Особливості подрібнення зернової сировини
Стадія приготування зернового замісу є однією з ключових у спиртовому виробництві. Підготовка крохмалевмісної сировини до зброджування в етиловий спирт складається з таких технологічних стадій: подрібнення сировини, змішування помелу з водою (приготування замісу), попередній підігрів замісу, водно-теплова обробка сировини, оцукрювання розвареної маси.
Механічні властивості зерна значною мірою залежать від його вологості. Сухе зерно – крихке, мокре – більш пластичне. Це пов’язано зі зміною колоїдних властивостей крохмалю та білків. Питома енергоємність зерна зростає із збільшенням вологості. Ці властивості механохімічного руйнування зерна враховуються при переробці його на спирт і при виборі подрібнювальних апаратів. В результаті механохімічного руйнування високомолекулярних речовин змінюються їх властивості, зменшується молекулярна маса, змінюється розчинність, прискорюються хімічні реакції всіх речовин та їх компонентів та підвищується біохімічна активність.
Механічне диспергування супроводжується зміною розмірів і форм частинок. Збільшення в сотні разів величини поверхні частинок подрібненого матеріалу при його механічному диспергуванні сприяє прискоренню швидкості технологічних процесів. Так, високодисперсні помели зерна не потребують розварювання під тиском, вищим від атмосферного, збільшується коефіцієнт використання складових речовин сировини. При використанні таких подрібнюючих механізмів ступінь подрібнення характеризується неоднорідністю розміру частинок, з яких 60 … 90 % знаходиться в діапазоні від 0,25 до 1 мм. Дрібні частинки піддаються надмірній термічній обробці, що призводить до значної кількості продуктів розпаду оксиметилфурфуральних цукрів та участі в реакціях меланоїдиноутворення. Крохмаль великих частинок не повністю розчиняється, що призводить до збільшення втрат зброджуваних речовин. На деяких заводах використовують двоступеневий метод подрібнення зерна для отримання більш тонкої дисперсії та рівномірного помелу. На першому етапі зерно подрібнюють на молотковій дробарці, отримане подрібнення пневматичним транспортом або системою механічних конвеєрів направляють до розподільника сита для отримання двох фракцій подрібнення з різними розмірами частинок. На другому етапі фракція грубого помелу подається для подальшого подрібнення на роликових апаратах.
Використання двоступеневого методу подрібнення зерна дозволяє зменшити температуру і час кипіння сировини та знизити втрати зброджуваних речовин. Однак використання цього методу ускладнює технологічну схему, вимагає додаткового обладнання та виробничих площ, збільшує витрати електроенергії для подрібнення зерна та транспортування подрібнення. Руйнування клітинної структури сировини досягається подрібненням її на дробарках та спеціальних машинах з подальшою масовою термічною обробкою водою. Високодисперсні помели зерна, які отримують за допомогою дезінтеграторів, кульових дробарок, корунду, струменевих та інших машин, мають не тільки зруйновану структуру зерна, клітин та крохмальних зерен, але й механічно зруйновані полімери (крохмаль, білки тощо), що дозволяє проводити їх термічну обробку водою при температурі не вище 100 °C. Внаслідок використання високодисперсних помелів зерна знижуються втрати зброджуваних речовин під час термоферментативної обробки і зменшуються витрати теплової енергії.
Перспективним для спиртової промисловості є створення прогресивних технологій спирту з використанням дезінтеграторних, вібраційних, електромагнітних та інших подрібнювачів з метою більш ефективного використання сировини та оцукрюючих матеріалів Зернові культури подрібнюють механічним способом з використанням молоткових дробарок різних конструкцій або валкових станків. Найбільш поширені молоткові дробарки типу ДМ, ДДМ, А1-ДДМ або валкові станки типу ЗМ. Дезінтегратори і дисмембратори належать до подрібнювачів ударної дії. З їх допомогою отримують високодисперсні помели. Важливою властивістю дезінтегрантів є те, що оброблений в них матеріал піддається механічній активації. Активація речовин під дією великої механічної енергії є новим прогресивним видом вдосконалення технологічних процесів. Це явище називається механохімічною активацією (MХA) сировини та проміжних продуктів виробництва спирту.
Молоткова дробарка типу ДДМ
Барабан молоткової дробарки
При приготуванні зернових сумішей з високим ступенем подрібнення зерна та використанні гарячої води утворюються грудочки борошна. Найчастіше це відбувається у разі приготування замісу із високим вмістом сухої речовини з гідравлічним модулем 1: 2,5…1: 3,0. Внаслідок утворення грудок погіршуються умови для термоферментної обробки сировини, зростають втрати крохмалю. На стадії ферментативного гідролізу ускладнюється доступ ферментів до біополімерів сировини, сповільнюється спиртове бродіння і підвищується кислотність бражок.
Як зазначалось вище, одним із основних показників початкового етапу технології є ступінь подрібнення зерна. Чим тонший та більш однорідний помел, тим менші витрати на його подальшу переробку. Зокрема, від ступеню помелу зерна за-лежать такі параметри технології як співвідношення «зерно:вода» (так званий гідро-модуль) при приготуванні зернових замісів, температура та тривалість термоферментативної обробки.
За чинним регламентом якість подрібнення зерна визначається за ступенем розділення помелу на ситі з діаметром отворів 1,0 мм без урахування однорідності помелу, що є вирішальним фактором для його водно-теплової обробки. Фракційний склад помелів розрізняється за ступенем дисперсності. В кожній фракції містяться частки, що відрізняються за розміром у 10…100 разів. Для кожної фракції помелу з метою скорочення втрат необхідний свій водно-тепловий режим. На практиці це реалізувати складно. Внаслідок за жорсткого режиму (130…140 °С) проходить карамелізація цукрів, які утворюються з дрібнодисперсних фракції. При м’якому (до 100 °С) режимі відбувається неповне розчинення крохмалю грубо-дисперсних фракцій.
Для скорочення технологічних втрат та зниження тепло-енергозатрат необхідно одержати помел з високим ступенем дисперсності та однорідності. Це особливо важливо для зниження гідромодуля замісу, який визначає об’єм продуктового потоку, концентрацію напівпродуктів, включаючи вміст спирту в зрілій бражці та технологічні втрати як за стадіями, так і технології в цілому.
Дисмембратор для зерна
Зниження гідромодуля замісу дозволяє одночасно зменшити вихід барди та скоротити технологічні витрати на нагрівання, охолодження, перекачування напівпродуктів та перегонку зрілої бражки. Однак при зниженні гідромодуля замісу із-за підвищених концентрацій та клейстеризації крохмалю відбувається підвищення його в’язкості із зниженням текучості, особливо за температур 70…80 °С. Фактично це є лімітуючим фактором реалізації технології переробки зерна в режимі підвищених концентрацій. Для зменшення в’язкості високодисперсних замісів з підвищеною концентрацією сухих речовин необхідно використовувати розріджуючі ферментні препарати.
Висока текучість напівпродуктів важлива як для зниження навантаження на перемішуючі, перекачуючі пристрої, так і для ефективного ведення процесів нагрівання, охолодження, запобігання утворенню осадів і т. п.
Приклад використання молоткової дробарки в гібридній схемі “сухого” та “вологого” подрібнення зерна:
Детальніше про вологе подрібнення зерна та мокру переробку: тут та тут.
