологические свойства зерна. Для выяснения этого вопроса провели исследования, результаты которых представлены в таблице 35, из которой видно, что повышение влажности зерна от 14 до 18% вызывает снижение выхода промежуточных продуктов на первых трех крупообразующих системах как на каждой системе, так и в процессе крупо-образования в целом. При этом больше всего снижается выход крупной крупки, выход более мелких фракций (средней, мелкой крупки, дунста и муки) остается практически постоянным, улучшается качество всех продуктов процесса крупообразования по зольности, повышается удельный расход энергии на размол зерна. Это объясняется повышением пластичности зерна и особенно его оболочек, увеличением количества микротрещин в зерне, что приводит к снижению выхода крупных фракций и улучшению качества получаемых продуктов в процессе крупообразования при

ГЛАВА V

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РАЗМОЛА ЗЕРНА

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОПТИМИЗАЦИИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

РАЗМОЛА ЗЕРНОВЫХ ПРОДУКТОВ

По своей структуре технологический процесс переработки зерна пшеницы при сортовых помолах многостадиен и состоит из пяти взаимосвязанных этапов: крупообразования промежуточных продуктов первого и второго качества и вымола оболочечных продуктов (драного процесса); обогащения промежуточных продуктов на ситовочных машинах, обогащения промежуточных продуктов их измельчением и сортированием (шлифовочного процесса); тонкого измельчения обогащенных промежуточных продуктов и вымола сходов (размольного процесса); формирования и контроля муки по сортам. На каждом перечисленных этапов решают определенную технологическую задачу и оценивают присущие ему количественно-качественные показатели эффективности, рассмотренные выше, в главе IV. Учитывая сложность технологических процессов сортовых помолов пшеницы, проявляющуюся в их структурном построении, а также влиянии на результаты производства муки большого количества одновременно действующих факторов, приняли поэтапный метод их изучения. При этом требования максимальной экономичности и эффективности технологических процессов переработки зерна выдвигают задачу их оптимизации для обеспечения наивыгоднейших режимов процесса. Исходя из многостадийности технологических процессов сортовых помолов пшеницы и тесной взаимосвязи этапов оптимизация отдельных этапов процесса возможна только с учетом результатов завершающего этапа производства, т. е. количества и качества получаемой муки. Такой прием поэтапного изучения сложных технологических процессов сейчас хорошо изучен. Его сущность состоит в том, что если на последней стадии многостадийного процесса режим работы оптимален по отношению к перерабатываемому сырью то он будет оптимальным и для всего процесса в целом. Поэтому критерии оптимальности для любого этапа (стадии) технологического процесса следует выбирать в тесной взаимосвязи с количеством и качеством готовой продукции, т. е. оптимальностью режимов на последней стадии. Наиболее реальный путь оптимизации ложных технологических процессов сортовых помолов пшеницы — то получение их математических моделей. Методы математической теории эксперимента, используемые, для получения математических моделей любого реального процесcа, широко известны и позволяют принимать решения в условиях определенности или при низком уровне априорной информации об изучаемом процессе. Наличие же достаточной априорной информации о процессе позволяет поставить эксперименты в области, близкой к оптимальной, что значительно сокращает время экспериментирования и получения математической модели, адекватно отражающей реальный процесс. Оптимизацию технологических процессов переработки зерна на основе их математического моделирования можно решить поэтапно. Вначале необходимо предварительно изучить объект, установить параметры оптимизации (критерии оптимальности)^ и факторы их определяющие. Затем можно перейти к построению математической модели и проверке ее пригодности для описания изучаемого объекта. И только после этого можно перейти к использованию полученной модели, например для определения некоторых экстремальных ее значений. Предварительное изучение объекта оптимизации как реального процесса — это наиболее важный этап моделирования. На этом этапе производят сбор и анализ априорной информации об объекте и на этой основе — формулировку и обоснование цели исследования, количественно выражаемую как параметр оптимизации изучаемого объекта или процесса. Есть множество способов получения моделей технологических процессов. Каждый способ дает возможность построить модель процесса в зависимости от принятого параметра оптимизации. Поэтому для каждого процесса есть множество моделей, отражающих наиболее существенные для поставленной цели его свойства. Отсюда ясно, насколько важны правильная формулировка и обоснование цели исследования, выражаемые посредством параметров оптимизации процесса. В ряде случаев, особенно при недостатках априорной информации о процессе, приходится проводить предварительные исследования для уточнения цели. При выборе параметра оптимизации нужно руководствоваться некоторыми правилами, обычно формулируемыми как требования к параметрам оптимизации. Согласно этим требованиям, параметр оптимизации должен: характеризовать эффективность изучаемого процесса с позиций конечной цели производства; быть количественным и однозначным, т. е. каждому состоянию процесса должно соответствовать одно значение параметра оптимизации, определяемое количественно; быть статистически эффективным, т. е. иметь минимально возможную при данных условиях дисперсию; быть простым и иметь ясный физический смысл; по возможности быть единственным, иметь ограниченную область определения и экономическую природу. Показатели эффективности процессов размола зерна обычно удовлетворяют перечисленным требованиям, и, поэтому, при формулировке цели исследования необходимо их тщательно проанализировать. Применительно к технологическому процессу сортовых помолов пшеницы задача усложняется тем, что нужно выбирать, по меньшей мере два (количественный и качественный) параметра оптимизации для полной оценки эффективности различных процессов. Односторонняя количественная или качественная оценка технологических процессов переработки зерна малоэффективна и не позволит полностью оценить процесс. После выбора параметра (параметров) оптимизации дальнейшее предварительное изучение объекта (процесса) сводится к выбору и обоснованию наиболее важных влияющих факторов, определяющих различные состояния объекта. При формализации объекта исследования важно установить его различимые состояния, в которых необходимо выбрать влияющие факторы. Установление разнообразия состояний объекта зависит от поставленной цели, априорных сведений об объекте, поэтому, оно в некоторой степени произвольно и зависит от экспериментатора. Таким образом, для одного и того же объекта различные исследователи могут построить модели с разным числом неодинаковых состояний. Одна из главных целей исследователя во время предварительного изучения объекта — это выбор его состояния, наиболее характерного для оптимизации, т. е. выбор факторов и их значений, обеспечивающих оптимальное состояние изучаемого объекта. К факторам, как и к параметрам оптимизации, предъявляют определенные требования. Каждый фактор должен: быть определен операционно на любом из требуемых уровней; иметь область определения; иметь необходимую точность измерения и поддержания на заданном уровне. Кроме того, к совокупности факторов добавляют требование об их некоррелированности, что означает возможность установления какого-либо фактора на любой уровень независимо от уровней других факторов в области их определения. В процессе формализации задачи естественное стремление исследователя — это выбор минимально возможного числа факторов, что связано с упрощением затем самой математической модели. Однако такой выбор возможен только после того, как определено их наиболее полное количество. Имея полный список влияющих факторов, можно перейти к выбору наиболее важных. Есть несколько методов отсеивания несущественных факторов, среди которых наиболее эффективный — это предварительное экспериментирование для выбора и обоснования наиболее важных влияющих факторов. Таким образом, в процессе предварительного изучения объекта нужно выбрать параметр (параметры) оптимизации и основные влияющие факторы. Задача теперь состоит в том, чтобы установить взаимосвязь между набором значений выбранных факторов и параметром оптимизации, т. е. получить информацию о функции: У = Л*и #2> • • •> *п)> где у — параметр оптимизации; х\, х2, …, хп — факторы. Эта функция, называемая функцией отклика, и представляет собой статистическую математическую модель изучаемого объекта. Функция отклика — это неизвестная совокупность значений определяющих параметров (поверхность (?)) в факторном пространстве, которую и предстоит исследовать для отыскания оптимума. Исследование технологических процессов размола зерна для получения их математических моделей показало, что эти процессы можно описать неполным квадратным уравнением или уравнением второго порядка. Математическую модель второго порядка можно представить в следующем виде: у = Ь0 + 2 *,*, + Е Ь^^x^x^ + Е Ьпх1 , (36) =» где 60 — свободный член; Ь^ (I = 1, 2, …, /г) т~ коэффициенты при линейных членах, Ьг] (Ц = 1, 2, …у &, 1^1) — коэффициенты при взаимодействиях факторов; Ьгг (I, I = 1,2, …, К) — коэффициенты при квадратичных членах. Задача состоит в определении оценок коэффициентов данной модели на основе спланированного эксперимента. Коэффициенты уравнения регрессии при рототабельном центральном композиционном планировании можно определить по следующим формулам: , = ^-[2Х»(А — 2)(0у) — 2ХС^Е (%)]; (37) (38) (39) ж> • Е%»; (41) (1у) = Е х1пуп, I Ф 0; (42) (%) = Е ;&</»; (43) П = \ (1]у) = Е хгях]ауя, I + У, (44) л=1 ….ф и эксплуатационном отношении нагрузки на вальцовые станки различных систем и этапов технологического процесса. Учитывая взаимосвязанное воздействие и влияние многих факторов в процессе измельчения различных зерновых продуктов, наибольшей его эффективности можно достичь при оптимизации параметров и режимов процесса. К сожалению, работ в этом направлении проведено пока очень мало, что сдерживает комплексное решение многих вопросов дальнейшего совершенствования процесса измельчения. В большинстве работ по измельчению зерновых продуктов основное внимание уделено изучению структурно-механических и технологических изменений в зерне. Однако, учитывая биологическую природу зерна, следует полнее раскрыть сущность биохимических изменений зерновых продуктов при их измельчении. Работ в этом направлении проведено пока еще недостаточно. В результате недостаточной изученности комплекса вопросов размола зерна еще не созданы предпосылки для разработки новых, более эффективных методов измельчения зерновых продуктов на различных этапах этого процесса. Между тем в последнее время появились работы по созданию и применению машин ударного действия (дезинтеграторов и дисмембраторов), кольцевых измельчителей, штифтовых разрыхлителей и других машин для измельчения зерновых продуктов, что вызывает необходимость изучения возможностей использования перечисленных машин и методов на различных этапах технологического процесса размола зерна. Таким образом, основными направлениями работ по совершенствованию процесса размола зерновых продуктов могут быть вопросы его оптимизации на различных этапах в связи с качеством перерабатываемого зерна; изучение изменений структурно-механических и биохимических свойств зерновых продуктов в связи с режимом измельчения; изучение и обоснование возможностей применения новых методов измельчения зерновых продуктов. Качество муки — это основной критерий эффективности всех технологических процессов и приемов переработки зерна, а формирование муки по сортам — завершающий этап технологического процесса. В связи с достигнутым высоким уровнем использования зерна при сортовых помолах пшеницы возникла необходимость всесторонне рассмотреть качество муки, получаемой на различных этапах технологического процесса, по комплексу физических, биохимических н хлебопекарных показателей, а также изучить изменение этих показателей в связи с качеством перерабатываемого зерна и условиями ведения помолов, что будет способствовать совершенствованию процесса формирования муки по сортам. Известный метод формирования муки по сортам — одноэтапный и предусматривает определенную стабильность потоков муки из систем, направляемых в тот или иной сорт. Такой метод не всегда оправдан, особенно в связи с изменением качества перерабатываемого зерна, и вносит сложность в управление технологическим процессом. Более прогрессивен двухэтапный метод формирования сортов благодаря созданию промежуточных потоков, объединяющих некоторые потоки муки. Таких потоков должно быть в 1,5—2 раза больше, чем количество вырабатываемых сортов муки, чтобы обеспечить необходимое маневрирование. При таком методе процесс управления, исключая аварийные ситуации, сведется к управлению промежуточными потоками, что будет способствовать стабилизации качества муки по сортам. Один из важных вопросов повышения качества и пищевой ценности муки — это обогащение ее витаминами, микроэлементами, белками и другими веществами. Сейчас муку обогащают только витаминами, однако применяемые методы обогащения, как было установлено исследованиями, малоэффективны. Наиболее перспективные направления обогащения муки — это получение природных обогатителей непосредственно из зерна и направление их в различные сорта муки. Такое направление принципиально возможно и состоит в повышении общего выхода муки при определенных помолах, получении высокобелковых, высоковитаминизированных потоков и использовании их для обогащения некоторых сортов муки. К этому направлению примыкает также важный вопрос расширения ассортимента получением специальных сортов муки. Все это будет способствовать улучшению качества и повышению пищевой ценности муки и хлеба как основного продукта питания людей. Поэтому основное направление работ по улучшению качества муки — это всестороннее изучение ее физических, биохимических и хлебопекарных показателей на различных этапах технологического процесса для разработки эффективных методов формирования сортов муки, расширения ассортимента и повышения ее пищевой ценности. Рассмотренные вопросы дальнейшего совершенствования сортовых помолов пшеницы, такие, как формирование помольных партий зерна, подготовка зерна к помолу, процессы измельчения зерновых продуктов и вопросы качества муки, имеют важное научное и практическое значение, позволяют раскрыть основные закономерности явлений, происходящих при переработке зерна, и на этой основе повысить эффективность технологических процессов переработки зерна и уровень его продовольственного использования. Изучением перечисленных вопросов не исчерпываются все проблемы совершенствования сортовых помолов пшеницы. Дальнейшая механизация и автоматизация производственных процессов, совершенствование применяемого и разработка нового технологического и транспортного оборудования, совершенствование экономики и организации и улучшение условий труда также относятся к важным вопросам повышения эффективности мукомольного производства, однако эти вопросы в данной книге не рассматриваюся. сложных технологических процессов сортовых помолов пшеницы — это получение их математических моделей. Методы математической теории эксперимента, используемые, для получения математических моделей любого реального процесcа, широко известны и позволяют принимать решения в условиях ^определенности или при низком уровне априорной информации >б изучаемом процессе. Наличие же достаточной априорной информации о процессе позволяет поставить эксперименты в области, 5лизкой к оптимальной, что значительно сокращает время экспериментирования и получения математической модели, адекватно отражающей реальный процесс. Оптимизацию технологических процессов переработки зерна на основе их математического моделирования можно решить поэтапно. Вначале необходимо предварительно изучить объект, установить параметры оптимизации (критерии оптимальности)^ и факторы их определяющие. Затем можно перейти к построению математической модели и проверке ее пригодности для описания изучаемого объекта. И только после этого можно перейти к использованию полученной модели, например для определения некоторых экстремальных ее значений. Предварительное изучение объекта оптимизации как реального процесса — это наиболее важйый этап моделирования. На этом этапе производят сбор и анализ априорной информации об объекте и на этой основе — формулировку и обоснование цели исследования, количественно выражаемую как параметр оптимизации изучаемого объекта или процесса. Есть множество способов получения моделей технологических процессов. Каждый способ дает возможность построить модель процесса в зависимости от принятого параметра оптимизации. Поэтому для каждого процесса есть множество моделей, отражающих наиболее существенные для поставленной цели его свойства. Отсюда ясно, насколько важны правильная формулировка и обоснование цели исследования, выражаемые посредством параметров оптимизации процесса. В ряде случаев, особенно при недостатках априорной информации о процессе, приходится проводить предварительные исследования для уточнения цели. При выборе параметра оптимизации нужно руководствоваться некоторыми правилами, обычно формулируемыми как требования к параметрам оптимизации. Согласно этим требованиям, параметр оптимизации должен: характеризовать эффективность изучаемого процесса с позиций конечной цели производства; быть количественным и однозначным, т. е. каждому состоянию процесса должно соответствовать одно значение параметра оптимизации, определяемое количественно; быть статистически эффективным, т. е. иметь минимально возможную при данных условиях дисперсию; быть простым и иметь ясный физический смысл; по возможности быть единственным, иметь ограниченную область определения и экономическую природу. Было установлено, что влага проникает в зерновку через всю ее поверхность, хотя и с различной скоростью, однако преобладающее количество влаги проникает в зерновку через зародыш. Поглощенная влага вызывает изменение структуры зерна, и прежде всего эндосперма, появляются внутренние напряжения, увеличивается количество и размеры микротрещин, создаются благоприятные условия для предразрушения зерна. При этом снижаются прочность и твердость зерна, повышается пластичность и уменьшается хрупкость, возрастает сопротивляемость разрушению. Перечисленные изменения для зерна различного качества неодинаковы. По данным И. А. Наумова, увлажнение мучнистого зерна пшеницы от 13 до 18% вызывает снижение его прочности в 1,5 раза и одновременно повышение сопротивляемости разрушению в 3,5 раза. Для стекловидной пшеницы в тех же пределах увлажнения прочность снижается почти в 3 раза, а сопротивляемость разрушению возрастает в 2 раза. Поэтому оптимальные условия увлажнения зерна неразрывно связаны с его качеством. Изменение структурно-механических свойств зерна обусловлено физико-химическими и биохимическими процессами, протекающими при увлажнении зерна. Е. Д. Казаков и И. А. Сахарова установили увеличение объема зерна при его увлажнении и повышение выравненное™ зерновой массы в результате возрастания крупной фракции и уменьшения мелкой. Была установлена также тенденция к изменению плотности зерна, величина и направление которой зависят от качества клейковины и условий ГТО. С. П. Липатов предложил обобщенную теорию набухания, согласно которой при осмотическом всасывании влаги капиллярно-пористые тела набухают и увеличиваются в объеме, приращение которого меньше объема поглощенной влаги, что применительно к зерну свидетельствует о повышении плотности упаковки биополимеров при увлажнении зерна. На это явление указывают также в своих работах Е. Д. Казаков и Г. А. Егоров. Г. А. Егоров отмечает, что физико-химические преобразования, происходящие в зерне, приводят к изменению его плотности, т. е. разрыхлению эндосперма, представляющему собой суммарный результат комплексного воздействия коллоидно-физических и биохимических процессов, сопровождающих внутренний тепло- и влаго- ПРОЧНОСТЬ ЗЕРНА Прочность определяет способность материала сопротивляться разрушению (измельчению). Для оценки ее используют различные меры: предел текучести, временное сопротивление, предел прочности и т. п. Предел прочности s0 представляет собой такое напряжение, выше которого материал разрушается практически мгновенно. Его величина зависит от вида деформации, так как сопротивляемость растяжению, сжатию, сдвигу, срезу, кручению у каждого материала различна. В теории упругости для описания свойств материала используют особые величины. модуль упругости Юнга : Е = s/e1 (IV- 1) коэффициент Пуассона (iv-2) n = e2 / e1 модуль сдвига G = t/g объемный модуль упругости К = s/3e, (JV-4) Где s — нормальное напряжение; t— касательное напряжение, e1 – продольная деформация; e2 – поперечная деформация; g — деформация сдвига. Между этими модулями существуют следующие coot ношения:, Рис. IV-!. Распределение напряжений в зерне пшеницы при сжатии (по данным Н. Н. Мосенина) Таким образом. только_Е_и n — _независимые величины. Однако все эти выражения справедливы для изотропных материалов. Для материалов с резко выраженной анизотропией структуры и свойств, каким является зерно, в математическом описании необходимо использовать 21 различный модуль. Поэтому теоретическое рассмотрение, даже при использовании современных методов и электронно-вычислительной техники, встречает значительные трудности. Важное значение в этом случае приобретает экспериментальное изучение лрочности зерна. Все приведенные выше величины не являются постоянными, они подвержены изменениям под влиянием ряда факторов (влажность, температура л т. п). Для большинства материалов значения коэффициента Пуассона лежат в границах 0,2…0,5, отношение модуля упругости к модулю сдвига — в пределах 2…3, отношение модулей упругости при всестороннем и одностороннем сжатии — 0,3. ..3,3. Особенно много данных по структурно- механическим и реологическим свойствам зерна получено в обстоятельных работах И. А, Наумова и его учеников. Имеются также отдельные работы отечественных и зарубежных ученых [1,51, 107, 131, 148, З00]. На рисунке IV-l показало распределение напряжении в жерновке пшеницы при сжатии [280]г Для снимка использована модель с изотропными свойствами.