КРИТЕРИАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАКАРОННОГО ПОМОЛА ПШЕНИЦЫ ДУРУМ НА ОСНОВЕ ВЫХОДА И ЗОЛЬНОСТИ ПРОДУКТОВ

АННОТАЦИЯ

В работе предложена и обоснована доработанная схема оценки эффективности макаронного помола пшеницы дурум для условий сортового извлечения крупки и полукрупки. Цель исследования — сформировать критерий, позволяющий одновременно учитывать общий выход готового продукта и его зольность по отношению к зольности исходного зерна. Методология включает расчетно-аналитическое сравнение четырех технологических сценариев, моделирование чувствительности критерия к изменению зольности продукта и экономическую оценку для мельницы производительностью 100 т/сут. Показано, что критерий D = I×Z0/Z1 корректнее отражает качество технологических решений, чем показатели, учитывающие только выход. Для расчетного кейса оптимизация распределения фракций обеспечивает рост суточной выручки на 30,0 млн сум и формирует практический ориентир D > 145 для эффективных режимов.

ABSTRACT

This paper proposes an improved criterion for evaluating the efficiency of durum wheat semolina milling under graded extraction of coarse and semi-coarse products. The aim was to develop an index that simultaneously accounts for total yield and ash content of the finished product relative to grain ash. The methodology combined analytical comparison of four milling scenarios, sensitivity modelling of the index to product ash variation, and a techno-economic case study for a 100 t/day mill. The results show that the criterion D = I×Z0/Z1 reflects technological performance more adequately than indicators based only on extraction rate. For the analysed case, optimized fraction redistribution increased daily revenue by 30.0 million UZS and supported a practical benchmark of D > 145 for efficient milling regimes.

Ключевые слова: пшеница дурум, макаронный помол, зольность, выход крупки, технологическая эффективность, кондиционирование зерна, экономическая оценка.

Keywords: durum wheat, semolina milling, ash content, semolina yield, technological efficiency, grain conditioning, economic assessment.

Введение

Пшеница дурум является базовым сырьем для производства семолины и макаронной крупки, качество которых определяется не только общим выходом продукта, но и степенью отделения оболочечных слоев от эндосперма. Для мукомольных предприятий это означает необходимость перехода от простой оценки извлечения к комплексной оценке технологической эффективности. В классических работах по мукомолью подчеркивается, что основная задача сортового помола заключается в максимально полном выделении эндосперма при минимальном загрязнении продукта оболочечными частицами [1, с. 215; 2, с. 112].

Современные исследования показывают, что развитие переработки пшеницы идет по пути точного управления очисткой, кондиционированием, гранулометрическим составом и цифровым контролем качества [6; 8]. Для дурум это особенно важно, поскольку спрос со стороны макаронной отрасли смещается в сторону продуктов с устойчивой цветностью, контролируемой зольностью, высокой стекловидностью и предсказуемой гидратацией [6; 9].

Минеральные элементы концентрируются преимущественно во внешних анатомических слоях зерна; семолина и мука, полученные из внутренних частей ядра, характеризуются более низкой минеральной нагрузкой, что делает показатель зольности технологически значимым индикатором чистоты извлечения эндосперма [7]. С этой точки зрения эффективность макаронного помола должна определяться не только выходом, но и тем, насколько низкую зольность удается обеспечить при заданных свойствах исходного зерна.

Дополнительную актуальность вопросу придает необходимость соблюдения нормативов по качеству семолины и макаронной муки. Согласно Codex Alimentarius, зольность семолины из пшеницы дурум должна удерживаться в пределах стандартов, а отклонения по этому показателю напрямую влияют на товарные и технологические свойства полуфабриката [4; 9].

Цель исследования — разработать и апробировать критерий сравнительной оценки эффективности макаронного помола пшеницы дурум, который объединяет количественный результат переработки и качественные характеристики исходного зерна и готового продукта. Научная новизна работы состоит в том, что для производственного анализа предложен критерий D, позволяющий сравнивать разные технологические режимы при неодинаковой зольности сырья, а практическая значимость заключается в возможности использовать этот показатель как инструмент оперативного управления помольными партиями и схемами извлечения.

Материалы и методы исследования

Исследование выполнено как расчетно-аналитическая работа с использованием производственно ориентированных сценариев переработки пшеницы дурум. В качестве эмпирической базы использованы четыре варианта сортового макаронного помола, различающиеся по зольности сырья, зольности продукта и общему выходу. Дополнительно рассмотрен расчетный кейс изменения времени отволаживания и его влияния на выход крупки и значение интегрального критерия.

Объектом оценки служили показатели: I — общий выход готового продукта, %; Z0 — зольность исходного зерна, %; Z1 — зольность полученной муки или крупки, %. Предлагаемый критерий эффективности определяли по формуле:

D = (I × Z0) / Z1

Такое построение критерия отражает три ключевые логики процесса. Во-первых, рост выхода при прочих равных повышает значение D. Во-вторых, более высокая зольность исходного зерна увеличивает сложность технологической задачи, поэтому успешное получение чистого продукта из более «тяжелого» сырья также должно повышать оценку режима. В-третьих, увеличение зольности готового продукта уменьшает значение D, поскольку отражает рост примеси оболочечных частиц и ухудшение качества сепарации эндосперма.

Для сопоставления режимов была проведена повторная проверка расчетов по всем вариантам. Дополнительно выполнено моделирование чувствительности критерия D к изменению Z1 в диапазоне 0,85–1,05 % при фиксированных I = 75 % и Z0 = 1,85 %. Такой подход позволил визуализировать характер зависимости без искусственного допущения о ее линейности.

Экономическую эффективность оценивали для расчетного производственного кейса мельницы мощностью 100 т/сут. Сравнивали базовый и оптимизированный режимы распределения фракций по структуре выпуска: крупка высшего сорта, полукрупка первого сорта, мука второго сорта и отруби. Расчет проводили по валовой выручке на 100 т переработанного зерна и по годовому эффекту при 300 сутках работы.

В силу ограниченного числа производственных сценариев акцент сделан на расчетно-аналитическом сопоставлении и технологической интерпретации показателей, а не на инференциальной статистике. Такой подход представляется оправданным для инженерной статьи прикладного характера, ориентированной на принятие решений в производственной практике.

Таблица 1.

Сравнительные показатели эффективности макаронных помолов

Результаты и обсуждение

Расчеты по таблице 1 показывают, что критерий D чувствителен к комбинации двух факторов — извлечению и чистоте продукта. Так, вариант А имеет тот же общий выход, что и эталон, но более высокую зольность готового продукта; в результате его интегральная оценка снижается до 138,75. Напротив, вариант Б при немного меньшем выходе сохраняет более высокое значение D по причине большей исходной зольности зерна, что отражает более сложные условия переработки.

Максимальное значение D наблюдается в варианте В. Такой результат объясняется сочетанием высокой стекловидности зерна и низкой зольности готового продукта, то есть благоприятной структурой эндосперма и более чистым разделением анатомических частей зерновки. С инженерной точки зрения критерий D позволяет отделить «простой высокий выход» от действительно эффективной переработки, когда высокая производительность достигается без ухудшения качества продукта.

Важно отметить, что зависимость D от Z1 при фиксированных I и Z0 имеет обратный, а не линейный характер. Поэтому для технологической интерпретации более корректно использовать теоретическую кривую, вытекающую непосредственно из формулы критерия, чем оперировать линейной аппроксимацией на малом числе точек.

Рисунок 1. Теоретическая зависимость критерия D от зольности готового продукта при I = 75 % и Z0 = 1,85 %

Из рисунка 1 следует, что даже небольшое увеличение зольности готового продукта заметно снижает интегральную эффективность процесса. В интервале 0,85–1,00 % рост Z1 на 0,05 % уменьшает D приблизительно на 6–9 единиц. Для практики это означает, что технолог не должен оценивать рост выхода отдельно от роста зольности: иначе возможна иллюзия улучшения процесса при фактическом увеличении доли оболочечных фракций в продукте.

Сопоставление полученных результатов с современными исследованиями подтверждает правильность такого подхода. Обзоры последних лет указывают, что инновации в переработке пшеницы направлены именно на повышение извлечения при одновременном удержании низкой зольности и стабильного гранулометрического состава [6; 8]. В работах 2024–2025 гг. также показано, что внешние слои зерна и побочные фракции содержат больше минеральных компонентов, тогда как семолина формируется из внутренней части ядра и потому должна характеризоваться более низкой зольностью [7; 9].

Таблица 2.

Влияние времени отволаживания на выход макаронной крупки и критерий D

Данные таблицы 2 отражают локальный производственный кейс и не претендуют на универсальный норматив для всех схем кондиционирования. Современные публикации подчеркивают, что параметры увлажнения и выдержки зависят от типа оборудования, характеристик зерна и целевого диапазона крупности продукта [6; 7]. Однако даже в рамках конкретного кейса видно, что чрезмерное увеличение времени выдержки не улучшает результат автоматически: после достижения рационального уровня вода начинает перераспределяться так, что ухудшается селективность разделения оболочек и эндосперма.

Следовательно, критерий D можно использовать как инструмент подбора режима отволаживания не по одному показателю выхода, а по совокупной технологической эффективности. На практике это позволяет сравнивать короткие, стандартные и удлиненные схемы подготовки зерна по одному интегральному числу, не теряя информации о качестве продукта.

Таблица 3.

Экономические показатели переработки 100 т зерна дурум

Рисунок 2. Изменение структуры выручки при перераспределении фракций в пользу крупки высшего сорта

Экономический расчет показывает, что перераспределение потоков в пользу крупки высшего сорта повышает валовую выручку на 30,0 млн сум на каждые 100 т переработанного зерна, то есть на 5,6 % по сравнению с базовым режимом. При 300 сутках работы годовой эффект составляет около 9,0 млрд сум. Важнее, однако, не только абсолютный размер эффекта, но и то, что он достигается за счет качественно более рационального использования зернового потенциала, а не за счет механического увеличения извлечения низкосортных фракций.

Современные публикации подтверждают, что ценность побочных и промежуточных фракций дурум возрастает, однако для базовой схемы макаронного помола экономически наиболее значимым остается контроль границы между высококачественной семолиной и более зольными продуктами [5; 8]. Следовательно, критерий D может быть полезен не только как инженерный показатель качества режима, но и как промежуточный KPI между технологией и экономикой мельницы.

Таблица 4.

Предлагаемая рабочая интерпретация критерия D для технологического мониторинга

Предлагаемая шкала не заменяет детального лабораторного контроля, однако позволяет сделать критерий D инструментом повседневного технологического мониторинга. Особенно полезна такая интерпретация при формировании помольных партий из зерна различной стекловидности и различной исходной зольности, когда прямое сравнение только по выходу или только по качеству продукта может привести к неверным выводам.

Таким образом, результаты исследования показывают, что интегральный критерий D обладает большей инженерной информативностью по сравнению с подходами, ориентированными только на процент извлечения. Его достоинство состоит в том, что он сохраняет связь между технологией разделения зерновки, качеством готового продукта и экономическим результатом предприятия.

Заключение

1. Предложен критерий D = I×Z0/Z1, позволяющий оценивать эффективность макаронного помола пшеницы дурум с учетом не только выхода продукта, но и зольности исходного зерна и готовой муки (крупки).

2. Показано, что увеличение зольности готового продукта при прочих равных неизбежно снижает значение D; следовательно, зольность должна рассматриваться как один из ключевых индикаторов технологической эффективности.

3. На расчетно-производственном кейсе установлено, что режимы с D > 145 могут рассматриваться как целевой ориентир для эффективного макаронного помола, обеспечивающего баланс между извлечением и качеством продукта.

4. Экономическая оценка для мельницы производительностью 100 т/сут показала, что оптимизация распределения фракций в пользу крупки высшего сорта увеличивает валовую выручку на 5,6 % и формирует годовой эффект порядка 9,0 млрд сум при 300 сутках работы.

5. Практическая значимость исследования заключается в возможности использовать критерий D как универсальный инструмент сравнения партий зерна и технологических режимов в условиях производственного контроля.

Список литературы:

1. Бутковский В.А. Мукомольное производство: современные технологии и оборудование. — М.: ДеЛи плюс, 2022. — 360 с.
2. Егоров Г.А. Технология муки. Технология крупы. — М.: КолосС, 2018. — 448 с.
3. Панкратов Г.Н., Кандроков Р.Х. Технологические свойства зерна твердой пшеницы при сортовых помолах // Хлебопродукты. — 2021. — № 5. — С. 42–45.
4. Codex Alimentarius Commission. Standard for Durum Wheat Semolina and Durum Wheat Flour CXS 178-1991. — Rome: FAO/WHO, 2019. — URL: https://www.fao.org/fao-who-codexalimentarius/ (дата обращения: 07.04.2026).
5. Cuomo F., Cinquanta C., Trivisonno M.C. et al. Durum wheat milling by-products for the production of pasta with high nutritional and cooking quality // LWT. — 2024. — Vol. 205. — Art. 116504. — DOI: 10.1016/j.lwt.2024.116504.
6. Dziki D. The Latest Innovations in Wheat Flour Milling: A Review // Agricultural Engineering. — 2023. — Vol. 27, № 1. — P. 147–162. — DOI: 10.2478/agriceng-2023-0011.
7. Fattobene M., Liu F., Conti P. et al. Distribution of Elements in Durum Wheat Seed and Milling Products: Discrimination between Cultivation Methods through Multivariate Data Analysis // Foods. — 2024. — Vol. 13, № 12. — Art. 1924. — DOI: 10.3390/foods13121924.
8. Sarkar A., Fu B.X. Impact of Quality Improvement and Milling Innovations on Durum Wheat and End Products // Foods. — 2022. — Vol. 11, № 12. — Art. 1796. — DOI: 10.3390/foods11121796.
9. Vignola M.B., Bustos M.C., Vanzetti L. et al. Characterization of Semolina and Pasta Obtained from Hard Hexaploid Wheat (Triticum aestivum L.) Developed Through Selection Assisted by Molecular Markers // Foods. — 2025. — Vol. 14, № 11. — Art. 1990. — DOI: 10.3390/foods14111990.