Valsli öğütme için geliştirdiği kırılma denklemiyle tanınan Prof. Dr. Grant CAMPBELL, vals topları ve öğütme süreciyle ilgili bilgi verirken özellikle tecrübe ve bilgi birikimine vurguda bulunuyor. Campbel, bu görüşünü şu sözlerle dile getiriyor: “Gıda endüstrisinin kaliteli ve ekonomik üretime ulaşmasını sağlayan unu üreten, un değirmenciliği teknolojisi değildir; bunu yapan un değirmenlerini tasarlayan ve çalıştıran kişilerdir.”

Bir süre önce Huddersfield Üniversite’nde Kimya Mühendisliği Profesörü olarak göreve başlayan Prof. Dr. Grant CAMPBELL, buğday özellikleri ve valsli değirmenlerdeki öğütme süreciyle ilgili çalışmalarıyla tanınıyor. Göreve başladığı Huddersfield Üniversite’nde Tahıl İşleme Mühendisliği Merkezi’ni kuracak olan Prof. Dr. CAMPBELL, öğütme ve elemenin değirmendeki en önemli iki süreç olduğunu belirtiyor.

Vals toplarının öğütme sürecindeki etkileri hakkında bilgi veren CAMPBELL, bu süreçte vals topu ayarlarıyla ilgili birçok parametre olduğunu, bu parametrelerin de kalite ve verimlik üzerinde çok önemli etkilere sahip olduğunu ifade ediyor. Ancak vals toplarıyla ilgili tüm ayarların sistematik bir şekilde yapılamayacağını da vurgulayan Prof. Dr. CAMPBELL, özellikle tecrübe ve bilgi birikimine dikkat çekiyor bulunuyor. Campbel, bu görüşünü şu sözlerle dile getiriyor: “Gıda endüstrisinin kaliteli ve ekonomik üretime ulaşmasını sağlayan unu üreten, un değirmenciliği teknolojisi değildir; bunu yapan un değirmenlerini tasarlayan ve çalıştıran kişilerdir.” Grant CAMPBELL, vals topları ve öğütme sürecindeki rolleriyle ilgili sorularımızı yanıtlıyor.

Profesör Campbell öncelikle sizi biraz tanıyabilir miyiz? Değirmencilik sektörüyle ilgili çalışmalarınız hakkında bilgi verir misiniz? Tahıl işleme mühendisliği alanında 19 yılımı Manchester Üniversitesi’nde kimya mühendisliğini öğreterek geçirdikten sonra şu anda Huddersfield Üniversite’ne Kimya Mühendisliği Profesörü olarak katıldım. Uzmanlık alanım arasında buğday unu değirmenciliği, ekmek yapımında havalandırma yöntemleri ve tahıl biyorafinerileri bulunuyor. Huddersfield Üniversitesi’nde, kimya mühendisliği alanında yeni bir lisans programına liderlik edeceğim ve araştırma konularının devamı için Tahıl İşleme Mühendisliği Merkezi’ni kuracağım.

Buğday değirmenciliğine gelirsek, buğday özellikleri ve valsli değirmen operasyonlarının temel olarak buğdayın kırılması üzerindeki etkilerini araştırıp yorumlayarak valsli öğütme için kırılma denklemini geliştirdim ve tanıttım. İlk Kırılma, un değirmenciliğindeki en önemli aşamadır çünkü ilk kırılmada elde edilen parçacık boyutu dağılımı, değirmenin kalan bölümleri boyunca akışı ve buna bağlı olarak genel “değirmen dengesi”ni, un verimini ve kalitesini belirler. Bu sebeple de çalışmalarım daha çok İlk kırılma ve vals aralığı, vals eğilimi, tane sertliği, boyutu, şekli ve nem içeriğinin kırılma üzerindeki etkileri konusunda yoğunlaşmaktadır.

Sayın Campbell, bize değirmencilikte vals toplarının ne anlama geldiğini ve neden önemli olduğunu anlatır mısınız? Buğdayın una öğütülmesi binlerce yıldır Batı medeniyeti, teknolojisi ve kültürünü destekleyen ve etkileyen önemli bir teknoloji konusudur. Bu öğütülme süreci, binlerce yılda dönen el değirmenlerinin ve taş değirmenlerin kullanımıyla geliştirildi. Daha sonra 1880 ve 1900 arasındaki yıllarda taş değirmenlerin yerini valsli değirmenler almaya başladı. Valsli değirmenler, taş değirmenlere oranla çok yönlülük ve daha fazla kontrol imkanı sağlıyordu ve daha iyi ekmek elde edilen sert buğdayın öğütülmesi için daha uygundu. Modern un değirmenciliği, “kademeli olarak inceltme süreci” dahilinde valsli değirmenlerin kullanımıyla tanımlanmaktadır. Bu süreçte, buğday stokları yüksek verimli ve nispeten daha beyaz un elde etmek için tekrar tekrar öğütülmekte ve elenmektedir. Bu yüzden de valsli öğütme ve eleme, un değirmenciliğindeki iki ana operasyondur; tüm süreç anlamına gelen “öğütme” gerçeği ise bu iki operasyon içerisinde öğütmenin daha baskın ve önemli bir operasyon olduğunu göstermektedir.

Peki vals toplarının öğütme sürecindeki etkisi nedir? Buğday çekirdeği ürünün olgunlaşmamış kısmıdır; bu kısım, toprağa ekilip ısı ve su verildiğinde çimlenen, aşağı kök salan ve uzayan rüşeym kısmını içermektedir. Bitki toprağın üzerine çıktıktan sonra büyümesi için gerekli olan gıda için fotosenteze başlayabilir. Fakat kendi gıdasını fotosentezleyene kadar tohum, çimlenme sürecinin devamı için yerleşik bir gıda kaynağına ihtiyaç duyar. Bu yüzden buğday tanesinin çoğu endospermden oluşur; endosperm, olgunlaşmamış bitki içindeki nişasta ve protein formundaki beyaz kısımdır ve buğday tanesinin içinde bulunur. Bu kısım aynı zamanda hepimiz için potansiyel gıdadır ve bu sebeple de buğday (ve diğer tahıllar) küresel gıda tedarikinin önemli bir kısmını oluşturur. Endosperm ayrıca böcek ve mikroorganizmalar için de potansiyel yiyecektir, bu yüzden tanenin tamamı koruyucu bir kepek tabakası ile kaplanmıştır. Un değirmenciliğinin amacı da bu unlu endospermi kepekten ayırmaktır.

Vals toplarının etkisine değinirsek; bu toplar buğday tanesini, kepek büyük parçalar halinde kalacak ve unlu endosperm de küçük parçalara ayrılacak şekilde kırmaktadır; böylece kepek ve endosperm eleme yöntemi ile ayrılabilmektedir. Tekrarlayan öğütme ve eleme işlemleri kullanılarak yüksek verimli ve nispeten beyaz bir un, kuru ve dolayısıyla ucuz bir süreçle elde ediliyor.

Buğday tanesinde, kepek tabakaları tanenin ortasından katlandığı için iz yapmaktadır. Pirinç tanesinde hiçbir iz bulunmamaktadır, böylece kepeğin endospermden ayrılabilmesi için dışarıdan cilalanması yeterlidir. Fakat söz konusu buğday olduğunda, kepeğin endospermden tamamen ayrılabilmesi ve kepek izinden kurtulmak için buğday tanesinin kırılarak açılması gerekmektedir. Bu yüzden de buğday ve pirinç için öğütme teknolojileri birbirinden farklıdır; bu durum da son birkaç yıldır Batı ve Doğu medeniyetlerinin teknolojik ve sosyal gelişimini etkilemiştir. Fakat son yıllarda pirinç kepeğini ayırma teknolojisi, geleneksel öğütme işlemleri kullanmadan önce kepeğin ayrılması için buğdayda ilk aşama olarak uygulanmaktadır ve bu durum geliştirilmiş ekmek ve makarna kalitesi açısından çeşitli avantajlar sunmaktadır.

Vals çeşitleri nelerdir ve bu çeşitler hangi kullanım alanına göre farklılık gösterir? Un öğütme süreci iki ana bölüme ayrılabilir: Kırma sistemi ve İnceltme sistemi. Kırma sistemi genellikle, buğday çekirdeğinin açılması ve kepeğin endospermden kazınabilmesi için tedricen daha ince yivli 4-5 set yivli vals kullanır. Un, yaklaşık 200 µm’dan daha küçük endosperm malzemesidir; bazen un her bir Kırma aşamasında üretilmektedir. İnceltme sistemi, en büyük endosperm malzemesini almakta ve bu parçacıkların boyutunu küçültmek için yaklaşık 10-12 çift düz vals topu kullanmaktadır. Kırma vals topları, kırılma derecesini ve kepekten endospermi kazıma etkinliğini etkileyen büyüklüğü, vals topları arasındaki boşlukta yapmaktadır.

Kırma vals topları, yavaş vals topları kadar hızlı, genellikle 2.7 kez dönen hızlı vals topları ile farklı hızlarla çalışabilmektedir. İnceltme vals topları, 1.3:1 civarında daha düşük bir diferansiyelle ve boşluk olmadan çalışmaktadır. İnceltme valsleri, nişasta taneciklerine ve dolayısıyla onların hassasiyetine, enzim ataklarına ve su emme kapasitelerine zarar verecek ölçüde basınç altında çalışırlar. Nihai un, her bir Kırma ve İnceltme aşamasında üretilen undan elde edilmektedir; nihai unun genel kalitesi, her bir aşamada üretilen unun kalitesine ve miktarına bağlıdır.

Buğdayın işlenmeye alındığı İlk Kırma, un öğütme sürecindeki kritik kontrol noktasıdır. Çünkü bu aşamada üretilen tanecik boyutu dağılımı, değirmenin kalan bölümleri boyunca akışı, böylece de genel “değirmen dengesi” ve nihai un verimi ve kalitesini belirlemektedir. 200 µm’dan 3000 µm’a kadar geniş yelpazede parçacık boyutları bu aşamada üretilebilmektedir; kepek tozunun küçük bir miktarıyla endosperm, daha küçük parçacıklar halinde kalma eğilimindeyken sonradan kazınarak çıkarılan endosperme yapışan kepek, daha büyük parçacıklar halinde kalma eğilimindedir. Parçacık boyutlarının dağılımı ise vals toplarının diş açılarına ve vals topları arasındaki boşluk da dahil olmak üzere değirmenin tasarımına ve işletilmesine ve de özellikle sertlik olmak üzere buğday özelliklerine bağlıdır.

Un değirmenciliğinde karşılaşılan engel, nispeten sabit olan değirmenin geri kalanının performansını korumak amacıyla sürekli değişen bir besleme ortamında, ürün tanecik boyutu dağılımını ilk kırmadan itibaren sabit tutmaya çalışmaktır.

Vals toplarının diş açma ve çalışma detayları öğütme sürecini nasıl etkiler? İlk Kırma vals topları, tipik olarak inç başına 10.5 dişlere; her bir diş de keskin ve kör bir yüze sahiptir (örneğin diş yüzeyinin açısıyla ilgili). Vals topu çiftleri, hızlı toptaki dişler yavaş toptaki dişlerle “karşı karşıya olacak” şekilde çalıştırılabilir; bu yöntemde ilk olarak “Diş Dişe (D-D)” şeklinde adlandırılan yerleştirmede dişler ya da “Sırt Sırta (S-S)” olarak adlandırılan yerleştirmede sırtlar karşı karşıya koyulur. “Diş dişe” öğütme yöntemi daha dar bir parçacık boyutu dağılımı verirken, “Sırt sırta” öğütme ise orta aralıkta daha az olmak kaydıyla çok büyük ve çok küçük parçacıkların büyük bölümünü üretmektedir. Bu daha büyük parça boyutu dağılımı, elemeyle daha kolay ayrılmaktadır; bu yüzden de değirmenciler İlk Kırmada Sırt sırta olan yöntemini daha çok kullanır. Aradaki tane büyüklüğü dağılımlarını sunan “Sırt dişe” veya “Diş sırta” karşı yöntemleriyle de değirmenleri çalıştırmak mümkündür. Operasyonlar sırasında vals topları yıprandığı ve dişler kör hale geldiğinden dolayı değirmenciler, dişlerin yeniden taşlanması için vals toplarını göndermeden çok önce istikrarlı parçacık boyutu dağılımını sürdürmede yerleştirme yöntemlerini D-D’den D-S’ye, sonra S-D’ye ve son olarak da S-S’ye değiştirebilirler.

Öğütülen hammaddenin çeşidine göre bu tür parametrelerin ayarlarında ne gibi değişiklikler yapılmalıdır? Farklı ayarlar öğütme kalitesini nasıl etkiler? İlk Kırılma öğütme aşamasında üretilen parçacık boyut dağılımını etkileyen beş önemli faktör bulunmaktadır: vals topu yerleşimi, vals topu aralığı, buğday tanesinin boyutu, nem içeriği ve en önemlisi de sertliğidir. Yukarıda da bahsedildiği üzere, değirmencilerin çoğu eleme yöntemiyle kolayca ayrılabilen geniş parça boyutu dağılımını sağlamak için İlk Kırmada “Sırt sırta” olan yöntemi kullanmaktadır. Kırılma, öğütme oranı (G/D) adı verilen vals topu aralığı (G) ve buğday tanesi boyutu (D) arasındaki orana bağlıdır; öğütme oranını arttırmak (vals topu aralığını arttırarak veya girdi tane boyutunu küçülterek) daha büyük parçacıklarla sonuçlanmaktadır. Kabaca söylemek gerekirse, İlk kırma vals topu boşluğunu 0.5’ten 0.6’ya çıkarmak, ortalama çıkan ürün parçacık boyutunu %8-10 civarında arttıracaktır. Değirmenciler, buğdayı öğütme işlemlerinden önce %16 civarında nem oranına sahip olacak şekilde tavlamayı tercih ediyor; bu durum kepeği öyle sertleştirip endospermi öyle yumuşatıyor ki kepek daha büyük parçacıklar halinde kalırken endosperm kepekten ayrılmayı kolaylaştırarak küçük parçacıklara kolayca kırılabilir hale geliyor. Fakat öğütmeyle alakalı buğdayın en önemli özelliği sertliğidir. Yumuşak buğday, kepeğin bozulmamış büyük parçacıklar olarak kalmasıyla çok sayıda küçük endosperm parçacıklarına kolayca kırılabilmektedir. Sert buğdayda kepek ve endosperm, birlikte, orta boy aralığından daha az büyüklükte veya daha az küçüklükte partiküllerle çok daha dar bir parçacık boyutu dağılımı verecek şekilde kırılma eğilimindedir.

Bu yüzden en büyük parçacık boyutu dağılımı, yumuşak buğday “Sırt sırta” yerleştirmede öğütüldüğü zaman elde edilmektedir. En dar parçacık boyutu dağılımı ise sert buğday “Diş dişe” yerleştirmede öğütüldüğünde elde edilmektedir. Bu sebeple de değirmenciler, elemesi daha kolay olan daha geniş parça boyutu dağılımı elde etmek için ilk başta “Sırt sırta” yerleştirmeyi tercih etmektedir. Bu açıdan bakıldığında, yumuşak buğdayın da aynı sebepten ötürü daha kolay öğütülmesi de düşünülebilir. Fakat sert buğday, arka arkaya gerçekleştirilen öğütme aşamaları boyunca, endospermin kepekten daha kolay şekilde ayrıldığı parçacıklar üretmektedir; öyle ki sert buğdaydan daha az kepeğe sahip daha temiz un elde etmek çok daha kolay hale gelmektedir.

Vals toplarının özellikleri ve topla ilgili parametrelerin ayarları üretimdeki istikrarı nasıl etkiler? Un öğütme süreci oldukça karışıktır; yukarıda da bahsedildiği üzere İlk Kırma, ilk parçacık boyutunun ve dolayısıyla değirmenin geri kalanındaki akışı belirlemede önemlidir; fakat değirmenin geri kalanı karışık konfigürasyonlarla düzenlenen çeşitli aşamalara sahiptir. Öyle kompleks konfigürasyonlarla düzenlenir ki herhangi bir noktadaki ayarlar ve genel un verimi ile kalitesi arasında kolay olmayan ilişkiler olur. Değirmencilere sunulan temel kontrol parametreleri, inceltme vals toplarına uygulanan basınç ve Kırma vals topları arasındaki vals topu aralıklarıdır. Değirmenciler, sabit besleme stoku kullanarak mümkün olduğunca sabit bir durumda çalışmayı amaçlarlar ancak buğday özelliklerindeki küçük dalgalanmalar, “vals topu aralığı kırılmayı nasıl etkiler” (daha büyük aralıklar daha az kırılma sunar) ve “bu durum işlem sonrası operasyonları nasıl etkiler” gibi sorular tarafından yönlendirilen ve tecrübeye dayanan vals topu aralıklarındaki sabit küçük ayarlamalarla çözülebilir. Genel olarak, değirmencilerin çalışma parametreleri vardır, değirmenciler bilir ki bu parametreler belli bir sertlik aralığında verilmiş buğday için oldukça iyi bir şekilde çalışacaktır. Bu bilgi, uzun tecrübelere dayanmaktadır ve her yıl yeni hasada uygulanmaktadır. Fakat un öğütme işlemlerinin karmaşıklığı, bu operasyonların uygunluğunun mümkün olmadığı anlamına gelmektedir; değirmenler şüphesiz ki abartılı tasarlanırlar, bu durum da bir maliyet karşılığında buğdaydaki değişikliklere cevap vermek ve istikrarlı bir ürün elde etmek için bir dereceye kadar sağlamlık ve esneklik sağlar. Süreç boyunca değirmencilik operasyonlarının daha iyi anlaşılması, buğday özelliklerindeki değişikliklere daha etkin cevap veren ve hedeflenen istikrara sahip un kalitesini sağlayan daha gelişmiş ve ucuz bir operasyona olanak sağlar. Un değirmenciliği uzun süredir ayakta olan ve bir şekilde geleneksel olan bir endüstridir; un değirmenciliğini daha derin bir şekilde anlamayı sağlayan bir anlayış mevcuttur ve bu anlayış un değirmenlerinin daha etkin bir şekilde tasarlanması ve çalıştırılması esasına dayanmaktadır.

Son olarak bu konuyla ilgili neler eklemek istersiniz? Gıda endüstrisinin kaliteli ve ekonomik üretime ulaşmasını sağlayan unu üreten, un değirmenciliği teknolojisi değildir; bunu yapan un değirmenlerini tasarlayan ve çalıştıran kişilerdir. Umuyorum ki un değirmenciliği üzerine yaptığım araştırmam, hem insanların uğraştıkları süreci daha iyi bir anlayışla farklı yönlerden de ele almalarını hem de bu süreç ve onun önemine gereken ilgilinin verilmesini sağlar; böylece ben de bu çalışmamla gurur duyup çalışmalarıma bağlılığımı sürdürebilirim. Bunca yıldır un değirmenciliği konusunda araştırmalar yaptım çünkü bu süreci etkileyici buluyorum. Umudum sadece yeni bir anlayış oluşturmak değil, aynı zamanda un değirmencilerinin de bu konuyla ilgili görüş ve düşüncelerini derinleştirmelerini sağlamak. Böylece bu önemli endüstri daha etkin şekilde yönetilecektir. Buğday, dünya tarihine olan etkisi; küresel ticaret, gıda güvenliği ve sürdürülebilirlik üzerindeki önemi açısından dünyadaki en önemli tahıldır. Buğday ayrıca gıda dışı tahıl geliştirmede de önemli bir rol oynamaktadır. Fakat her iki durumda da buğdayın değeri sadece onu kırarak ve öğüterek elde edilmektedir. Buğday değirmenlerinin etkinliği, bu en önemli tohumun işlenmesi ve maksimum değerin elde edilmesinde kilit noktadır.