Совершенствование технологии переработки зерна пшеницы на роторно-лопастном шелушителе

Введение. Наиболее перспективной отраслью сельского хозяйства для Российской Федерации является зерноперерабатывающая промышленность, так как зерно является основным сырьем для многих отраслей пищевой и перерабатываю- щей промышленности. В Сибирском федеральном округе валовой сбор зерна пшеницы составил 9849,8 тыс. т, лидерами являются Алтайский край – 2967,2 тыс. т, Новосибирская область – 1712,1 тыс. т и Красноярский край с объемом сбора зерна пшеницы 1461,7 тыс. т, что по сравнению с 2018 г. в 2019 г. выше на 12 % [5, 6].

Основным направлением переработки зерна пшеницы является мукомольная отрасль, где производятся продукты питания с повышенными потребительскими свойствами: мука, крупы, хлеб и хлебобулочные изделия, макаронные и кондитерские изделия. Основной технологической операцией, влияющей на качество муки и готовой продукции в целом, является шелушение. Выполненные исследования процессов шелушения на серийном оборудовании с использованием абразивного рабочего органа приводят к тому, что в отходы уходит до 20– 25 % от массы шелушенного зерна. Разработанная технологическая операция роторнолопастного шелушения направлена на поэтапную очистку зерна от плодовой и семенной оболочки, алейронового и субалейронового слоев, а также отделение зародыша и эндосперма.

Выполненные научно-исследовательские работы [2–4] направлены на совершенствование технологии и оборудования для фермерских хозяйств.

Цель исследования : совершенствование технологии шелушения зерна пшеницы на основе новой конструкции роторно-лопастного рабочего органа технологического оборудования.

Задачи исследования:

• 1)    изучить технологию шелушения зерна пшеницы и разработать технологическую схему раздельного оголения зерна пшеницы по биологическим признакам строения зерна;

• 2)    провести патентные исследования для выбора аналога и прототипа, используемых при разработке технического решения шелушильной машины с роторно-лопастным рабочим органом;

• 3)    изготовить опытно-лабораторную установку по полученному патенту на изобретение и провести экспериментальные исследования по шелушению зерна пшеницы.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования для производства высококачественной хлебопекарной муки является зерно пшеницы и разработка технологии поэтапного

Технология продовольственных продуктов шелушения зерна пшеницы с разделением продуктов шелушения на фракции с использованием разработанной новой конструкции технологического оборудования.

Методами исследования является проведение патентных исследований согласно ГОСТ Р 15.011-96 «Патентные исследования. Система разработки и постановки продукции на производство» по российской и зарубежной информационным базам, выбор аналога и прототипа для разработки новой конструкции машины для шелушения зерна пшеницы.

Обработка экспериментальных данных проводилась статистическими методами.

Результаты исследования и их обсуждение. Анализ существующих технологий шелушения зерна пшеницы показал, что при абразивном воздействии на поверхность зерна вместе с семенными и плодовыми оболочками удаляется алейроновый и субалейроновый слои, а также зародыш, что приводит к образованию отходов в виде отрубей [3, 4]. Для устранения установленного недостатка разработана новая технология шелушения зерна пшеницы с раздельным сбором алейронового и субалейронового слоев и зародыша. Разработанная технологическая схема поэтапного шелушения зерна пшеницы приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Технологическая схема шелушения зерна пшеницы

Для реализации технологического процесса роторно-лопастного шелушения зерна пшеницы по разработанной технологической схеме (см. рис. 1) были проведены патентные исследования и выявлен аналог (патент РФ № 2302899 «Вихревой шелушитель зерновых материалов») и прототип (патент РФ № 2491124 «Шелушильносушильная машина»). По результатам анализа выявленных патентов разработана конструкция нового устройства для шелушения зерна пшеницы, в которой для обеспечения наилучшего качества продуктов шелушения используется более тонкая детальная обработка каждого зерна, при этом на первом этапе снимается только оболочка зерна, на втором этапе происходит отделение эндосперма и выделение из смеси зародыша, алейронового и субалейронового слоя. Авторские права на разработанную конструкцию защищены патентом Российской Федерации № 2709719 «Машина для шелушения зерна», кинематическая схема конструкции приведена на рисунке 2 [1, 4].

Рис. 2. Кинематическая схема машины для шелушения зерна

Машина для шелушения зерна работает следующим образом. Включаются электродвигатели 1 и 20, при этом электродвигатель 1 через вал 2 муфту 3 передает крутящий момент на приводной вал 4, установленный в корпусе 5. В загрузочное отверстие 13 подается зерно для шелушения. При вращении приводного вала 4, на котором установлен шнек 10, вращается жестко установленная двойная зубчатая шестерня 6, которая в свою очередь одновременно передает крутящий момент через зубчатую шестерню 7 валу 9 с установленным шнеком 11 и зубчатую шестерню 8 рабочему валу 12. При попадании зерна на шнеки 10 и 11, которые имеют противоположную навивку и вращаются навстречу друг другу, зерно, взаимодействуя между собой, обеспечивает предварительную очистку и перемещается к выходному отверстию 14. Из выходного отверстия 14 зерно попадает в сетчатый барабан первичной очистки 15, где происходит очищение зерна потоком воздуха путем удаления шелухи и сора через отводящий воздуховод 17 к выходной трубе 19. Поток воздуха образуется за счет работы электродвигателя 20, передающего крутящий момент через установленную на выходном валу 21 муфту 22 приводному валу 23, на котором в свою очередь установлен вентилятор 25. При вращении вентилятора 25 происходит забор воздуха из нагнетательной трубы 18 через фильтр 24, при этом нагнетаемый воздух распределяется по подводящим воздуховодам 16 и 35. Далее зерно, прошедшее первичную обработку, поступает в шелушильный барабан 26, где взаимодействует с вращающимися шелушильными лопастями 29, установленными на рабочем валу 12, и отбрасывается к внутренней поверхности шелушильного барабана 26, имеющего на одинаковом расстоянии друг от друга 28 проточки 27. При попадании зерна на внутреннюю поверхность шелушильного барабана 26 зерно контактирует с обрезиненным наконечником 30 шелушильной лопасти 29, установленной на рабочем валу 12, и продвигается по внутренней поверхности шелушильного барабана 27 с периодическим ослаблением давления в проточках 28 к выходному отверстию 31. Далее шелушенное зерно и частицы наружной оболочки поступают через выходное отверстие 31 шелушильного барабана 26 в неподвижно закрепленный сетчатый барабан окончательной очистки 32, соединенного с подводящим воздуховодом 35 и отводящим воздуховодом 36. В сетчатом барабане окончательной очистки 32 установленный на рабочем валу 12 транспортирующий шнек 33 перемещает смесь шелушенного зерна и частицы оболочки к отверстию выгрузки 34, при этом под воздействием потока воздуха из нагнетательной трубы 18 частицы шелушенной наружной оболочки отделяются и через отводящий воздухо- вод 36 удаляются через выходную трубу 19, а шелушенное очищенное зерно выходит через отверстие выгрузки 34.

Результаты патентных исследований и разработка нормативно-технической документации при оформлении заявки на изобретение позволили разработать конструкторскую документацию и изготовить опытный образец машины для шелушения зерна (рис. 3).

Рис. 3. Общий вид машины для шелушения зерна пшеницы

Экспериментальные работы по шелушению зерна пшеницы проводились на кафедре «Технология, оборудование бродильных и пищевых производств» Института пищевых производств Красноярского ГАУ с использованием метода активного планирования экспериментов для обоснования оптимальных конструктивных параметров новой конструкции машины для шелушения зерна пшеницы.

Оценка качества шелушения проводилась путем разделения шелушенного зерна на фракции (рис. 4).

По результатам выполненных экспериментальных исследований был выполнен сравнительный анализ качественных показателей шелушенного зерна на машине шелушильной «Восход ЗШМ-1,5» и опытной экспериментальной установке «Машина для шелушения зерна», изготовленной по патенту РФ № 2709719, который приведен в таблице 1.

Рис. 4. Фракции шелушенного зерна

Сравнительный анализ результатов шелушения зерна пшеницы

Таблица 1

Продукт	Выход продукта, %
	«Восход ЗШМ-1,5»	Опытная роторно-лопастная машина для шелушения зерна
Шелушенное зерно	93,1	98,1
Мучка	3,2	1,3
Битые зерна	3,7	0,6

Анализ результатов испытания шелушильных машин, приведенный в таблице 1, показал, что выход цельного шелушенного зерна по новой разработанной технологии увеличился на 10,5 %, выход мучки уменьшился на 4,6 %, выход битых зерен уменьшился на 1,6 %.

Выводы

• 1.    В зерноперерабатывающей промышленности основной технологической операцией при производстве высококачественной муки для выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий является шелушение зерна пшеницы, при котором необходимо решить проблему снижения количества отходов в виде отрубей и увеличение качества муки за счет использования алейронового и субалейронового слоев зерна пшеницы.

• 2.    Выполненные патентные исследования по Российской и мировой базам данных позволили определить аналог и прототип изобретений используемых при разработке нового оборудования, основанного на принципе роторнолопастного шелушения зерна пшеницы, новизна конструкции которого защищена патентом РФ № 2709719 «Машина для шелушения зерна».

• 3.    На основе полученного патента РФ № 2709719 «Машина для шелушения зерна» разработана конструкторская документация и изготовлена опытно-лабораторная машина для шелушения зерна пшеницы с роторнолопастным рабочим органом. Результаты экспериментальных исследований показали, что по сравнению с машиной «Восход ЗШМ-1,5» опытная шелушильная машина обеспечивает выход цельного шелушенного зерна выше на 10,5 %.