Лекция 10. Подготовка и переработка зерна в крупу

 План лекции:

1.                Направления развития крупяного производства.

2.                Современный ассортимент и пути его расширения.

3.                Технологические схемы производства круп.

4.                Контроль крупы, побочных продуктов и отходов.

 Направления развития крупяного производства

Производство крупы известно человечеству с незапамятных времен. Техника и технология крупы развивается и совершенствуется на протяжении нескольких тысячелетий. Преобразование простых крупорушек в современный крупозавод произошло только в прошедшем столетии.

Крупа представляет собой целое ядро зерна или его крупные частицы, полученные после удаления цветковых пленок, плодовых и семенных оболочек и зародыша. На крупу перерабатывают гречиху, рис, просо, овес, ячмень, кукурузу, пшеницу, горох, сорго.

Крупа в пищевом рационе человека составляет от 8 до 13% общего потребления зерновых. Она является основой для приготовления бесчисленных количеств пищевых продуктов. За счет их потребления человек удовлетворяет свои потребности в белке на 30-50%, в других биологически важных веществах – на 20-40%.

На крупозаводах вырабатываются более 20 видов крупы, в зависимости от перерабатываемой культуры, установленных показателей качества и норм выхода. Проблема повышения качества продукции и рациональное использование сырья – неотъемлемая часть конкурентоспособности продукции.

В последнее время развитие техники и технологии крупяного производства, в особенности предприятий малой мощности, ведется по нескольким направлениям:

- совершенствование традиционных технологий и оборудования;

- разработка новых технологических приемов и новых типов технологического оборудования;

- расширение ассортимента выпускаемой продукции, разработка технологий новых нетрадиционных продуктов с повышением пищевой ценности для детского и диетического питания;

- разработка универсальных технологических схем для попеременной переработки зерна нескольких крупяных культур.

Совершенствование традиционных технологий и оборудования необходимо с целью повышения качества очистки зерна от примесей, повышения эффективности гидротермической обработки, а также переработки зерна в традиционные и новые продукты. Все это должно привести в первую очередь к повышению качества крупы, а также степени использования крупяного сырья.  

 Современный ассортимент и пути его расширения

Ассортимент крупяной продукции достаточно разнообразен (таблица 9).

Таблица 9

Современный ассортимент крупяной продукции

Крупы наряду с хлебом являются основным поставщиком растительных белков и углеводов (крахмала) в питании человека. Наиболее ценные белки по составу и усвояемости содержатся в овсяной, гречневой, манной крупе, рисе. Белки кукурузной крупы и пшена менее полноценны.

Манную крупу получают при сортовом помоле пшеницы путем отбора крупки из центральной части зерна. Манная крупа богата белком, крахмалом, содержит мало клетчатки, обладает хорошими вкусовыми и питательными качествами, легко переваривается и хорошо усваивается. Благодаря этому ее широко используют в детском и диетическом питании. Из пшеницы, кроме манной крупы, вырабатывают еще крупы «Полтавская» и «Артек».

Из овсяных круп наибольшей популярностью пользуются овсяные хлопья «Геркулес», которые по сравнению с недробленой овсяной крупой содержат меньше клетчатки, быстрее развариваются и лучше усваиваются организмом. Овсяные хлопья отличаются повышенным содержанием белка и наибольшим по сравнению с другими видами круп количеством растительного жира. Все овсяные крупы богаты солями железа. Но из-за того, что овсяные крупы содержат довольно много жира, они плохо хранятся – быстро прогоркают. Это, прежде всего, относится к овсяным хлопьям, которые нельзя долго хранить.

Гречневая крупа принадлежит к наиболее ценным в пищевом отношении крупам. Она содержит относительно высокое (около 13%) количество белка, причем в отличие от белков многих других растительных продуктов довольно много лизина. Гречневая крупа отличается высоким содержанием витаминов группы В и солей железа.

Рис по сравнению с другими крупами содержит относительно много белка. В нем много крахмала, который обладает способностью сильно набухать при варке крупы. Рис высшего и 1 сотов содержит мало клетчатки.

Крупу из целого ядра – пшено, ядрицу, рис, овсяную – делят на сорта: пшено и рис – высший, первый второй и третий; овсяную – высший, первый и второй; ядрицу – первый второй и третий. Горох целый и колотый делят на два сорта: первый и второй. Самые низкие сорта крупы вырабатывают из зерна пониженного качества.

ВНИИЗом разработана технология производства быстро разваривающейся ячменной, пшеничной и гороховой круп. Технология предусматривает интенсивную гидротермическую обработку и плющение крупы. Длительность варки крупы сокращается в 2-3 раза.

Технология производства кукурузных хлопьев основана на экструизионной варке сырья, формовании гранул для плющения в хлопья. Кукурузная мелкая крупа вместе с компонентами, придающими необходимый вкус – сахаром, солью и солодовым экстрактом, перемешивается в смесителе и подается в экструдер. Туда же подается вода. Рабочая часть экструдера имеет две зоны: в первой зоне происходит варка крупы, во второй – охлаждение вареного теста, которое выходит из фильер экструдера и режется на гранулы заданного размера. Гранулы с влажностью около 26% затем расплющиваются в хлопья и обжариваются в печах с горячим воздухом с температурой 250-350^оС. После обжаривания хлопья готовы к употреблению. В отдельных случаях их покрывают сахарной глазурью. Фасуют хлопья в коробки или полимерную упаковку.

Кроме кукурузных, производят хлопья пшеничные, ржаные, ячменные, овсяные, гречневые.

За рубежом выпускают мюсли (сухой завтрак), выработанный на основе зернового сырья (хлопьев) с добавками ядер орехов, кусочков сухофруктов, шоколадной крошки и т.д. Мюсли очень питательный, вкусный и дорогостоящий продукт.

 Технологические схемы производства круп

Процесс переработки зерна в крупу включает три основных этапа: подготовку зерна к переработке; переработку зерна в крупу и крупяные продукты; затаривание и отпуск готовой продукции.

Структурная схема технологического процесса переработки зерна представлена на рис. 16. Левая часть схемы включает операции, свойственные технологическому процессу переработки зерна в крупу из целого ядра, правая – в дробленую номерную крупу.

Выделение примесей

Основные машины для выделения крупных, мелких и легких примесей: воздушно-штовые сепараторы, крупосортировки и рассевы. Разные размеры и форма зерна обусловливают использование в воздушно-штовых сепараторах сит с различными отверстиями. Обычно, если зерно удлиненной формы, сита для выделения примесей имеют продолговатые отверстия, если зерно округлой формы, используют сита с круглыми отверстиями. Размеры отверстий сит выбирают в зависимости от размеров зерна.

Для лучшего просеивания зерна и примесей изменяют установочные и кинематические параметры. При очистке трудносыпучего зерна (риса, овса) увеличивают угол наклона сит, амплитуду или частоту колебаний. Наоборот, для проса, гороха требуется существенно уменьшить угол наклона сит и также снизить кинематические параметры.

Для выделения примесей, особенно мелкого зерна, применяют просеивающие машины-крупосортировки и крупяные рассевы В1-БРУ. 

Минеральную примесь из зерна на крупяных заводах выделяют в вибропневматичесих камнеотделительных машинах, которые могут разделить примеси из зерна любой культуры, в том числе и комочки земли, имеющие сравнительно небольшое отличие от плотности зерна.

Короткие и длинные примеси выделяют в триерах. Для зерна округлой формы, например, проса, гречихи, используют овсюгоотборочные машины, где выделяют длинные примеси. Триера не устанавливают для зерна кукурузы и гороха.

 Гидротермическая обработка зерна

После такой обработки улучшаются технологические свойства зерна; облегчается отделение оболочек при шелушении, снижается дробимость ядра; улучшаются потребительские свойства крупы, сокращается длительность ее варки, консистенция каши становится более рассыпчатой; повышается стойкость крупы при хранении в результате инактивации ферментов, которые способствуют порче крупы.

Способы гидротермической обработки зерна крупяных культур близки к таковой обработке зерна, идущего на муку. Их выбор зависит от того, как влияют режимы обработки на изменение внешнего вида крупы.

Наиболее распространенный способ гидротермической обработки следующий: пропаривание – сушка – охлаждение. Этот способ применяют для гречихи, овса и гороха. Особенность его состоит в высокой температуре (свыше 100^оС) нагрева зерна при пропаривании паром высокого давления. Пропаривание увлажняет и прогревает зерно, пластифицирует ядро, которое становится менее хрупким, меньше дробится при шелушении и шлифовании.

Последующая после пропаривания сушка обезвоживает в большей степени наружные пленки, которые становятся более хрупкими и легче раскалываются при шелушении. Кроме того, возникающие в процессе пропаривания и сушки деформационные изменения в составных частях зерна приводят к отслаиванию оболочек.

Охлаждение после сушки дополнительно снижает влажность зерна. Охлаждение зерна может ухудшить результаты последующего шелушения, так как охлажденное ядро становится менее пластичным, и возможно повышение выхода дробленого ядра.

Поэтому для пшеницы и кукурузы применяют второй способ гидротермической обработки: увлажнение-отволаживание. Зерно увлажняют либо в специальных аппаратах, либо обрабатывают его пропаривателях непрерывного действия при низком давлении пара. Увлажненное зерно отволаживают в бункерах в течение нескольких часов. Этот способ иногда применяют и при подготовке зерна овса.

Сортирование перед шелушением

Сортирование перед шелушением представляет собой разделение на фракции, т.е. калибрование зерна. Цели калибрования:

- для близких по размерам зерен можно более точно подобрать рабочий зазор в шелушильных машинах, что повышает эффективность шелушения;

- в отдельных случаях обеспечивается разделение смеси шелушенных и нешелушенных зерен после шелушения;

- из калиброванного зерна можно более тщательно выделить примеси.

Для калибрования зерна используют крупосортировки и рассевы. Достоинство крупосортировок – высокая точность калибрования, а недостаток – малая производительность.

При переработке овса в крупу можно калибровать зерна по длине в триерах для последующего разделения шелушенных и нешелушенных зерен.

 Шелушение зерна

Этот процесс отделения наружных пленок (оболочек) с поверхности ядра. Выбор способов шелушения зависит от строения зерна, прочности связи пленок (оболочек) и ядра, прочности ядра, а также ассортимента вырабатываемой продукции. Если основным продуктом при переработке зерна является крупа из целого ядра, то при шелушении стремятся избежать чрезмерное его дробление. При выработке дробленой крупы в меньшей степени стремятся сохранять его целостность.

В настоящее время основными способами воздействия рабочих органов машин на зерно считаются три: сжатие и сдвиг, многократные или однократные удары, интенсивное истирание оболочек об острошероховатую поверхность рабочих органов шелушильной машины.

Первый способ заключается в сжатии зерна между двумя поверхностями, расстояние между которыми несколько меньше размеров зерна, что вызывает сжатие и раскалывание оболочек, а вследствие относительного движения поверхностей – их сдвиг и отделение от ядра. Естественно, такое воздействие на зерно целесообразно в тех случаях, когда оболочки зерна не срослись с ядром, как у зерна риса, гречихи, проса и овса.

К числу машин, работающих по этому принципу, относятся шелушильные поставы, вальцедековые станки, двухвалковые шелушители. Рабочие органы последних покрыты упругим материалом – резиной или полиуретоном.

Второй способ шелушения основан на отделении оболочек при однократном или многократном ударе зерен о твердые поверхности. Шелушение однократным ударом целесообразно применять только для зерна, у которого пленки не срослись с ядром, а последнее достаточно пластично и при ударе дробится мало. Практически только зерно овса обладает такими свойствами. Что позволяет его эффективно шелушить в машине, в которой осуществляется однократный удар – в центробежном шелушителе.

Такое зерно можно шелушить и многократным ударом в обоечных или бичевых машинах. Естественно, при многократном ударе скорость удара зерна о твердую поверхность должна быть в 2-3 раза ниже скорости однократного удара. Зерно с относительно хрупким ядром и со сросшимися пленками можно шелушить лишь в тех случаях, когда вырабатывается дробленая крупа (ячмень, пшеница, кукуруза).

Третий способ шелушения – постепенное истирание пленок или оболочек в результате трения зерна о шероховатые поверхности применяется в основном при шелушении зерна со сросшимися оболочками (ячмень, пшеница, кукуруза, горох). Основной машиной, в которой шелушение осуществляется по такому способу является шелушильно-шлифовальная машина А1-3ШН-3.

 Сортирование продуктов шелушения

Независимо от способа шелушения образовавшийся продукт содержит целое ядро, битое ядро, мучку, лузгу и некоторое количество нешелушенных зерен. Эти продукты необходимо разделить на самостоятельные фракции для проведения с ними дальнейших операций. Лузгу и мучку следует удалить, целое и битое ядра направить на финишную обработку, а нешелушенные зерна – на следующую шелушильную систему.

Для разделения этих продуктов на самостоятельные потоки используют различие их физико-химических свойств: геометрические характеристики, скорости витания, упругости, коэффициента трения. Целое и битое ядра разделяют посредством просеивания.

Более сложной является задача разделения шелушенных и нешелушенных зерен. Если ядро и нешелушенные зерна различаются по размерам, то можно использовать сортирование на ситах по толщине или ширине, или же на триерах, по длине. Сложную задачу разделения шелушенных и нешелушенных зерен риса решают на основе применения падди-машин. Хорошие результаты получаются также при обработке на этих машинах продуктов шелушения овса.

На овсозаводе после шелушильной машины смесь продуктов вначале просеивается на бурате; проходом отделяют длинное ядро, мучку и тоноизмельченную лузгу, которые затем направляют на повторное просеивание на центробежном бурате, где проходом выделяют мучку, а сход – битое ядро аспирируют для удаления частиц лузги. Сходом с первого бурата идет смесь нешелушенных зерен, целого ядра и лузги. После удаления из нее лузги на аспираторе разделение шелушенных и нешелушенных зерен проводят на падди-машинах.

 Дробление ядра

При производстве некоторых видов крупяной продукции требуется дробление или резание крупы или ядра на части. Такое дробление применяют при производстве перловой, пшеничной крупы, а также при производстве дробленой овсяной крупы и хлопьев из такой крупы. В результате дробления или резания крупы должны быть получены частицы определенного размера. При этом нужно, чтобы количество мучки было минимальным.

Для дробления зерна применяют вальцовые станки, вальцы которых имеют взаимно перпендикулярную нарезку.

Для резки овсяной крупы используют крупорезы. Крупа поступает внутрь вращающегося барабана с радиальными каналами. Затем крупа поступает в отверстия, в результате действия центробежных сил продвигается к наружной поверхности барабана и на выходе из отверстий срезается ножами ножевой рамы. Такие крупорезки разрезают ядро на несколько частей, причем можно регулировать крупность частиц. При этом количество образующейся мучки не превышает 1%.

Для дробления зерна кукурузы на крупные части с одновременным отделением зародыша используют детерминаторы. Рабочий орган детерминатора – конический барабан, на поверхности которого имеются крупные рифли, нанесенные в виде винтовой линии с большим шагом, а затем в виде пирамид с различными основаниями. Окружающая барабан коническая обечайка имеет такие же выступы, а в нижней части сито из толстой стали. Поступающее в узкую часть конического зазора зерно разрушается рифлями и пирамидами. Мелкие фракции просеиваются через отверстия сита, крупные части зерна, отделившиеся оболочки и зародыш выходят из рабочей зоны в ее широкой части.

 Шлифование ядра 

Эта операция улучшает внешний вид крупа. Например, темный рис после шлифования становится белым. В результате удаления наружных слоев и зародыша, содержащего много жира, повышается стойкость крупы при хранении. Шлифованная крупа быстрее варится, увеличивается ее привар.

Процесс шлифования заключается в постепенном истирании наружных частей ядра в результате интенсивного трения его об образивную или другую острошероховатую поверхность, а также взаимного трения ядер. В процессе шлифования ядра испытывают большие нагрузки, что приводит к неизбежному дроблению некоторых из них. Так, при шлифовании рисового ядра образуется основное количество дробленки. Поэтому от технического состояния машин, их правильного регулирования, использования оптимальных режимов работы зависит эффективность процесса.

Для шлифования крупы применяют шелушильно-шлифовальные машины А1-3ШН-3 и вальцедековые станки (для пшена). Однако наибольшее распространение получили специальные шлифовальные машины, которые применяют в основном для шлифования рисового и овсяного ядра. К таким машинам относят шлифовальные поставы РС-125 либо шлифовальные машины А1-БШМ. Фирма «Бюлер» и японская фирма «Сатаке» изготавливают шлифовальные машины, улучшающие эффективность обработки крупы.

В результате шлифования изменяется химический состав крупы. В ней снижается содержание белка, витаминов, минеральных веществ. В то же время повышается содержание крахмала. Снижение биологической ценности крупы компенсируется ее лучшей усвояемостью в результате удаления оболочек, не усваиваемых организмом человека.

 Полирование

Эта