مطحنة الحبوب

ذكر الجغرافي اليوناني سترابو في كتابه الجغرافيا أن طاحونة حبوب تعمل بالطاقة المائية كانت موجودة بالقرب من قصر الملك ميثراداتس السادس يوباتور في كابيرا ، آسيا الصغرى ، قبل عام 71 قبل الميلاد. ^{[ 1 ]}

كانت المطاحن القديمة مزودة بعجلات مجدافية أفقية، وهو تصميم عُرف لاحقًا باسم " العجلة الإسكندنافية "، نظرًا لوجود العديد منها في الدول الإسكندنافية. ^{[ 2 ]} كانت العجلة المجدافية متصلة بعمود، والذي بدوره كان متصلًا بمركز حجر الرحى المسمى "حجر الدوران". تنتقل قوة الدوران الناتجة عن الماء على المجاديف مباشرةً إلى حجر الدوران، مما يؤدي إلى طحنه مقابل " قاعدة " ثابتة، وهي حجر ذو حجم وشكل مماثلين. ^{[ 2 ]} لم يتطلب هذا التصميم البسيط أي تروس ، ولكنه كان يعاني من عيب يتمثل في أن سرعة دوران الحجر كانت تعتمد على حجم وتدفق المياه المتاحة، وبالتالي كان مناسبًا للاستخدام فقط في المناطق الجبلية ذات الجداول سريعة الجريان. ^{[ 2 ]} كما أن هذا الاعتماد على حجم وسرعة تدفق المياه يعني أن سرعة دوران الحجر كانت متغيرة للغاية، ولم يكن من الممكن دائمًا الحفاظ على سرعة الطحن المثلى. ^{[ 2 ]}

استُخدمت العجلات العمودية في الإمبراطورية الرومانية بحلول نهاية القرن الأول قبل الميلاد، وقد وصفها فيتروفيوس . ^{[ 3 ]} تُعتبر الطاحونة الدوارة "إحدى أعظم اكتشافات البشرية". كان العمل شاقًا للغاية على العمال، حيث كان يُنظر إلى العبيد العاملين فيها على أنهم لا يختلفون كثيرًا عن الحيوانات، وقد صُوّرت معاناتهم في الرسوم التوضيحية وفي لوحة " الحمار الذهبي " لأبوليوس . ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} ولعلّ ذروة التكنولوجيا الرومانية تكمن في قناة باربيغال المائية وطاحونتها، حيث كانت المياه تتدفق بارتفاع 19 مترًا لتشغيل ست عشرة عجلة مائية ، مما أعطى قدرة طحن تُقدّر بنحو 28 طنًا يوميًا. ^{[ 7 ]} ويبدو أن طواحين المياه استمرت في الاستخدام خلال الفترة اللاحقة للعصر الروماني.

استُخدمت المطاحن التي تعمل يدويًا والتي تستخدم ذراع التدوير وقضيب التوصيل في عهد أسرة هان الغربية . ^{[ 8 ]}

شهدت الإمبراطورية البيزنطية وبلاد فارس الساسانية توسعًا في طحن الحبوب بدءًا من القرن الثالث الميلادي، ثم انتشرت على نطاق واسع منشآت الطحن الصناعية الكبيرة في جميع أنحاء العالم الإسلامي بدءًا من القرن الثامن الميلادي. ^{[ 9 ]} بُنيت مطاحن الحبوب المسننة في الشرق الأدنى وشمال إفريقيا في العصور الوسطى ، والتي استُخدمت لطحن الحبوب والبذور الأخرى لإنتاج الوجبات . ^{[ 10 ]} كانت مطاحن الحبوب في العالم الإسلامي تعمل بالطاقة المائية والريحية. بُنيت أولى مطاحن الحبوب التي تعمل بالطاقة الريحية في القرنين التاسع والعاشر الميلاديين فيما يُعرف الآن بأفغانستان وباكستان وإيران. ^{[ 11 ]} كان في مدينة بلبيس المصرية مصنع لمعالجة الحبوب يُنتج ما يُقدّر بنحو 300 طن من الدقيق والحبوب يوميًا. ^{[ 12 ]}

ابتداءً من أواخر القرن العاشر، شهدت أوروبا الشمالية توسعًا في طحن الحبوب. ^{[ 9 ]} في إنجلترا، قدم مسح يوم القيامة لعام 1086 إحصاءً دقيقًا لمطاحن الدقيق التي تعمل بالطاقة المائية: بلغ عددها 5624 مطحنة، أي ما يعادل مطحنة واحدة لكل 300 نسمة تقريبًا، وربما كان هذا هو المعدل السائد في جميع أنحاء غرب وجنوب أوروبا. ومنذ ذلك الحين، بدأ استخدام الدواليب المائية لأغراض أخرى غير طحن الحبوب. في إنجلترا، تزايد عدد المطاحن العاملة بالتوازي مع النمو السكاني، وبلغ ذروته عند حوالي 17000 مطحنة بحلول عام 1300. ^{[ 13 ]}

توجد أمثلة محدودة باقية لطواحين الحبوب في أوروبا تعود إلى العصور الوسطى العليا . وترتبط طاحونة مائية وطاحونة حبوب محفوظة جيدًا على نهر إيبرو في إسبانيا بدير نوسترا سينيورا دي رويدا الملكي ، الذي بناه الرهبان السيسترسيون عام 1202. وقد اشتهر السيسترسيون باستخدامهم لهذه التقنية في أوروبا الغربية خلال الفترة من 1100 إلى 1350.

على الرغم من أن مصطلحي "مطحنة الحبوب" أو "مطحنة الذرة" قد يشيران إلى أي مطحنة تطحن الحبوب، إلا أنهما استُخدما تاريخيًا للإشارة إلى مطحنة محلية كان المزارعون يحضرون إليها حبوبهم ويحصلون على دقيق مطحون، بعد خصم نسبة تُعرف باسم "رسوم الطحان". ^{[ 14 ]} في إنجلترا، كان سيد الإقطاعية المحلي هو من يبني المطاحن في الغالب ، وكان له الحق الحصري (حق الطحن ) في الحصول على نسبة من جميع الحبوب التي تُطحن في مجتمعه. ^{[ 15 ] [ 16 ]} لاحقًا، أصبحت المطاحن مدعومة من المجتمعات الزراعية، وكان الطحان يحصل على "رسوم الطحان" بدلًا من الأجر. كانت معظم المدن والقرى تمتلك مطحنتها الخاصة ليسهل على المزارعين المحليين نقل حبوبهم إليها لطحنها. كانت هذه المجتمعات تعتمد على مطحنتها المحلية لأن الخبز كان عنصرًا أساسيًا في نظامها الغذائي.

Classical mill designs are usually water-powered, though some are powered by the wind or by livestock. In a watermill a sluice gate is opened to allow water to flow over or under a water wheel to make it turn. In most watermills, the water wheel was mounted vertically, i.e., edge-on, in the water, but in some cases it was aligned horizontally (the tub wheel and so-called Norse wheel). Later designs incorporated horizontal steel or cast iron turbines, which were sometimes refitted into the old wheel mills.

In most wheel-driven mills, a large gear-wheel called the pit wheel is mounted on the same axle as the water wheel and this drives a smaller gear-wheel, the wallower, on a main driveshaft running vertically from the bottom to the top of the building. This system of gearing ensures that the main shaft turns faster than the water wheel, which typically rotates at around 10 rpm.

The millstones themselves turn at around 120 rpm. They are laid one on top of the other. The bottom stone, called the bed, is fixed to the floor, while the top stone, the runner, is mounted on a separate spindle, driven by the main shaft. A wheel called the stone nut connects the runner's spindle to the main shaft, and this can be moved out of the way to disconnect the stone and stop it turning, leaving the main shaft turning to drive other machinery. This might include driving a mechanical sieve to refine the flour, or turning a wooden drum to wind up a chain used to hoist sacks of grain to the top of the mill house. The distance between the stones can be varied to produce the grade of flour required; moving the stones closer together produces finer flour. This process, which may be automatic or controlled by the miller, is called tentering.^[17]

The grain is lifted in sacks to the "sack floor" at the top of the mill by a hoist. The sacks are then emptied into bins, from which the grain falls through a hopper to the millstones on the "stone floor" below. The flow of grain is regulated by shaking it in a gently sloping trough (the "slipper") from which it falls into a hole in the center of the runner stone. The milled grain (flour) is collected as it emerges through the grooves in the runner stone from the outer rim of the stones and is fed down a chute to be collected in sacks on the ground or "meal floor". A similar process is used for grains such as wheat, to make flour, and for maize, to make corn meal.

لتجنب اهتزازات أحجار الرحى التي قد تُزعزع استقرار المبنى، كانت الأحجار تُوضع عادةً على قاعدة خشبية منفصلة، ​​تُعرف باسم "الهيكل"، غير متصلة بجدران الطاحونة. هذا يعزل المبنى عن الاهتزازات القادمة من الأحجار والتروس الرئيسية، كما يُسهّل إعادة تسوية الأساس للحفاظ على استقامة أحجار الرحى. يُوضع حجر الرحى السفلي في تجويف داخل الهيكل، بينما يكون حجر الرحى العلوي فوق مستوى الهيكل.

أحدث المخترع الأمريكي أوليفر إيفانز ثورة في عملية طحن الدقيق التي كانت تتطلب عمالة كثيفة في أواخر القرن الثامن عشر، وذلك عندما أتمت عملية إنتاج الدقيق. شملت اختراعاته: المصعد، وهو عبارة عن دلاء خشبية أو معدنية مثبتة على حزام جلدي رأسي لا نهائي، يُستخدم لنقل الحبوب والدقيق عموديًا إلى الأعلى؛ والناقل، وهو عبارة عن مثقاب خشبي لنقل المواد أفقيًا؛ وجهاز التقليب والتبريد، وهو جهاز لتقليب الدقيق المطحون حديثًا؛ والمثقاب الأفقي، وهو عبارة عن مصعد أفقي مزود بألواح بدلًا من الدلاء (يشبه استخدام الناقل ولكنه أسهل في التصنيع)؛ وجهاز الهبوط، وهو عبارة عن حزام لا نهائي (من الجلد أو الفانيلا) في حوض مائل إلى الأسفل، يساعد الحزام على تحريك الدقيق المطحون في الحوض. والأهم من ذلك، أنه دمج هذه الاختراعات في عملية واحدة مستمرة، عُرفت لاحقًا باسم المطحنة الآلية. وفي عام 1790، حصل على براءة الاختراع الفيدرالية الثالثة لعمليته. في عام 1795 نشر كتاب "دليل صانع الطواحين الشاب والطحان" الذي وصف العملية بشكل كامل. ^{[ 18 ]}

لم يستخدم إيفانز نفسه مصطلح "مطحنة الحبوب" لوصف مطحنته الأوتوماتيكية للدقيق، المصممة خصيصًا كمطحنة تجارية (بل استخدم المصطلح الأكثر عمومية "مطحنة مائية"). في كتابه، كانت إشارته الوحيدة إلى "الحبوب" (أو "الحبوب المطحونة") هي إلى كميات الحبوب الصغيرة التي كان المزارع يحضرها ليطحنها بنفسه (ما يُعرف عمومًا بالمقايضة أو الطحن حسب الطلب). يصف إيفانز في كتابه نظامًا يسمح بالطحن المتسلسل لهذه الحبوب المطحونة، مشيرًا إلى أن "المطحنة، المصممة على هذا النحو، قد تطحن الحبوب المطحونة نهارًا، وتقوم بأعمال تجارية ليلًا". ^{[ 19 ]} بمرور الوقت، أصبحت أي مطحنة دقيق صغيرة من الطراز القديم تُعرف عمومًا باسم "مطحنة الحبوب" (تمييزًا لها عن مطاحن الدقيق الكبيرة في المصانع).