稻米加工設(shè)備現(xiàn)狀及最新研究進(jìn)展

何振魯　程欣　蔡健榮　安玉亭　牟敦山　張文松

摘 要：通過分析稻谷的結(jié)構(gòu)和大米加工設(shè)備現(xiàn)狀，指出稻谷加工新技術(shù)研究對(duì)糧食安全的重要性，并在此基礎(chǔ)上，介紹現(xiàn)有的稻谷加工技術(shù)，分析其特點(diǎn)和缺陷。提出一種新型的基于刀輥切削原理的稻谷加工技術(shù)手段，為解決目前大米加工產(chǎn)生的品質(zhì)問題提供解決方案。

關(guān)鍵詞：稻谷;碾米機(jī);大米加工

Abstract：By analyzing the structure of rice and the current situation of rice processing equipment， the importance of new technology of rice processing to food security was pointed out. On this basis， the existing rice processing technology was introduced， and its characteristics and defects were analyzed. A new technology of rice processing based on the principle of knife-roll cutting is proposed to solve the quality problems of rice processing.

Key words：Rice; Rice milling machine; Rice processing

中圖分類號(hào)：S226.2

稻谷是我國(guó)種植面積和產(chǎn)量最大的糧食作物，約占我國(guó)糧食總產(chǎn)量的40%左右。我國(guó)有60%左右的居民以大米為主食，年消費(fèi)量達(dá)1.4億t[1]。稻谷的生產(chǎn)和加工在我國(guó)人民生活中占有舉足輕重的地位[2]。大米是稻谷經(jīng)一系列加工得來的，加工工藝一般由礱谷、谷糙分離、碾白和拋光組成[3]。稻谷經(jīng)礱谷脫殼后為糙米，糙米由果皮、種皮、糊粉層、胚芽和胚乳等組成，其中胚乳是核心組成部分，主要成分為淀粉，是日常食用的主體。值得注意的是，糙米皮層的糊粉層和胚芽中含有大量營(yíng)養(yǎng)成分，包括脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、鐵、磷與鈣等。但在碾白過程中，大部分胚芽隨皮層被碾除，導(dǎo)致成品大米幾乎不含胚芽。大米加工過程中碾白精度越高，碎米率也越高，降低碎米率又意味著降低碾白精度。因此，在稻谷產(chǎn)量恒定的情況下，改變稻谷加工技術(shù)，解決加工精度與碎米率之間的矛盾[4]，對(duì)降低碎米率，提高留胚率，保證我國(guó)糧食安全有著十分重要的意義。

1 現(xiàn)有稻谷加工技術(shù)的特點(diǎn)和缺陷

碾米作為稻谷加工過程中最關(guān)鍵的步驟，主要方法有化學(xué)法和機(jī)械法。其中化學(xué)法是指用一些化學(xué)溶劑預(yù)處理糙米皮層，使其皮層脫落，如采用纖維素酶溶液降解糙米皮層。但該方法成本高，效益差，不適合生產(chǎn)應(yīng)用。目前的“碾米”通指采用機(jī)械法，即采用機(jī)械碾磨或碾削，使大米達(dá)到規(guī)定加工精度。碾米機(jī)是碾米的關(guān)鍵設(shè)備，按照加工工藝可分為“稻出白”和“糙出白”兩類。稻出白米機(jī)是將稻谷直接碾成白米，這類機(jī)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便、價(jià)格低廉，很適合農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用。糙出白米機(jī)對(duì)去除稻殼后的糙米進(jìn)行后續(xù)加工，需要與礱谷機(jī)、谷糙分離機(jī)等設(shè)備組合使用，投資較大，主要用于糧食加工企業(yè)[5]。

目前，國(guó)內(nèi)外碾米機(jī)種類繁多，按碾白方式可分為磨擦式碾米機(jī)和碾削式碾米機(jī)，按碾輥布置形式可分為臥式（橫式）碾米機(jī)和立式碾米機(jī)。在此基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了采用許多輔助改善碾米質(zhì)量的設(shè)備，如噴風(fēng)碾米機(jī)、加濕碾米機(jī)等。上述碾米機(jī)的特點(diǎn)是碾白室間隙較小，一般在4～16 mm。米粒在加工過程中不可避免的受到較大壓力，從而導(dǎo)致碎米率高、營(yíng)養(yǎng)損失多、米溫升高與碾米耗能大等問題。

2 磨擦式碾米機(jī)、碾削式碾米機(jī)

磨擦式碾米機(jī)是利用米粒與碾白室構(gòu)件和米粒與米粒之間的摩擦力使糙米碾白，碾白室內(nèi)壓力大（200～250 g·cm-2），碾輥線速低（<2.5 m·s-1），多為鐵輥碾米機(jī)，其加工出的米粒表面光滑、米糠含淀粉少，但米粒在碾米機(jī)內(nèi)所受壓力大，導(dǎo)致碎米多。碾削式碾米機(jī)是利用高速旋轉(zhuǎn)的表面涂有金剛砂粒的碾輥對(duì)糙米進(jìn)行碾削，碾白室內(nèi)壓力?。?0～50 g·cm-2），碾輥線速高（11～17 m·s-1）[6]，典型的為砂輥碾米機(jī)。該類碾米機(jī)產(chǎn)生的碎米少，但米糠含淀粉多，且成品米精度不均。因此，在碾米工藝中，砂輥碾米機(jī)一般用于開糙，以保證下道工序[7]。

為了解決上述兩種碾米機(jī)的缺點(diǎn)，20世紀(jì)80年代后，日本、泰國(guó)、意大利等國(guó)家的碾米工業(yè)逐漸采用“多機(jī)輕碾”工藝，即砂輥與鐵輥米機(jī)組合使用（常見有“兩砂一鐵”的三機(jī)串聯(lián)碾白），最大程度降低加工過程米粒的破碎率。這種混合式碾米機(jī)雖然碾白均勻、碎米少、出米率高，但又存在成本高、能耗大等問題。

3 臥式碾米機(jī)、立式碾米機(jī)

臥式（橫式）碾米機(jī)內(nèi)米粒群流動(dòng)方向與重力垂直，受重力影響，米粒群在碾白室內(nèi)周向密度分布不均勻，米粒在運(yùn)動(dòng)過程中處于無序狀態(tài)，在碾輥和糠篩形成的狹小空間內(nèi)，米粒受兩側(cè)剛性折彎與剪切的概率增大，產(chǎn)生碎米的概率增大，但碾白均勻性較好。

立式碾米機(jī)內(nèi)米粒流體流動(dòng)方向與重力方向平行，其在碾白室內(nèi)周向密度分布均勻，運(yùn)動(dòng)過程中改善了受力狀況，米粒受兩側(cè)折彎與剪切的概率較低，因而降低了碎米率。立式碾米機(jī)又可分為順向立式和逆向立式。順向立式碾米機(jī)是指米粒流在碾白室內(nèi)自上往下沿重力方向流動(dòng)，逆向立式碾米機(jī)是指米粒流在碾白室內(nèi)由下往上逆重力方向流動(dòng)[8]。對(duì)于順向立式碾米機(jī)，由于米粒是順重力方向流動(dòng)，米粒受力小，電機(jī)動(dòng)力消耗少，且受重力影響碾白室下區(qū)米粒密度會(huì)比上區(qū)大，導(dǎo)致碾白均勻性差，碾白能力弱。逆向立式碾米機(jī)中的米粒需克服重力，逆重力方向流動(dòng)，米粒軸向壓力大，電機(jī)動(dòng)力消耗大，但符合開糙段壓力大、隨后壓力逐漸減少的規(guī)律，因此碾白能力強(qiáng)。

綜上所述，各種碾米機(jī)均有優(yōu)勢(shì)和缺陷，臥式碾米機(jī)碎米率高，但碾白效果均勻，立式碾米機(jī)碎米率低，其中順向立式碾米機(jī)內(nèi)稻谷所受壓力最小，能耗低，碾白能力弱，逆向立式碾米機(jī)碾白室內(nèi)單位壓力大，耗能大，碾白效果較好。

4 噴風(fēng)碾米機(jī)、加濕碾米機(jī)

噴風(fēng)碾米機(jī)是將風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)引入碾白室，高壓氣流圍繞碾輥旋轉(zhuǎn)形成氣體渦流，從而增強(qiáng)米粒的翻滾運(yùn)動(dòng)，起到碾白均勻、降溫去濕和及時(shí)排糠的作用。根據(jù)其進(jìn)風(fēng)方式還可分為軸向進(jìn)風(fēng)、徑向進(jìn)風(fēng)、順向進(jìn)風(fēng)和逆向進(jìn)風(fēng)。這種米機(jī)的碾白作用輕緩均勻，使砂輥、米篩、米刀的消耗小，消耗勻，壽命長(zhǎng)，碾白效果穩(wěn)定[9]。但該方法作用下的米粒皮層是被一點(diǎn)一點(diǎn)磨削下來的，容易損傷米胚，難以磨掉米粒背溝與腹溝的皮層，成品米表面較為毛糙。

噴濕碾米機(jī)是在噴風(fēng)碾米方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的碾米方法，其噴入碾白室的“風(fēng)”是高壓高速的水霧氣流，使米粒在加工過程中不斷被加濕、翻轉(zhuǎn)并脫皮[10]，降低糙米皮層與胚乳的結(jié)合力，增大糙米表層摩擦系數(shù)，使碾白所需壓力減小。日本的噴濕碾米機(jī)是在噴風(fēng)碾米機(jī)風(fēng)機(jī)進(jìn)口處加裝超聲波霧化器（有時(shí)還裝有加熱器）。霧化器可將水霧化成120 μm左右的微粒霧，加熱器是將潤(rùn)濕氣流加熱到工藝需要的相應(yīng)溫度。故加濕碾米能起到降低米溫、提高出米率、降低能耗的作用，且相比于噴風(fēng)碾米機(jī)，其成品米表面更加光滑，色澤美觀。但需注意的是噴入的水霧溫度不能過高，否則會(huì)導(dǎo)致大米糊化，降低出米品質(zhì)。在開糙階段不宜采用加濕工藝，若此時(shí)加濕，會(huì)導(dǎo)致剝落下來的米皮過大，量過多，難以從米篩孔中排出，造成米流中混糠嚴(yán)重，影響后續(xù)碾白。采用加濕碾米機(jī)時(shí)，需增加霧化裝置、混勻裝置和送風(fēng)裝置，各種設(shè)備的具體組合和設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。

5 基于刀輥切削原理的稻谷加工技術(shù)

本公司與高校合作開發(fā)了基于刀輥切削原理的稻谷加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)稻谷的無碾壓脫殼去糠，原理如圖1所示。主要技術(shù)手段為：稻谷從進(jìn)料斗通過螺旋輸送器輸入加工室，采用蝸輪蝸桿減速電機(jī)控制和調(diào)整進(jìn)料斗開度，改變喂入量;加工室內(nèi)工作部件為切削刀輥，表面螺旋分布有小節(jié)距、橫截面為梯形的刀頭，相鄰刀頭間設(shè)有噴風(fēng)孔，氣流通過空心軸從噴風(fēng)孔切向噴出，刀輥上還對(duì)稱分布一對(duì)撥料筋;增大加工室間隙，間隙范圍為22～36 mm;出料部件通過減速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為阻力板前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)出口壓力的控制;通過控制減速電機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量、進(jìn)料量和出口壓力，通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)米溫、電流、電壓、主軸轉(zhuǎn)速與風(fēng)壓等參數(shù)。

本技術(shù)的加工特點(diǎn)為：通過改變刀輥結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了稻谷的切削頻率，小節(jié)距螺旋分布的刀頭控制了稻谷在加工室內(nèi)的停留時(shí)間，撥料筋的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了稻谷翻滾和快速易位，噴風(fēng)系統(tǒng)增強(qiáng)了米粒翻滾和排糠散熱，出口壓力的調(diào)控實(shí)現(xiàn)了加工精度的有效控制，使稻谷處于適碾狀態(tài)，從而減少碎米，保留大米胚芽。綜上，本技術(shù)解決了目前市場(chǎng)上常用碾米機(jī)過度加工、碎米率高、留胚率低、大米營(yíng)養(yǎng)損失嚴(yán)重和米機(jī)能耗大等問題，一定程度上保證了大米加工精度和碎米率間的平衡關(guān)系，使成品米留胚率在80%以上。

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