Разработка технологии центробежного шелушения семян зерновых культур

Современная хлебопекарная промышленность активно внедряет в производство хлебопекарные изделия повышенной пищевой ценности, на основе зерновых культур, что соответствует современным требованиям нутрициологии – науки о рациональном питании и здоровой пище [2].

Установлено, что сортовой помол зерна пшеницы в муку высшего и первого сортов осуществляется в основном из внутренней части зерна (эндосперм), в то время как остальные не менее полезные части зерна удаляются на стадии шелушения в отходы, так как оборудование, используемое при выполнении данной рабочей операции имеет рабочие органы покрытые абразивом. Применение абразивных рабочих органов при шелушении приводит к активному удалению плодовой и семенной оболочек, алейронового и субалейронового слоев, зародыша и части эндосперма в отруби, что составляет до 40% от массы зерна [5–7], кроме того, в своей работе Анисимов А.В. рассматривает необходимость изменения интенсивности воздействия рабочих органов на разносортное обрабатываемое сырье с целью снижения потерь эндосперма при шелушении [1].

Выполненные научно-исследовательские работы по разработке новой технологии центробежного шелушения зерна и совершенствованию конструкции шелушильных машин и устройств, позволили подобрать новые конструкционные материалы в виде футурированных эластичных материалов для взаимодействия поверхности и зерна при шелушении, а также внести изменения в технологию подготовки зерна пшеницы к процессу шелушения [3, 8, 10, 11–20].

Цель исследования – разработка нового технологического оборудования и технологии центробежного шелушения семян зерновых культур.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• 1.    Провести исследования существующих конструкций технологического оборудования, и разработать новое техническое решение ресурсосберегающей шелушильной машины с защитой авторских прав;

• 2.    Разработать технологию шелушения семян зерновых культур с использованием новой конструкции шелушильной машины и построить схему последовательности выполнения технологических операций при шелушении семян зерновых культур.

• 3.    Определить основные технологические параметры выполнения рабочих операций при шелушении семян зерновых культур.

Материалы и методы

Патентные исследования проводились в соответствии с требованиями ГОСТР 15.011– 2022 «Система разработки и постановки продукции на производство. Патентные исследования. Содержание и порядок проведения» [1], по российским и зарубежным информационным базам.

В процессе исследования анализировались современные технические решения направленные для замены абразивного инструмента шелушения зерна на новые материалы, позволяющие сохранять полезную массу зерна при шелушении.

Выполненные патентные исследования позволили определить основные направления модернизации шелушильных машин, на основании чего был подобран прототип, и разработана нормативно-техническая документация на разработанную новую конструкцию шелушильной машины, которая получила защиту авторских прав патентом на полезную модель № 214682 «Центробежный шелушитель для зерна» [9].

Результаты

По результатам выполненных исследований, анализа существующих конструкции серийного оборудования для шелушения зерновых культур, изучения их конструктивных недостатков и их влияния на качество шелушенного зерна, была разработана новая конструкция шелушителя, кинематическая схема которого представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Кинематическая схема центробежного шелушителя зерна

Figure1.Kinematic diagram of a centrifugal grain huller

Центробежный шелушитель зерна состоит из системы управления 1 работой привода 2 рабочего вала 3 с закрепленным подающим шнеком 4 размещенным в бункере 5 , который в свою очередь установлен на корпусе шелуши-теля 6 . Внутри корпуса шелушителя 6 на рабочем валу 3 установлена гибкая шелушильная камера 7 с размещенными подвижными шарами 8 , при этом гибкая шелушильная камера 7 образует с внутренней частью корпуса шелу-шителя 6 рабочий зазор 9 . В нижней части корпус шелушителя 6 имеет выходное отверстие 10 с аспирационным патрубком 11 , в котором установлен вентилятор 12 , для разделения фракций шелушения на шелушенное зерно, отводящееся в приемную емкость 13 , и летучих продуктов шелушения отводимых по патрубку 14 в приемную емкость 15 .

Для выполнения рабочей операции шелушение зерна, берется увлажненное калиброванное зерно пшеницы. Определяется средний диаметр в партии зерна прошедшей калибровку, и с помощью системы управления 1 запускается в работу привод 2 и задается необходимая частота вращения вала привода 2 и рабочего вала 3 . За счет установки на рабочем валу гибкой шелушильной камеры 7 с размещенными подвижными шарами 8 и созданной центробежной силой подвижные шары 8 в гибкой шелушильной камере 7 поднимаются на определенную высоту и создают рабочий зазор 9 между гибкой шелушильной камерой 7 и корпусом шелушителя 6 . После установки рабочего зазора 9 в бункер 5 загружается зерно пшеницы и подающим шнеком 4 оно подается в рабочий зазор 9 для шелушения.

Зерно пшеницы прошедшее рабочий зазор 9 через выходное отверстие 10 поступает в аспирационный патрубок 11 , где за счет потока воздуха образованного вентилятором 12 летучие продукты шелушения удаляются по патрубку 14 в приемную емкость 15 , а цельное зерно поступает в приемную емкость 13 .

Проведя анализ цельного зерна пшеницы поступившего в приемную емкость 13 , производится оценка качества шелушения зерна, и при не полном удалении плодовых и семенных оболочек, системой управления 1 и приводом 2 увеличивается частота вращения рабочего вала 3 , за счет чего происходит подъем подвижных шаров 8 по стенкам гибкой шелушильной камеры 7 и рабочий зазор 9 уменьшается. После уменьшения зазора проводится повторный анализ качества шелушения, при необходимости производится дальнейшая регулировка рабочего зазора.

Анализ технических признаков центробежного шелушителя, кинематическая схема которого, приведена на рисунке 1, показал, что наружный корпус выполняется овальным, а его внутренняя поверхность футурирована гибким эластичным материалом который в процессе работы шелушителя взаимодействует с зерном и образует с другим футурированным эластичным материалом, нанесенным на наружную поверхность вращающейся гибкой камеры, тем самым создавая рабочий зазор в шелушителе для прохода зерна.

Таким образом, на зерно в рабочем зазоре оказывается воздействие гибкой камерой футури-рованной эластичным материалом, оно хорошо очищается от плодовых и семенных оболочек, не дробится и не образует большой объем мучки, как при использовании абразивного материала.

По результатам анализа последовательности рабочих операций в машине центробежного шелушения зерна, была разработана технологическая схема центробежного шелушения зерна, представленная на рисунке 2.

Анализ последовательности выполнения рабочих операций шелушения зерна представленных на рисунке 2, показал, что для каждой рабочей операции необходима разработка технологических параметров при проектировании опытного образца.

Исходя из предварительного анализа технологического процесса, было установлено, что очистка зерна от сорных примесей осуществляется на вибрационных ситах в течение 30–40 минут, калибровка делит зерно на три фракции, для условий шелушения зерна сорта Новосибирская 15, при чем в первой фракции диаметр зерна составляет 4,5–4,0 мм, в второй 4,0–3, мм, в третьей 3,5–2,5 мм, при чем шелушение производится для первой фракции – 1200 об/мин; второй фракции 1400 об/мин, а для третьей 1600 об/мин.

При выполнении вышеперечисленных параметров центробежного шелушения зерна пшеницы достигается сохранение целостности шелушенного зерна 90–92%, при чем установлено, что дробление происходит той части зерна, которое имеет микротрещины, полученные в период обмолота колосьев, очистки и калибрования. Выход низкого процента мучки 4–6% от массы шелушенного зерна подтверждает эффективность разработанной технологии центробежного шелушения, за счет сохранения алейронового и субалейронового слоев, зародыша и эндосперма.

Рисунок 2. Технологическая схема процесса шелушения зерна

Figure 2. Technological diagram of the grain peeling process

Заключение

В результате исследований по научным поисковым системам, были определены научные разработки технических решений, для шелушения зерна, позволившие предложить техническую новизну новой конструкции центробежного шелушителя зерна и получить защиту авторских прав в виде патента РФ на полезную модель № 214682.

На базе новой конструкции центробежного шелушителя была разработана схема ресурсосберегающей технологии шелушения зерна пшеницы, а выполненные экспериментальные исследования позволили произвести калибровку зерна пшеницы на три фракции с диаметром первой фракции 4,5–4,0 мм, второй 4,0–3,5 мм, и первой 3,5–2,5 мм.

Для шелушения зерна каждой фракции экспериментально были определены технологические параметры оборотов электродвигателя для ресурсосберегающего шелушения, эффективность нового технологического процесса шелушения обеспечивает целостность шелушенного зерна на 90–92%.