К.т.н. Федотов В.А., Воякина К.В., Васева Л.И., Максютова Н.Н.

Оренбургский государственный университет, Россия

Фрактографический анализ размола зерна

Гранулометрический состав муки – один из наименее изученных показателей ее качества, поскольку его измерение сопряжено с трудностями применения прямых методов измерения, а также с отсутствием однозначных критериев оценки формы частиц муки [1]. Интенсивное развитие компьютерных технологий позволило для проведения микроскопических исследований дисперсных материалов задействовать информационные технологии, тем самым снизив трудоемкость анализа и максимально автоматизируя весь процесс исследований.

Для проведения гранулометрического, или, применительно к размолу зерна, фрактографического анализа размола зерна пшеницы получали микроснимки двумя способами – с помощью оптического микроскопирования на микроскопе Биолам и с помощью сканера с CIS (Contact Image Sensor) матрицей.

Для обеспечения работы всей информационно-измерительной системы разработаны: модуль управления экспериментом, модули обработки экспериментальных данных и модуль визуализации результатов измерения. На разработанное программное средство было получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011610605 «Программное обеспечение для прогнозирования технологических качеств пшеницы на основе данных гранулометрического анализа». В качестве одного из гранулометрических показателей, описывающих форму частицы введен новый параметр, названный коэффициентом неровности частицы.

Определяемые в гранулометрии характеристики дисперсности и форм частиц муки предъявляют соответствующие необходимые требования к техническим качествам оптических систем, используемых в производстве микроснимков размола зерна. Одной из основных в данном случае характеристик является разрешительная способность оптической системы: разрешающая сила объектива микроскопа или разрешение матрицы цифрового сканера. Именно эта характеристика, в основном, определяет насколько детально можно описывать мелкие объекты. В оптике чаще всего разрешающая способность измеряется в единицах dpi (количество точек на линейный дюйм). Так разрешающая способность в 300 dpi означает способность распознать наличие 300 отдельных точек в одном дюйме или 90 000 (300·300) точек на площади в 1 квадратный дюйм (примерно 6,35 см²), а значит все объекты, чьи линейные размеры будут равны или менее 84 мкм (25,2 мм / 300 = 0,084 мм = 84 мкм) будут сливаться в одну сплошную точку, либо невидимы совсем [2].

Решение о минимально необходимом разрешении матрицы следуют принимать исходя из размеров частиц муки. В пшеничной муке примерно 36 % частиц имеют размер 17 – 28 мкм, еще 43 % частиц характеризуются размером более 35 мкм, только около 4 % имеют размер менее 14 мкм (проходовая фракция сита №004). Содержание частиц менее 4 мкм исчезающе мало (менее 1 %) [3]. Отсюда следует, что измерение и описание форм частиц менее 4 мкм статистически мало сказывается на результатах гранулометрического анализа муки, потому учетом размеров и характеристиками форм таких частиц можно пренебречь. Легко увидеть, что для анализа частиц более 4 мкм необходимая детализация изображения достигается при разрешении снимающей матрицы более 25,2 / 4 = 6300 dpi. При такой разрешение матрицы частицы размером 4 мкм при визуальном осмотре превращаются в бесформенные точки. Частицы размером в 14 мкм, обладая более чем в 10 раз большей площадью (14²/4² = 12,25), приобретают видимую форму и могут быть описаны в терминах гранулометрического анализа.

Для наиболее распространенных показателей технологических качеств пшеницы – структурно-механических, хлебопекарных свойств установлены корреляционные зависимости с различными показателями гранулометрического анализа (таблица): средней площадью частиц , средним эквивалентным размером частиц , средним коэффициентом вытянутости частиц , средней компактностью частиц , средним коэффициентом неровности частиц . Определение водопоглотительной способности муки (ВПС) и валориметрической оценки муки произведено с помощью валориграфа, твердозерности - по показателю микротвердости зерна.

Для наиболее распространенных показателей хлебопекарных качеств пшеницы были построены уравнения регрессии и вычислены коэффициенты детерминации этих уравнений, показывающие насколько изменения этих хлебопекарных качеств могут быть объяснены влиянием гранулометрических характеристик муки. В качестве показателей гранулометрии, от которых зависят хлебопекарные качества пшеницы были приняты: эквивалентный размер частиц и коэффициент их неровности , поскольку именно эти параметры отличаются наибольшими коэффициентами корреляции.

Результаты наблюдений свидетельствуют о возможности, анализируя данные гранулометрического анализа зерна, прогнозировать с большой точностью конечные хлебопекарные качества муки из этого зерна.

Список литературы

1. Кругляков Г. Н., Круглякова Г. В. Товароведение продовольственных товаров. - Ростов-на-Дону : издательский центр «МарТ», 1999.

2. Bradsky G., Kaehler A. Learning OpenCV. - O’Reilly, 2008. - 571 p.

3. Кругляков Г. Н., Круглякова Г. В. Товароведение продовольственных товаров. - Ростов-на-Дону : издательский центр «МарТ», 1999.