Cereální technologie Úvod a primární zpracování obilovin Pavel Skřivan Ústav sacharidů a cereálií VŠCHT v Praze
Úvod - co je cereální chemie a technologie?
Úvod - co je cereální chemie a technologie?
Úvod - co je cereální chemie a technologie? Chemie a technologie zpracování obilovin (pseudoobilovin, případně dalších zrnin a luštěnin) zejména pro potřeby lidské výživy Cereální chemie (Cereal chemistry/ Cereal science): Chemické složení obilky obilného zrna Biochemické a fyzikálně chemické procesy probíhající zejména při: - zrání obilky, - skladování sklizeného zrna - zpracování zrna pro účely lidské výživy - skladování primárních produktů a jejich dalším (sekundárním) zpracování.
Úvod - co je cereální chemie a technologie? Cereální technologie (Cereal technology/ Cereal processing): Postupy skladování a přípravy obilí k primárnímu zpracování. Technologické procesy primárního zpracování obilovin. Postupy finální úpravy primárních produktů a jejich skladování. Technologické procesy sekundárního zpracování primárních produktů. Postupy finální úpravy a bezpečného skladování sekundárních cereálních produktů.
Úvod - co je cereální chemie a technologie? Nejběžnějším typem primárního zpracování je MLÝNSKÉ zpracování chlebových obilovin, které zahrnuje skladování zrna, jeho přípravu k mletí, vlastní mlecí proces (výrobu mouk, krupic a otrub) a finální úpravu (včetně balení) výrobků a jejich skladování. Nejběžnějším typem sekundárního zpracování je PEKÁRENSKÉ zpracování mouk, které zahrnuje skladování a přípravu mouk a dalších surovin (výrobu chleba, běžného a jemného pečiva) a finální úpravu pekárenských produktů a jejich bezpečné skladování (slouží zpravidla k přímé konzumaci).
Úvod obiloviny v lidské výživě - historie Počátek systematického pěstování obilnin NEOLIT (mladší doba kamenná) zhruba 8000 5000 př.n.l. Doklady o konzumaci a zřejmě i pěstování a šlechtění prvotních kulturních trav a obilnin jsou ještě starší. Prvními systematicky pěstovanými obilninami byly pšenice a ječmen.
Primární MLÝNSKÉ zpracování obilovin krátká historická exkurze
Budoucnost Prvotní suroviny Pšenice, žito, ječmen, oves, pseudoobiloviny, luštěniny Nové argotech. postupy 2000 Pšenice, žito Zlom ve vnímání pšenice vs. minoritní obiloviny (rac.: složení neškrobových polysach, část. irac.: lepek) 1900 1500 Pšenice, žito, oves, ječmen Pro výrobu mouk: pšenice, ječmen, žito (Oves, proso, pohanka, luštěniny) Minulost - 5000 První obiloviny: pšenice, ječmen, oves, žito; luštěniny: hrách, čočka - 30 000 Semena travin, bobovitých
Budoucnost Přístup k primárnímu zpracování zrna Nové přístupy ke zpracování zrna 2000 1900 Nárůst zájmu o obalové a podobalové vrstvy, (staro)nové obiloviny Mletí s maximální výtěžností světlých jedlých produktů (1850 2000) Ocelové válcové stolice 1500 Klasické mletí (kamenná složení) a třídění (sofistikovaná síta) Minulost - 5000 Jednoduchá separace mouk - 30 000 Jednoduché drcení / mletí
Budoucnost Celozrnné produkty nové úrovně Primární produkty Návrat k minoritním obilovinám, mouky s vyšším obsahem vlákniny Pšeničné (žitné) mouky na míru s obsahem zlepšujících přípravků Moderní výzkum v oblasti cereální chemie a fyziologie výživy (+ nedůvěra k aditivům) Spektrum světlých mouk (zejm. pšeničných), 20 30 % krmných mouk a otrub Mouky (přední, zadní), otruby Jednoduché celozrnné produkty Minulost Drcená, máčená zrna (semena) Základní dělení na mouky (krupice) a slupky
HISTORIE Jednoduché drcení mezi kameny - tlouky 12
HISTORIE Ruční drcení v hmoždířích (stará egyptská a řecká zobrazení) 13
HISTORIE Nejstarší rotační drcení a mletí mezi kameny (u nás podobně Keltové) 14
HISTORIE Tzv. české složení (2 kruhové kameny, horní otáčen převodem z vodního kola) 15
HISTORIE Staré mlýnské kameny materiály: původně pískovec (drolení, písek v mouce), později žula pohon: vodní kola, větrné lopatky, později turbíny 16
Očekávatelné trendy: Procesy primárního zpracování Šlechtění a pěstování Částečný návrat k minoritním obilovinám Mouky s vyšším obsahem vlákniny Finalizace mouk bez použití přídatných látek Renesance úpravy celých zrn, vloček a produktů jen částečné dezintegrace zrn (zápary, závařky, lámanky a trhanky) Nové přístupy k technologii primárního zpracování zrna Pšenice, žito, ječmen, oves, pseudoobiloviny, luštěniny, Nové agrotechnické / agrobiologické postupy
Úvod obiloviny v lidské výživě - význam
Úvod obiloviny v lidské výživě - význam Současná produkce obilovin ve světě v milionech tun Kukuřice 1020 Rýže 750 Pšenice 720 Ječmen 150 Čirok 65 Oves 20 Žito 17 (zdroj: FAOSTAT)
Úvod obiloviny v lidské výživě - význam Současné potravinářské zpracování obilovin ve světě v milionech tun Pšenice 450 Rýže 370 Kukuřice 120 Čirok 25 Ječmen (bez sladování) Žito 6 Oves 5 7 (zdroj: FAOSTAT)
Úvod obiloviny v lidské výživě - význam Tradiční obiloviny v ČR: Obvykle jako tradiční označujeme pšenici a žito, byť v minulosti hrály významnou roli i další obiloviny zejména ječmen, oves a proso. V současné době se pro potravinářské účely v ČR zpracovává ročně přes 1.000.000 tun pšenice a necelých 100.000 tun žita přitom ještě v padesátých letech se žita zpracovávalo přes 600.000 tun, na počátku 90. let přes 250.000 tun.
Úvod obiloviny v lidské výživě - význam Vývoj produkce žita ve střední Evropě v posledních třiceti letech v mil. tun (údaje: FAOSTAT) Stát/oblast 1982 1987 1992 1997 2002 2007 2012 Německo 3,758 3,882 2,422 4,580 3,666 2,698 3,893 Polsko 7,792 6,817 3,981 5,299 3,831 3,125 2,875 Česko a Slovensko 0,583 0,496 0,319 0,343 0,215 0,232 0,196 Rakousko 0,348 0,309 0,279 0,207 0,171 0,188 0,205
Obiloviny v lidské výživě krátká exkurze do diskusí posledních let
Základní témata diskuse o obilovinách v lidské výživě (racionální pohled) Lepek a jeho vliv na zdraví člověka škodí lepek obecně všem, nebo nikoli? Obiloviny jako zdroj energie (škrob) a jejich produkty s vysokým glykemickým indexem jsou skutečně původci civilizačních onemocnění? Obiloviny jako zdroj vlákniny zásadní preference celozrnných produktů? Možná kontaminace obilovin pesticidy (jejich rezidui) jsou pesticidy nejzávažnějším potenciálním kontaminantem obilovin?
Co je lepek (gluten)? Z hlediska cereální technologie je lepek specifická struktura (gel), který vzniká při vyhnětení pšeničného těsta. Podstatou jeho vzniku je hydratace a zbobtnání proteinů endospermu a přeskupení inter- a intramolekulárních vazeb (a nevazebných interakcí) mezi jednotlivými molekulami proteinů vlivem vložené energie (hnětení). Tím vzniká prostorová síť obsahující molekuly vody a vyznačující se plasticitou a elasticitou. Lepek lze z pšeničného těsta snadno izolovat vyprat proudem vody. Lepek tvoří kostru pšeničného těsta pečiva a poskytuje mu jeho jedinečné vlastnosti.
Co je lepek (gluten)?
Proteiny endospermu obilovin Převažují prolaminy a gluteliny. Frakce prolaminů pšenice, žita, ječmene a ovsa obsahuje sekvence aminokyselin, které způsobují celiakii. Kritické jsou sekvence aminokyselin: Pro-Ser-Gln-Gln (PSQQ) a Gln-Gln-Gln-Pro (QQQP), které vyvolávají u nemocných autoimunitní reakci se závažnými i fatálními následky. Některé prolaminy ale i další složky mouk vyvolávají alergické reakce. (celiakie alergie) Z tohoto hlediska se proto označení lepek vžilo pro tyto prolaminy obecně. (U pšenice se prolaminová frakce nazývá gliadin, u žita sekalin, u ječmene hordein a u ovsa avenin.)
Co je správně? Lepek v pravém a původním smyslu tvoří pouze pšenice. Ale pro pacienty trpící celiakií je stejně nepřijatelné žito, ječmen i oves. Proto, z hlediska bezpečnosti těchto pacientů a dalších osob alergických na prolaminy vyjmenovaných obilovin, je na místě označení lepek používat v tomto širším slova smyslu.
Pšenice ano či ne? Přes zjevný význam pšenice v lidské výživě ji lze z jídelníčku zcela vyloučit, podobně jako obiloviny obecně, aniž by utrpěla jeho nutriční hodnota a vyváženost. V případě některých onemocnění (nesnášenlivost vůči lepku) je to nutné. Ale: Pokud dotyčná osoba některou z těchto chorob netrpí, nepřinese jí vyloučení obilovin žádný benefit. Tato možnost se navíc týká pouze obyvatel velmi vyspělé části světa.
Obiloviny jako zdroj pohotově dostupné energie Obiloviny slouží primárně ve výživě jako zdroj energie snadno dostupné ve formě škrobu. Škrob se snadno resorbuje a velmi rychle enzymově hydrolyzuje v trávicím traktu na glukosu, která přechází do krve. Vysoké hodnoty glykemického indexu GI běžné pšeničné pečivo i konzumní chléb 60 70 i více.
Obiloviny jako zdroj pohotově dostupné energie Problém přebytkové energetické bilance u populace ve vyspělých zemích světa vedoucí k nadváze, obezitě, cukrovce 2. typu není problém samotných obilovin, ale našeho celkového životního stylu.
Obiloviny jako zdroj vlákniny Všechny obiloviny (v různé míře) obsahují také nutričně velmi přínosné složky souhrnně označované jako vláknina. Beta-glukany (bohaté zdroje: ječmen, oves) Arabinoxylany (bohatý zdroj: žito) Běžné pšeničné mouky je prakticky neobsahují, ale v celozrnných pšeničných moukách se vyskytují významnou měrou také.
Nutričně významné polysacharidy obilovin - přirozená funkce zásobní (rezervní) a strukturní (stavební) - rozdělení na škrob a skupinu neškrobových polysacharidů - škrob je zdaleka nejzastoupenější polysacharid, představuje 70 80 % endospermu, z 25 % jej tvoří amylosa, zbytek je amylopektin. Škrob se vyskytuje v endospermu ve formě škrobových zrn charakteristických pro jednotlivé plodiny. Jeho přirozenou funkcí je funkce zásobní, jeho technologický význam je zcela zásadní poskytuje substrát pro fermentační procesy a po tepelném zpracování tvoří kostru výsledných sekundárních produktů. - neškrobové polysacharidy: celulosa, hemicelulosy, galaktomannany, glukomannany přirozená funkce: strukturní (buněčné stěny), nutriční význam: tvoří základní složky vlákniny.
Nutričně významné polysacharidy obilovin amylosa škrobové zrno amylopektin
Nutričně významné polysacharidy obilovin neškrobové polysacharidy (vláknina potravy) (pentosany, betaglukany, celulosa, fruktany, glukofruktany, glukomannany) celulosa = (1,4)-b-D-glukan pentosany (arabinoxylany) beta-glukany = cereální (1,3)(1,4)-b-D-glukany
VLÁKNINA SKENOVACÍ ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE
VLÁKNINA A ŠKROB SKENOVACÍ ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE celulosa hemicelulosy škrob
Zdravotní tvrzení týkající se vlákniny a beta-glukanů ječmene a ovsa jsou uvedena v Nařízení EU č. 432/2012: Beta-glukany přispívají k udržení normální hladiny cholesterolu v krvi. Konzumace beta-glukanů z ovsa nebo ječmene jakožto součástí jídla přispívá k omezení nárůstu hladiny glukosy v krvi po tomto jídle. Vláknina ječného, ovesného a žitného zrna a pšeničných otrub přispívá ke zvýšení množství stolice. (Příznivý vliv na střevní mikrobiom.)
Z výše uvedených důvodů by bylo žádoucí: Zvýšit konzumaci celozrnných výrobků z pšenice a žita. Zvýšit podíl dnes minoritních obilovin ve stravě (ječmen, oves ). Zvýšit podíl žita v mlýnském i pekárenském zpracování.
Obecná zdravotní rizika konzumace obilovin
Kontaminace mykotoxiny. Kontaminace rezidui pesticidů. Kontaminace těžkými kovy.
Potenciální kontaminace mykotoxiny Mikrobiální toxiny jsou nejnebezpečnějšími kontaminanty v obilovinách jak z hlediska lidské výživy, tak z hlediska krmného využití. V tomto ohledu jsou nebezpečné zejména vláknité houby plísně. Ve skladech obilí převládají plísně rodů Penicillium, Aspergillus, Fusarium, nebo Rhizopus z nichž je z hygienického hlediska nejvýznamnější plíseň Aspergillus flavus, jejímiž produkty jsou nesmírně nebezpečné jaterní jedy a pozitivní karcinogeny aflatoxiny.
Potenciální kontaminace mykotoxiny Aspergillus flavus se na chlebových obilovinách (pšenici a žitu) vyskytuje velmi vzácně. Častější je nápad plísněmi rodu Fusarium, které produkují řadu mykotoxinů. Z nich jsou zatím předmětem sledování dva nejčastější zearalenon a deoxynivalenol. Spektrum sledovaných mykotoxinů se s prohlubujícím se poznáním o jejich toxicitě a s vývojem nových analytických metod bude významně rozšiřovat. Sledovanou skupinou mykotoxinů tak budou například enniatiny.
Potenciální kontaminace rezidui pesticidů Významnými kontaminanty jsou ale také pesticidy, které se k ošetření obilí v předsklizňové péči používají a jejichž rezidua se v obilovinách mohou nacházet. Přestože výzkum a vývoj v této oblasti dosáhl značného pokroku, jedná se stále o toxické látky. Jisté naděje se proto v posledních letech upínají k vývoji biologických pesticidů rostlinného nebo mikrobiálního původu, od nichž se očekává nízká toxicita a vlídnost k životnímu prostředí.
Paradoxy kontaminace obilovin Kontaminace chlebových obilovin mykotoxiny byla v minulosti pravděpodobně mnohem častější než dnes. Větší rizika kontaminace mykotoxiny představuje obilí kategorie BIO (Organic). Nesprávné zacházení s pesticidy konkrétně s fungicidy může nejen zvýšit jejich reziduální koncentraci, ale také potencovat kontaminaci mykotoxiny stres plísní. Vyšší rizika kontaminace jsou v obalových vrstvách a tudíž u celozrnných mouk.
PRIMÁRNÍ MLÝNSKÉ ZPRACOVÁNÍ OBILOVIN základní principy
Technologie: Zpracování obilného zrna Primární zpracování obilovin: 1. Pro lidskou výživu 2. Jako surovina pro výrobu krmiv 3. Technické zpracování
Technologie: Zpracování obilného zrna Primární zpracování obilovin pro lidskou výživu: 1. Mlýnské zpracování výroba mouk a krupic, výroba vloček dezintegrace zrna 2. Zpracování celého zrna jako pokrmu (přílohy) mechanické, hydrotermické, termické opracování celých zrn, součástí může být například i fermentace 3. Sladování
Obilné zrno a možnosti jeho zpracování a využití jeho anatomických částí
Obilné zrno a možnosti jeho zpracování a využití jeho anatomických částí dezintegrací Existují tři možné přístupy k mlýnskému zpracování zrna: 1. Dezintegrace všech anatomických částí do celozrnného produktu 2. Odstranění (části) povrchových vrstev a dezintegrace ostatních částí zrna na krupice a mouky, případně vločky. 3. Postupná dezintegrace zrna opakované drcení a třídění, které vede k postupné separaci částic endospermu (mouky a krupice), obalových vrstev a klíčku.
Obilné zrno a možnosti jeho zpracování a využití jeho anatomických částí dezintegrací 1. Dezintegrace všech anatomických částí do celozrnného produktu (podle granulace: krupice, mouka). Výhody: je nejjednodušší, využívá celého potenciálu zrna (všech jeho složek). Nevýhody: celozrnné produkty nemají většinově požadovanou technologickou (pekařskou) jakost, je nejrizikovější z hlediska kontaminace.
Obilné zrno a možnosti jeho zpracování a využití jeho anatomických částí dezintegrací 2. Odstranění (části) povrchových vrstev (peeling, debranning), dezintegrace ostatních částí zrna na krupice a mouky nebo vločky. Výhody: je také poměrně jednoduché, může odstranit ty části povrchových vrstev, které nejsou nutričně zajímavé a jsou rizikové z hlediska kontaminace. Nevýhody: ani tyto produkty nemají většinově požadovanou technologickou (pekařskou) jakost.
Obilné zrno a možnosti jeho zpracování a využití jeho anatomických částí dezintegrací 3. Postupná dezintegrace zrna opakované drcení a třídění, které vede k vytěžení maximálního podílu čistého endospermu ve formě krupic a mouk, ostatní anatomické části přecházejí do vedlejších produktů otrub, krmných mouk a klíčků. Výhody: poskytuje většinově požadovanou technologickou jakost produktů (mouk a krupic), je relativně adaptabilní pro dosažení rozmanitých jakostních parametrů. Nevýhody: je velice složitá a prakticky neadaptovatelná pro zpracování rozmanitějších surovin na jedné lince hlavní produkty čisté světlé mouky jsou tvořeny pouze složkami endospermu (škrobem a proteiny).
Obilné zrno a možnosti jeho zpracování a využití jeho anatomických částí dezintegrací VARIANTA 3 JE PODSTATOU STANDARDNÍHO MLÝNSKÉHO ZPRACOVÁNÍ PŠENICE A ŽITA NAŠICH CHLEBOVÝCH OBILOVIN.
Obilné zrno a možnosti jeho zpracování a využití jeho anatomických částí dezintegrací MOUKY A KRUPICE KLÍČKY OTRUBY
PŘED JAKOUKOLI DEZINTEGRACÍ ZRNA (PŘED VLASTNÍM MLETÍM) První a základní krok pro všechny varianty - DEKONTAMINACE Druhý, podstatný, krok pro všechny varianty hydro(termická) úprava
DEKONTAMINACE SEPARACE PŘÍMĚSÍ, NEČISTOT A POTENCIÁLNĚ KONTAMINOVANÝCH ZRN Z OBILNÉ MASY. POVRCHOVÉ OPRACOVÁNÍ ZRNA.
Separace TŘÍDĚNÍ - principy A B C SMĚS na základě vlastnosti X: A ideálně dělitelná B částečně dělitelná C nedělitelná
Separace TŘÍDĚNÍ - principy Vlastnost X: Rozměr (na sítech) Tvar (na sítech, na triérech) Měrná hmotnost Aerodynamické vlastnosti Feromagnetické vlastnosti Optické vlastnosti barva a další optické vlastnosti povrchu
Třídění podle tvaru na triérech
Třídění podle aerodynamických vlastností 1 vstup směsi 2 výpad sedimentujícího podílu 3 částice sedimentující v expanzním prostoru 4 částice unášené médiem (proudem vzduchu)
Třídění podle měrné hmotnosti Zrno se nad vibrujícím sítem pohybuje ve fluidní vrstvě, kaménky padají na síto a jsou vyráženy směrem vzhůru 1 vpád zrna; 2 výskok kaménků; 3 výpad čistého zrna
Klasické čistírenské stroje I Sítový třídič Triérová stanice
Klasické čistírenské stroje II Odkaménkovač Kombinovaný stroj sít. třídič + odkaménkovač
Schéma optického třídiče 1 vstup obilí, 2 žlab, kterým obilí postupuje ve vrstvě, 3 vlastní oblast optické detekce nestandardních částic, 4 pneumatické odstranění nestandardních částic, 5 výpusť odpadu, 6 výpusť vyčištěného obilí
Optický třídič - SORTEX 1 vstup obilí, 2 žlaby, kterými postupuje vrstva obilí ke třídění, 3 vlastní optická jednotka, 4 štěrbina, kde dochází k pneumatickému oddělení nestandardních částic, 5 výpusti oddělených nečistot
Povrchové opracování Podle hloubky zásahu: (po oloupání pluch) Povrchové čištění, kartáčování Odírání a jemné broušení (jemný zásah do obalových vrstev) Peeling různého stupně (hlubší zásah do obalových vrstev) Debranning (úplné odstranění obalových vrstev)
Schéma povrchového opracování zrna 1 vstup zrna; 2 výstup opracovaného zrna; 3 výpad nečistot; 4 rotor; 5 síto; 6 motor; 7 - převod
Pšenice po běžném odírání Pšenice po jemnějším (A) a hlubším (B) peelingu B A
Schéma moderní mlýnské čistírny Toto uspořádání zajišťuje vysoký stupeň ochrany před kontaminací mykotoxiny: 1 technologická váha, 2 magnetický separátor, 3 aspirace, 4 sítový třídič, 5 odkaménkovač (3, 4, 5 mohou být nahrazeny kombinovaným čistírenským strojem), 6 odírací stroj, 7 optický třídič Sortex
Dekontaminace v moderní mlýnské čistírně je velmi účinná: Umíme odstranit: - prakticky veškeré příměsi a nečistoty - prach - povrchové nečistoty - prakticky veškerá zrna nestandardního tvaru nebo barvy VÝSLEDEK: snížení rizika kontaminace, ale NIKOLI JEJÍ ELIMINACE v zrnech, která nejeví nestandardní fyzikální vlastnosti ale kontaminována být mohou. POZOR ZEJMÉNA NA CELOZRNNÉ PRODUKTY!!!
Hydro(termická) úprava 1. Přístup vody: adsorpce (zvlhčení, nakropení povrchu zrna). 2. Čas: absorpce vody migrace do endospermu. 3. Teplota: spoluúčast teploty (tepelné energie) na migraci vody zrnem.
Postupná migrace vody do endospermu
Hydro(termická) úprava a její význam Ve standardním zpracování pšenice a žita se používá pouze přídavku vody a času (nakropení a odležení), bez záhřevu. Při výrobě vloček (nejen ovesných) je naopak kondicionování spolupůsobení vlhkosti a tepla nezbytné. Vždy se jedná o procesy založené na hydrokoloidních vlastnostech biopolymerů (polysacharidů a bílkovin), při jejichž správném vedení dochází k významným mechanickým změnám ve struktuře zrna, které zásadně ovlivňují efektivitu primárního, zejména mlýnského zpracování a určují jakost produktů.
STANDARDNÍ MLÝNSKÉ ZPRACOVÁNÍ PŠENICE A ŽITA
Nástin technologických kroků standardní mlýnské technologie: 1. Výběr suroviny a selekce kvalitních partií obilovin a sestavení směsi na zámel. 2. Dekontaminace a příprava k vlastnímu mletí. 3. Vlastní mlecí proces. 4. Finalizace produktů.
Standardní mlýnské zpracování pšenice a žita a základní produkty Základní princip standardního zpracování pšenice i žita spočívá v tom, že částice obilky/zrna vytěžujeme postupně od jeho středu nejčistšího endospermu směrem k obalovým vrstvám. Od velmi světlých (tzv. předních) částic s nejnižším obsahem minerálních látek (popela) až k těm tmavším (tzv. zadním). Obsah popela stoupá od hodnot 0,3 % k hodnotám 1 % a výše.
Standardní mlýnské zpracování pšenice a žita a základní produkty Od velmi světlých (tzv. předních) částic s nejnižším obsahem minerálních látek (popela) až k těm tmavším (tzv. zadním). Obsah popela stoupá od hodnot 0,3 % k hodnotám 1 % a výše, v aleuronové vrstvě až k 8 %.
(ANALYTICKÁ) POPELOVÁ KŘIVKA
TECHNOLOGICKÁ POPELOVÁ KŘIVKA Praktická křivka podle Mohse ve skutečnosti se v moderních mlýnech dosahuje výtěžností vyšších o 3 5 % při stejném obsahu popela. Například: Obsahu popela 0,660 odpovídá podle Mohse výtěžnost 74 % V dnešním, dobře vybaveném pšeničném mlýně odpovídá stejném obsahu popela výtěžnost 77 79 % TO ZNAMENÁ, ŽE SE MODERNÍ STANDARDNÍ MLÝNSKÁ TECHNOLOGIE LIMITNĚ BLÍŽÍ FYZIKÁLNÍMU LIMITU ÚČINNOSTI
Vlastní mlecí proces standardního typu
Základy standardní mlýnské technologie Základní jednotka standardního mletí: Mlecí chod (pasáž) - jedna drticí dezintegrační operace, tzn. jeden průchod mlecími válci, dříve kamenným složením. Po něm následuje třídicí operace prosev na sestavě sít rovinného vysévače, případně (u pšenice) kombinované třídění (prosev, aerodynamické) na čističce krupic (reformě).
Základy standardní mlýnské technologie V pšeničném mlýně prochází melivo postupně 15 20 mlecími chody, které se dělí na šrotové (S), lušticí - luštění krupic (L), a vymílací (V). Každému chodu náleží 1 2 dvojice válců, každý mlecí chod má specifické parametry (délka válců, povrchová úprava, vzájemné postavení rýh, rychlost, předstih, přítlak )
Základy standardní mlýnské technologie - drcení z mlecí zóna s mlecí spára
Základy standardní mlýnské technologie - drcení h hloubka rýhy; l šířka rýhy; H hřbet; O ostří
Základy standardní mlýnské technologie - drcení Vzájemné postavení rýh na mlecích válcích
Základy standardní mlýnské technologie - drcení schéma válcové stolice 1 vpád meliva; 2 výpad směsi po drcení; 3 rychloběžný válec (poháněný); 4 pomaluběžný válec; 5 podávací zařízení; 6 regulace přívodu meliva; 7 kartáče; 8 poklop s průzory; 9 - poklop
Základy standardní mlýnské technologie - třídění principy vysévání a) práce přepadem; b) práce propadem; c) kombinované
Základy standardní mlýnské technologie - třídění vysévací schémata a) úplné b) zjednodušené
Základy standardní mlýnské technologie - třídění schéma rovinného vysévače 1 - vstup směsi po dezintegraci 2 - skříň vysévače 3 - vstupní rukávy 4 - výstupní rukávy 5 - rámečky se síty 6 - rám vysévače
Základy standardní mlýnské technologie - třídění rovinný vysévač
Základy standardní mlýnské technologie - třídění rovinný vysévač
Základy standardní mlýnské technologie - diagram znázornění mlýnských chodů v diagramu
Základy standardní mlýnské technologie - proces Obilné zrno přichází na první šrot (1S), na dalších chodech se dále drtí (šrotují, luští a vymílají) roztříděné produkty. V běžném pšeničném mlýně tak vzniká kolem 40 základních frakcí (pasážních produktů). Běžná sestava českého pšeničného mlýna: 5 x S, 4 x L, 7 x V
Základy standardní mlýnské technologie zjednodušené schéma pšeničného mlýna
Základy standardní mlýnské technologie - žito V žitném mlýně se používá podstatně jednodušší schéma. Obalové vrstvy u žita nelze oddělit tak efektivně jako u pšenice a proto se o to do takové míry nesnažíme. Žito se mele jednodušeji a násilněji (dříve tzv. mletí na plocho).
Základy standardní mlýnské technologie - žito Zrno se vede na 1S, dále se šrotuje na dalších šrotovacích pasážích, přepady z chodů 1S a 2S (hrubé krupice) se drtí na tzv. krupičných pasážích 1K a 2K Běžná sestava českého žitného mlýna: 6 x S, 2 x K V žitných mlýnech se dnes již prakticky nepoužívají čističky krupic, zatímco válce v pšeničném mlýně mají průměr 250 mm, v žitném většinou 300 mm, liší se i povrchová úprava.
Základy standardní mlýnské technologie schéma žitného mlýna
Základy standardní mlýnské technologie frakce v pšeničném mlýně
Základy standardní mlýnské technologie - PRINCIP Smyslem celé operace je: Šetrně otevřít pšeničné zrno. Vytřídit částice s vyšším a nižším podílem obalových vrstev. Vyloupnout endosperm z obalů. Rozmělnit produkty na požadovanou granulaci. Vytlouci zbytky endospermu z obalových částic.
Malá odbočka do mikrosvěta Standardní mlýnské zpracování pšenice a žita - dopady do mikrostruktury
Standardní mlýnské zpracování pšenice a žita - dopady do mikrostruktury Zrno je zcela dezintegrováno. Obalové vrstvy jsou rozdrceny do podoby plochých částeček (šupinek) s minimálním obsahem zbylého endospermu. Obsah minerálních látek (popel) až 8 %, molekuly složek vlákniny (neškrobové polysacharidy a další látky) jsou poškozeny jen minimálně. Klíčky jsou separovány. Čerstvé klíčky jsou zcela nestabilní. Díky mechanickému poškození se polyenové MK oleje dostávají do styku s kyslíkem a enzymy (lipoxygenasa), které způsobují jejich oxidaci v období již několika desítek hodin po vyrobení.
Standardní mlýnské zpracování pšenice a žita - dopady do mikrostruktury Částice endospermu jsou uvolněny v globulární podobě s velmi nepravidelným porézním povrchem v širokém granulačním spektru od desítek nanometrů po stovky mikrometrů. Podle granulace je dělíme na hladké, polohrubé a hrubé mouky, jemné a hrubé krupice.
Standardní mlýnské zpracování pšenice a žita - dopady do mikrostruktury Základní složky endospermu škrobová zrna a fibrilární struktury proteinů (prolaminy a gluteliny) jsou různou měrou mechanicky a tepelně poškozeny. Jistá míra poškození škrobu má pozitivní technologický dopad na některé procesy sekundárního zpracování (fermentace).
Standardní mlýnské zpracování pšenice a žita dopady do mikrostruktury
Základy standardní mlýnské technologie Práce s obilím a finalizace mouk cesta k vyrovnané kvalitě Průmysloví odběratelé mouk (sekundární zpracovatelé) potřebují především VYROVNANOU KVALITU MOUK tj. s minimálním kolísáním jakosti. V podmínkách ČR není zpravidla možné zajistit dostatečně velké partie obilí o vyrovnaných jakostních parametrech. Proto je třeba pečlivě sestavovat směs na zámel. Zámel se obvykle sestavuje mícháním pšenic jakostních tříd (A, B, C), pro speciální účely ještě E (elita), D (pečivárenské). Co se nepodaří zajistit na samém začátku procesu zámel, lze částečně dotvořit na konci finální úpravou mouk.
Základy standardní mlýnské technologie finalizace mouk - zrání Mouka těsně po dezintegraci a sestavení není hotovým produktem. Zejména v prvních desítkách hodin probíhají v dezintegrovaných a vzduchu přístupných částečkách endospermu velmi zásadní biochemické děje založené z valné části na oxidaci vzdušným kyslíkem, které zásadně mění jakostní parametry mouky. Tento proces nazýváme ZRÁNÍ MOUKY. Urychlujeme jej promícháváním a provzdušňováním. V mlýnské terminologii hovoříme o ODLEŽENÍ MOUKY.
Základy standardní mlýnské technologie finalizace mouk zrání a stárnutí Po několika dnech se celý systém stabilizuje (nicméně oxidační i jiné procesy probíhají velmi pomalu dále). OPTIMÁLNÍ ODLEŽENÍ MOUKY PRO PEKÁRENSKÉ ÚČELY: 1 3 TÝDNY Po dlouhodobém skladování (několik měsíců v závislosti na podmínkách teplota, vlhkost) dochází zejména u lipidů k hydrolýze a oxidaci neboli žluknutí. To je průvodní jev STÁRNUTÍ mouky.
Základy standardní mlýnské technologie - konečná finalizace mouk Z uvedeného plyne, že stanovit výsledné jakostní parametry mouky jde teprve po několika dnech! Co když zjistíme, že neodpovídají požadavkům? 1. Promícháme mouku s jinou tak, aby výsledné jakostní parametry požadavkům odpovídaly. (To se ve mlýnech provádí denně a jde o regulérní součást finalizačního procesu vedoucí k vyrovnané jakosti mouk. 2. Výslednou mouku ještě upravíme přídatnými látkami. (Tato praxe se prováděla velmi zhusta dříve, dnes je snaha ji omezovat na nutné minimum).
Základy standardní mlýnské technologie Měřítka jakosti a efektivity Parametry efektivity: VÝTĚŽNOST jedlých produktů a míra VYUŽITÍ KAPACITY výrobní linky. Jakostní parametry, které má smysl ve mlýně sledovat (podle důležitosti): Příjem obilí (vstupní kontrola): Vlhkost a další hygienické parametry (kontaminace), N-látky (proteiny), číslo poklesu (FN), sedimentační test, objemová hmotnost, příměsi a nečistoty, tvrdost zrna. V průběhu výroby (mezioperační kontrola): Popel, obsah lepku, FN, granulace, na směsných vzorcích reologické ukazatele. Expedice mouk (výstupní kontrola): Popel, obsah lepku, granulace, reologické ukazatele.
Základy standardní mlýnské technologie Obvyklé požadavky na parametry efektivity Parametr Hodnota Výtěžnost pšeničný mlýn 75 80 % Výtěžnost žitný mlýn 78 85 % Využití kapacity (optimum) 310 330 d/r
Základy standardní mlýnské technologie Obvyklé požadavky na jakostní parametry pšenice Parametr Vlhkost (%) max. 14,0 N látky v sušině (%) min. 11,5 Objemová hmotnost (g/l) min. 770 Číslo poklesu (s) min. 200 Zelenyho test (ml) min. 30 Obsah příměsí (%) max. 4,0 Obsah nečistot (%) max. 0,3 Pšenice používané jako zlepšovadla (třídy E A) N látky v sušině (%) min. 13,5 Číslo poklesu (s) min. 220 Zelenyho test (ml) min. 40 Hodnota
Základy standardní mlýnské technologie Obvyklé požadavky na jakostní parametry žita Parametr Hodnota Vlhkost (%) max. 14,0 Objemová hmotnost (g/l) min. 710 Číslo poklesu (s) min. 110 Obsah příměsí (%) max. 4,0 Obsah nečistot (%) max. 0,3
Základy standardní mlýnské technologie mlýnská provozní laboratoř
Jedlé produkty: Základy standardní mlýnské technologie Produkty standardního mletí pšenice ve střední Evropě: Krupice a krupičky (dunsty): výtěžnost 1 5 %, popel do 0,5 % Velmi světlé mouky (cukrářské): výtěžnost do 10 %, popel 0,3 0,5 % Pekařské mouky světlé: výtěžnost 20 50 %, popel do 0,6 % Pekařské mouky polosvětlé: výtěžnost podle uspořádání vymílacího klíče 0 75 %, popel do 0,75 % Pekařské mouky chlebové: výtěžnost 10 20 %, popel do 1,15 % Jedlé výrobky celkem: výtěžnost 75 82 % (u nás 76 80 %)
Základy standardní mlýnské technologie Produkty standardního mletí pšenice ve střední Evropě: Krmiva: Krmné mouky: výtěžnost 0 5 %, popel 3 5 % Otruby: výtěžnost 15 25 %, popel do 8 % Pozn.: Ke zkrmení v ČR slouží ve skutečnosti pouze cca 30 % těchto produktů, cca 30 40 % se exportuje (SRN, Polsko) a zbytek se z valné části spaluje v elektrárnách. Je to podobná zvrhlost, jako výroba bionafty z řepky nebo palmového tuku.
Základy standardní mlýnské technologie Produkty standardního mletí pšenice ve střední Evropě: Značení mouk názvem (u nás) a typem T XXX u nás dříve (v SRN a Rakousku stále): (XXX odpovídá tisícinásobku středního obsahu popela v %) Krupice hrubá, krupice jemná (T 480), mouka hrubá cz (T 450), mouka polohrubá cz (T 400), mouky hladké: světlá (T 530), polosvětlá (T 650), chlebová (T 1000). Velmi světlé hladké (cukrářské) mouky SRN, Rakousko: T 405, T 380. U nás k tomu účelu slouží polohrubá T 400.
Základy standardní mlýnské technologie Produkty standardního mletí pšenice ve střední Evropě: Příklad pekařská mouka hladká světlá (Speciál): T 530, tj. střední obsah popela 0,53, norma / vyhláška*: popel max. 0,6 %, granulace: propad sítem 257 μm min 96 % propad sítem 162 μm min 75 % *Pozn: Vyhláška 333/1997 Sb. ve znění 182/2012 Sb.
Základy standardní mlýnské technologie Produkty standardního mletí pšenice ve střední Evropě: Příklad typického českého vymílacího klíče v pšeničném mlýně: 2015 1995 Krupice hrubá / jemná: 3 % 3 % Mouka hrubá (T 450): 10 % 10 % Mouka polohrubá (T400): 10 % 10 % Mouka hladká světlá: 30 % 35 % Mouka hladká polosvětlá: 15 % --- Mouka hladká chlebová: 10 % 17 % Jedlé celkem: 78 % 75 % Krmná mouka: 2 % 5 % Otruby: 20 % 20 %
Základy standardní mlýnské technologie Produkty standardního mletí pšenice ve střední Evropě: Speciální pšeničné mouky: (Dříve se vyráběly finální úpravou běžných mouk, dnes se používá speciálních směsí na zámel.) Vysokolepkové (hladké světlé, polosvětlé T 500 T 650) předpečené zamrazené polotovary, pizza, pečivo typu hamburger, listová a plundrová těsta. Nízkolepkové (hladké světlé a polosvětlé T 500 T 750) oplatky, sušenky, krekry, piškoty, perníčky.
Základy standardní mlýnské technologie Produkty standardního mletí žita ve střední Evropě: Jedlé produkty: Žitné mouky světlé (výražkové): výtěžnost 10 20 %, popel do 0,65 % Žitné mouky chlebové: výtěžnost podle uspořádání vymílacího klíče 65 80 %, popel do 1,1 % Žitné mouky chlebové tmavé: výtěžnost 10 20 %, popel do 1,80 % Jedlé výrobky celkem: výtěžnost 80 85 % (u nás cca 80 %) Krmiva: Otruby: 15 20 %, popel do 8 %
Základy standardní mlýnské technologie Produkty standardního mletí žita ve střední Evropě: Příklad českého a německého vymílacího klíče v žitném mlýně: Mouka žitná světlá (výražková): 5 % --- Mouka žitná tmavá (cz) chlebová (T 930): 75 % --- Mouka žitná chlebová (T 1150): --- 65 % Mouka žitná chlebová (T 1600): --- 10 % Mouka žitná chlebová (T 1740): --- 10 % Jedlé celkem: 80 % 85 % Otruby: 20 % 15 % ČR SRN
Základy standardní mlýnské technologie mlýnské stroje Základní stroje, které se v pšeničném mlýně používají: válcové stolice se 2 nebo 4 páry válců, rovinné vysévače, čističky krupic, doplňkové mlecí stroje (vytloukačky otrub, vibrační prosévačky, entoletry).
Základy standardní mlýnské technologie válcové stolice
Základy standardní mlýnské technologie válcové stolice
Základy standardní mlýnské technologie
Základy standardní mlýnské technologie čističky krupic (reformy)
Základy standardní mlýnské technologie čistička krupic (reforma)
Základy standardní mlýnské technologie manipulační podlaha
Základy standardní mlýnské technologie sestavování a vážení produktů
Základy standardní mlýnské technologie kontinuální gravimetrické dávkovače aditiv
Základy standardní mlýnské technologie vysoce účinné vsádkové míchací stroje
Základy standardní mlýnské technologie semikontinuální míchání
Pšenice a ječmen stály u zrodu neolitické zemědělské revoluce. Mlýnská technologie u počátků průmyslové revoluce.