穀物の乾式製粉と分別

穀物の乾式製粉は、主に消費者向けおよび工業用製品の原料を製造するために利用されています。このプロセスは、新しいバイオベースの関連副産物の開発に広く関連しています。製粉プロセスでは、穀物を胚芽、小麦粉、細粒、粗粒の 4 つの異なる物理的成分に分離します。分離された材料は、その後、人間や動物の消費に使用される食品に加工されます。

1 年間に 1 億 6,500 万ブッシェルのトウモロコシが乾式製粉されていると推定されています。現在、乾式製粉は主に、人間や動物の消費用、または燃料エタノールの生産時に利用されるトウモロコシベースの製品に焦点が当てられています。乾式製粉プロセスの主な目的は、主にデンプンで構成される胚乳を胚芽と果皮繊維から可能な限り 分離することです。

乾式粉砕プロセスには、次のような独自の特徴がいくつかあります。

• 質量に基づく物理的な分離（サイズ/密度）
• 化学薬品は使用しない
• 処理のための固体の表面積を最大化する
• 資源パルプ化
• 水の使用量は最小限（短時間で焼き入れ）

  注: 水は分離剤として使用されません

• 低い資本コスト
• 湿式粉砕に比べて分離が少ない
• 湿式製粉に比べてデンプン、タンパク質、繊維、油の濃度が低い

最もよく利用される粉砕機には、ピンミル、ハンマーミル、ディスクミルがありますが、より特殊なプロセスに利用される機械も多くあります。高いデンプン抽出率を維持するために、穀物は脱胚芽処理されます。この処理では、まず胚芽と繊維 (果皮) が除去され、胚乳はグリッツ、コーン、ミール、フローなどいくつかのサイズに回収されます。グルテンタンパク質マトリックスはデンプンから分離されないことに注意することが重要です。

以下の表は、粉砕されたトウモロコシ製品の粒子サイズと収量をまとめたものです。

現在、乾燥粉砕トウモロコシ製品は主に動物用食品、醸造、朝食用シリアル業界で使用されています。

グリッツ/コーン

• 朝食用シリアル
• スナック食品
• ペットフード
• コーンブレッド
• パン

小麦粉

• ベビーフード
• ベーキングミックス
• 打者
• デザート
• 冷凍食品
• 肉増量剤
• 増粘剤

胚芽

• 穀物ベースの油
• ビタミンキャリア
• マヨネーズ
• ポテトチップス
• スープ
• ソース
• 家畜飼料

アルコール製造において、乾式製粉の主な利点は、発酵プロセスの基質として利用できる穀物の種類と品質の柔軟性です。乾式製粉は、機械の動作特性をほとんどまたはまったく変更することなく、さまざまな穀物に利用できます。

現在、粒子のサイズと量に応じて必要な粉砕作業を計算するために使用される主な経験的モデルが 3 つあります。直径が 50 mm を超える粒子には Kick モデル、0.05 mm ～ 50 mm の粒子には Bond モデル、0.05 mm 未満の粒子には Von Rittinger モデルを使用できます。計算は次のとおりです。

キックモデル

${\displaystyle W_{k}=c_{k}(\ln d_{A}-\ln d_{E})}$

債券モデル

${\displaystyle W_{B}=c_{b}\left({\frac {1}{\sqrt {d_{E}}}}-{\frac {1}{\sqrt {d_{A}}}}\right)}$

フォン・リッティンガーモデル

${\displaystyle W_{R}=c_{R}\left({\frac {1}{d_{E}}}-{\frac {1}{d_{A}}}\right)}$

3 つのモデルすべてにおいて:

W はkj/kg 単位の仕事です。

cは研削係数である

d _{A は}原料粒子の粒径である。

d _{E は}粉砕材料のサイズです。

Bond の係数はさまざまな文献で参照できますが、Kick と Von Rittinger の係数の計算は以下で参照できます。

${\displaystyle c_{k}=1.151{\frac {c_{B}}{\sqrt {d_{BU}}}}}$

${\displaystyle c_{R}=0.5{\frac {c_{B}}{\sqrt {d_{BL}}}}}$

ここでd _BU = 50mm、d _BL = 0.05mmです。

粉砕結果を分析するには、原料と粉砕された材料の配置を計算する必要があります。この特性を定量化するために、粒子配置に対するサイズの比率である粉砕度を計算します。粒子サイズ d80 に対する粉砕度は次のように表示されます。

${\displaystyle Z_{d}={\frac {d_{80,1}}{d_{80,2}}}}$

ここで、d ₈₀値は、80% の質量が粒子よりも小さいサイズであることを示します。

トウモロコシの乾式製粉には 3 つの方法があります。

• アルカリ調理法
• 石臼挽き（胚芽除去なし）
• 焼き戻し胚芽除去工程

テンパリング胚芽除去は、業界における穀物の乾式製粉に最も一般的に使用されるプロセスです。

トウモロコシの乾式製粉はいくつかのステップから成ります。次の段落では、乾式製粉のすべてのステップと、これらのステップで使用される機器について詳しく説明します。

このセクションでは、トウモロコシと水を混ぜて 10 ～ 30 分間テンパリングするためのチャンバーを使用します。より効率的に分離するには、胚芽と胚乳の水分含有量に差をつける必要があります。穀粒のテンパリングは水分の吸収につながります。胚芽と胚乳の膨張の差により、テンパリング中に胚芽はより柔軟で弾力性が増しますが、穀粒から物質が移動することはありません。

トウモロコシ乾式製粉における脱胚芽の目的は、穀粒を果皮、胚乳、胚芽に分解することです。この目的を達成するために、Beall 操作が使用されます。この操作では、テンパリング セクションから受け取った穀粒を尾部と尾部に分離します。Beall 脱胚芽装置は、剥離グリッツの収率が高いことで知られていますが、他のメーカーの電力要件はより低いです。パイロット プラント Beall には、800 rpm で回転する内部コーンがあります。Beall 脱胚芽の利点の 1 つは、材料を留めて滞留時間を長くするためのテールゲートでの重量調整です。

吸引は、粒子のサイズ、形状、密度によって影響を受ける終端速度を使用して、胚乳と胚芽の混合物から果皮を分離するために使用される単位操作です。

重力分離は、比重の異なる混合物の成分を分離するために使用される方法です。乾式製粉における重力分離は、胚乳と胚芽を分離するために利用されます。

ローラーミルは、円筒形のローラーを使用してさまざまな材料、特に穀物を粉砕します。ハンマーミルやボールミルの適切な代替品にもなります。ふるい分けは、胚乳粒子の分布を調整するために使用されます。

業界で使用されている油回収法には 2 種類あります。1) トウモロコシの圧搾法は、油収量が低く、固形製品に残留油が存在するため、米国ではトウモロコシ胚芽油の回収に商業的に使用されていませんが、シンプルで安価です。2) 抽出法は、油収量が高く、残留油が少ないため、最もよく使用されますが、高価で、爆発や安全上のリスクがあります。

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