Эффективность линии по производству пшеничной обойной муки

Содержание

Введение

Здравый смысл подсказывает, что именно в зерне есть все необходимое для жизнедеятельности человека. Причины этого явления далеко не случайны. Одним из самых распространенных продуктов изготавливаемых из зерна, является мука.

Мука является пищевым продуктом, получаемым путем размола зерна злаков и других культур, идущим на приготовление хлеба, макаронных, кондитерских изделий и прочего. Различают муку в зависимости от вида сырья: пшеничную, ржаную, овсяную и др., а также по назначению, т. е. сорту. Получают ее при разовом, обойном или сортовом – повторительном (ступенчатом) помоле. Считается, что изначально размол осуществлялся с помощью ступки или зернотерки, затем жерновов. В настоящее время наибольшее распространение во всем мире получил размол на чугунных вальцах.

Мука, полученная при разовом помоле, и может называться «цельнозерновой» (поскольку все части целого зерна: плодовые и семенные оболочки, зародыш, частицы эндосперма и пр. остаются в муке). Однако до недавнего времени она больше была известна под названиями «фуражной» или «кормовой». Мука вырабатываемая при обойном помоле может называться мукой грубого помола, из-за содержания в ней в большом количестве грубых частей оболочек зерна. Хотя правильное ее название все же «обойная мука».

Каких-то 50 лет назад из этого сорта муки выпекалась основная часть всего производимого хлеба в России. Ее отличие от цельнозерновой муки, в том, что у муки грубого помола частично удалены плодовые оболочки, отобрано небольшое количество отрубей и частично удален зародыш. Так же она более выровнена по крупности, что не маловажно для ее хлебопекарных свойств.

Летописные указания свидетельствуют о том, что еще в конце 14 века на Руси начал распространяться «ступенчатый размол» вместо более примитивного разового помола. Его суть в получении различных по размеру и качеству частей зерна – крупок, при первичном дроблении, с последующим их раздельным, тонким измельчением в муку. Такой метод размола обеспечивает возможность выделения из зерна максимального количества свободного от оболочек эндосперма в виде муки.

В конце 19 века отличали пять сортов, или как тогда говорили «пять рук» только пшеничной муки: 1 крупчатная, конфетная, крупчатка первой руки; 2 первый первач, крупчатка другач, второй руки; 3 второй первач, подрукавная; 4 куличная; 5 крючки, выбойка. Мелкие отруби – меситка, крупные – шапша.

На сегодняшний день современная промышленность предлагает 4 сорта пшеничной: крупчатка, мука высшего, первого, второго сорта, и два сорта ржаной муки: сеянная и обдирная. Все эти сорта и в прошлом и в настоящем, отличаются друг от друга крупностью помола и соотношением периферийных частей зерна (оболочек и зародыша) и мучного зерна (эндосперма).

В этом и заключается актуальность выбранной темы.

Цель курсовой работы - оценка технико- экономической эффективности  линии по производству  пшеничной обойной муки.

Задачи, которые ставятся в работе:

- провести литературный  обзор;

- проанализировать патенты;

- охарактеризовать сырьё  и готовый продукт;

- описать аппаратно- технологический  процесс;

- определить материальный  баланс;

- внести предложения по  переработке и утилизации отходов  производства.

Объект исследования - пшеничная обойная мука

Предмет исследования - технология производства

В работе использовалась техническая, научная литература, патентные изыскания, статьи и научные рефераты, диссертации.

1.Литературный обзор

1.1 Анатомическое  строение зерна пшеницы

Зерно пшеницы состоит из нескольких анатомических частей – оболочек, эндосперма и зародыша и др., которые характеризуются различными физиологическими функциями и в связи с этим имеют разное строение и химический состав. [1]

1,2,3 – плодовые  оболочки; 4,5,6 – семенные оболочки; 7 – алейроновый слой; 8 – слои  клеток плодовой оболочки пшеницы  с поверхности; 9 – эндосперм; 10 –  щиток; 11 – почечка; 12 – осевая часть зародыша; 13 – корешок;

Рисунок 1. Продольный разрез зерна пшеницы

Таблица 1.Соотношение анатомических частей зерна пшеницы

Около 4/5 массы зерновки составляет эндосперм. Это характерно для большинства злаков – пшеницы, ржи, овса, ячменя и др. Соотношение других частей колеблется в зависимости от ряда факторов. Например, содержание оболочек зерновки ржи выше, чем у пшеницы, а у твердой пшеницы выше, чем у мягкой. [2]

Зерно пшеницы имеет сложный химический состав. При оценке технологических и питательных свойств зерна немаловажное значение имеет количественное соотношение анатомических частей - зародыша, оболочек и эндосперма. [3]

Оболочки, состоящие в основном из неусвояемых человеческим организмом веществ, не имеют пищевой ценности. Это балласт, который способствует выведению из организма тяжелых металлов и токсинов.

Для изготовления сортовой муки используются не все части зерновки, а преимущественно эндосперм, и небольшой процент измельченных периферийных частей зерна – алейронового слоя и оболочек. Зародыш содержит много полноценных белковых веществ, жиров, углеводов, а также витаминов, но при сортовых помолах муки зародыш удаляется. [3]

Наибольшее значение как источник легкоусвояемых питательных веществ имеет эндосперм, поэтому содержание эндосперма в зерновке и возможность отделения его от оболочек и зародыша представляет практический интерес. Эндосперм состоит из многих жизненно необходимых человеку элементов, т.к.: белки, углеводы, ферменты, витамины, минеральные вещества и др.

Эндосперм – источник белков и крахмала. Из злаковых культур наиболее богато белками зерно пшеницы 11-18%, ржи 9-14%. Белковые вещества в зерне пшеницы и муке образуют клейковину. Ценится мука с высокой клейковиной, т.к. тесто из такой муки получается упругим, легко формируется, не прилипает.

Крахмал содержится в клетках эндосперма в виде крахмальных зерен. Он является важнейшим запасным углеводом зерна, а углеводы в живом организме – источник энергии, необходимой для биохимических процессов организма. Вместе с белками (клейковиной) это вещество определяет консистенцию теста и вкус хлеба. В муке содержится до 80% крахмала. При выпечке крахмал клейстеризуется, связывая образование сухого эластичного мякиша. [4]

Количество и соотношение различных групп углеводов влияют на технологические свойства зерна, на качество хлеба, т.к. сахара и крахмал необходимы для развития дрожжей в тесте, а крахмал вместе с белками составляет формирующую основу теста.

Из простейших сахаров в составе зерна наибольшее значение имеют глюкоза и фруктоза. Мука может обладать высокой, нормальной или низкой сахаробразующей способностью. При образовании теста глюкоза сбраживается дрожжами, выделяя углекислый газ, который при выпечке хлеба способствует образованию пористости. [5]

Жиры – важный энергетический материал для организма человека и носитель растворимых в жирах витаминов А, D, Е, К. Кроме этих витаминов мука, а следовательно и хлеб являются источником водорастворимых витаминов В1,  В2, РР, необходимых в питании человека. [6]

Таблица 2.Химический состав зерна пшеницы

Зерно мягкой пшеницы по своему химическому составу и высокой калорийности является превосходным сырьем для производства муки и приготовления из нее печеного хлеба.

Процесс получения муки состоит из подготовки зерна к помолу: удаление примесей, очистка поверхности зерна, кондиционирование зерновой массы и самого помола. Помолы делят на обойные (простые) и сортовые (сложные). Сортовые помолы зерна могут быть одно-, двух- и  трехсортными. [7]

В технологическом процессе при переработке зерна учитывают разную пищевую ценность частей зерна и, используя различные свойства этих частей, при сортовых помолах формируют сорта муки, объединяя потоки муки с разных систем в тот или иной сорт.

1.2 Технологические  свойства зерна пшеницы

Технологические свойства сырья на мукомольных заводах определяются следующими основными показателями: выходом готовой продукции суммарно и по сортам; качеством готовой продукции; удельными эксплуатационными расходами. На технологические свойства зерна оказывает влияние комплекс их физико-химических, структурно-механических, теплофизических, биохимических свойств, которые изменяются под воздействием гидротермической обработки.

Натура и масса 1000 зерен. Натура - это масса одного литра зерна в граммах. До середины 19 века натура зерна была единственным показателем качества. В настоящее время показатель натуры широко применяется в международной торговле зерном. [8]

На показатель натуры влияет много параметров: размеры, форма, масса 1000 зерен, выравненность по крупности, влажность, засоренность, плотность и т.д. Именно поэтому один показатель натуры не может служить признаком, определяющим мукомольные достоинства зерна. Однако в совокупности с другими показателями натура остается важным показателем качества зерна. Масса 1000 зерен более строго, чем натура отражает его крупность и относительное содержание оболочек, зародыша и эндосперма. [9]

Если масса 1000 зерен основного зерна достаточно отличается от массы 1000 зерен засорителей, то эта разница используется для очистки зерна на инерционных очистителях и на пневмосепараторах. Показатель массы 1000 частиц промежуточных продуктов помола в совокупности с их размерами можно использовать при определении нагрузок на вальцовые станки.

Зольность. Зольность зерна и его составных частей варьирует в широких пределах. Решающим для технолога является то обстоятельство, что зольность эндосперма во много раз меньше зольности оболочек с алейроновым слоем. Так для пшеницы зольность эндосперма в 18...25 раз меньше зольности оболочек с алейроновым слоем, а для ржи - в 10...14 раз. Следовательно, показатель зольности отражает примерное соотношение оболочек и эндосперма в промежуточных продуктах помола и в готовой продукции. Для промежуточных продуктов помола (крупки и дунсты) зольность - единственный показатель их качества. Следует также отметить, что, несмотря на большой диапазон зольности зерна и его составных частей для разных партий пшеницы, технологу необходимо получить муку с зольностью не выше нормы. [10]

Стекловидность. Стекловидность характеризует структурно-механические свойства эндосперма, поэтому этот показатель определяет режимы гидротермической обработки зерна и режимы первых систем сортового помола. Из стекловидного зерна легче получить требуемый выход муки, чем из мучнистого, т.к. стекловидное зерно легче вымалывается, а на первых системах помола можно получить большое количество крупок. [12]

Зерно мягкой пшеницы по стекловидности делят на три группы. К первой группе относят зерно стекловидностью свыше 60%, ко второй – 40...60%, к третьей - меньше 40%. Смешивать партии зерна, по стекловидности относящиеся к разным группам, при размещении и хранении в элеваторе нельзя.

Влажность. Исходная влажность зерна как сырья для мукомольного завода должна интересовать технолога в той мере, насколько она позволяет ему управлять мукомольными свойствами зерна при гидротермической обработке. Если влажность зерна, поступающего на мельзавод с элеватора, низкая (до 12,5...13,5%), то у технолога больше возможностей улучшить мукомольные свойства зерна при помощи двух - трехкратной гидротермической обработки. Если же влажность зерна высокая (больше 14,5%), то у технолога остается единственная возможность увлажнить его только перед размолом. [14]

1.3 Мукомольные  свойства зерна пшеницы

Качество зерна поступающего на переработку в муку, оценивают по следующим показателям:

• Обязательным общим – характеризуют свежесть или здоровье зерна и его состояние. По этим показателям судят о стойкости зерна при хранении, возможности его использования, необходимости и режимах обработки. Их определяют в зерне независимо от целевого назначения;

• Обязательным специфическим – характеризуют технологические достоинства зерна. Это типовой состав, натура, крупность и выравненность, стекловидность, количество и качество клейковины, зольность и другие;

• Дополнительным – определяемым в случае необходимости или по особому указанию (прочность, полный химический состав или содержание отдельных веществ, например белков, активность ферментов, количественный и  качественный состав микрофлоры, остаточное содержание фумигантов в зерне). [15]

Все методы определения показателей качества зерна стандартизированы. Качество зерна определяют в лабораторных условиях органолептически или с применением различных приборов и устройств.

Органолептически определяется цвет, запах и вкус зерна. Эти показатели характеризуют его свежесть, и по ним можно судить о состоянии зерна, его стойкости при хранении и т.д. [16]

В лабораторных условиях с применением приборов определяют зольность, влажность, засоренность, выравненность, стекловидность, натуру, массу 1000 зерен, плотность, зараженность вредителями хлебных запасов, количество и качество клейковины и др.

Известно 27 видов пшеницы, самым распространенным является мягкая. Самой лучшей яровой мягкой пшеницей является Саратовская 29. К сортам сильной пшеницы относится Целинная 20, Новосибирская 67, Уральская 52.

Твердая пшеница является преимущественно яровой – харьковская 46.

Мягкую пшеницу по качеству получаемой муки, содержанию белка, клейковины и по хлебопекарным свойствам подразделяют на 3 группы: сильная, слабая, средняя. [18]

Сильной является пшеница с натурой не ниже 730-755 г/л в зависимости от района произрастания, со стекловидностью не менее 60% и сырой клейковиной 28%. Сильная пшеница дает муку, образующую тесто с хорошей упругостью, с высокой устойчивостью, способное удержать длительное брожение. Хлеб из сильной муки получается хорошей формы с равномерной, сильно-развитой пористостью, большого объема. [20]

Слабая пшеница имеет стекловидность не менее 40%, клейковина 20%, группа клейковины 2,3. Такая пшеница дает муку, образующее липкое вяжущее тесто, из которого хлеб получается малого объема, расплывшейся формы с плохо разрыхленным мякишем. Слабая пшеница самостоятельно не используется. [21]

Средняя по силе пшеница не может улучшать слабую пшеницу, но при самостоятельном использовании дает стандартный по качеству хлеб. [21]

Твердая пшеница используется для выработки макаронной муки, т.к. она обладает клейковиной с высокой упругостью, но малой растяжимостью, что позволяет хорошо сохранить приданную макаронным изделиям форму. [21]

Стандартами пшеница, заготовляемая и распределяемая, подразделяется на 5 типов в зависимости от вида и времени выращивания: яровая краснозерная, яровая дурум, яровая белозерная, озимая краснозерная, озимая белозерная.

По стекловидности и оттенку зерна 1 и 4 типов подразделяются на 5 подтипов. 2 и 3 типы делятся на 2 подтипа, 5 тип на подтипы не делят. С принадлежностью зерна к тому или иному типу и подтипу связаны хлебопекарные свойства пшеницы 1 и 4 типа является сильной, 5 тип – слабая пшеница. [25]

Пшеница, заготовляемая, по качеству может быть базисных и ограничительных кондиций.

1.4 Характеристика муки обойной

Показатели качества зерна пшеницы при определении расчетных выходов продукции [7]:

• зольность зерна (очищенного от сорной примеси) – 1,85% при сортовых помолах;

• содержание сорной примеси – 1%, в том числе вредной – 0,1%;

• содержание зерновой примеси – 1%;

• натура при сортовых помолах – 775 г/л;

• общая стекловидность при сортовых помолах – 50%;

• влажность – 14,5%.

Мукомольные заводы оборудованы складами и элеваторами для зерна, складами для хранения готовой продукции. Процесс производства на них полностью механизирован. В технологическом процессе широко используют принцип самотека. Зерно или промежуточные продукты, поднятые на верхний этаж механическим (нориями) или пневматическим транспортом, при помощи распределительных устройств попадают в машины и затем по гравитационным (самотечным) трубопроводам направляются к машинам, расположенным этажом ниже. [11]

Для получения муки стандартного качества зерно перед помолом подвергают очистке и кондиционированию. Подготавливают зерно в два этапа. Первый этап - очистка зерна от сорной примеси в сепараторах, триерах, дуаспираторах; извлечение минеральной примеси в камнеотделительных машинах; мойка зерна в моечных машинах и отволаживание его в силосах. Второй этап - дополнительная очистка зерна в сепараторах, дуаспираторах, щеточных машинах, увлажнение в увлажняющих машинах и отволаживание. [10]

Из зерноочистительного отделения зерно поступает в размольное, где размещены вальцовые станки. Процесс, при котором зерно постепенно разворачивается и из него выкрашиваются крупки, состоящие из эндосперма со сросшимися оболочками, а эндосперм частично измельчается до состояния муки, называют драным. В этом процессе участвуют четыре-шесть систем вальцовых станков (I драная, II драная и т.д.). Чем больше номер системы, тем мельче нарезка рифлей у вальцов и тем тоньше щель (расстояние между вальцами). У образующихся после каждой драной системы продуктов разные размеры и неодинаковое содержание эндосперма. Получают следующие продукты: муку, крупки (мелкую, среднюю и крупную), дунсты (среднее между мукой и мелкой крупкой). Для разделения по крупноте их направляют в просеивающие машины (рассев). Далее крупки и дунсты поступают в ситовеечные машины, сортирующие их по качеству. Ситовеечные машины сортируют продукты с помощью наклонно установленных ситовых рам с возвратно-поступательным движением и потока воздуха, проходящего через сита и продукты. Наиболее добротные продукты, содержащие в основном эндосперм, направляют в вальцовые станки, где они домалываются в муку. Крупки и дунст размалывают при последовательном измельчении с отсеиванием готовой муки в размольных вальцовых станках. Этот процесс называют размольным. Крупки с частичками оболочки направляют в шлифовочные вальцовые станки, оборудованные вальцами без рифлей, затем снова для сортирования и рассева в ситовеечные машины. Процесс обработки крупок, содержащих оболочки, называют шлифовочным. [9]

Товарный продукт, именуемый манной крупой, представляет собой одну из средних крупок. После ситовеечных машин его не домалывают, а направляют в склад готовой продукции. [10]

Вся мука, полученная с рабочих рассевов, поступает на контрольные (для предотвращения попадания посторонних предметов, оболочек зерна и т.д.). После контрольных рассевов муку передают в склад бестарного хранения или упаковывают в мешки. Для повышения пищевой ценности в муку высшего и первого сортов добавляют витамины B1, B2, и РР. [17]

Технологический процесс на мукомольном заводе сопровождается выделением пыли. Для улавливания ее применяют систему аспирации. При определенной концентрации в воздухе зерновая и мучная пыль взрывоопасны.

Мука является пищевым продуктом, получаемым путем размола зерна злаков и других культур, идущим на приготовление хлеба, макаронных, кондитерских изделий и прочего. Различают муку в зависимости от вида сырья: пшеничную, ржаную, овсяную и др., а также по назначению, т. е. сорту. Получают ее при разовом, обойном или сортовом – повторительном (ступенчатом) помоле. Считается, что изначально размол осуществлялся с помощью ступки или зернотерки, затем жерновов. В настоящее время наибольшее распространение во всем мире получил размол на чугунных вальцах. [11]

Мука, вырабатываемая при обойном помоле может называться мукой грубого помола, из-за содержания в ней в большом количестве грубых частей оболочек зерна. Хотя правильное ее название все же «обойная мука» с крупинками зерна от 30 до 600 мкм (и даже более). Она наиболее пригодна для приготовления хлеба, подового, испеченного на поду, или формового.

Ее свойства в значительной степени определяют качество готовой продукции. Хлебопекарные свойства муки зависят от многих факторов: сорт, агроклиматические условия произрастания, методы обработки зерна пшеницы. Однако основными факторами являются количество и качество клейковины муки - ее сила. "Сила" муки - способность муки образовывать тесто, обладающее после замеса и в процессе брожения, разделки, расстойки определенными реологическими свойствами [1, 30].

Мука по силе характеризуется как сильная, средняя и слабая.

Сильной считается мука, способная поглощать при замесе теста нормальной консистенции относительно большое количество воды. Тесто из сильной муки устойчиво сохраняет свойства в процессе замеса, брожения расстойки. Поэтому подовый хлеб из сильной муки с достаточной газообразующей способностью имеет больший объем, не расплывчатую форму, хорошо разрыхленный мякиш.

Слабой считают муку, которая при замесе теста нормальной консистенции поглощает относительно мало воды. В процессе замеса и брожения свойства теста быстро ухудшаются, оно становится к концу брожения жидким (слабым), мало эластичным, липком и мажущимся. Такое тесто трудно разделывается, тестовые заготовки расплываются, подовый хлеб получается расплывчатой формы и имеет пониженный объем.

Средняя по силе мука по описанным свойствам занимает промежуточное положение между сильно и слабой мукой [1, 30, 32].

"Сила" муки оказывает  влияние на процесс выпечки  хлеба. При переработке муки со "слабой" клейковиной выпечку  проводят при обычном режиме, но если окраска корки бледная, то температуру повышают на 10-12 и удлиняют продолжительность  выпечки [14].

Клейковины - главный белок в пшеничном тесте, ответственный за его уникальные вязко-упругие свойства и газоудерживающую способность. Белки при взаимодействии с водой в процессе замеса образуют достаточно хрупкую пространственную структуру, которая является ловушкой для газа, выделяющегося в процессе брожения. Способность клейковины образовывать достаточное количество поперечных связей определяет вязко-упругие свойства теста и мякиша хлеба.

В.Я. Черных, М.А. Ширшиков, А.С. Максимов [29] исследовали реологическое поведение моделей муки содержащих крахмал и клейковину в различных соотношениях. Исследователями было показано, что при содержании сухой клейковины более 80% на реологическое поведение водной суспензии модельной смеси намного сильнее влияли процессы связанные с набуханием и денатурацией клейковины, чем клейстеризация крахмала. При содержании клейковины более 40% происходит расслоение системы и каждый компонент проявляет себя независимо от другого, как индивидуальное вещество (появляется два пика системы). До содержания клейковины 45% реологическое поведение геля определяется крахмалом, а после 50% доминирует клейковина. Органолептический и физико-химический анализ хлеба показал, что наилучшую оценку получила проба хлеба с содержанием сухой клейковины 20%, что соответствует содержанию клейковинных белков в пшеничной муке 15% - 16% и содержанию сырой клейковины 45% - 48%.

Л.Я. Ауэрман [1] отмечает, что тестовые заготовки из муки с чрезмерно крепкой клейковиной плохо разрыхлены из-за слабой газоудерживающей способности. Прогрев таких тестовых заготовок затруднен, поэтому длительность выпечки следует увеличивать.

Исследования, проведенные во ВНИИХП [43], показали, что из муки с деформацией клейковины 68-85 ед. Прибора ИДК-Iполучается хлеб удовлетворительного и хорошего качества. При использовании муки с пониженным и нормальным содержанием клейковины и деформацией сжатия 45-50 ед. ИДК получали хлеб неудовлетворительного качества: пониженного объема, с плотным мякишем, плохо развитой пористостью, неровной верхней коркой. От "силы" муки зависит формоудерживающая способность теста, а следовательно, расплываемость подового хлеба при расстойке и выпечке [6,30].

В работах [18,33], посвященных исследованию пористой структуры хлеба, была установлена ее зависимость от "силы" муки и влажности теста.

Пористость и общая деформация сжатия мякиша хлеба из муки "слабой" по силе, возрастала с увеличением влажности теста от 40 до 44%, а из муки средней по силе - с ростом ее от 40 до 46%. Дальнейшее повышение влажности теста до 49% приводило к снижению этих характеристик. Лучшую пористую структуру мякиша имели образцы хлеба, приготовленного из теста, влажностью 43-44,5% при использовании муки, "слабой" по силе, и влажностью 44-45% из муки, "средней" по силе [22, 31].

В ряде работ [1, 18, 25, 26] выявлено увеличение объема хлеба по мере возрастания "силы" муки, только в том случае, когда мука характеризовалась, как "очень сильная" - объем хлеба вновь уменьшался.

В.В. Колпаковой [19] показано, что внесение сухой пшеничной клейковины положительно влияет на показатели качества хлебобулочных изделий. Отмечается, что дозировки 2% - 4%, рекомендуемые другими авторами, не могут распространяться на муку любого качества и должны быть скорректированы с учетом более детального анализа особенностей клейковинного комплекса исходной муки и функциональных свойств сухой пшеничной клейковины, используемой для корректировки ее качества. Для пшеничной муки обойной с удовлетворительной клейковиной наибольший эффект от влияния сухой пшеничной клейковины на все показатели качества теста и хлеба наблюдали при дозировке 2% и значении Ндеф= 52 и 65 ед. приб.

Пищевая ценность и химический состав "Пшеничная мука, обойная".

В таблице 1 приведено содержание пищевых веществ (калорийности, белков, жиров, углеводов, витаминов и минералов) на 100 г съедобной части.

Обойная пшеничная мука считается невероятно полезным продуктом питания и выгодно выделяется на фоне других разновидностей продукта своим витаминно-минеральным составом, который богат на содержание полезных соединений природного происхождения. В химическом составе обойной пшеничной муки содержатся витамины группы А, В, Е, Н, а также РР и бэта-каротин.

Помимо того, химический состав обойной пшеничной муки обогащен такими безусловно полезными для здоровья человека природными соединениями как кальций, селен, холин, магний, сера, железо, марганец, калий и другие в табл.2.

Таблица 1. Пищевая ценность