Декортикация риса и ячменя

09.05.2015

В соответствии с задачами исследования мы разделили наши опыты в первой лабораторной стадии на четыре группы.
К первой группе отнесены опыты с шелушёным зерном, преимущественно тех культур, у которых отделение оболочки происходит сравнительно легко и представляется возможным выделить эндосперм почти целиком, без дробления. Это давало возможность привести исследования и получить параллельное сравнение числовых результатов по целому зерну и эндосперму из того же зерна.
В основном эти опыты проводились с рисом. Дли параллельного сравнения была взята так называемая «оголённая» пшеница.
Вторую группу составляли опыты с пшеницей, как основной подопытной культурой. Испытания с пшеницей мы разнообразили не только в отношении сорта, как основного качественного показателя, но в пределах сорта изменяли условия опыта, чтобы, помимо основных параметров выявить роль и других показателей, например температурного фактора при предварительной подсушке с последующим увлажнением и т. д.
К третьей группе была отнесена другая основная культура — рожь и, наконец, четвертую группу образовали культуры, в отличие от первой группы характеризующиеся, наоборот, худшей отделимостью оболочек, роль которых является преобладающей в процессе переработки данного зерна (ячмень, овёс).
Такой подбор исходного материала дал возможность не только обобщить полученные результаты, но и увязать выявленные закономерности с аналогичными явлениями, имеющими место в других производствах.
В первой группе, повторяем, мы начали опыты с рисом. Эта культура была выбрана потому, что: 1) при переработке на рисозаводах сырьё подвергается лишь механическому процессу шелушения, причём отделение идёт последовательно и довольно интенсивно, так что удаляется не только цветочная плёнка, но и плодовая, а при полировке и семенная оболочка; при последующих операциях, включающих не только многократное шелушение и шлифовку, но и полировку, оболочки удаляются почти полностью и частично даже алейроновый слой; 2) оголённый при этом эндосперм остаётся при тщательной обработке почти нетронутым по величине, за исключением, понятно, дробленых зёрен, так как в отличие, например, от ячменя рис на крупозаводах после шелушения не подвергается последующему дроблению, тем более размолу в муку; 3) кроме того, сравнительная однородность не только структуры, но и состава эндосперма с содержанием около 90% крахмала обеспечивает целеустремлённость опыта. Мы имеем в виду возможность изучить поведение испытываемого материала при увлажнении и получить сравнительные результаты как у полированного риса (риса-крупы), так и нешелушёного (риса-сырца), чтобы учесть влияние оболочек.
Для опыта был взят закавказский рядовой рис — чалтык, перерабатывающийся на одном из рисозаводов в Баку. Рис-сырец был взят после первого сепараторного прохода, т. е. очищенный от посторонних примесей, с дополнительной лабораторной разделкой. Рис-крупа был получен после полировки.
Контрольная проверка риса под микроскопом показала полное удаление как плодовой, так и семенной оболочки, а на большинстве зёрен и алейронового слоя либо полностью, либо частично. Выход крупы составил 76%, а лузги, включая мучку — 23,9%.
Лабораторный анализ дал результаты, приведенные в табл. 18.

Декортикация риса и ячменя

Крупа, имевшая исходную влажность 14%, подверглась замочке с доведением процента влажности последовательно до 16, 18, 20, 22% при длительности отлёжки в двух вариантах — 24 и 48 часов. Попытки размола рисовой крупы при увлажнении выше 22% не дали результатов, так как замазывались рифли.
В табл. 19 и 20, равно и в последующих таблицах, дающих результаты испытаний образцов на дробильном аппарате, приведены: 1) характеристика, испытываемого продукта, слагающаяся из указания сорта и объёмного веса С0, выражении о в граммах, отнесённых на объёмную единицу в 100 см3; 2) условия опыта, определяемые влажностью В в процентах и временем отлёжки Θ0 в часах; 3) результаты опыта, представленные: длительностью размола т в секундах, характеризующею производительность величиной крутящего момента разрушения М, выраженного в килограммометрах и устанавливающего меру твёрдости продукта, и, наконец, удельным расходом энергии W0 в джоулях (ватт-секундах), необходимых для размола 100 г продукта.
Декортикация риса и ячменя
Декортикация риса и ячменя

Интересующие нас так же технологические показатели — крупнота и соотношение фракций применительно к общепринятой характеристике промежуточных продуктов определялись ситовым анализом с построением кривых измельчения.
При сравнении подопытного размалываемого сырья (крупы и сырца) были получены диаграммы работы измельчения (рис. 15), расшифровка которых дала показатели, приведённые в табл. 19.
Декортикация риса и ячменя

При сопоставлении данных табл. 19 видно, что у крупы в сравнении с сырцом показатель М значительно выше — почти в 2% раза, а удельный расход энергии W0, наоборот, ниже на 10%. Причину, как увидим далее, нужно искать в роли оболочек, наличие которых, с одной стороны, уменьшает удельный вес продукта γ, а с другой стороны, усиливает вязкость испытуемой массы требующей в этом случае большего расхода энергии. К этому вопросу мы вернёмся при более детальном рассмотрении кривых увлажнения.
Влияние увлажнения риса-крупы на показатели измельчения приведены в табл. 20 и диаграмма работы измельчения — на рис. 16, а показатель твёрдости М — на рис. 17.
Декортикация риса и ячменя

Из табл. 20 видно, что с повышением влажности В показатель твёрдости М уменьшается равномерно, находясь в линейной зависимости от повышения В в пределах изменения от 10 до 18%, после чего прямая начинает переходить в кривую, проходя через минимум, лежащий в данном случае в пределах 20—22%, а затем появляется тенденция к стабилизации величины М на определённом участке.
Изменение М происходит резко и уменьшение достигает 21% при увеличении влажности с 13 до 16%. Удельная величина изменения М доходит до 7% на 1% влажности. При переходе же от 13 к 20%, влажности перепад величины М равен 5,6%.
Объяснение этого факта лежит в механическом воздействии воды на зерно, приводящем к его набуханию, связанному с усилением вязкости оболочек и с разрыхлением эндосперма. Всё это отражается на изменении удельного веса зерна, тем более, что проникновение в зерно воды с меньшим удельным весом (γ=1) в сравнении с крахмалом (γ=1,63—1,48) резко понижает удельный вес зерна в целом.
С другой стороны, расклинивающее действие воды ослабляет прочность отдельного зерна, и в конечном итоге М уменьшается.
К этому нужно добавить, что разрыхляющее действие воды на эндосперм, однако, ограничено определённым пределом, за которым начинают обнаруживаться явления усиления вязкости крахмала, предшествующие явлению клейстеризации, приводящей к необходимости увеличения усилий для размельчения.
Косвенное подтверждение этого явления может дать изучение так называемых амилограмм — кривых, определяющих технологическую ценность ржи по характеристике углеводного комплекса, связанного с хлебопекарными качествами ржаной муки. Амилограмма (рис. 18) показывает постепенное развитие вязкости болтушки из ржаной муки. В работе автора но технологической оценке различных сортов ржи, культивируемых в России, приведён ряд амилограмм, из которых видно, что вначале сопротивление болтушки, связанное с её вязкостью, даже уменьшается и резко увеличивается только при температуре, равной 50—55°, когда наступает явление клейстеризации.
Аналогичная картина наблюдается у риса-крупы при изучении вопроса об удельном расходе энергии W0, который для нас имеет особое значение. Сначала здесь так же, как в первой стадии, происходит равномерное уменьшение W0 в зависимости от В. Затем это уменьшение замедляется и кривая проходит через свой минимум с зоне, близкой к 18%, после чего подымается. Величина понижения W0 в зоне 13—16% равна 11%, а при переходе В от 16 к 18% составляет лишь 9,5%.
Декортикация риса и ячменя

Очевидно, В=18% является для W0 в данном случае критической точкой, что и дало себя чувствовать вовремя опытов. Уже при В=17% происходило в известной степени слипание крупяной массы, а рифли на аппарате начинали замазываться, что, естественно, приводило к увеличению удельного расхода энергии.
Понижение сопротивления при измельчении с увеличением В на определённой фазе характеризуется также косвенным показателем технологического порядка — повышением процента извлечения (крупа+дунст+мука), что вполне естественно, так как количество промежуточных продуктов в каждой фракции в первую очередь зависит от силы сцепления частиц между собой. С повышением же В эти силы сцепления ослабевают, и выход крупы, дунстов и муки, естественно, увеличивается, но до определённого предела, связанного с близостью переломной точки при переходе от связанной воды к капиллярной и возникновением явлений вязкости эндосперма, ухудшающих, естественно, условия извлечения.
В табл. 21 приведены результаты ситового анализа риса-крупы, показатели измельчения которого т. М и W0 для разного значения В и Θ0 приведены в табл. 20.
Декортикация риса и ячменя

Полученные результаты изображены графически на рис. 19 (кривые измельчения). На этих кривых по оси абсцисс указана величина отверстия сита в свету, а по оси ординат — величина соответственного схода в процентах, причём, согласно табл. 20, взяты четыре варианта увлажнения для Θ0=24 часам.
Из рис. 19 видно резкое расхождение между величинами извлечения эндосперма естественной влажности (неувлажнённым—I) и увлажнённого искусственно (II, III, IV), причём при увлажнении наибольшее расхождение имеется у средних фракций. У крайней же фракции (мука) расхождение незначительное, такое же оно и у другой крайней фракции — крупных крупок, где кривые сближаются.
Декортикация риса и ячменя

Фактор времени (длительность отлёжки) здесь, видимо, не играет существенной роли, так как кривые М при Θ0=24 часам и Θ0=48 часам близко подходят друг к другу и мало отличаются по своим показателям. Объясняется это тем, что разрыхление эндосперма идёт быстро, даёт себя чувствовать уже впервые часы отволаживания, так что удлинение Θ с 24 до 48 часов при одном и том же количестве влаги даёт замедление последействия в отрезке времени за пределами 24 часов. Структура эндосперма при этом мало меняется, а вместе с ней и сопротивляемость измельчению.
Совсем другая картина получается при проведении аналогичных опытов в тех же условиях, но с рисом-сырцом, т. е. с продуктом, у которого более или менее однородный по строению и химическому составу эндосперм заключён в богатую клетчаткой оболочку, физические свойства которой, как мы видели ранее, сильно отличаются от эндосперма и особенно резко выявляются при увлажнении.
Увлажнённый до пределов и с интервалами, совпадающими с аналогичными показателями у риса-крупы, и подвергшийся испытанию на дробильном аппарате рис-сырец дал диаграммы и показатели измельчения, приведённые на рис. 20 и в табл. 22.
Декортикация риса и ячменя

Как видно из таблицы, М у сырца так же, как у крупы, уменьшается с увеличением В, но значительно медленнее; понижение М при увеличении влажности на 1 % не превышает 2,3% у сырца против 6—7% у крупы, но, что наиболее характерно, абсолютное значение М у сырца значительно меньше — в 2—2,5 раза в сравнении с М у крупы.
Причину этого явления следует искать в первую очередь в том, что, как уже указывалось, М зависит от удельного веса продукта, подвергшегося воздействию внешних усилий; работа же аппарата рассчитана на определённый объём вводимой в аппарат зерновой массы для заполнения всего рабочего пространства.
Значительный процент оболочек снижает удельный вес всей массы, поступающей на измельчение, так как у клетчатки γ=1,25—1,45, а у крахмала 1,48—1,63. Кроме того, наличие воздушных полостей с удельным весом воздуха, равным 0,001129, ещё в большей мере понижает удельный вес всей массы, поступающей в переработку, в сравнении с у эндосперма. Усилия же на разрыв, как увидим ниже, находятся в прямой зависимости от плотности массы, связанной с удельным весом. В результате всего этого величина М уменьшается.
Вместе с тем изменяется и технологический эффект измельчения, характеризующийся процентом извлечения, находящим отражение в ситовом анализе. Из табл. 21 и 23 видно, что этот процент извлечения при одной и той же общей В у сырца значительно меньше, давая до 25% разницы, что вполне понятно, так как при одной и той же средней влажности у крупы весь эффект извлечения приходится на долю эндосперма. Кроме того, при определённом значении В процент извлечения проходит через свой максимум. При этом у сырца в отличие от крупы фактор времени оказывает в этом случае заметное влияние, так как оболочка более восприимчива к воздействию влаги.
Декортикация риса и ячменя

Совсем иначе идёт развитие W0 у риса-сырца. Здесь в отличие от риса-крупы расход энергии резко возрастет с повышением влажности. Роль оболочки вместе с цветочной плёнкой здесь является превалирующей. При увеличении влажности, как мы уже указывали, усиление вязкости вызывает увеличение расхода энергии. В результате перехода В от 13 к 20% величина W0 возрастает на 30%, Абсолютные же значения W0 при аналогичных условиях превышают соответствующие величины для крупы на 75—150%. Кривая развития также растёт совершении иначе. Вместо линейной функции мы здесь имеем кривую, близко подходящую к гиперболе.
Наконец, фактор времени играет большую роль, причем в отличие от крупы W48 больше W24 для целого зерна, где W48 и W24 — удельный расход энергии при соответствующем времени отлёжки в 48 и 24 часа. Объясняется это тем, что вязкость, а вместе с ней расход энергии на деформацию увеличились.
Преобладающая роль оболочки при установлении W0 подтверждается в производственных условиях не только на I драной системе, элементы которой воспроизводятся дробильным аппаратом, но и на следующих драных системах, с той лишь разницей, что присутствие оболочек в продуктах с драных систем усиливается, а вместе с ними растёт и удельный расход энергии, как мы это видим, и при лабораторном помоле, и на экспериментальной мельнице.
Все эти положения иллюстрируются графически на сводном рис. 21, в котором объединены все показатели измельчения М, IW0 и И и дано параллельное сравнение но всем показателям для риса-сырца и крупы из того же сырца при разной влажности В. Этот сводный график представляет характеристические кривые для риса, о которых речь будет итти далее.
Полученные результаты по рису были проверены на другой крупяной культуре — ячмене. Шелушение ячменя было произведено на лабораторном голлендере, причём процент снятых оболочек вместе с мучкой составил 17% при зольности нешелушёного ячменя 27%, а шелушенного 1,44% и зольности оболочки 7,6%.
Декортикация риса и ячменя

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: