Jarosław Diakun, Anna Kaczor Katedra Inynierii Spoywczej i Tworzyw Sztucznych, Politechnika Koszaliska

Transkrypt

1 Jarosław Diakun, Anna Kaczor Katedra Inynierii Spoywczej i Tworzyw Sztucznych, Politechnika Koszaliska Wstp Badanie wpływu wilgotnoci ziaren amaranthusa na efekt ich zgniatania Streszczenie Standardow metod rozdrabiania zbó na mk jest ich przemiał na wlewniku walcowym. Badaniom na zgniatanie poddano pojedyncze nasiona amarantusa o rónej wilgotnoci w zakresie od 10 do.16%. Mierzono sił zgniatania i obserwowano zachowanie si nasion w trakcie zgniatania Porównano zachowanie si nasion amaratusa z ziarnem pszenicy o standardowej wilgotnoci przemiałowej. Słowa kluczowe: amarantus, zgniatanie nasion, przemiał zboa Urzdzeniem stosowanym najpowszechniej do rozdrabniania zboa, zwłaszcza w technologii przemiału zboa na mk jest mlewnik dwuwalcowy. Ziarno poddawane rozdrabnianiu, na tym urzdzeniu, jest wciganie w szczelin obracajcych si przeciwbienie walców i tu poddawane jest zgniataniu i rozcieraniu. W stosunku do innych rozdrabniaczy zbó (mlewniki arnowe, bijakowe) wlewniki dwuwalcowe charakteryzuj si najlepsz sprawnoci i efektywnoci technologiczn. Sporód materiałów rolinnych, najlepiej poznanym pod wzgldem właciwoci strukturo mechanicznych, sposobu przygotowania do przemiału i parametrów prowadzenia tego procesu, jest pszenica. Dla pszenicy optymalna wilgotno przed przemiałem wynosi 15,5 16,0 %. Zbyt suche łatwo si kruszy w czasie rozdrabniania, i to zarówno bielmo, jak i łuska, a zbyt mokre jest cigliwe. Nieodpowiednio dobrana wilgotno powoduje otrzymanie mniejszej wydajnoci mki oraz niekorzystne właciwoci wypiekowe wyrobu finalnego. Nasiona amarantusa (szkarłatu) niewspółmiernie róni si wielkoci i kształtem od ziaren zbó chlebowych, jakimi s m. in. pszenica i yto. Zachowanie si amarantusa pod działaniem obcienia przez zgniatanie nie jest do koca poznane. Nie wiadomo równie, jak przygotowa te ziarna do przemiału (wilgotno) oraz przy jakich parametrach pracy mlewnika prowadzi przemiał. Badania pomiaru wartoci siły, odkształcenia i energii charakteryzujce odporno nasion amarantusa w szerokim zakresie wilgotnoci nasion (4,9 24,9 %) przeprowadził Szot [Szot 1999], okrelajc zaleno midzy redni sił potrzebn do zniszczenia struktury nasion, a ich wilgotnoci. Konopno [2000] wykazał, warto granicy plastycznoci nasion amarantusa zaley nie tylko od wilgotnoci ale równie od prowadzonego sposobu nawilania. Autorzy tyche bada skupili si wyłcznie na badaniu wytrzymałoci i charakteru odkształcenia w szerokim zakresie wilgotnoci 43

2 nasion. Nie prowadzono dotychczas bada, umoliwiajcych okrelenie warunków przemiału nasion amarantusa. Celem pracy było poznanie zachowania si ziaren amarantusa o rónej wilgotnoci, poddanych zgniataniu statycznemu i porównanie z efektem takiego samego zgniatania ziaren pszenicy o standardowej wilgotnoci przemiałowej (16%), aby okreli moliwo i warunki prowadzenia przemiału amarantusa na mlewniku dwuwalcowym. Materiał badawczy i metodyka bada Materiał badawczy stanowiły nasiona amarantusa pochodzce z zakupu detalicznego oraz odmiany Rawa zakupionych z przechowalni młyna w Łomy. Ziarna pszenicy pochodziły z PZZ w Stoisławiu. W ramach bada wstpnych okrelono podstawowe cechy jakociowe ziarniaków amarantusa. Obejmowały one pomiary: wilgotnoci pocztkowej, zawartoci zanieczyszcze, ciaru objtociowego, mas 1000 ziaren, kształtu, wymiarów geometrycznych, tj. szerokoci i gruboci. Badania zasadnicze obejmowały okrelenie siły powodujcej zgniecenie pojedynczych ziarniaków amarantusa i pomiarze zgniatania siły oraz obserwacja struktury fizycznej zniszczonych nasion szarłatu. Zmiennym czynnikiem była wilgotno nasion w zakresie od 10 % do 16,0 %. Zakupione ziarna amarantusa miały wilgotno 16%. Uzyskanie okrelonej wilgotnoci polegało dosuszano do odpowiednich poziomów wilgotnoci. Dosuszanie polegało na rozsypaniu cienk warstw na siatk i pozostawienie jej w pomieszczeniu laboratoryjnym do stopniowej utraty wilgotnoci. Pomiar siły przy ciskaniu wykonano na zaadoptowanym do tego celu konsystometrze Höpplera (Rys. 1). Na stanowisku, poprzez zmian wielkoci obciników i ich miejsca zawieszenia na ramieniu obciników, moliwe było obcienie w zakresie skokowej zmiany z dokładnoci do 1 N. Pojedyncze ziarna poddawano działaniu obcienia statycznego, zwikszajc stopniowo sił, poprzez dokładanie obciników o wikszej masie i zwikszanie ramienia ich zawieszenia. Jednoczenie na mikrometrze obserwowano odkształcenie z dokładnoci 0,01 mm. Kryterium wartoci siły była taka jej warto, przy której zaobserwowano stabilizacj odkształcenia (nie nastpował ju przyrost odkształcenia przy dalszym zwikszaniu obcienia). Odkształcenie mierzono z dokładnoci do 0,01 mm. Wynik stanowiła rednia z 10 powtórze dla kadej partii próbek o wyznaczonym poziomie wilgotnoci. 44

3 3 P Rys. 1. Stanowisko do pomiaru siły zgniatania ziaren: 1 przekładnia dwigniowa, 2 obcinik, 3 mikrometr (miernik odkształcenia), 4 głowica obciajca, 5 próbka (zgniatane ziarno) Fig. 1. Setup for measuring the crushing force for seeds: 1 lever transmission gear, 2 weight, 3 micrometer (strain meter), 4 loading head, 5 specimen (grain being crushed) Wyniki bada i ich analiza Wyniki pomiaru cech jakociowych nasion amarantusa przedstawiono w tabeli 1. Tab. 1 Wybrane cechy jakociowe nasion amaranthusa pochodzce z rónych form dystrybucji:σ - odchylenie standardowe, x - rednia arytmetyczna Tab. 1 Selected quality features of amaranthus seeds coming from different forms of distribution:σ - standard deviation, x - arithmetic mean PARAMETRY FORMA DYSTRYBUCJI JAKOCIWE DETALICZA HURTOWA Wilgotno pocztkowa W p [%] 16,4 16,5 Masa 1000 ziaren [g] 0,70 0,76 Gsto nasypowa[g/l] Zawarto zanieczyszcze [%] 1,12 0,20 Kształt Elipsoidalny Elipsoidalny Wymiar geometryczny [mm]: szeroko grubo x σ x σ 1,36 0,78 0,09 0,06 1,40 0,72 0,07 0,06 45

4 Warto wilgotnoci W p nasion zakupionych do bada okazały si wysze od wartoci zalecanych w przechowalnictwie (12,0 14,0 %) [Gotarczyk 1999]. Nasiona pochodzce z hurtu odznaczały si wysz mas 1000 ziarniaków, czyli były bardziej wykształcone, ni nasiona pochodzce z zakupu detalicznego. Nasiona te odznaczały si równie wikszymi wymiarami oraz były bardziej wyrównane. Analiza gstoci nasypowej badanych nasion szarłatu nie wykazała znaczcych rónic. Stwierdzono znaczne rónice w zawartoci zanieczyszcze badanych nasion. Nasiona pochodzce z detalicznej formy dystrybucji odznaczały si prawie szeciokrotnie wysz zawartoci zanieczyszcze ni nasiona pochodzce z hurtowej formy dystrybucji. Zanieczyszczenia stanowiły głównie plewki nasion oraz ziarniaki skruszone. Wyniki pomiaru wartoci siły zgniatania F w zalenoci od wilgotnoci nasion przedstawiono na rys. 2. Siła niszczca [N] ,6 264,6 245,1 235, ,3 156, , Pochodzenie detaliczne Pochodzenie hurtowe Wilgotno nasion [%] Kruche Krucho - plastyczne Plastyczno - kruche Plastyczne nieco kruche Plastyczne Charakter odkształcenia Rys. 2. Wartoci siły zgniatania F i charakter zachowania si ziaren podczas zgniatania w zalenoci od wilgotnoci nasion Fig. 2. Values of the crushing force F and behaviour of seeds while crushing, depending on the seed humidity Warto siły zgniatania F zmniejsza si wraz ze wzrostem wilgotnoci nasion. Porównujc wyniki bada zauwaono, i wysze wartoci siły niszczcej F wymagały nasiona pochodzce z zakupu detalicznego. Zakres sił F powodujcych zgniatanie nasion, w zalenoci od wilgotnoci, waha si, w granicach od 100,0 160,0 N (dla 16,0 % wilgotnoci), do 260,0 300,0 N (dla około 10,0 % wilgotnoci). Badania wytrzymałoci nasion amarantusa prowadzone przez Szota [Szot. B., 1999], wykazały wartoci siły nisze i w zalenoci od wilgotnoci nasion wahały si w granicy od 5,03 N do 21,24 N. Obejmowały one rejestracj pocztków odkształcania i wyznaczenie granicy plastycznoci Prowadzone przez nas badania, wykazały znacznie wysze wartoci sił zgniatania F, gdy obejmowały działanie obcienia a do całkowitego zgniecenia. Charakter zachowania si nasion pod obcieniem dla rónych poziomów wilgotnoci, opisano na wykresie rysunku 2, a kocow posta zgniecionych nasion na fotografiach - rys.3. Przy wilgotnoci około 16,0 % zniszczone 46

5 ziarniaki nie ulegały kruszeniu. Popkała tylko okrywa nasienna. Cz ziarna, w którym znajduje si bielmo uległo odkształceniu plastycznemu i pod działaniem obcienia zdeformowała si do postaci płatka (rys.3 a, b). Bardziej plastyczne były próbki ziarniaków pochodzca z detalu (rys.3 b). a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) Rys. 3 Posta ziaren o wilgotnoci: a, b) 16,0 16,4%; c, d) 14,9-15,2%; e, f) 12,9-13,1%; g, h) 11,7 12,0%; i, j) 10,2 10,6% po zgnieceniu nasiona z detalu a,c,e,f,g,i; nasiona z hurtowni b,d,f,h,j Fig. 3. Shape of grains of humidity after crushing the seeds from retails sale; seeds from wholesale Nasiona o wilgotnoci bliskiej 15,0% równie nie uległy kruszeniu. Nastpiły głbsze pknicia okrywy nasiennej oraz nadkruszenia. Bielmo uległo odkształceniu plastycznemu i pod działaniem obcienia zdeformowało si do postaci płatka. (rys.3 c, d). Bardziej plastyczne były, tym razem próbki nasion pochodzce z hurtu (rys.3 d). Przy wilgotnoci nasion bliskiej 13,0 % (rys.3 e f) w obserwowanych ziarniakach popkała okrywa nasienna z czciowym jej rozerwaniem. W bielmie pojawiły si rysy pkni nie rozpadajc si. Typowe kruche pkanie okrywy zaobserwowano dopiero dla nasion o wilgotnoci.w granicy 12,0 % (rys.3 g, h). Okrywa nasienna nasion popkała, uległa rozpadowi. Bielmo zachowywało jeszcze spoisto ze ladami pkni. Wyrane oznaki kruchoci zauwaono dla nasion o wilgotnoci bliskiej 10,0 % (rys.3 i j). Okrywa nasienna popkała, ulegała rozpadowi, miejscowo oddzieliła si od bielma. Bielmo równie popkało, uległo poszarpaniu, kruszyło si. 47

6 Rys. 4. Ziarno pszenicy o wilgotnoci 16,0 % po zgnieceniu Fig. 4. Wheat grain of 16,0 % humidity after crushing Pszenica o wilgotnoci 16,0 %, (standardowa wilgotno przemiałowa) bdc prób porównawcz, uległa pod działaniem obcienia statycznego zniszczeniu przy wartoci siły niszczcej 323,46 N. Okrywa owocowo nasienna popkała lecz zachowała czciowo plastyczno. Bielmo uległo zgnieceniu, zachowało spójno wyranymi ladami pkania. (rys. 4). W porównaniu, podobnie zaobserwowano zachowanie si nasion amarantusa o wilgotnoci 13 %. W wyniku przeprowadzonych bada warunków kruszenia nasion amarantusa mona stwierdzi istotn zaleno pomidzy wilgotnoci nasion, a ich wytrzymałoci na zniszczenie, kruchosprysty charakter zachowania si nasion i ich posta po zgnieceniu. Stwierdzono równie, i badane ziarniaki zaczynaj wykazywa podatno na rozkruszanie przy wilg. około 13,0 %. Wnioski Wilgotno nasion amarantusa wpływa istotnie na warto siły niezbdnej do ich całkowitego zgniecenia oraz ich struktur po zgnieceniu. Badane nasiona szarłatu wykazuj podatno na kruszenie dla wilgotnoci mniejszej od 13,0%. Przeprowadzone badania pozwalaj wnioskowa, e aby uzyska rozdrabnianie ziaren na mk przez zgniatanie midzy walcami wlewnika konieczne jest wspomaganie rowkowaniem walców i frykcj, jak przy przemiale zbó chlebowych. Bibliografia Gontarczyk M.: 1996, Szarłat uprawny Amaranthu spp. Nowe Roliny Uprawne, wyd. SGGW Warszawa Jurga R.: 2001, Przemiał ziarna pszenicy. Cz. 9. Ogólna charakterystyka procesu przemiału ziarna, Przegld Zboowo Młynarski, nr 9 48

7 Konopko H. Siudun J.: 2000, Wpływ wilgotnoci nasion amarantusa na ich wybrane właciwoci mechaniczne,. Inynieria Rolnicza, Kraków Szot B.: 1999, Właciwoci agrofizyczne amarantusa. Amaranthus cruentus L., wyd. PAN, Investigations on the influence of the humidity of amaratnthus grains on the effect of their crushing Summary Standard method of crushing the grains into flour is their grinding in the cylindrical pourer. Individual amaranthus seeds of different humidity from 10 to 16% were subjected to the crushing tests. The crushing force was measured and the behaviour of seeds while crushing was observed. The behaviour of amaranthus seeds was compared with the wheat grain of standard milling humidity. Key words: amaranthus, seed crushing, grain milling 49