Особливості подрібнення зернової сировини
Сучасні технології подрібнення зерна
Підготовка зернового замісу є одним із ключових етапів виробництва спирту. Підготовка крохмалевмісної сировини включає подрібнення, змішування з водою, попереднє нагрівання, гідротермічну обробку та оцукрювання.
Механічні властивості зерна значною мірою залежать від його вологості. Сухе зерно є крихким, тоді як вологе є більш пластичним. Це зумовлено змінами колоїдних властивостей крохмалю та білків. Питома енергія подрібнення зерна збільшується зі зростанням його вологості. Ці властивості враховують під час переробки зерна на спирт та вибору обладнання для подрібнення.
Механічне та хімічне руйнування змінює властивості матеріалу, зменшує молекулярну масу, змінює розчинність і прискорює перебіг хімічних реакцій. Воно також підвищує біохімічну активність сировини.
Технології подрібнення зерна
Механічне диспергування змінює розмір і форму частинок сировини. Збільшення площі поверхні частинок значно прискорює технологічні процеси. Високодисперсний зерновий заміс не потребує варіння під тиском і забезпечує більш ефективне використання сировини.
Ступінь подрібнення характеризується розміром частинок. Від 60 до 90% частинок повинні мати розмір від 0,25 до 1 мм. Надмірно дрібні частинки піддаються інтенсивній термічній обробці, унаслідок чого утворюються оксиметилфурфурол і меланоїдини. Великі частинки крохмалю розчиняються неповністю, що збільшує втрати зброджуваних речовин.
На багатьох підприємствах застосовують двоступеневе подрібнення, щоб отримати більш дрібну та однорідну фракцію. Спочатку зерно подрібнюють у молотковому млині та розділяють на фракції за розміром частинок. Потім крупну фракцію додатково подрібнюють у вальцьових млинах для підвищення ефективності подрібнення.
Високодисперсний зерновий заміс
Застосування двоступеневого подрібнення зерна дає змогу знизити температуру та тривалість кип’ятіння сировини, а також зменшити втрати зброджуваних речовин.
Однак цей метод ускладнює технологічну схему, потребує додаткового обладнання та виробничих площ, а також збільшує енергоспоживання на подрібнення зерна і транспортування подрібненого матеріалу.
Руйнування клітинної структури сировини досягається шляхом її подрібнення у дробарках та спеціальних машинах із подальшою термічною обробкою маси водою.
Високодисперсні зернові заміси, отримані за допомогою дезінтеграторів, кульових млинів, корундових, струменевих та інших машин, характеризуються не лише руйнуванням структури зерна, клітин і крохмальних зерен, а й механічним руйнуванням полімерів, зокрема крохмалю та білків. Це дозволяє проводити термічну обробку водою при температурах не вище 100 °C.
Застосування високодисперсних зернових замісів зменшує втрати зброджуваних речовин під час термоферментативної обробки та скорочує витрати теплової енергії.
Молотковий млин типу DDM
Барабан дробарки
Механіко хімічна активація зерна
Перспективним напрямом для спиртової промисловості є розвиток сучасних технологій виробництва спирту із застосуванням дезінтеграторів, вібраційних пристроїв, електромагнітних та інших установок для подрібнення, що дозволяють ефективніше використовувати сировину та оцукрювальні матеріали.
Зернові культури подрібнюють механічним способом за допомогою молоткових млинів різних конструкцій або вальцьових млинів. Найбільш поширеними молотковими млинами є типи ДМ, ДДМ, А1 ДДМ, а вальцьовими є млини типу ЗМ.
Дезінтегратори та дисмембратори належать до ударно-розмелювального обладнання. Вони використовуються для отримання високодисперсних замісів.
Важливою властивістю дезінтеграторів є те, що під час обробки матеріал піддається механічній активації. Активація речовин під впливом високої механічної енергії є новим перспективним способом удосконалення технологічних процесів. Це явище називають механіко-хімічною активацією, або МХА, сировини та проміжних продуктів спиртового виробництва.
Дисмембратор зерна
Важливість якості подрібнення зерна
Під час приготування зернових замісів із високим ступенем подрібнення та використанням гарячої води можуть утворюватися борошняні грудки. Найчастіше це відбувається під час приготування замісу з високим вмістом сухих речовин і гідромодулем 1:2,5–1:3,0.
Утворення грудок погіршує умови термоферментативної обробки сировини та збільшує втрати крохмалю. На етапі ферментативного гідролізу доступ ферментів до біополімерів сировини ускладнюється, ферментація сповільнюється, а кислотність замісу підвищується.
Як зазначалося вище, одним із основних показників початкового етапу технологічного процесу є ступінь подрібнення зерна. Чим дрібніше та однорідніше подрібнення, тим нижчими є витрати на подальшу переробку.
Зокрема, ступінь подрібнення зерна впливає на такі технологічні параметри, як співвідношення «зерно : вода», так званий гідромодуль, під час приготування зернових замісів, температура термоферментативної обробки та тривалість термоферментативної обробки.
Відповідно до чинних нормативів якість подрібнення зерна визначають шляхом просіювання через сита з розміром отворів 1,0 мм. Однак однорідність помелу, яка має принципове значення для гідротермічної обробки, при цьому не враховується.
У подрібненому матеріалі можуть міститися фракції, розмір частинок яких відрізняється у 10–100 разів. Кожна фракція потребує певного режиму гідротермічної обробки для мінімізації технологічних втрат.
На практиці забезпечити оптимальні умови для всіх фракцій складно. Високі температури призводять до карамелізації цукрів у дрібних частинках. Нижчі температури, навпаки, спричиняють неповне розчинення крохмалю у великих частинках.
Для зменшення втрат та енергоспоживання необхідно забезпечувати високодисперсне та однорідне подрібнення. Однорідний помел також дозволяє зменшити гідромодуль замісу та підвищити ефективність виробництва спирту.
Гідромодуль та в’язкість замісу
Зниження гідромодуля замісу дозволяє одночасно зменшити вихід барди та скоротити технологічні витрати на нагрівання, охолодження, транспортування напівфабрикатів та перегонку зрілого замісу.
Однак при зниженні гідромодуля через підвищення концентрації сухих речовин і клейстеризацію крохмалю зростає в’язкість замісу, що призводить до погіршення його плинності, особливо за температури 70–80 °C.
Фактично це є одним із факторів, що обмежують застосування технології переробки зерна за умов підвищених концентрацій сухих речовин.
Для зниження в’язкості високодисперсних замісів із підвищеною концентрацією сухих речовин необхідно використовувати розріджувальні ферментні препарати.
Висока плинність напівфабрикатів має важливе значення для зменшення навантаження на змішувальне та насосне обладнання, а також для ефективного проведення процесів нагрівання й охолодження, запобігання утворенню осаду тощо.
