Porumbul este una dintre cele mai importante plante de cultură de pe planeta noastră. [307367]

1.INTRODUCERE

Porumbul este una dintre cele mai importante plante de cultură de pe planeta noastră.

Cultura porumbului ocupă locul trei dintre plantele agricole cultivate pe toate continentele. [anonimizat] (până la 5000 kg boabe la ha), porumbul prezintă o [anonimizat].

[anonimizat].

[anonimizat]. [anonimizat], a amidonului, a dextrinei și glucozei, a uleiurilor rafinate (din germeni de porumb). [anonimizat] 2%.

Din 100 kg boabe de porumb putem obține următoarele produse: 77 kg faină, 63 kg amidon, 71 kg glucoza sau 44 l [anonimizat] 1,8-2,7 l ulei rafinat dietetic și 3,6 kg tarate folosite la furajarea animalelor.

Folosirea unor soiuri de porumb productive (hibrizi dubli) [anonimizat], etc. duc la obținerea unor recolte sporite.

Porumbul face parte din fam. Gramineae, subfam. Panicoideae tribul Maydeae. Criteriile de bază ale porumbului (Zea mays L.) le constituie caracteristicile endospermului. Pe baza acestor caracteristici s-au determinat următoarele convarietati:

Zea mays îndurata Șturț (porumb cu bobul tare) [anonimizat]-o [anonimizat] a endospermului; are stratul amidonos repartizat în jurul embrionului. Acest porumb mai poartă denumirea de porumb "sticlos". [anonimizat], violacee, [anonimizat].

Zea mays dentiformis Kőrn (porumbul dinte de cal) [anonimizat] a bobului. Prezintă o structură făinoasa care ocupa partea de mijloc și superioară a bobului. După uscare partea făinoasa se contractă determinând ca în partea superioară a [anonimizat]. Majoritatea hibrizilor dublii și simpli cultivați aparțin acestei convarietati. Suprafața bobului prezintă încrețituri, o [anonimizat], violacee sau roșie.

Zea mays aurista Grebensc (porumbul cu bob intermediar) [anonimizat]-un bob rotunjit cu o [anonimizat] o adâncitură neînsemnată.

Zea mays rugosa Bonaf. sân cu Zea mays saccharata (porumbul zaharat) [anonimizat]. Porțiunea cornoasă este redusă la un strat subțire periferic. [anonimizat], roz, roșie, violacee, cenușie sau neagră. [anonimizat], fie sub formă de boabe fierte sau ca și garnituri.

Zea mays everta Șturț (porumbul pentru floricele) [anonimizat], cu vârful rostrat sau rotunjit. Prin încălzire vaporii de apă din bob exercita o presiune puternică asupra exteriorului și prin expandare formează o [anonimizat]ioasă, rezultând floricelele.

Hibrizii de porumb

Sub denumirea de hibrizi trebuie cuprinși numai hibrizii obținuți pe bază de linii consangvinizate. Aceștia pot fi :

-hibrizi simpli HS (între două linii consangvinizate)

-hibrizi dubli HD (între doi hibrizi simpli)

-hibrizi triliniari HT (între un hibrid simplu și o linie consangvinizata)

La noi în țara se cultivă două soiuri și anume:

porumb cu boabe mari (sticloase) care se caracterizează printr-un conținut mai mare de substanțe azotoase decât celelalte soiuri;

porumb cu boabe făinoase, care are un conținut mare de amidon și mai scăzut în substanțe azotoase. Aceste soiuri se pretează pentru industrializare obținându-se alcool, amidon, glucoza și dextrina [2].

2. CARACTERIZAREA PORUMBULUI

Bobul de porumb este format din următoarele părți principale morfologice: învelișul, endospermul, embrionul sau germenul și vârful (pedicelul).

Constituenții chimici care se separă în industrie se găsesc în endosperm și germen, părți ale bobului care sunt învelite în trei straturi concentrice: pericarpul, învelișul seminal și stratul aleuronic.

Procesele industriale pe care le suferă porumbul în cele mai multe cazuri, includ separarea a trei părți principale ale bobului: învelișul, endospermul și germenul.

Structură bobului de porumb este asemănătoare cu cea a graului.

Figura 2.1 Structura bobului de porumb[1]

Învelișul fructului ( pericarpul ) – este învelișul exterior al bobului exceptând o suprafață relativ mică de la baza acoperită de vârf.

Țesuturile pericarpului și vârful bobului sunt continue, ele formând un înveliș complet pentru sămânță. Exceptând coroana, unde varietățile dințate prezintă considerabile cute, suprafața exterioară a pericarpului este netedă.

Stratul aleuronic – este format dintr-un singur rând de celule mari, dreptunghiulare, cu pereții îngroșați, care nu conțin amidon. În apropierea embrionului, aceste celule se micșorează treptat fără să dispară complet.

Endospermul – ocupa cea mai mare parte a bobului, cuprinzând aproape 80 – 80 % din masa bobului. El consta dintr-un strat subțire, superficial de celule aleuronice, conținând grăsimi și proteine și o porțiune mare interioară de țesut de înmagazinare care conține amidon și proteine. Se deosebesc două tipuri de endosperm : făinos și cornos. Endospermul cornos este numit astfel deoarece este tare și translucid, semănând cu cornul. Al doilea tip de endosperm este moale și făinos cu textură și relativ opac. La varietățile de porumb galben endospermul cornos are o culoare mult mai deschisă decât cel făinos. Proporția dintre ele depinde de tipul și varietatea porumbului.

Endospermul conține grăunte de amidon închise într-o rețea proteică. Grăuntele de amidon sunt simple, de forma poliedrica sau rotunjită.

Când rețeaua de proteină este groasă și densă, iar grăunciorii de amidon au o formă poliedrica și sunt îndesați în interstițiile rețelei, amidonul este numit ,,tare”. În acest caz țesutul are un aspect caracteristic, iar în secțiune apare cornos (sticlos). Dacă grăunciorii de amidon sunt rotunjiți și au între ei spații mari cu aer și dacă rețeaua de proteină este subțire, amidonul este moale și apare alb caracterizându-se prin opacitate. În secțiune, bobul apare făinos. În unele cazuri amidonul este înlocuit cu hidrați de carbon solubili (amilodextrine), spre exemplu la porumbul zaharat, ceea ce modifică aspectul bobului și îl face translucid; în acest caz suprafața bobului, datorită contracției în timpul uscării, devine zbarcita-rugoasa.

Germenul sau embrionul – are formă de până și este situat în partea inferioară a bobului, cu baza spre vârful acestuia și conține organele tinerei plante. El ajunge 10 – 14 % din greutatea bobului. Este format din următoarele părți: epiteliu, parenchin cu depozitare de ulei, cu țesuturile vasculare și axa embrionului. El este acoperit de pericarp și se poate prin acesta. După îndepărtarea pericarpului, embrionul devine vizibil în întregime. Scutellumul ( organ hrănitor la germinarea embrionului ) este partea cea mai dezvoltată a acestuia, având un contur oval, cu faia internă îndreptată către endosperm, iar cu fata externă îndreptată către embrion.

Scutellumul – este cel mai important pentru tehnologi din cauza conținutului mare de ulei de rezervă din parenchin. Pătrunderea rapidă a apei în germen și capacitatea relativ mare de a menține umiditatea sunt factori care indică ușurarea considerabilă a degerminării industriale pe cale umedă, în comparație cu degerminarea pe cale uscată și totodată a integrității germenului cu influența favorabilă asupra extracției de ulei.

Germenul prezintă importanță ca sursa de ulei. După separarea uleiului, reziduul constituie o faină prețioasă care conține proteine, hidrați de carbon și vitamine. Proteină este de calitate mai bună decât cea din endosperm.[3]

2.1. Caracteristici fizico – tehnologice ale porumbului

Aspectul general al masei de cereale

Acest aspect este influențat de o serie de factori ca: gradul de vechime, modul de conservare, gradul de dezvoltare al boabelor, uniformitatea ca mărime, conținutul de impurități.

Culoarea boabelor

Culoarea indica dacă cerealele sunt vechi, au luciu sau sunt opace, dacă cerealee au suferit degradări în timpul vegetației sau în timpul conervarii.

Mărimea, forma și uniformitatea boabelor

Mărimea, forma și uniformitatea boabelor prezintă o deosebită importantă, deoarece în funcție de acestea, morarul echipează și reglează mașinile de curățat și sortat, reglează regimul de măcinare mai ales la șroturile I, II și III.

Prospețimea

Poate fi considerată optim atâta vreme cât n-au intervenit modificări esențiale în compoziția chimică și aspectul exterior și interior al boabelor, sub acțiunea microorganismelor și dăunătorilor specifici cerealelor.

La stabilirea prospețimii, pe lângă determinarea organoleptică culorii, aspectului, luciului, mirosului și gustului, se determina și aciditatea care este crescută la cerealele vechi.

Tăria și duritatea

Tăria reprezintă un indiciu privind modul în care cerealele rezistă la transport, pregătire și măcinare.

Tăria indica în ce măsură boabele se sparg întâmplător în timpul mișcărilor și când sunt măcinate. În funcție de tăria boabelor se apreciază consumul de energie la măcinare. Tăria indica de asemenea cum trebuie alcătuită diagrama tehnologică de pregătire și măciniș.

Sticlozitatea și fainozitatea boabelor

Boabele sticloase sunt acelea care în secțiune transversală prezintă un aspect sidefat, translucid – cornos. La secționare opun o mare rezistență și prin măcinare la moară se trasforma în prima fază ( șroturile I, II, III ) într-o mai mare cantitate de grisuri mari și mijlocii și mai puține grisuri mici, dunsturi și faina.

Porumbul sticlos e preferat la fabricarea mălaiului de tip superior- extra.

Boabele făinoase opun o mică rezistență la secționare, iar prin măcinare se transforma la primele șroturi în grisuri mici, dunsturi și faina.

Maturizarea porumbului

Imediat după recoltare, bobul este incomplet maturizat, iar mălaiul obținut din astfel de porumb nu prezintă calitățile corespunzătoare.

Procesul de maturizare consta în aceea că substanțele solubile se transformă în substanțe insolubile: zahărul în amidon, aminoacizii în proteine, proteinele solubile în proteine insolubile. Totodată se elimină și apă. Se produc transformări și asupra grăsimilor, substanțelor minerale și vitaminelor.

Masa hectolitrica

Reprezintă greutatea exprimată în kilograme a unui volum de boabe egal cu 0,1 m3, echivalentă cu capacitatea de 100 l. Aceasta însușire este folosită la dimensionarea depozitelor și în special celulelor de siloz.

Masa relativă a 1000 de boabe

Prin aceasta se înțelege greutatea a 1000 de boabe la umiditatea care o conțin în momentul determinării.

Masa absolută

Reprezintă greutatea a 1000 de boabe raportată la substanța uscată.

Prin substanța uscată se înțelege greutatea produsului rămasă după scăderea greutății apei pe care o conține.

Masa absolută se determina cu formula:

G = x g (1)

G – masa absolută, în g ;

u – conținutul în umiditate, în % ;

g – greutatea a 1000 de boabe, în g

Higroscopicitatea

Reprezintă capacitatea de absorbție și desorbție a vaporilor de apă.

Procesul de desorbție poate avea loc atunci când presiunea vaporilor la suprafața boabelor este mai mare decât presiunea vaporilor de apă în spațiul înconjurător. În caz contrar cerealele își măresc umiditatea.

Schimbul de masă între aer și boabe continua până când presiunea vaporilor de apă de la suprafața boabelor și presiunea aerului devin egale. În acest moment se ajunge la starea de echilibru higrometric.[4]

2.2. Compoziția chimică a bobului de porumb

Componentele chimice ale bobului de porumb au o împrăștiere neuniformă în masă bobului, ele având proporții extrem de diferite în cele trei părți principale. Endospermul este foarte bogat în substanțe extractive neazotoase, dar sărac în grăsimi și foarte sărac în substanțe minerale. În schimb germenul este foarte bogat în proteină brută, grăsimi și substanțe minerale, iar învelișul în celuloză brută și substanțe extractive neazotate.

Comparativ cu celelalte cereale porumbul se deosebește prin conținutul ridicat de grăsimi (media 4 % față de 1,5 – 2 % la grâu și secară, 2 % la orz).

Apă (umiditatea) formează circa 12 – 15 % din masa boabelor de porumb ajunse la maturitate deplină și uscate la aer, dar poate atinge proporții considerabil mai ridicate în porumbul proaspăt recoltat, chiar ajuns la maturitate deplină, aceasta atingând valori între 35 % și 19 %.

De menționat, chiar la data recoltării (coacere deplină), umiditatea boabelor de porumb poate fi diferită, după cum soiul este mai timpuriu sau mai târziu și după condițiile meteorologice din perioada din preajma recoltării. Umiditatea boabelor la recoltare poate fi diferită și la diferitele regiuni ale țării noastre și chiar în aceeași regiune. Astfel, în timp ce la unele boabe pierderile prin uscare, până la atingerea stării de echilibru cu umiditatea atmosferică sunt ridicate (de exemplu la circa 24 % din greutatea inițială) la altele ele sunt relativ foarte scăzute (de exemplu numai circa 5,5 %).

Compușii cu azot, reprezentați în cea mai mare parte (95 % din total) de substanțele proteice, constituie în general circa 10 – 12 % din substanța uscată a bobului de porumb, ajuns la maturitate deplină.

Conținutul în azot este mai mare în primele faze de formare a bobului și scade spre maturitate completă.

În bobul de porumb, proteinele sunt distribuite neuniform. Aproape 70 % din globulinele bobului sunt conținute în embrion. În înveliș și endosperm predomina zeina și glutelina. Proteină de bază a porumbului – zeina – este solubilă în alcool 80 – 85 % și în baze diluate, dar nu este solubilă în acizi diluați și apă.

Hidrații de carbon formează 80 % din substanța uscată a bobului de porumb ajuns la coacerea deplină. Alături de amidon, se găsesc cantități mici de zaharuri și dextrine (în general circa 3 % din total), pentozani (circa 6 %) și celuloză (circa 3 %).

Amidonul se găsește aproape numai în endosperm. El formează aproape 85 % din substanța uscată a endospermului și apare sub formă de granule, cu înfățișare și mărime diferită după cum provine din zona cornoasă, mai compactă sau din zona făinoasa, mai afânata a endospermului. Încălzit treptat în apă, amidonul de porumb se gelatinizează la o temperatură de 55 – 62,5°C. Granulele de amidon se compun din amilaza și amilopectina. În amidonul de porumb se găsește circa 28 % amilaza și 72 % amilopectina, aceste proporții putând varia în funcție de soi și condițiile naturale.

În ceea ce privește ceilalți hidrați de carbon, aceștia se găsesc distribuiți oarecum diferit față de amidon. Cea mai mare parte din zaharoza (circa 70 %) se găsește în embrion, iar cea mai mare parte din celuloză (circa 55 %) în înveliș.

Lipidele sunt reprezentate în cea mai mare parte , în bobul de porumb, de trigliceride, precum și de cantități mici de fosfatide și de steride, care împreună cu acizii grași liberi, precum și cu alte componente solubile în dizolvanții acestor substanțe, formează așa numita grăsime brută.

Cea mai mare parte din grăsimea brută a întregului bob este concentrată în embrion, reprezentând circa 30 %, iar uneori chiar 45 % din substanța uscată a acestuia. De aceea bobul este cu atât mai bogat în materii grase, cu cât embrionul sau este mai voluminos și mai greu. Grăsimea brută a embrionului este formată aproape numai din trigliceride, ea apare ca cea mai săracă în acizi grași liberi și în materii nesaponificabile, dar și cea mai nesaturata, pe când fracțiunea asociată în endosperm cu granulele de amidon cuprinde până la 90 % acizi grași liberi, iar cea asociată în materiile proteice și celulozice cuprinde cantități însemnate de acizi grași liberi (circa 20 %), cât și materii nesaponificabile (până la 32 %).

Substanțele minerale, care formează reziduul de calcinare al bobului de porumb ajuns la maturitate nu reprezintă în medie decât 1,7 % din substanța lui uscată. Partea cea mai bogată în cenușă o reprezintă embrionul, iar cea mai săracă endospermul. Datorită însă ponderii mări a endospermului în totalul bobului de porumb, lui îi revine circa o treime din cantitatea totală de substanțe minerale aflate în bob. Bobul de porumb, ca și bobul de grâu, este bogat în fosfor, potasiu și magneziu. Se remarca însă, proporția redusă a calciului și sodiului.

Enzimele prezente în bobul de porumb în diferite faze de maturitate au o importanță deosebită pentru procesul formării seminței și apoi pentru conservarea acesteia. Activitatea dehidrazelor are o influență deosebită asupra procesului de respirație a boabelor în diferite faze de coacere. Pe măsură coacerii bobului, valoarea activității dehidrazei scade treptat, până la coacerea deplină, când are o valoare neînsemnată.

Amilaza bobului de porumb este formată din două fracțiuni: – amilază (dextrinagen – amilază) și – amilază (zaharogen – amilază). Proporția dintre aceste două fracțiuni variază diferit în funcție de faza de dezvoltare a bobului, la faza de coacere deplină, – amilaza ajungând complet inactivă în timp ce – amilaza mai prezintă încă o oarecare activitate.

Pigmenți și vitamine. Marea majoritate a soiurilor de porumb cultivate au bobul de culoare galbenă până la portocalie. Aceasta se datorează unor pigmenți din grupa carotinoidelor, care nu apare decât în cantități extrem de reduse la porumbul alb.

Pigmentul aflat în proporțiile cele mai ridicate este zeaxantina, însoțită totdeauna de criptoxantina și de – caroten, în cantități care, la porumburile puternic colorate reprezintă circa 10 % din zeaxantina prezenta. La unele soiuri au fost semnalate și cantități mici de – caroten, precum și alți pigmenți carotinoidici.

Dintre toți pigmenții prezenți în bobul de porumb, un interes deosebit îl prezintă – carotina și criptoxantina și oarecum – carotina, deoarece sunt provitamine și sub acțiunea carotinazei, pot da naștere vitaminei A, fapt de mare însemnătate în legătură cu valoarea nutritivă a boabelor de porumb.

În afară de vitamina A în bobul de porumb, mai ales în embrion se găsește vitamina E (tocoferolul), a cărei cantitate variază, în funcție de soi:

– Porumb galben timpuriu 0,366 mg

– Porumb românesc de Arieș 0,448 mg

– Porumb românesc de Studina 0,499 mg

– Porumb portocaliu 0,707 mg.

Dintre vitaminele hidrosolubile, prezente în bobul de porumb se poate cita:

– Vitamina B1 (tiamina) 2,33 – 8,00 (medie 4,90 mg/kg)

– Vitamina B2 (riboflavina) 0,77 – 2,29 (media 1,02 mg/kg)

– Vitamina PP (amida acidului nicotinic) 7,0 – 54,1 (media 28,08 mg/kg)

– Acid pantotenic 1,9 – 11,6 (media 6,42 mg/kg)

În ceea ce privește acidul nicotinic, cel mai bogat în această importantă vitamina este porumbul zaharat. Unii autori arata că, cu cât este mai bogat în amidon, cu atât soiul de porumb respectiv are un conținut scăzut de acid nicotinic. De asemenea se pare că conținutul acestui acid ar scădea la porumbul bogat în proteină brută. În general porumbul cu boabe colorate este mai bogat în vitamine decât soiurile cu boabe albe. De menționat că porumbul este lipsit complet de vitaminele din grupa C și D.

Din punct de vedere al compoziției chimice porumbul constituie un aliment de valoare ce poate fi folosit cu randamente superioare în alimentația omului [5]

3. PRODUSE FINITE

Figura 3.1 Principalele produse obținute din porumb

3.1. Tehnologia obținerii crupelor din porumb

Procesarea porumbului în industria morăritului

Din porumb, prin măcinare se obțin mai multe sortimente de mălai, germeni și tărâță.

Mălaiul este un griș de porumb și nu "făină de porumb" așa cum impropriu se numește.

Figura 3.2 Schema generală a operațiilor de prelucrare a porumbului

Recepția și depozitarea porumbului boabe. Materia primă adusă cu mijloace auto sau vagoane de cale ferată este descărcată într-un buncăr de recepție, de unde, cu ajutorul unui elevator cu cupe este trecută la un separator-aspirator pentru a se înlătura impuritățile grosiere aflate în masa de boabe. Masa de boabe de porumb conține mai puține corpuri străine comparativ cu grâul sau secara. Corpurile străine din masa de porumb sunt: bucăți de cocean, pleavă, praf, pietricele. Apoi are loc cântărirea și trecerea masei de boabe la silozul celular, care trebuie să asigure o rezervă de măciniș de minim 30 de zile.

Pregătirea porumbului pentru măciniș.

Procesul de curățire a porumbului este mult mai simplu decât în cazul grâului. Acesta cuprinde doar operațiile de cântărire, separare a impurităților cu separatorul-aspirator, electromagneți pentru îndepărtarea impurităților din fier, mese densimetrice pentru separarea pietricelelor pe baza diferenței de densitate și a proprietăților aerodinamice diferite.

Condiționarea porumbului are rolul de a favoriza separarea germenului de endosperm foarte aproape sau chiar pe linia de legătură dintre aceste componente anatomic, astfel încât germenele să își păstreze integritatea și să aibă pe suprafața lui doar părți foarte mici sau numai urme de endosperm aderent.

Imediat după umezire, umiditatea se concentrează în învelișurile bobului, iar de aici pătrunde treptat spre endosperm și germene. Germenele contribuie la transferul umidității spre endosperm. La încheierea fazei de distribuție a apei în bob, cea mai mare umiditate se înregistrează în învelișuri, urmând în ordine endospermul și germenele, care rămâne la cea mai mare umiditate în raport cu ceilalți componenți.

Astfel, după 5 h de odihnă, umiditatea cea mai mare este la nivelul învelișurilor – 17,5%, urmează endospermul – 16,5% și apoi germenele – 14,5%. Prelungirea duratei de odihnă nu mai poate schimba sensibil raportul de umiditate între părțile componente ale bobului, durata fiind limitată de pericolul începerii proceselor de degradare a amidonului.

Pentru soiurile sticloase și dacă umiditatea inițială a fost mai redusă, pe lângă asigurarea unei durate de odihnă mai lungă, se impune o a doua umectare, după care se mai menține la odihnă o perioadă de 15-60 minute.

Figura 3.3 Schema tehnologică standard de pregătire a porumbului pentru măciniș

1 – elevator, 2 – separator cu site, 3 – separator de pietre, 4 – aparat de udat, 5 – șnecuri de amestec, 6 – celule de odihnă.[6]

Degerminarea porumbului.

Datorită valorii deosebite a germenului, dar și pentru asigurarea duratei de conservabilitate a mălaiului, măcinișul industrial al porumbului se realizează în mori cu degerminare.

Procesul de degerminare a porumbului cuprinde câteva faze succesive prin care se ajunge la separarea germenilor eliberați de orice alte componente anatomice ale bobului:

spargerea boabelor de porumb în bucăți mari, grosiere, în scopul detașării germenului din masa de endosperm;

separarea germenilor din masa de produs rezultată din degerminator.

Porumbul curățat este trecut la mașinile de degerminat, unde are loc spargerea boabelor în bucăți mari, grosiere.

La separarea germenilor trebuie să se țină seama de:

separarea să fie cât mai curată;

să se mențină integritatea germenilor pe cât posibil totală, la o umiditate care să le asigure păstrarea pe o perioadă impusă între momentul separării lui din boabe, până la prelucrarea în scopul extragerii uleiului.

Endospermul trebuie, de asemenea, separat cu multă atenței de partea de înveliș și germene:

– în particule cât mai mari;

– fără părți transformate în pulberi, astfel încât el să poată fi prelucrat uletrior în diferite produse (mălai extra, mălai superior).

Pentru realizarea degerminării se folosesc diferite tipuri de degerminatoare, care constau în:

acțiunea unor palete fixate pe un rotor (montat orizontal sau vertical), ce se rotește în interiorul unei mantale cilindrice (din tablă perforată sau împletitură din sârmă); fig.3

acțiune unui rotor tronconic, pe suprafața căruia există o serie de striațiuni, profiluri speciale (permit spargerea boabelor), care se rotește în interiorul unei mantale tronconice prevăzută cu sectoare din tablă perforată (efect tehnologic mare, consum energetic raportat la capacitatea de degerminare), fig.4.

Prin reglarea distanței dintre mantaua cilindrică și palete, respectiv dintre mantaua tronconică și rotorul tronconic, prin regalrea vitezei periferice a rotorului se poate optimiza operația de degerminare.

Figura 3.4 Degerminator de tip Beall[9]

Figura 3.5 Schema degerminatorului de tip Beall [9]

Figura 3.6 Degerminator cu disc [9]

În urma degerminării se formează un amestec de particule ce conține: germeni complet eliberați de masa de endosperm, germeni cu părți de endosperm aderente pe ei, particule de înveliș complet libere, spărtură de endosperm de cele mai variate mărimi (predomină în proporție de 80-85% particule mari) de la foarte mari până la particule de făină și un mic procent de boabe întregi (max. 3%), care au scăpat de sub acțiunea zonei de lucru a utilajului.

Acest amestec este condus la cernere care se realizează cu site plane unde are loc sortarea pe fracțiuni granulometrice a produsului rezultat de la mașinile de degerminat. Fracțiunile mari sunt trecute apoi la mesele densimetrice unde sunt separate fracțiunile de endosperm și tărâță, de germeni. Separarea germenilor la mesele densimetrice se bazează pe diferența de masă specifică a particulelor, mult amplificată în strat fluidizat. Spărturile de porumb eliberate de înveliș, germeni și făină furajeră, în timpul degerminării sunt supuse măcinării cu valțuri.

În cazul prelucrării uscate a porumbului, fără tratament cu apă, se vor înregistra pierderi considerabile deoarece violența caracteristică organelor d lucru ale mașinilor folosite are ca efect spargerea germenului în diferite părți și rămânerea unor părți de endosperm pe germeni, deci cu pierdere de endosperm.

Măcinarea spărturilor de porumb cuprinde mai multe etape: șrotarea, curățirea grișurilor, măcinarea. Din procesul de măcinare și separare prin cernere rezultă o serie de fracțiuni de grișuri. Prin combinarea acestor grișuri în anumite proporții se obțin diferitele sortimente sau tipuri de mălai. Criteriul după care se alcătuiesc sortimentele este granulația.

Mălaiul extra se obține prin curățirea atentă a produsului de granulozitate corespunzătoare la mașinile de griș. Aici, cu ajutorul curentului de aer, se elimină din produs particulele ușoare (pleve, pulbere) care depreciază calitatea mălaiului extra.

Mălaiul superior prezintă aceeași granulozitate ca și mălaiul extra, dar nu este curățit de particule ușoare.

Figura 3.7 Componentele unei mori de porumb [7]

Figura 3.8 Diagrama tehnologica a unei mori de porumb cu degerminare

cu capacitatea de 33 t / 24 ore][8]

1.buncar de receptie; 2.elevator cu cupe; 3.separator-aspirator; 4.buncar tampon; 5.priza de aer; 6.ciclonet; 7.valt de porumb; 8.compartiment de sita plana; 9.ventilator-aspirator; 10.ciclon de separare; 11.filtru de presiune; 12.transportor elicoidal; 13.cantar automat; 14.celule de siloz; 15.aparate de procentaj; 16.masini de gris; 17.degerminator dublu; 18.masa de insacuire; 19.separatoare cascada; 20.mese densimetrice; 21.ecluze; 22.buncare (celule) de depozitare

Odată cu finalizarea procesului tehnologic de măciniș se urmărește transformarea miezului de porumb în făină de cea mai bună calitate. Faină reprezintă un complex de componente chimice și biochimice asemănătoare miezului de porumb, dar și a particulelor provenite din înveliș și embrion.Proporția în care se găsesc aceste particule depinde de procesul tehnologic, de gradul de extracție.Faină de porumb este lipsită de gluten, motiv pentru care nu se poate folosi singură la prepararea pâinii, ci numai în adaos cu făină de grâu sau de secară(preferabil porumbul cu bob alb).Diferitele soiuri de făină de porumb se folosesc la prepararea pâinii, biscuiților, budincilor, prăjiturilor.Din faină de porumb fiartă în apă se obține un aliment(mămăligă)apreciat și folosit la noi în țară, mai ales în mediul rural.Din boabele degerminate se obține faina degresată, care se păstrează mai bine.

Cel mai vechi dintre produsele finite obținute din porumb este mălaiul.

Preocupări pentru studiul însușirilor calitative și componentă în substanțe nutritive a preparatului alimentar obținut din mălai, mămăligă, au existat cu mulți ani înainte în țara noastră, tocmai datorită faptului că mult timp mămăligă a constituit alimentul de bază, în special a populației sătești.

În prezent deși ponderea în consumul alimentar uman este trecută pe seama graului, mălaiul rămâne în continuare un produs mult solicitat în alimentație.

Obținerea mălaiului s-a făcut în țara noastră și continuă să se facă într-o proporție suficient de mare încă prin măcinarea directă a porumbului, fără o pregătire specială, exceptând unele operații simple de eliminare a corpurilor străine.

În prezent, datorită pe de o parte valorii deosebite a germenului, iar pe de altă parte pentru asigurarea duratei de conservabilitate a mălaiului s-a introdus procedeul de obținerea lui prin degerminarea porumbului. Acest procedeu, cu tendința puternică de extindere, este aplicat în prezent la un număr mare de instalații pentru prelucrarea porumbului în țara noastră, asigurând cantități considerabile de mălai în sortimente calitative variate și totodată de germeni din care se extrag uleiul de porumb cu calități nutritive superioare.

Mălaiul este un produs alimentar fabricat din porumb germinat sau nedegerminat.În cazul porumbului degerminat, culoarea normală a mălaiului este galben-aurie, sau portocalie, dar poate avea și o culoare albicioasă, chiar galben-cenușie.Aspectul normal al mălaiului este imprimat de uniformitatea granulației, conținutului de făină, sănătatea porumbului din care s-a fabricat mălaiul.Mălaiul trebuie să se obțină numai din partea cărnoasă a bobului.Datorită unei suprafețe imperfecte mălaiul conține particule de tarate, germeni, particule care la masticație produc scrâșnet.Din porumbul degerminat se obține mălai de tip extra(grișat) și mălai superior. Mălaiul extra conține particule de gris și dunst, iar mălaiul superior din dunst, gris și un anumi procent de făină.

Compoziția chimică a mălaiului fabricat din porumb degerminat este influențată de compoziția părții anatomice a spărturii din care provine și de conținutul de tarate.Astfel mălaiul conține :glucide(68-71%), substanțe proteice(9-10%), grăsimi(0.7-1.1%),substanțe minerale(0.8-58-0.65%), vitamine, enzime.Tarata rezultată din fază se srotare și măcinare, constituie după faină, al doilea produs finit.De la srotare rezulta particule mari și mici de tarata, iar de la macinatoare numai particule mici.Ambele se unesc formând produsul finit.Și una și cealaltă mai conțin o cantitate de miez aderent pe particule de tarate sau sub formă de făină.Teoretic tarata nu trebuie să mai conțină faină, dar practic acest lucru nu s-a realizat.

Rolul cerealelor, inclusiv a porumbului în alimentația umană este din ce în ce mai accentuat.Cel mai vechi dintre produsele finite obținute din porumb în țara noastră este mălaiul.Mălaiul este un produs alimentar fabricat din porumb nedegerminat sau germinat.Produsele obținute în urma măcinarii sunt mălaiul extra 15%, mălaiul comun 70% și mălai furajer 4%.

Mălaiul extra : se obține numai la mașinile de gris și reprezintă

o fracțiune de produs, în majoritate obținută din zonele sticloase ale bobului, de o granulozitate foarte strânsă, aproximativ fiecare particulă fiind asemănătoare ca mărime cu celelalte particule.Este lipsit complet de urme de făină(pospai),cât și de particule de tarate.El poate fi obținut în diferite proporții, în funcție de varianta de măciniș.Are culoare roscat-aurie.

Mălaiul comun :său obișnuit obținut de la pasajele de cernere constituind o fracțiune de produs rezuktat în cea mai mare parte din zonele amidonoase ale bobului.Din aceste motive coloarea este galben deschis, iar granulozitatea foarte eterogena predominând particule mici și foarte mici.Toate particulele(relativ puține) rămase cu urme de înveliș din tot procesul de prelucrare se găsesc în acest sortiment de mălai.

Mălai foarte fin :în majoritate pospai, rezultat de la pasajele de cernere și amestecat ulterior cu toate fracțiunile obținute din aspirație la valțuri, site plane și mașinile de gris.Datorită aspectului sau predominant făinos, în amestec cu particule libere de înveliș, nu poate fi folosit în alimentația umană și este dirijat în furajarea animalelor,de unde denumirea de mălai furajer.

3.2 Caracteristicile chimice ale produsului finit

Mălaiul este un produs alimentar fabricat din porumb nedegerminat sau degerminat. Pentru mălaiul fabricat din porumb degerminat compoziția chimică este ifluentata în primul rând de compoziția părții anatomice a spărturii din care provine. Într-o anumită măsură influențează conținutul de germeni și tărâțe. Conținutul de glucide variază între 68 și 71 %, conținutul de substanță proteică între 9 și 10%, grăsimile între 0,7 și 1,1 % și conținutul de substanțe minerale între 0,58 și 0,65 %. Mălaiul din porumb degerminat mai conține vitamine și enzime. Compoziția fizică se referă la culoare, aspectul, compoziția și granulația masei.

Culoarea

Culoarea normală a mălaiului este galbenă – aurie sau portocalie, culoare ce depinde în primul rând de culoarea porumbului din care provine și de partea din bob care a participat mai mult la formarea masei de mălai. În unele cazuri culoarea mălaiului este albicioasă și chiar galben – cenușie, din cauza porumbului degradat calitativ sau a unui conținut ridicat de făină de porumb fin măcinata.

Aspectul masei

Aspectul normal al masei este imprimat de uniformitatea granulației , conținutul de făină și de sănătatea porumbului din care s-a fabricat mălaiul.

Compoziția masei

Masa de mălai trebuie să fie compusă din particule provenite numai din partea cornoasă a bobului.

Sunt cazuri când în masă de mălai intra și particule din partea făinoasa a bobului. Din cauza unei separări imperfecte, masa de mălai mai poate conține particule de germeni și particule de tarate. În afara acestora masa de mălai mai poate conține și unele particule minerale care la masticație produc scrâșnet și senzație neplăcută consumatorului. Aceste particule pătrund în masă de mălai din cauza unei curățiri necorespunzătoare a porumbului înainte de degerminare.

Granulația mălaiului

Din porumb degerminat se fabrică în mod obișnuit două sortimente de mălai și anume: mălaiul tip extra și mălaiul superior. La ambele tipuri se folosesc pentru determinarea granulației sitele metalice 22 și 55. Pentru mălaiul tip extra refuzul sitei 22 este de maximum 2 % iar cernutul sitei 55 de maximum 4 %.

Mălaiul superior poate avea un refuz de maximum 10 % pe sita 22, iar cernutul sitei 55 poate fi de 35 %. [6]

4. DESCRIEREA PROCESULUI TEHNOLOGIC DESFĂȘURAT ÎN MOARĂ

Pregătirea pentru măciniș la mori trebuie să asigure în mod continuu partida de cereale necesare producției, cum și reducerea acestora la indicii normelor de calitate. Secția de curățat cereale, în procesul de pregătire, poate asigura pregătirea cerealelor în anumite însușiri de măciniș sau de panificație. De aceea, calitatea cerealelor depozitate în magaziile morii se determină prin condiționare limitativă.

În secțiile de curățat cereale, în procesul de pregătire a acestora pentru măciniș, calitatea lor se îmbunătățește suplimentar, aducîndu-le pînă la condițiile bazice, care sînt norme de calitate ce asigură fabricarea unei producții de calitate înaltă.

Schemele tehnologice se alcătuiesc pentru cerealele ce corespund condițiilor bazice de calitate.

La măcinișul pe calități, în curățătoria morii normele calității bazice prevăd separarea pînă la 2,0%. Și la măcinișul integral normele de conținut de corpuri străine în boabe sînt aceleași.

Pentru funcționarea fără întrerupere a morii, curățătoria trebuie să aibă o capacitate de producție mai mare cu 10…20% de cît capacitatea morii, care poate varia.

Procesul de pregătire a cerealelor pentru măciniș se împarte în trei stadii:

Primul – curățirea masei de boabe, separarea corpurilor după lungimea, lățimea, grăsimea și însușirile aerodinamice;

Al doilea – Condiționarea boabelor – încălzirea spălarea sau decojirea umedă, tratamentul termic, umectarea, odihna și reducerea cenușii;

Al treilea – curățirea finală – reducerea cenușii, separarea impurităților după lungime, lățime, grosime, masa specifică, umectarea înainte de șrotul I. Secția de curățire a morii este formată din curățătoria neagră și albă.

În cadrul curățătoriei negre se separă toate corpurile străine (praful mineral, pămîntul, nisip, pietriș), semințele degradate și cele de buruieni.

La curățătoria albă se execută prelucrarea învelișului boabelor cu ajutorul decojitoarelor, urmată de separarea boabelor de resturi organice și de brizură de boabe.

4.1 Pregătirea porumbului în vederea transformării în produse finite

Pregătirea porumbului pentru transformarea în diferite produse finite cuprinde două faze distincte: separarea corpurilor străine ș; separarea germenilor ( vezi fig de mai jos).

Prima fază, datorită uniformității gamei de corpuri străine prezente în masa de boabe de porumb, în comparație cu alte cereale, este relativ simplă. Cea de-a două fază tehnologică este mult mai complicată. Germenul nu trebuie separat oricum, în sensul tratării lui ca un deșeu, ci prin valoarea lui deosebită în industrie obligă la o prelucrare specială care urmărește separarea cît mai curată, însoțită, totodată, de păstrarea integri iții fiecărui germen pe cît posibil totală.

La aplicarea tuturor metodelor de condiționare a porumbului tind spre saturarea germenului cu apă, de a-l înmuia maximal si de a-l face elastic, pentru ca acesta din urmă să devină rezistent și ușor separa. Totodată, se pune sarcina de a majora duritatea pericarpului.

Endospermul constituie partea nutritivă principală a porumbului. Ei trebuie, de asemenea, separat cu multă atenție de înveliș și germen. Separarea lui se cere să se facă în particule cît mai mari, pe cît posibil fără părți transformate în faină furajeră ( pospai ).

Umiditatea optimă a porumbului destinat fabricării mălaiului este de 14… 16 %. Dacă umiditatea este mai mare, porumbul se degerminează greu, iar crupele rămase prin măcinare nu dau naștere la un mălai cu granulație optimă. Porumbul cu umiditate redusă dă naștere mălaiului cu granulație mică (mălai fin) și cu multă faină furajeră. Se recomandă ca porumbul destinat degerminării și fabricării mălaiului să fie uscat natural sau, dacă această condiție nu poate fi respectată, uscarea trebuie efectuată lent, pentru a nu provoca fisurarea boabelor încă din uscător.

Uscarea rapidă, la temperaturi mari, formează o legătură mai strînsă între germene și corpul făinos al bobului. Acest fenomen are un efect negativ la degerminare, în sensul că germenele nu rezultă curat și cu părți din endosperm atașate de el.[10]

Figura 4.1 Schema tehnologică de pregătire a porumbului pentru măciniș [6]

1-buncăre de recepție; 2-cintar automat; 3-separator-aspirator; 4-separator de pietre; 5-aparat magnetic; 6-aparat de umectare; 7-celule de odihnă; 8-aparate de procentaj; 9-Tansportor elicoidal; 10-degerminator; 11-sită plană; 12-coioană de aspirație; 13-separator densimetric.

Înainte de măcinare porumbul este supus unor operații prealabile. Trebuie de menționat, în primul rând, bateria știulețiior de porumb operație prin care boabele sunt scoase de pe rahisul ( ciocan, ciocălău) de porumb.

Baterea boabelor de porumb se execută la așa-numitele batoze de porumb. Aceste mașini asigură desprinderea integrală a boabelor de pe rahis și separarea grosieră a boabelor de ciocălău.

Porumbul – boabe este adus la unitățile de morărit și aici depozitat. Depozitarea se face în vrac sau în saci. Pentru depozitarea în vrac se folosesc magazii plane și silozuri. Pe măsura necesității lor pentru măciniș, din aceste spații se scot diverse cantități de boabe care se dirijează către curățitoria morii.

4.2. Descrierea procesului tehnologic realizat în secțiile de producere

Schema tehnologică de curățire a porumbului

Porumbul primit la mori constituie o masă neomogenă, alcătuită din porumb propriu – zis și impurități (pietre, particule de pămînt, corpuri feroase, semințe de alte cereale și buruieni, săculețe cu spori, boabe nedezvoltate, șiștave, mucegăite, încolțite), care trebuie să fie eliminate.

Prezența impurităților în porumb are un rol defavorabil asupra indicilor de morărit, care poate conduce la:

– închiderea culorii fainii;

– alterarea mirosului și gustului fainii;

– scăderea valorii alimentare a fainii;

– pericolul de intoxicație.

De aceea, porumbul înainte de a fi transformat în faină, trebuie supus unei atente curățiri, în vederea eliminării cît mai complete a impurităților.

Curățirea cerealelor de impurități și condiționarea acestora se desfășoară în curățătorie, care este parte componentă a morii. Curățătoria morii este formată din curățătoria neagră și cea albă. În cadrul curățătoriei negre, din porumbul supus prelucrării se separă impuritățile străine – praful, pămîntul, pietrișul și semințele de alte culturi.

În curățătoria albă se desfășoară condiționarea, odihna porumbului și separarea embrionului.

În procesele dezvoltate de curățire a porumbului se aplică tehnologii care cuprind trei faze de prelucrare, după cum urmează:

– faza de precurățire a porumbului pentru separarea corpurilor străine grosiere înainte de depozitare;

– faza de curățire a porumbului în vederea continuării procesului de separare a tuturor corpurilor străine înainte de germinare;

– degerninarea prin separarea în mai multe trepte a germenilor și spărturilor de

Pentru curățire porumbul trece din celula de alimentare care are capacitatea în transportorul cu banda și noria Nr.1, de unde este dirijat la cîntarul АD – 50 pentru înregistrarea cantitativă a efectului de precurățire și controlul de gestiune. Separatorul –aspirator (А-1) este prevăzut cu două rânduri de site cu diametru de 1,2 mm. După ce boabele de porumb trec prin prima sită care reține corpurile străine foarte mari (paie, sfori, bucăți de ciocălăi), ajung pe a doua sită care permite să treacă destul de ușor toate boabele de porumb, reținînd însă corpurile străine mai puțin grosiere și corpuri străine mai mici decît boabele de porumb. De la separator, porumbul se dirijează la masa densimetrică РЗ SКТ-100 pentru separarea pietricelelor din masa de boabe. Noria Nr.2 destinată de a ridica boabele la etajul 4 pentru a trece în a II fază de prelucrare a porumbului. În vederea separării în măsură cît mai avansată a învelișului bobului și germenului și pentru eliminare gustului ușor amărui pe care îl au în mod frecvent produsele obținute din endospermul bobului, se prevede condiționarea porumbului cu apă caldă.

Umectarea cu apă caldă, se efectuează la aparatul umidificator . Apa caldă influențează randamentul și calitatea produselor finite. Astfel, prin tratarea cu apă rece, urmată de odihnă, crește randamentul de germeni și tărîțe și scade cantitatea de mălai fin obținută. De asemenea, scade conținutul în grăsimi și celuloză a grișurilor mari și mijlocii pentru loturile cu umiditate mai mare. Umectarea boabelor se desfășoară pînă la umiditatea de 15 – 16% sau 20 – 22%, după care urmează procesul de odihnă timp de 2 -3 ore în două celule cu capacitatea de 20 tone fiecare. Transportorul – melcat transportă porumbul la noria Nr. 3 pentru a ridica produsul la etajul 4 pentru a fi la trecut prin sita plană unde mai apoi este transportat separatorul magnetic de impurități metalo – feroase. [11]

Degerminarea cuprinde cîteva faze succesive prin care se ajunge la separarea germenilor eliberați de orice alte particule ale bobului.

O primă fază o constituie zdrobirea boabelor de porumb cu ajutorul degerminatorului de tip în scopul detașării germenului de pe endosperm. Masa de boabe trecută prin degerminator se îndreaptă la aparatul pneumatic și spre separatorul magnetic.

Figura 4.2 Schema structurală de măciniș a porumbului[11]

Figura 4.3 Curățătoria morii [12]

4.3 Procesul de măcinare a cerealelor

Măcinișul se compune din trei procese de bază, legate unele de celelalte: Șrotarea, curățirea grișurilor și dunsturilor, desfacerea grișurilor și măcinarea.

Procesul de șrotare – cuprinde două stadii consecutive: obținerea grișurilor și dunsturilor de calitatea I și remăcinarea particulelor sfărîmate, după alegerea grișurilor și dunsturilor, pentru obținerea tărîțelor.

Procesul de curățire a grișurilor și dunsturilor se reduce la separarea particulelor bogate în endosperm de particule cu un conținut mare de învelișuri. Acest proces include 3 faze: sortarea prealabilă a grișurilor și dunsturilor la site plane curățirea lor la mașinile de griș și desfacerea grișurilor la valțuri.

Procesul de măcinare cuprinde sfărîmarea grișurilor și dunsturilor de calitatea I și II, cum și remacinarea produselor rămase după extragerea din ele a făinei.

4.4 Schema tehnologică de măcinare a porumbului

În figura 4.4 este prezentată schema tehnologică de măciniș a porumbului în boabe la o moară cu capacitatea de cu obținerea mălaiului pe trei sortimente: mălai extra – 15%, mălai obișnuit – 45% și mălai fin – 18%.

Schema tehnologică prezentată include cinci etape tehnologice: măcinarea spărturii de boabe, sortarea produselor intermediare, curățirea mălaiului extra, finisarea produselor tărățoase, controlul produselor finite.

Etapa tehnologică de măcinare a spărturii de boabe rezultate în secția de curățire și pregătire a porumbului – boabe este redusă și include patru pasaje de măcinare realizată la valțuri de tip A1- BZN. Șrotul III este destinat pentru separarea germenului rămas în masa de miez, iar șrotul IV asigură finisarea produselor tărățoase.

Mălaiul extra reprezintă o fracțiune de produs, în majoritatea obținută din zonele sticloase ale bobului de porumb, de o granulozitate cuprinsă între 763 – 596 μ. Este lipsit complet de urme de pospai și de particule de tărâțe, și are o culoare foarte pronunțată, deseori de roșcat – aurie și care este influențată de subspecia porumbului, de varietatea.

Ca o caracteristică generală a procesului tehnologic, prezentat este faptul că pentru obținerea mălaiului extra se folosesc mașini duble de gris cu trei rînduri și site suprapuse. Efectul acestor mașini combinat cu cel al sitelor plane asigură realizarea unui produs finit cu limite de granulozitatea perfect delimitate.[12]

Al doilea sortiment este mălaiul obișnuit care apare ca o fracțiune de amestec de produse din zonele sticloase 619 – 438 µ, obținut de la pasajele de cernere ale sitei plane. Avînd o prelucrare mai puțin exigentă la mașinile de gris, în el apar particule de înveliș. Are o culoare mai puțin pronunțată de galben spre roșcat.

Al treilea sortiment – mălaiul fin la fel se obține la pasajele de cernere și constituie o fracțiune de produs rezultat în cea mai mare proporție din zonele făinoase ale bobului de porumb. Din aceste motive culoarea este galben deschis, iar granulozitatea este cuprinsă între 329 – 264µ. La noi în țară pentru preparare mămăligii, care este un aliment de tradiție al neamului, se folosește cu precădere mălaiul la granulația mălaiului extra. Celelalte tipuri de mălai cu granulația mai mică, la fierbere formează cocolașe și au o valoare nutritivă mai scăzută. în străinătate mălaiul obținut din părțile sticloase ale bobului, este folosit la prepararea unei serii largi de preparate: „porridge”, creme, „tortillas”, pâine compusă, paste făinoase, „snack foods”, produse „baby food”.

Din schema prezentată rezultă caracteristicile suprafețelor de lucru ale valțurilor, ale sitelor folosite pentru cernere, cît și ale sitelor de la mașinele duble de gris.

După prelucrare produsele rezultate sunt trecute prin separatoare magnetice și depozitate în silozuri morii pe sortimente, de unde apoi sunt dirijate în secția de ambalare sau livrare beneficiarilor în vrac.[13]

Figura 4.4 Schema de mărunțire și măcinare [14]

4.5 Condiționarea porumbului

Tratarea porumbului cu apă constituie una din principalele etape de pregătire a materiei prime în procesele tehnologice de fabricare a fainii și crupelor.

Modificarea calității tehnologice a porumbului în direcția dorită, prin condiționare, depinde pe de o parte de proprietățile naturale ale cerealelor, și pe de altă parte de metoda și regimul de condiționare, ce determină schimbarea proprietăților naturale ale acestora.

Alegerea și conducerea corectă a procesului de condiționare presupune cunoașterea:

– proprietățile porumbului care sunt supuse transformării în procesul de condiționare;

– factorii are influențează porumbul, în timpul condiționării și influența lor asupra schimbării proprietăților naturale ale lui;

– efectul condiționării sub aspectul indicilor tehnologici, energetici și tehnico-economici.

La fabricile de crupe, în principal, se aplică două metode de tratament hidrotermic al boabelor. Prima metodă cuprinde următoarele faze tehnologice: aburire surtă, uscarea și răcirea boabelor. A doua metodă include umectarea și odihna boabelor, este metoda care se referă la tratamentul hidrotermic al boabelor de porumb.

Acesta metodă include două operații tehnologice: umectarea și odihna porumbului.

Umectarea boabelor se realizează în diverse aparate de umectare. Imediat după umectare apa se concentrează în învelișuri umple vasele capilare și pătrunde în miezul porumbului. Umectarea învelișurilor întrucîtva le înmoaie, ele devenind elastice. Pătrunderea ulterioară a umidității în stratul exterior al endospermului reduce conexiunea acestuia cu straturile de înveliș. Tratamentul hidrotermic al boabelor de porumb, de asemenea, contribuie separării eficiente a germenilor. În procesul de degerminare conexiunea dintre germene și endosperm se reduce, iar germenul umed rămîne întreg. [15]

Pentru modificarea eficientă a însușirilor structural — mecanice ale părților anatomice ale părților anatomice ale boabelor la umectare se utilizează apă caldă cu temperatura de 35 – 45°C. Procesul de umectare poate fi înlocuit printr-o aburire de scurtă durată în aburitoare cu acțiune continuă la presiune aburului de 0,1 MPa. Aburirea realizează nu numai umectare dar și încălzirea boabelor. Tratamentul hidrotermic al boabelor de porumb este prezentată în figura 5

Figura 4.5. Schema tratamentului hidrotermic al boabelor de grîu și porumb:

1-umidificator; 2-aburitor; 3-enec; 4-celula de condiționare a boabelor.[16]

Umiditatea finală a boabelor de porumb după umectare depinde de tipul aestora și de sortimentul producției finite. La porumb umiditatea finală pote fide 15-16% sau de 19-22%. In primul caz se obțin crupe mici destinate fabricării pufuleților, în al doiea caz se obțin crupe mari destinate fabricării fulgilor de porumb.

Odihna boabelor de porumb este necesară pentru pătrunderea umidității în spațiul dintre înveliș și miez. Durata odihnei boabelor nu depășește 2-3 ore.

Tratamentul hidrotermic determină modificări ale proprietăților mecanice ale părților anatomice ale boabelor. învelișurile avînd o structură coloidală capilar poroasă, absorbînd apa își măresc rezistența la acțiunile mecanice.

Metoda și regimurile principale de tratament hidrotermic ce sunt recomandate pentru boabele de porumb sunt arătate în tabelul 4.1

Metodele și regimurile principale

Tabelul 4.1.

Tratamentul hidrotermic al boabelor culturilor crupificabile este procedeul cel mai important în ce privește ameliorarea proprietăților tehnologige și influențează la majorarea randamentului și calității crupelor, la reducerea randamentului de spărtură și faină furajeră.

5. TEHNOLOGIA DE FABRICARE A PUFULEȚILOR DE PORUMB-LINIE TEHNOLOGICĂ DE PRELUCRARE A PUFULEȚILOR DE PORUMB

5.1. Caracteristica produsului, materiei prime și a semifabricatelor

Produsele obținute din porumb și alte semințe se prelucrează în formă de fulgi, pop-corn și bastonașe. Ele pot fi întrebuințate direct în alimentație și nu necesita nici o preparare suplimentară.

Semința de porumb se împarte în 9 clase în dependență de formă și culoare. în producerea concentratelor alimentare se întrebuințează porumbul dințat galben și alb. Fulgii se produc din porumb sau din crupele mascate ale porumbului, obținute din semințe dințate, semidințate și sticloase.

5.2 Particularitățile producerii și întrebuințării produsului obținut

Fabricarea pufuleților se înfăptuiește la linii mecanizate ce permit saltul de producere a unui fel de crupe la altul. Principalele operații ale acestui proces sunt: curățirea și spălarea, condiționarea și odihna crupelor de porumb și prelucrarea termică ( fierberea, uscarea). La curățire și spălare are loc separarea corpurilor străine și înlăturarea diferitor impurități. În procesul de fierbere are loc acțiunea hidrolitică a umedității asupra substanțelor uscate din amestec, totodată și schimbări ireversibile în complexul de albumine și hidraților de carbon. La uscare se petrece evaporarea umidității și au loc așa modificări în componența structurii crupelor care influențează asupra proprietăților gustative și de consum în produsul obținut. Întrebuințarea băii cu abur va permite strivirea mai ușoară a crupelor pentru a da granulelor forma fulgilor.

Una din cele mai importante etape este procesul de deshidratare cu o prăjire superficială a pufuleților, ei se emit cu un aspect plăcut utilizați direct în alimentație. Termenul de păstrare în ambalaj special se marchează pe un an, de aceea fabricarea lor se face în zonele de cultivare a acestor culturi cerealiere. Pentru transportare producția se așează în cutii de carton, se aranjează pe un suport în cîteva rînduri și se deplasează în transportul special auto sau feroviar.[14]

5.3 Etapele procesului tehnologic

Fabricarea fulgilor de porumb e alcătuită din următoarele etape.

ș pregătirea materiei prime pentru fabricare: păstrarea, înlăturarea corpurilor străine, calibrare;

ș spălarea;

ș condiționarea și odihna crupelor;

ș pregătirea siropului din amestec de zahăr și sare

ș prelucrarea termică ( fierberea crupelor)

ș gomflarea și rîcirea crupelor în fulgi

ș prăjirea superficială a fulgilor

ș adăugarea suplimentelor

ș analiza , sortarea și răcirea

ș ambalarea, depozitarea și păstrarea producției finite.

5.4 Caracteristica complexului de utilaje

Primele etape tehnologice ale procesului de producere a fulgilor se efectuează cu ajutorul grupei de utilaje destinate păstrării, transportării și pregătirii pentru fabricarea materiei prime ca: crupele, apoi zahărul și alte adaosuri întrebuințate. Pentru păstrarea materiei prime se folosesc bunchere metalice și din beton armat.

La întreprinderile cu capacități mici se utilizează transportoare mecanice, elicoidale, cu bandă și norii, iar la cele de capacitate mare—transportul pneumatic 5. soluțiile semifabricatelor se pompează cu ajutorul pompelor. Pregătirea materiei prime se face cu ajutorul cernătoarelor, aparatelor de curățire, separatoarelor magnetice, filtrelor și utilajelor auxiliare.

Linia principală de producere este compusă din aparatele de fierbere și aburire, cuve, uscătoare, bunchere speciale pentru temperarea produsului. Acest complex constă din dozatoarele crupelor, apa și soluțiile semifabricatelor, instalațiile de amestecare și agregatele de fierbere și uscare.

Următorul complex al liniei de producere conține utilaje de aburire, zdrobire, prăjire superficială a fulgilor, dozarea și amestecarea componenților.

Utilajul de la sfîrșitul procesului tehnologic asigură ambalarea, păstrarea și transportarea produsului finit. El conține utilajele de împachetare și despachetare, transportoare și depozite produse.

Fulgii de porumb se produc după schema tehnologică prezentată în desen.[11]

1-Aparat de ferbere

2-Uscător cu microunde

3- Dozator

4- Utilajul de transport

Figura .5.1 Schema tehnologică de obținere a pufuleților [14]

5.5 Dispozitivele și principiul de lucru al instalațiilor

Crupele de porumb primite în secție sunt curățate de impurități la separatorul 1.

Acest separator este dotat cu site metalice, la care diametrele orificiilor diferă: la primele orificii cu diametrul 10mm; pentru sortare cu diametrul orificiilor 5mm- pentru impurități mai mare ca granulele crupelor; la descărcare cu diametrul de 2mm pentru impuritățile mai mici ca crupele.

Cu ajutorul sistemului de aspirare se îndepărtează impuritățile mai ușoare, cu separatoarele magnetice impuritățile metaloferoase.

Granulele curățate sunt spălate în mașina de umectare cu apă caldă la t0 40-. Aici se înlătură toate impuritățile ce nu s-au îndepărtat în separatorul 1.

La această spălare umiditatea se mărește cu 22…25%. crupele spălate se trec în șnecul de aburi 3 sub presiunea de 0,15 MPa în decurs de 2…3 min și mai apoi se transferă în buncherele 4 pentru odihna în decurs de 1…4 ore.

Crupele condiționate se transportă în aparatul de fierbere 5 unde concomitent prin dozatorul 6 se adaogă soluție amestecului de sare și zahăr.

Siropul de zahăr pentru fierbere și prepararea glazurei se pregătește cu instalațiile: sita vibrațională22 unde se cerne sarea, vanil pentru măsurarea sării 23, cernător pentru zahăr 24, dozatorul de apă 25, disutorul 26, filtru pentru soluție 27 și pompele 28.

Siropul întrebuințat la fierberea crupelor conține zahăr tos, sare și apă.

De obicei siropul se pregătește pentru fierberea a de crupe cu umiditatea de 15%.

Soluția se aduce pînă la fierbere se filtrează cu pompele 28 se pompează la dozatorul 6 în secția de fierbere. Fierberea crupelor de porumb în sirop continuie 2 ore din momentul în care presiunea aparatului e de 0,15 Mpa pînă la umiditatea la umiditatea de 27…30%. în procesul de fierbere substanțele proteice din crupe sunt supuse diferitor modificări. Amidonul se transformă în substanță cleioasă și parțial se dextrinizează.[13]

Iar cleisterizarea se petrece prin absorbția apei de către amidon, avînd ca urmare mărirea substanțelor solubile. Albuminele se coagulează eliminînd umiditatea. Coagularea substanțelor proteice majorează asimilarea produsului de către organism.

Crupele în procesul de fierbere capătă o nuanță de cafeniu-deschis. Gradul de colorare depinde de prezența melanoidinelor, care se formează în urma reacției dintre monozaharide și aminoaclizii crupei. După finisarea fierberii crupele se răstoarnă în cuva de evaporare și se mențin pînă ating umiditatea de 25…28%, de unde cu mecanismul de capsare se distrug aglomerările formate, și se transportă în tava unită cu transportul uscătorului cu microunde 7. Temperatura agentului termic la uscarea granulelor de porumb se fixează de 80…850C. crupele de porumb pentru fulgi se usucă pînă la umiditatea de 18%.

Prin întrebuințarea uscătoarelor cu bandă produsul va fi uscat pe ultima bandă ea fiind tratată din interior cu un get de aer rece.

Produsul uscat și răcit se temperează ( se lasă spre odihnă) în buncherele speciale 8 în decurs de 6…8 ore—pentru crupele din semințele dințate și semidințate și 10…12 ore pentru porumbul sticlos.

După aceasta ele se încălzesc și se umectează cu abur sub presiunea de 1 Kpa în șnecul de aburire 10 pînă la umiditatea de 20-22%.

Dacă crupele vor conține o umezeală mai mică atunci la strivire se vor fărîmița. Crupele cu umiditate mai mare se vor lipi de valțuri și fulgii se vor frînge. Crupele aburite se strivesc pe foile subțiri ale utilajului de zdrobire 11.

Grosimea foilor se reglează cu distanța spațiului liber dintre valțuri. Producția de calitate superioară se obține în rezultatul rumenirii fulgilor de grosimea 0,25…0,4mm.

Produsul strivit din aparatul de zdrobire 11 se transferă la sită 12 dotată în partea inferioară cu 2 nivele pentru separarea particulelor fărîmițate.

Primul nivel este o sită cu diametrul orificiilor de , particulele fărîmițate trec prin această sită și se opresc la al doilea nivel rostogolindu-se în cutia de resturi. După separarea particulelor mărunte fulgii se pregătesc superficial rumenindu-se la plita de gaz 13 la t0 200…5000cv pe parcursul a 2…3 min. Umiditatea lor e de 3,0-5,0%, fulgii obținuși se sortează la sita vibrațională 14 se răcesc și se analizează la transportul 15 se ambalează la mașina automată 16 cutiile se împachetează cu hârtie „craft” la mașina automată 17. fulgii acoperiți ci zahăr glazurat după uscarea și sortarea la sita vibrațională 14 ei sunt transformați la aparatul 18 pentru glazurare în acest utilaj ei sunt stropiți cu sirop de zahăr din vasul 20

Glazura pentru acoperirea fugilor se pregătește în disutorul 26. în disutor se adaogă apa și zahărul măcinat preventiv la 7,5 părți de zahăr se adaogă 9,5 părți apă. Soluția se fierbe pînă la un conținut de zaharoză de 74-76%. La sfărșitul fierberii se adaogă vanilie. Soluția pregătită de filtrează și se pompează în vasul 20. însă fiindcă temperatura siropului trebuie să fie permanent 80- , în interiorul vasului 20 sunt montate serpentine ( țevi cu spirală ) pentru aburi cu ajutorul cărora se menține temperatura indicată. Fulgii glazurați la ieșire din aparatul 18 se răcesc cu getul de aer rece și se cern , apoi sunt transferați la mașina de ambalare 19. cutiile obținute sunt împachetate la aparatul 21. [14]

Figura 5.2 Linie tehnologică de obținere a pufuleților [11]

6. TEHNOLOGIA FABRICĂRII ETANOLULUI DIN PORUMB

6.1 Schema bloc a tehnologiei de fabricare a spirtului din porumb

6.2 Fierberea materiei prime

Pentru transformare amidonului în alcool boabele de porumb sunt propuse unor prelucrări speciale în scopul obținerii de zahăruri fermentescibile (maltoză, glucoză).

Pentru ca în continuare să poate fi zaharificate sub acțiunea distilazei din malț, este necesar ca granulele de amidon să fie mai întâi cleificate și solubilizate, acestea realizându-se prin fierbere.

În tehnologiile moderne fierberea materiilor prime se realizează sub presiune (3-4 atm). Această metodă prezintă avantajele unei bune fierberi în condiții avantajoase de consum energetic precum și a dezagregării materiei prime prin plesnirea celulelor, datorită trecerii rapide de la presiune de lucru la cea atmosferică. [17]

Parametrii prin care se controlează fierberea sunt: temperatura, presiunea și durata de fierbere.

Schema procesului tehnologic de fierbere:

Părțile componente:

1-cântar

2-rezervorul tampon de alimentare

3-conducta

4-fierbător

5-conductă de introducerea apei

6-conductă de introducere abur

7-conductă de evacuarea porumbului

8-zaharificator

9-recuperator de amidon

Figura 6.1 Schema procesului tehnologic de fierbere[17]

Pentru fierberea porumbului este utilizată autoclava Henze.

Părțile componente:

1-corp din tablă de oțel

2-vârful conului, construit din tablă de oțel inoxidabil

3-capacul fierbătorului

4-supapa de siguranță

5-racord pentru aburul de circulație

6-manometru

7-racord de alimentare cu abur

8-ventil de evacuare

9-conductă de colectare a probelor

Figura 6.2 Autoclava Henze[18]

Funcționare: Ventilul de evacuare 8 se închide, se introduce apa prin conducta 5 și materia primă prin gura de de alimentare 3. Se deschid ventilul 7 de admisie a aburului și ventilul de pe conducta 5 de evacuare a aburului de circulație. În timpul procesului de lucru se verifică presiunea indicată pe manometrul 6, reglajele făcându-se prin închiderea sau deschiderea corespunzătoare a ventilelor de admisie și refulare a aburului. Produsul fiert se evacuează prin deschiderea treptată a ventilului de evacuare 8. În vederea suflării resturilor de masă fiartă se închide ventilul 8, se ridică cu abur presiunea la 2,5-3 at, apoi se deschide dintr-o dată ventilul 8.

6.3 Lichefirea-dextrinizarea plămezii fluidificate (gelatinizare)

Operația se realizează cu ajutorul enzimelor de lichefiere-dextrinizare (α-amilaze). Temperatura de lichefiere-dextrinizare se alege în funcție de felul preparatelor de de α-amilază și procedeul folosit (fără presiune sau sub presiune). În primul caz se utilizează α-amilaze normale iar în cel al doilea α-amilze termostabile.[17]

Cunoaștem următoarele procedee de gelatinizare și lichefiere-zaharificare a porumbului:

a) Procedee cu fierbere sub presiune a materiei prime

În acest caz, eliberarea amidonului din materia primă și gelatinizarea (fluidificarea) acestuia în prezența apei au loc la temperaturi mai mari de . Materia primă (porumbul) se utilizează ca atare (nemăcinată) în cazul procesului discontinuu și măcinate la fierberea sub presiunea continuă.

Procedee cu fierbere fără presiune a materiei prime

-procedee, care lucrează prin infuzie: procedeul de măcinare și gelatinizare la temperaturi mai mari (MMP)

-procedee care lucrează cu reciclare: procedeul ci reciclare a borhotului (DMP)

-procedee cu recuperarea căldurii în borhot: procedeul Westphal.

6.4 Zaharificarea

După ce amidonul din material primă a fost gelificat și solubilizat prin fierbere sub presiune, masa fiartă obținută este supusă în continuare operației de zaharificare, prin care se realizează transformarea amidonului în zahăruri fermentescibile de către drojdie.

Operația de zaharificare mai este denumită și plămădire, întrucât se obține o plămadă care conține toate componentele insolubile ale materiei prime și a malțului (suspensii,coji).

Principalele metode de zaharificare sunt:

-metode chimice (cu ajutorul acizilor minerali clorhidric, sulfuric);

-metode enzimatice (cu ajutorul enzimelor din slad sau a preparatelor enzimatice).

Zaharificarea se desfășoară în două etape: zaharificarea principală în zaharificator și zaharificarea secundară în timpul plămădirii.

Pentru a realiza o zaharificare corespunzătoare, trebuie să respecte temperaturile optime ridicate, prin care se urmărește protejarea amilazei.

Transformările care au loc la zaharificare

Acțiunea de zaharificare a malțului verde se datorează conținutului său în enzime amilolitice, în principal α si β–amilaza, care acționează asupra celor două componente ale amidonului solubil (amiloza și amilopectina) pe care la transformă în zahăruri fermentescibile.

α-amilaza are o capacitate foarte mare de fluidificare și o capacitate relative scazută de zaharificare, caracterizându-se în special prin formarea de dextrine și în mai mică măsură de maltoză.

β-amilaza se caracterizează, dimpotrivă, printr-o putere de fluidizare slabă, în schimb printr-o mare capacitate de zaharificare, formând în cea mai mare parte maltoza.

La zaharificare trebuie să se țină seamă de condițiile optime de temperatură și pH necesare pentru cele două enzime, cât și de termorezistența lor.[10]

Procesul tehnologic de zaharificare se desfășoară după schema prezentată în figura 6.3.

Materia primară fiartă din fierbătorul sau bateria de fierbătoare 1 se descarcă în zaharificatoul 2. Laptele de slad din rezervorul 3 este trecut în cantitățile stabilite prin curgere liberă în zaharificator. După zaharificare la temperatura de a plămezii se introduce și cantitatea de drojdie necesară pentru fermentare din drojdier. Figura 6.3 Schema procesului de zaharificare[18]

Plămada zaharificată în care s-a introdus drojdia, după omogenizare și răcire la temperatura de fermentare, este preluată de o pompă și trimisă în linurile de fermentare.

Figura 6.4 Zaharificatorul[18]:

La construirea zaharificatorului se urmărește asigurarea următoarelor condiții: volum suficient, evacuarea corespunzătoare a aburului în timpul golirii fierbătoarelor, agitarea corespunzătoare a plămezii, răcirea rapidă a plămezii, curățirea și dezinfectarea ușoară. [17]

Zaharificarea se aplică în general unul din următoarele procedee:

-zaharificarea în timpul descărcării fierbătorului

-zaharificarea după descărcarea fierbătoarelor la 60- sau la

În cazul porumbului a doua metodă este mai răspândită, deoarece în afara scăderii pericolului de distrugere a diastazei este mai simplă și mai rapidă.

Ea constă în introducerea în zaharificator a unei cantități reduse de apă (până la paletele zaharificatorului), în care se adaugă 5-7% din cantitatea de lapte de slad pregătită, după care începe descărcarea fierbătorului, fără întrerupere, neținând seama de valoarea temperaturii, concomitent cu pornirea agitatorului și a instalației de răcire.

Când descărcarea fierbătoarelor este încheiată se începe controlul temperaturii. La se adugă 1/3 din laptele slad rămas, iar la restul. La această temperatură se oprește agitarea și răcirea, lăsându-se o pauză de zaharificare de 30 minute. După încheierea procesului de zaharificare se reia răcirea la se adaugă cuibul de drojdie iar la se pompează materialul la linurile de fermentare.

Controlul încheierii procesului de zaharificare se face chimic și microbiologic.

Parametrii verificați sunt: gradul de zaharificare, gradul Balling (concentrația plămezii în substanța uscată, notată °Bllg), temperatura și aciditatea. [17]

7.CERCETĂRI PRIVIND INFLUENȚA UMIDITĂȚII SEMINȚELOR DE PORUMB ASUPRA PROCESULUI DE MĂRUNȚIRE

Scopul acestei lucrări a fost de a determina mărimea medie a măcinișului de porumb la diferite umidități. Pe scurt, un număr de patru probe de semințe de porumb au fost umectate inițial pentru a se obține următoarele valori ale umidității 11.35%, 13.35%, 14%, 15%. O primă determinare a umidității s-a efectuat cu analizorul de cereal Granolyser, apoi s-a recurs la măcinarea probelor cu ajutorul unui stand de laborator cu doi cilindri riflați.

A urmat apoi a doua determinare a umidității, a măcinișului, cu ajutorul termobalanței Kern și s-a trecut la determinarea mărimii medii ale particulelor de măciniș cu ajutorul clasificatorului cu site Analysette Spartan 3. În urma acestei operațiuni am determinat diametrul mediu al particulelor de măciniș, gradul de măcinare ale semințelor de porumb, am realizat curbele de variație ale procentelor de măciniș și distribuția materialului pe site în funcție de dimensiunile orificiilor sitei.

S-au mai efectuat determinări asupra masei volumice ale semințelor și s-a calculat unghiul de taluz natural al măcinișului, dar si al boabelor de porumb

7.1 Cercetări teoretice privind influența umidității semințelor de porumb asupra procesului de mărunțire

Testul de duritate Stenvert a fost utilizat pentru a determina energia pentru măcinare (RET) și timpul pentru măcinare ( TTG ) din 107 soiuri de porumb la niveluri diferite ale conținutului de umiditate ( MC ). O ecuație a fost dezvoltată pentru a ajusta timpul pentru măcinare la un nivel comun al conținutului de umiditate în scopul de a minimiza efectele sale asupra determinarii durității porumbului, această metodă a fost mai precisă datorită ecuației dezvoltate. Rezultatele de asemenea susțin măcinarea la niveluri ale umidității cuprinse între 10 % și 13 % pentru a obține rezultatele cele mai precise și cele mai scontate, spre deosebire de un nivel mai ridicat al conținutului de umiditate.

Reflexia spectroscopică în infraroșu apropiat a fost evaluată de asemenea simultan ca o altă metodă de măsurare a duritații porumbului privind timpul de măcinare.

Un raport ridicat de endosperm nu este dorit în măcinareA uscată pentru a produce crupe mari, care sunt cele mai profitabile. Măsurarea durității este importantă în reproducere, și în scopul de a păstra caracteristicile și trăsăturile (Pratt et al., 1995). Mai multe metode de măsurare a duritatății au fost investigate și sunt în uz, dar nici unul nu oferă o soluție completă. Aceste metode includ măsurarea vizuală a endospermului (Kirleis et al., 1984), densității sau teste de greutate, dimensiunile materialului măcinat, timp de măcinare. Este general acceptat faptul că, înainte de măsurarea durității, probele de porumb ar trebui să fie echilibrate din punct de vedere al conținutului de umiditate sau un factor de corecție ar trebui să fie aplicat. Pentru procesare, gradul de umiditate comun nu poate fi fezabil și metodele de corectare pentru umiditate sunt de dorit.

Tran și colab. (1981) a folosit o moară de porumb Strong-Scott pentru a determina rezistenta la măcinare a porumbului și duritatea. Energia pentru măcinare s-a dovedit a fi liniar legată de conținutul de umiditate și a crescut odată cu creșterea umidității. Ambele aceste metode tind să măsoare duritatea numai în stratul exterior al nucleului. Segmentarea culorii endospermului și a nucleului a fost folosită de către Liao și col. (1991) pentru a clasifica duritatea. În general, a fost obținut un acord între clasificarea vizuală a omului a durității și între viziunea mașinii.

Pomeranz și colab. (1984) a evaluat proprietățile fizice și chimice a trei hibrizi de porumb în ceea ce privește forma și caracteristicile lor. Proprietățile au fost comparate cu duritatea porumbului măsurat prin testul de duritate Stenvert (SHT) (Stenvert, 1974)..

Dorsey-Redding și colab. (1990) a studiat efectele asupra conținutului de umiditate și măsurători asupra testului de duritate Stenvert(SHT). Înălțimea coloanei de material măcinat a fost singurul parametru raportat la măsurătorile SHT din cauza unor probleme de corelare la un nivel ridicat al umidității (MC). O ecuație de model liniar a fost dezvoltată pentru a corecta înălțimea coloanei și a indicelui de umiditate. Li și colab. (1996) a constatat că energia totală de șlefuire a 38 de hibrizi de porumb, folosind SHT este corelată bine cu timpul (r = 0,79) și raportul de duritate ale endospermului moale (r = 0,74) și măcinare. Umiditatea probelor a variat de la 9,6% la 12,4%, majoritatea variind între 10% și 11%.

Efectul umidității asupra parametrilor SHT nu a fost investigat cu atenție. În mod ideal, un test de duritate ar trebui să producă o valoare care reflectă proprietăți utile, care sunt imune la alte condiții, și este ușor și rapid de utilizat. Obiectivele acestui studiu au fost de a cuantifica efectele MC asupra parametrilor SHT de timp (TTG, timp pentru măcinare) și energie (RET, energie pentru măcinare), și să furnizeze ajustări de parametri echilibrați la un MC comun. Energia pentru șlefuire poate fi instrumentat în totalitate și este mai puțin subiectivă decât alți parametri de SHT.

Toate operațiunile au fost realizate pe 20 de g de probe, utilizând o micro moară Glenn Mills. (Glenn Mills Inc, Clifton, NJ). Cele 20 g de probe au fost cântărite imediat înainte de măcinare. Viteza inițială a morii a fost ajustată la 3600 rpm, înainte de măcinare. Viteza de fost stabilită folosind regulatorul de turații a morii și viteza arborelui de macinare folosind un tahometru. Probele de porumb au fost plasate în buncărul moarii și întregul eșantion a fost apoi eliberat în mecanismul de măcinare. Timpul necesar pentru a acumula 17 g de porumb măcinat în flaconul de primire a fost înregistrată ca TTG. RET a fost determinată prin măsurarea curentului motorului de acționare. Un mecanism de măsurare curentul instantaneu folosit a fost construit special pentru moară prin trecerea unui curent alternativ (AC) printr-un conductor și alimentarea morii printr-o singură bobină (AC1005, Telema Electronic SRL, Rolla, MO). Ieșirea din bobină a fost conectaă în paralel cu un rezistor de 1k ohmi pentru a furniza o tensiune de detectare care mai târziu a fost echivalentă cu curent a motorului. Tensiunea de detectare a fost digitalizată la 300 Hz printr-o unitate de achiziție de date USB (PMD1112, Measurement Computing, Norton, Mass.). Un program personalizat a fost scris pentru a înregistra și a afișa datele. Creșterea tensiunii de detecție la începutul măcinarii declanșează înregistrarea. Măcinarea a fost oprită după 40 s. Valori ale tensiunii de detecție au fost calculate și stocate într-un fișier. Energia necesară pentru a rula moara fără sarcină a fost determinată și scăzută din energia totală a obține RET. După măcinare, probele au fost plasate în pungi de plastic sigilate și refrigerate, la 4.50C, așteptând măsurători spectrale.

Testele au fost realizate pentru a determina viteza de măcinare RET și TTG.Cele patru probe de porumb au fost echilibrate la un conținut de apă constant, de aproximativ 13% (medie = 12,93) într-o cameră cu condiții normale timp de două săptămâni. Trei sub-eșantioane din fiecare hibrid au fost apoi măcinate la 3500, 3600, și 3700 rpm utilizând procedura descrisă de măcinare. Fiecare condiție de încercare a fost făcută în trei exemplare.

Trei soiuri reprezintă o serie de duritate (tare, mediu, moale), pe baza valorilor TTG au fost selectate pentru a determina repetabilitate a măsurătorilor și o analiză inițială a efectului MC asupra RET și TTG. Probele au fost condiționate la trei niveluri de umiditate de aproximativ 12,5%, 13%, și 14,5% MC. Probele au fost uscate în cuptor inițial MC a fost (ASABE Standards, 2006) înainte de a se adăufa apă distilată pentru umectare. Jumătate din apă sa adăugat inițial și restul se adaugă după șapte zile. Probele au fost păstrate într-un cooler la 100C în acest timp. Probele uscate au fost monitorizate pentru a determina greutatea și pentru a stabili corect MC. Toate probele au fost depozitate încă 10 zile înainte de teste. Trei sub-eșantioane identice din fiecare hibrid la fiecare MC au fost măcinate pentru a determina RET și TTG. Adevărata probă MC a fost determinată prin uscare la etuvă.

RET și TTG au fost măsurate pentru 107 soiuri de porumb la trei nivele MC, în infraroșu apropiat (NIR) măsurătorile spectrale au fost efectuate pe porumb în întregul nucleu înainte de măcinare și apoi, după măcinare pe materialul măcinat colectat în recipientul de primire. Procedurile specifice sunt discutate mai jos.

Probele de aproximativ 120 de grame s-au obținut de la loturi de hibrizi de porumb administrate de Universitatea de Stat din Kansas. Probe de treizeci de grame pentru fiecare hibrid au fost plasate într-o cameră pentru probe la un nivel de umiditate specific. Temperatura și umiditatea relativă în camera de mediu s-au menținut în intervalul ± 0.5C și ± 2% RH. Probele au rămas în camerele respective timp de minim 10 zile înainte de măcinare, încercări și măsurători NIR. Această procedură a fost repetată la trei niveluri diferite de MC. Conținutul de umiditate de echilibru (EMC) parametrii de mediu pentru MC condiționat sunt prezentate în tabelul 1, împreună cu statistici MC obținute de la cuptorul de uscare (standardele ASAE, S352.2) după condiționare. Procedurile de măcinare au fost efectuate pe fiecare hibrid în modul descris anterior. [19]

Tabelul 7.1 Parametrii probelor necesare pentru măcinat

7.2 Cercetări experimentale privind influența umidității semințelor de porumb

Pentru efectuarea determinărilor experimentale, patru probe din semințele de porumb soiul Bărăgan 48, au fost, la început, supuse unui proces de umectare pentru a modifica conținutul de umiditate, care a fost inițial de aproximativ 11,35%.

Umiditatea inițială a boabelor de porumb a fost detertminată cu analizorul de cereale multiparametru in infrarosu apropiat, Granolyser, ce poate masura o multitudine de parametri ai cerealelor (porumb, grâu, orz, secară, semințe oleaginoase).

La această determinare s-a obținut pentru proba noastră de smințe de porumb o umiditate de 11,35 %, un conținut de proteine de 9,5 % și conținutul de amidon 73,5 %.

Granolyser este un aparat NIR, care se bazează pe tehnologia Diode Array.  Este utilizat pentru analiza unei multitudini de tipuri de semințe bob întreg, ca de exemplu, cereal, oleaginoase, leguminoase.

Granolyser-ul are un domeniu de lunigimi de undă de la 950 la 1550 nm cu o rezoluție înaltă și oferă cea mai bună bază pentru rezultate precise și reproductibile a unor parametri ca:

umiditate

proteina

grăsime

conținut de gluten (orientativ)

cenușa

indice Zeleny

fibra.

Aparatul efectuează peste 1000 de citiri pe probă, iar rezultatele măsurătorilor sunt disponibile în câteva secunde.[20]

Figura 7.1 Analizorul de cereale Granolyser

Pentru a obține probe de semințe de porumb cu conținuturi de umiditate diferite a fost, mai întâi, calculată cantitatea de apă necesară pentru atingerea valorilor de 13,35%, 14% și 15% conținut de umiditate, utilizându-se relația: U=[-1] (2)

Semințele de porumb au fost stropite cu apă, omogenizate, puse în vase închise etanș și lăsate la odihnă circa 30 ore. Masa inițială a probelor a fost de 500 g semințe la umiditatea de 11,35%.

Pentru determinarea influenței umidității semințelor de porumb asupra procesului de mărunțire, acestea au fost mărunțite cu ajutorul unui stand de laborator cu doi cilindri cu rifluri și cu raportul turațiilor de circa 2,5:2 (figura 7.2). Lungimea cilindrilor rifluiți este de 345 mm, iar diametrul de 110 mm. Riflurile au înclinare zero față de orizontală, iar numărul acestora pe toată circumferința este 310 rifluri. Turația cilindrului rapid a fost de circa 550 rot/min. La mărunțire distanța dintre cilindri a fost în toate cazurile reglată la e = 1 mm. După mărunțire măcinișul a fost supus analizei granulometrice cu un clasificator cu 5 site suprapuse model Analysette 3 Spartan (fig.5)[21]

Figura 7. 2 Schema morii de laborator cu cilindrii riflați

1.cuva de alimentare; 2.cilindrul de alimentare; 3.cilindrul de măcinare rapid; 4.cilindrul de măcinare lent; 5.tavă colectoare; 6.motorul electric de acționare

7.2.1 Rezultate și discuții

Aspectul materialului mărunțit pentru conținuturile de umiditate amintite este prezentat în figura 7. 3

Figura 7. 3 Aspectul materialului mărunțit pentru cele patru conținuturi de umiditate

7.2.2 Determinarea umidității măcinișului cu termobalanța KERN

Figura 7. 4 Termobalanța KERN

Gradul de mărunțire λ și diametrul mediu dm (finețea sau modulul măcinișului), ale particulelor de măciniș se determină prin analiza granulometrică cu ajutorul clasificatorului cu site suprapuse, așezate în ordine descrescătoare de sus în jos, din punct de vedere al dimensiunilor ochiurilor.

Gradul de mărunțire, notat prin indicele λ, reprezintă raportul dintre dimensiunile echivalente medii ale particulelor înainte de mărunțire De și după mărunțire, dm, sau raportul dintre suprafața specifică a particulelor rezultate în procesul de mărunțire, Sf și suprafața

specifică inițială a particulei supuse mărunțirii, Si

De= (3)

Tabelul 7.2 Rezultate ale măsurătorilor unui eșantion de semințe de porumb

Tabelul 7.3 Rezultatele cercetărilor experimentale privind indici de mărunțire a semințelor de porumb

7.2.3 Analiza granulometrică a probelor și determinarea dimensiunii medii echivalente a particulelor de măciniș

Finețea măcinișului a fost apreciată prin diametrul mediu dm al particulelor mărunțite determinat prin analiza granulometrică, utilizând relația mediei ponderate:

unde: pi – este ponderea (%) masică a fractiei rămasă pe sita i a clasificatorului; di – diametrul mediu al particulelor fracției de pe sita i, considerat media aritmetică a mărimii orificiilor sitelor ce cuprind fracția i.

Analiza granulometrică este o analiză a mărimii și distribuției după mărime a unui amestec de particule de diferite mărimi în proporții diferite (sistem polidispers).

Scopul analizei granulometrice este acela de determinare a dimensiunilor particulelor unui amestesc polidispers. Repartizarea particulelor după dimensiuni a materialului măruntit poate fi realizată cu ajutorul unui clasor cu 5 site.

Pentru analiza granulometrică a produselor de măciniș a fost folosit un clasor cu 5 site suprapuse (fig. 5), în ordinea descrescătoare a ochiurilor, fixate într-un bloc, cu mișcare oscilatorie la o amplitudine de 2.[4]

Aparatul vibrator ANALYSETTE 3 SPARTAN este o mașină de sitare verticală destinată separării și clasării exacte a fracțiunilor de substanțe granulate. Pot fi analizate atât substanțe uscate cât și particule din suspensii. În funcție de cantitatea probei și de granulație, pot fi așezate site și talere colectoare cu diferite diametre și înălțimi.

Caracteristici:

Reglarea amplitudinii: amplitudinea de vibrație verticală poate fi reglată continuu (0-3 mm), poate fi citită, fiind indicată pe capacul sitelor, unde liniile care se ating arată valoarea reglată a acesteia (ex. 2mm).

Înainte de pornirea mașinii, amplitudinea trebuie să fie minimă din motive de siguranță. Numai după pornirea aparatului, prin comutatorul duratei de sitare, amplitudinea va fi reglată încet către valoarea optimă. Sitele foarte fine pot fi afectate de o amplitudine prea mare.

Reglarea intervalului de întrerupere: întreruperea procesului de sitare pentru cca. 1 sec. la intervale de timp reglabile între 1 și 10 sec.

Comutator mod funcționare:

”permanent” – cca. 3000 vibrații/min, amplitudine variabilă, fără reglare interval de întrerupere;

”interval” – cca. 3000 vibrații/min, amplitudine variabilă, interval de întrerupere reglabil;

”micro-permanent” – cca.4500 vibrații/min, amplitudine constantă, fără interval de întrerupere;

”micro-interval” – cca. 4500 vibrații/min, amplitudine constantă, interval de întrerupere variabil.

Fiura 7. 5 Clasificatorul cu site Analysette Spartan 3

La alegerea sitelor folosite pentru o anumită probă de material, s-a avut în vedere ca dimensiunile ochiurilor acestora să fie pe cât posibil termenii unei progresii geometrice cu rația √2.

Pentru efectuarea experiențelor au fost cântărite 100 g de material din fiecare probă (fig. 7) și introduse, pe rând, în clasificator pe prima sită. Proba supusă analizei s-a luat de 100 de grame, astfel încât cantitățile de pe fiecare sită să reprezinte chiar conținutul procentual.[7]

Aparatul a fost lăsat să funcționeze timp de 2 minute, după care fracțiile rămase pe fiecare sită au fost cântărite cu ajutorul unei balanțe electronice, masele corespunzătoare reprezentând chiar procentul de material din acea fracție. Cu datele astfel obținute s-a întocmit un tabel centralizator de date măsurate și calculate, de analiză granulometrică (tabelul 4.2). Inițial, s-au completat coloana cu dimensiunile ochiurilor sitei (li, mm) și coloana cu masele materialului rămas pe fiecare sită a clasorului (pi, %), după care cu ajutorul programului de calcul tabelar MS EXCEL versiunea 13.0 din setul programe MS Office, au fost calculate procentele cumulative de material care au trecut prin ochiurile sitelor (Tx) și cele care au rămas pe site (Rx), atât pentru materialul care a intrat la o pereche de cilindri măcinători, cât și pentru materialul rezultat la mărunțire.

Distribuția granulometrică a materialului de mărunțit și a celui care iese din procesul de mărunțire poate fi apreciată prin ponderile (%) cumulative de material care trec prin orificiile sitelor clasificatorului T(x) sau care sunt refuzate de sitele acestuia R(x), calculate pe baza ponderilor (%) masice ale fracțiilor de pe site.

Exprimarea matematică a distribuției granulometrice în cazul materialelor biologice măruntite are la bază, legi bazate pe metoda statistică matematică a particulelor mici.

Pregătirea probelor de material pentru analiza granulometrică s-a realizat prin metoda sferturilor.

Figura 7.6 Pregătirea probelor Figura 7. 7 Cântărirea probei de

prin metoda sferturilor material

Tabelul 7.4 Date măsurate pentru analiza granulometrică

Tabel 7.5. Analiza granulometrică- Calculul diametrului mediu

7.2.4 Curbele de variație ale procentelor de cernut, de refuz și ale distrbuției materialului pe site în funcție de dimensiunile orificiilor sitei.

Grafice T, R, p = f (ochiuri sită)

Figura 7.8 Curbele de variație ale procentelor de cernut, de refuz și ale distribuției materialului pe site în funcție de dimensiunile orificiilor sitei

ș – T – procentele cumulative de material care au trecut prin ochiurile sitelor;

▲ – R – procentele cumulative de material care au rămas pe site;

♦ – p – procentul de material rămas pe fiecare sită.

Graficele pentru funcția liniară––– si pentru–––– funcția putere

Graficele pentru funcția exponențială–– și pentru–––funcția logaritmică

Figura 7.9 Variația diametrului mediu al aprticulelor de măciniș cu conținutul de umiditate

Masa volumică a unui amestec granular reprezintă masa materialului raportată la volumul total pe care acesta îl ocupă în stare naturală. Pentru determinarea masei volumice a fiecărei probe s-a folosit un pahar de laborator cu volumul de 200 cm3 și o balanță electronică cu precizia de 10 -1 g, pe care s-a cântărit masa semințelor din acesta. Valorile maselor volumice, ρv, au fost evaluate utilizând relația: , unde: m reprezintă masa probei de material din volumul Vt = 200 cm3 care reprezintă volumul total ocupat de masa probei de material.

Tabelul 7.6 Masa volumică a produselor intermediare de măciniș

7.2.5 Determinarea unghiului de taluz natural

Pentru determinarea unghiului de taluz natural a fost utilizată metoda măsurării unghiului generatoarei conului ce se formează la turnarea unei anumite cantităti de material pe o suprafată plană orizontală. A fost folosit dispozitivul cu cilindru prezentat în figura 8.[23]

Vasul cilindric 1, aflat pe placa orizontală 3, a fost umplut cu material și s-a ridicat cu ajutorul unui mecanism șurub-piuliță 2. Prin ridicarea vasului cilindric, materialul curge pe placa orizontală, pe care se află trasate cercuri concentrice de raze diferite pe o hârtie milimetrică 4, fixată pe aceasta. S-a măsurat, apoi înălțimea h a conului și cel puțin patru raze ri de la baza acestuia, calculându-se media aritmetică a acestora. S-a calculat unghiul de taluz natural, corespunzător valorii medii a razei, cu relația:

(4)

Figura 7.10 Aparat cu cilindru pentru determinarea

unghiului de taluz natural [23]

Tabelul 7.7 Valorile unghiului de taluz

7.3 Determinarea rezistenței la compresiune a semințelor de cereale cu ajutorul aparatului pentru încercări mecanice Hounsfield

În procesul de mărunțire, semințele de porumb nu se comportă toate la fel, atât datorită dimensiunilor geometrice diferite, cât și caracteristicilor mecanice diferite ale acestora, legate de gradul de dezvoltare, poziția în spic, condițiile climatice de cultură, știut fiind faptul că în amestecul tehnologic pot exista două sau mai multe loturi de cereale necesare obținerii unei făini cu caracteristici tehnologice uniforme pentru prelucrare .

Caracteristicile fizice și mecanice ale semințelor de porumb influențează direct procesul de mărunțire în cadrul valțurilor de moară, pentru transformarea acestora în făină.

Dimensiunile semințelor și masa fiecărei semințe, precum și distribuția amestecului de semințe pe clase de dimensiuni este important a fi cunoscute pentru a putea determina eficiența utilajului de mărunțit utilizat pe fluxul tehnologic al unei unități de morărit. Totodată, volumul, forma și dimensiunile fiecărei semințe influențează modul cum riflurile cilindrilor de măcinare atacă sămânța în procesul de mărunțire, dar și numărul punctelor de forfecare în timpul mărunțirii.

Proprietățile mecanice diferențiază cel mai mult componentele unui amestec de particule.

Caracteristicile mecanice ale cerealelor sunt puse în evidență atunci când semințele acestora sunt supuse la diferite solicitări (compresiune sau strivire, forfecare). În timpul acestor solicitări sunt urmărite variațiile dimensionale ale seminței (deformațiile) și forțele necesare producerii acestor variații, fiind trasate diferite curbe caracteristice.

În funcție de tipul solicitărilor la care sunt supuse semințele de cereale în timpul procesului de mărunțire, caracteristicile mecanice se referă la: rezistența la compresiune, rezistența la forfecare, modulul de elasticitate și rigiditate al învelișurilor, gradul de aderență al învelișurilor la endosperm, rezistența la măcinare. Rezistența la forfecare este influențată de secțiunea de lucru, de structura țesuturilor straturilor, de conținutul de umiditate.

Prin rezistența la mărunțire a oricărei particule solide se înțelege proprietatea acesteia de a se opune la deformații mecanice.

Procesul de compresiune a semințelor de porumb se desfășoară în trei etape diferite:

prima etapă este deformarea elastică, caracterizată de proporționalitatea dintre forța de comprimare și deformație;

a doua etapă este deformarea plastică, caracterizată de creșteri mari ale deformației seminței pentru creșteri mici ale forței de compresiune;

a treia etapă o reprezintă fisurarea sau ruperea, caracterizată de sfărâmarea seminței la atingerea unei anumite valori a forței de comprimare.

În urma efectuarii testului de compresiune uniaxială asupra semințelor de grâu se obține curba forță-deformație (figura 7.11) care oferă posibilitatea determinării următoarelor carcateristici: duritatea, modulul de elasticitate aparent, rezistența la sfărâmare, forța și deformația în punctul de inflexiune, punctul de biocurgere și punctul de rupere; lucrul mecanic în punctul de inflexiune, punctul de biocurgere și punctul de rupere, consumul de energie, tensiunea maximă de contact.

Figura 7.11 Curba forță-deformație caracteristică procesului de sfărâmare a semințelor de porumb prin compresiune

Punctul de biocurgere este definit ca fiind punctul în care la o creștere a deformației rezultă o descreștere sau o menținere la aceeași valoare a forței.

Forța în punctul de rupere reprezintă forța minimă necesară pentru ca o sămânța de grâu să fie fisurată (ruptă).

Deformația în punctul de biocurgere, respectiv, punctul de rupere, reprezintă deformația pe direcția forței de încărcare. Energia consumată până în punctul de rupere este energia necesară ruperii seminței.

Energia în punctul de biocurgere și în punctul de rupere poate fi calculată prin planimetrarea ariei de sub curba forță-deformație dintre punctual inițial și punctul de biocurgere, respectiv de rupere, utilizându-se următoarea relație:

[mJ]. (5)

în care: W este energia consumată (mJ), F este forța în punctul de biocurgere sau în punctul de rupere (N), D este deformația în punctul de biocurgere sau în punctul de rupere (mm), (figura 7.11).

Pentru determinarea proprietăților mecanice legate de rezistența la mărunțire a semințelor de cereale, una din cele mai utilizate metode o reprezintă testul de compresiune uniaxială, prin care se pot obțin curbele forță-deformație care, după o prelucrare adecvată, pot oferi informații importante despre: duritatea semințelor, rezistența la sfărâmare, modulul de elasticitate aparent, consumul de energie necesar sfărâmării, forța și deformația în diverse momente ale comprimării, etc.

Tabelul 7.8 Caracteristici semințe de porumb

Tabelul 7.9 Date măsurate

Fb – forța în punctul de biocurgere

Fr – forța în punctul de rupere

Db – deformația absolută în punctul de biocurgere

Dr – deformația absolută în punctul de rupere

Wb – energia consumată până la punctul de biocurgere

Wr – energia consumată până în punctul de rupere

Figura 7. 12 Rezultate încercări mecanice asupra boabelor de porumb

Figura 7.13 Aparatul pentru încercări mecanice Hounsfield / Tinius Olsen, model H1 KS (Teza de doctorat – Ștefan Mădălina)

CONCLUZII

După toate determinările efectuate asupra probelor de semințe de porumb s-a stabilit o dimensiune medie a particulelor de măciniș, cât și gradul de mărunțire a materialului. De aici tragem concluzia ca acești parametri se modifică odată cu creșterea conținutului de umiditate.

Dacă dimensiunea medie a măcinișului crește atunci când mărim nivelul umidității din material, gradul de mărunțire are o tendință descrescătoare cu creșterea acestuia.

În această lucrare am determinat indicii fizici a semintelor de porumb cu scopul de a obține rezultate cât mai precise și a stabili cele mai eficiente metode de prelucrare.

Lucrările teoretice cît și practice în acest domeniu au o importantă valoare pentru argumentarea operațiilor de păstrare si prelucrare termică a produselor, care se folosește în industria prelucrării cerealelor.Studierea proprietăților cerealiere, găsirea metodelor eficiente de prelucrare dau posibilitatea de a crea linii tehnologice eficiente din punct de vedere al consumului de energie, dar si din punct de vedere al productivității.

BIBLIOGRAFIE

WEBOGRAFIE