Комплексная глубокая переработка зерна пшеницы на предприятиях спиртовой промышленности.

Рынок клейковины Китая имеет следующие характеристики:

• Во-первых, быстрое расширение масштабов. С 1990-х годов менее 1000 тонн до нынешнего ежегодного потребления 100000 тонн или более, это более чем 15 процентов в год по скорости прироста.

• Во-вторых, более широкую сферу применения. Рынок клейковины муки в ранний период ограничивался четырьмя отраслями промышленности, в настоящее время количество занятых в пищевой, мясной, лапша быстрого приготовления, а также кормовой промышленности развивается быстрыми темпами.

Клейковина ( Глютен ) в России не производится. Импорт клейковины, преимущественно из Европы, из-за ее высокой стоимости в последние годы не превышал 600 тонн в год. При этом, однако, общая потребность в клейковине, необходимой для доведения качества муки до требуемых стандартов, значительно выше. Суммарная емкость рынка клейковины в России может быть оценена в 500 000 тонн.

На международном рынке, есть большие пробелы на рынке пшеничной клейковины, а также есть две основные причины, ограничивающие развитие этой отрасли в развитых странах:

• во-первых, для этой отрасли необходимо относительно большое количество воды, а также количество и сложность очистки сточных вод намного выше,

• во-вторых, численность персонала на производственных линиях большая, и оклады составляют большую долю себестоимости продукции.

В настоящее время глобальные совокупный спрос на клейковину пшеницы составляет 800000 тонн :

• 400.000 тонн в Европе,

• около 200000 тонн в Австралии, Северной Америке и других развитых странах,

• 120000 тонн в Китае, Южной Азии и других регионах,

• около 80000 тонн в других регионах

Возможность использования пшеницы в " схеме глубокой переработки зерна ".

Главной идеей комплексной переработки зерна является разделение его на важные составляющие компоненты. Применительно к спиртовому производству это означает, что до основного производства происходит выделение из зерна клейковины, крахмала А, крахмала В, отрубей. И непосредственно на осахаривание подается только крахмал, причем только такой крахмал, который не может использоваться в других, более прибыльных, производствах .

Раздельное использование крахмалов требует отдельного рассмотрения. Надо помнить, что переработка крахмала в спирт не является самым оптимальным решением, с точки зрения экономики. Спирту достаточно "все равно" из какого крахмала он сделан, в то время как для некоторых пищевых производств необходимо использование чистого высококачественного крахмала. Одной из особенностей пшеницы является разделение ее крахмала на два сорта - крахмал А и крахмал В. Крахмал В, составляющий 15 - 20 % общего количества, с гранулами размером 2 - 15 микрон, сильно загрязнен пентозанами, клетчаткой, липидами (жирами) и белками. Крахмал А, с размером гранул 20 - 35 микрон, значительно чище, по своим характеристикам он не уступает кукурузному крахмалу, который считается самым высококачественным. При глубокой переработке пшеницы эти два вида крахмала получаются отдельно, и понятно, что их обратное смешивание нелогично. Рынок крахмала и крахмалопродуктов развит значительно лучше рынка спирта и ликеро-водочных изделий, и крахмалопаточное производство рентабельнее спиртового. Наиболее перспективным представляется использование крахмала А для производства сахарозаменителей, в первую очередь крахмальной патоки или глюкозо-фруктозного сиропа .

Рассмотрим подробно две технологические схемы переработки пшеничной муки с получением крахмала и клейковины.

Производство крахмала из пшеничной муки - Способ Мартена ( MARTIN - процесс ) .

Основные производственные операции.

• Cмешивание пшеничной муки с водой для приготовления густого теста.

• Отлежка теста.

• Вымывание крахмала из теста и промывание глютена/клейковины.

• Высушивание глютена/клейковины, измельчение и упаковка.

• последовательная обработка крахмальной суспензии, полученной при отмывании теста, для выделения крахмала, промывания крахмала и очистки его от примесей.

• Сушка и упаковка крахмала.

Сырье - пшеничная мука 72-76% выхода просеивается , а затем замешивается с небольшим (50-70%) количеством холодной (20'С) воды в густое тесто в месильной машине непрерывного действия. Из месильной машины тесто передается в бункер для отлежки в течении 20 - 40 минут для более полного набухания клейковины. После отлежки тесто направляется на вымывание крахмала.

В Чехии эта операция осуществляется непрерывно, в аппарате конструкции инженера Малинского (производительность 15 тонн пшеничной муки в сутки), который состоит из трех барабанов, работающих последовательно. Барабаны снабжены зубчатыми валками для разминания теста и тестоперевалочными устройствами, перемещающими тесто из секции в секцию, на которые разделены барабаны, последняя секция ситовая. Движение промывной воды (расход воды около 600% к массе муки) в аппарате организовано навстречу клейковине так, что крахмальная суспензия с последних стадий промывания клейковины поступает в барабан предварительного промывания теста, из которого затем отводится в сборник. Промытая клейковина направляется на вальцовую сушилку (типа СДА-250). Высушивание клейковины проводится при температуре не выше 65"C. Пленка высушенной клейковины, снимается ножом с поверхности валков, ссыпается в бункер, откуда направляется на молотковую дробилку для измельчения. Измельченную клейковину просеивают и упаковывают.

Обработка крахмальной суспензии состоит в предварительной очистке от частиц клейковины и мезги (волокон) последовательным ситованием на дуговых ситах через проволочную сетку № 100 и шелковое сито № 67, двухстадийной обработке на осадительных центрифугах, механическом обезвоживании крахмала с одновременной дополнительной очисткой от примесей на обезвоживающей центрифуге и сушке крахмала в пневматической сушилке ПС-15. В целях подавления жизнедеятелности возможной микрофлоры и повышения качества крахмала в суспензию добавляют сернистый ангидрид до содержания его 0,01%. Концентрация суспензии, поступающей на 1 стадию центрифуг, 5%, поступающей на 2 стадию - 15%.

Для выделения крахмала в осадительных центрифугах из легких фракций их направляют на отстаивание или последовательно обрабатывают в сепараторе-концентраторе и сепараторе-разделителе.

Выход крахмала 1 и 2 сорта (А-Крахмала и В-Крахмала) составляет 70%, выход клейковины 10-15%, потери сухих веществ муки 15-20%.

Производство крахмала из пшеничной муки - Способ "взбитого теста" ( баттер - процесс ) .

По этому способу, применяемому в США, в зависимости от качества муки ее смешивают с водой в соотношении 0,7 : 1 или 1,8 : 1 до получения эластичного, но текучего теста. Для облегчения гидратации клейковинных белков и ускорения процесса применяют подогретую воду (50 - 56'С).

Полученное тесто подводится винтовым конвеером к крыльчатому насосу, в который вводится такое количество воды, чтобы обеспечить соотношение ее к муке 3 : 1. При интенсивном перемешивании с водой крахмал отмывается от клейковины, которая остается в форме мелких взвешенных хлопьев. Хлопья клейковины выделяет из крахмальной суспензии на дуговых виброситах, дважды промывают и высушивают. Крахмальную суспензию подвергают обычной обработке до получения конечного продукта.

Баттер - процесс обеспечивает полную механизацию и непрерывность производства. По выходам готовой продукции и потерям сухих веществ муки этот способ мало отличается от способа Мартина.

Проанализируем экономический эффект от внедрения такой технологии на спиртовом заводе. В качестве примера рассмотрим технологию, предлагаемую фирмой GEA Wiegand, Германия.

Очищенная пшеница из бункера поступает на мельницу. Для достижения желаемого качества помола повышается влажность пшеницы. После мельницы смесь муки с отрубями подается на ситчатое сепараторное устройство. Плоский грохот (воздушно-ситовой сепаратор) разделяет мучную и отрубяную фракции. Пневматическим способом мука направляется к мучным бункерам. Фракция отрубей по пневматическому транспортеру направляется в буферный бункер, находящийся на участке разжижения основного (спиртового) производства. Перед тем, как мука будет размешена в смесителе с водой до образования равномерной суспензии , производится ее дозировка на ленточных весах. Замешанная из муки и воды суспензия направляется с помощью эксцентрикового винтового насоса к дезинтегратору высокого давления. Суспензия подается в буферный резервуар, а затем в разжиженном виде откачивается к 3-х фазному декантеру. В деканторе происходит разделение следующих частей: А-Крахмала , В-Крахмала с включенной в него клейковиной, пентозанов и других слизистых веществ. На включенном после декантора вращающемся сите происходит отделение крахмала В от клейковины.

Клейковина ( глютен ) направляется на сушилку. Размельченная клейковина переносится потоком горячего воздуха, причем материал, не измельченный и не высушенный достаточно, отделяется от него и подается обратно на дезинтегратор (т.е. дробилку ). Поступающая с сушилки клейковина/глютен направляется на грохот, на котором происходит отделение всех частиц размером более 200 микрон.

Как видно, этот глютеновый блок заменяет собой систему помола зерна, разжижения и разваривания.

Пшеничный глютен (клейковина) представляет собой нерастворимый в воде белковый комплекс, содержащийся в эндосперме зерна пшеницы. Этот коммерческий продукт вырабатывается как побочный при промышленной переработке пшеницы. Различают два коммерческих продукта:

Кроме применения в мукомольной промышленности продукт также используется для производства гидролизованного растительного белка, глютаминовой кислоты.

Технические параметры глубокой переработки зерна пшеницы.

Учитывая, что оборудование для производства клейковины устанавливается на спиртовом заводе, производство является побочным по отношению к спиртовому, а также сильную зависимость выхода клейковины от характеристик пшеницы в расчете на единицу произведенной продукции, технические параметры могут оцениваться достаточно приблизительно.

Спиртовый завод производительностью 1 миллион декалитров в год потребляет примерно 3,7 тонн пшеницы в час. Выход клейковины при этом будет составлять от 200 до 300 кг в час. При этом расходы на производственные цели будут составлять: пара (5 бар) 1500 кг в час, электроэнергии 450 кВт, потребность в технологической воде составляет 3 метра кубических в час, охлаждающая вода не требуется.

Влияние глубокой переработки зерна пшеницы на основное производство спирта.

Установка такого оборудования на спиртовом заводе дает следующие преимущества: упрощает процесс переработки барды, не требуется разжижение и разваривание, так как результатом переработки является крахмальная суспензия. Кроме того, становится возможным повторное использование дрожжей путем их сепарирования.

Экономические аспекты переработки зерна пшеницы.

При оценке экономических аспектов возможно два подхода: перенос всех дополнительных экономических расходов на спирт и учета только выручки от продажи других продуктов, или раздельный учет каждого вида производств. Второй путь кажется наиболее строгим, однако он не дает полного представления об экономике процесса, особенно при сравнении различных технологических схем. Кроме того. Некоторые стадии являются общими для разных продуктов, и возможно отнесение производственных затрат как на один продукт, так и на другой ( например затраты на очистку зерна, производство отрубей могут быть отнесены как на спиртовое производство так и на глютеновое). Поэтому первый вариант является наиболее наглядным, именно так оценивается эффективность технологии за рубежом, в том числе в США.

Увеличение производственных затрат ожидается по следующим позициям: тепловая энергия, электроэнергия. Увеличение расхода тепла за счет включения оборудования по производству клейковины, в расчете на один декалитр спирта составит 6,6 Мкал. Однако примерно столько же тратится на разваривание, которое исключается при внедрении этой схемы (6,4 Мкал), таким образом, общее увеличение расхода пара составляет 0,2 Мкал, или около 0,3 %. Более того, учитывая снижение потерь технологическим оборудованием ( более 12 Мкал ), можно предположить, что установка оборудования не приведет к увеличению расходов по этой позиции.

Общепринятый заводской расход электроэнерии на производство 1 декалитра спирта сегодня в среднем по отрасли составляет 3,83 кВт · час / декалитр, из которых на подработку и измельчение зерна расходуется 0,9 кВт · час / декалитр, на водно-тепловую обработку и осахаривание - 2,07 кВт · час / декалитр. Потребление электроэнергии оборудованием по производству клейковины составляет 450 кВт, или, в расчете на декалитр спирта 3,6 кВт · час. С учетом экономии электроэнергии при замене оборудования по помолу и частично водно-тепловой обработке, расход электроэнергии составит 6,53 - 4,46 кВт · час. Увеличение расхода по этой позиции, таким образом составит от 16 до 70 %. Это достаточно высокий показатель, но необходимо принимать во внимание, что в общей калькуляции расходов затраты на электроэнергию составят в среднем 2,7 %. Увеличение расхода электроэнергии даже на 70 % приведет к удорожанию спирта на 2 %.

Точно оценить увеличение затрат по другим статьям расходов не представляется возможным, но можно предположить, что заработная плата, составляющая в цене спирта не менее 2%, увеличится незначительно. Предположим , что суммарные затраты увеличились на 10 %, или на 5,6 рублей.

Наиболее значительно увеличение коснется отчислений на амортизацию оборудования. При обычной ставке 9 % и ориентировочной стоимости оборудования $4,5 миллиона, ежегодно необходимо отчислять $ 400 000, т.е. $ 0,4  (9,6 рублей) на каждый декалитр произведенного спирта. (Эту проблему можно решить при помощи лизинга оборудования).

Таким образом, производственная стоимость спирта возрастает на 15,2 рублей за декалитр. При цене клейковины ( глютена ) $1,2 за килограмм и отношении выхода "1 декалитр спирта - 2 кг клейковины" положительный эффект от ее продажи, в расчете на декалитр спирта, составит 56,7 рублей.

Суммарный экономический эффект от внедрения новой технологии глубокой переработки зерна без учета возможной реализации отрубей ( 10 % от количества перерабатываемого сырья ) будет составлять 42,4 рублей с декалитра.

Сегодня формальная рентабельность спиртового производства составляет около 5 рублей ( 8 - 12 % ), а фактически спиртовые заводы работают с отрицательной рентабельностью. Следовательно. Внедрение схемы комплексной глубокой переработки зерна может повысить рентабельность спиртового производства более чем в 4 раза.

Конечно, для каждого конкретного спиртового предприятия необходимо производить отдельные расчеты. Кроме того , на сегодня нет сформированного рынка основного побочного продукта комплексной глубокой переработки пшеницы - клейковины. Хотя мы считаем, что емкость рынка оценена достаточно верно, но для более детальной проработки вопроса необходимы дальнейшие исследования, желательно совместно с непосредственными потребителями продукта - предприятиями мукомольной промышленности.

Но тем не менее один вывод может быть сделан однозначно. Около 60 % затрат при производстве спирта приходится на зерно, а улучшение существующей технологии, по оценкам специалистов, не может снизить производственные затраты более, чем до 40 %. Это соответствует снижению полной стоимости спирта на 15 %. Следовательно, только внедрение комплексной схемы глубокой переработки зерна может привести к значительному повышению экономической эффективности предприятий спиртовой отрасли.

В настоящее время спиртовые заводы испытывают определенные трудности с реализацией спирта. Хорошим решением в этом случае может служить использование для снижения себестоимости : 1) собственной электрической энергии , 2) собственного технологического пара и 3) собственного искусственного холода.

Это хорошее решение, которое позволит дополнительно снизить себестоимость производимой продукции.

    На первом этапе : спирт     = >  электроэнергия