饅頭工業(yè)生產(chǎn)智能發(fā)酵裝置的設(shè)計(jì)

賈云飛，周 云 ，劉建華，朱克慶

（1．鄭州新智信糧食工程科技有限公司，鄭州 ；2．鄭州糧油工業(yè)有限公司，鄭州 450001；3．國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局無錫科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江蘇 無錫 213035；4．河南工業(yè)大學(xué)，鄭州450052）

饅頭生產(chǎn)的基本原料是面粉、發(fā)酵劑和水。從加工方式上可分為手工饅頭和機(jī)制饅頭兩種，生產(chǎn)工藝也不盡相同，而發(fā)酵工藝及裝置是優(yōu)質(zhì)饅頭生產(chǎn)的先決條件，生物、制藥、釀造行業(yè)發(fā)酵裝置由于生產(chǎn)工藝的不同，不能直接用于面食的發(fā)酵，而現(xiàn)有的面食發(fā)酵裝置自動(dòng)化程度、精確度難以適應(yīng)饅頭工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)方式，設(shè)計(jì)出面漿發(fā)酵裝置，從而實(shí)現(xiàn)面漿的連續(xù)流加發(fā)酵和全過程智能控制。

1 饅頭生產(chǎn)工藝

1.1 工藝流程

1.1.1 二次發(fā)酵法工藝

稱量原輔料→混合→面漿發(fā)酵→自動(dòng)稱量注入和面機(jī)(自動(dòng)加粉)→和面→自動(dòng)揉面→成型→整型擺盤→醒發(fā)→汽蒸→冷卻→包裝

1.1.2 三次發(fā)酵法工藝

稱量原輔料→混合→面漿發(fā)酵→自動(dòng)稱量注入和面機(jī) (自動(dòng)加粉)→和面→面團(tuán)發(fā)酵→自動(dòng)揉面→成型→整型擺盤→醒發(fā)→汽蒸→冷卻→包裝

2 智能發(fā)酵面團(tuán)生產(chǎn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)由加熱水罐、面漿發(fā)酵裝置、和面機(jī)、自動(dòng)喂料機(jī)和控制柜等組成。

如圖1所示：在智能發(fā)酵系統(tǒng)中，加熱水罐中的加熱裝置自動(dòng)把水加熱到和制面漿工藝要求設(shè)定的溫度后并保持恒溫；當(dāng)閥1打開時(shí)，往發(fā)酵裝置中輸送水，當(dāng)液位計(jì)檢測(cè)到一定液位時(shí)，通過變送器反饋到控制柜，從而關(guān)閉閥1。然后，低速攪拌電機(jī)啟動(dòng)，此時(shí)往發(fā)酵裝置中加入特制的發(fā)酵劑和確定配比的面粉，先快速后固定低速進(jìn)行攪拌，讓面粉吸水和發(fā)酵，形成密度均勻的面漿。面漿發(fā)酵好后，即當(dāng)發(fā)酵裝置中液位計(jì)發(fā)出信號(hào)時(shí)，通過螺桿泵可以把漿料輸送到和面機(jī)內(nèi)進(jìn)行調(diào)制面團(tuán)。在此之前,控制柜已發(fā)出指令通知喂料機(jī)2向和面機(jī)內(nèi)輸進(jìn)與面漿嚴(yán)格匹配數(shù)量的面粉。和面機(jī)的控制有人工和自動(dòng)兩種模式,面團(tuán)和好后二次發(fā)酵或直接壓面成型，可根據(jù)生產(chǎn)過程中二次或三次發(fā)酵工藝而設(shè)定。

圖1 智能發(fā)酵面團(tuán)生產(chǎn)系統(tǒng)圖

智能發(fā)酵面團(tuán)生產(chǎn)系統(tǒng)采用PLC控制柜進(jìn)行全程控制。

3 智能面漿發(fā)酵裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 智能發(fā)酵裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該裝置包括加溫水的加熱裝置、面漿發(fā)酵裝置、電控柜、絞龍輸送裝置等。

在設(shè)計(jì)智能發(fā)酵裝置過程中，對(duì)發(fā)酵裝置采用了恒定的保溫措施，攪拌器配置在發(fā)酵裝置的中心線上，呈對(duì)稱布局，直接用減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。攪拌器采用低速三葉旋漿式的形式，通過攪拌混合，防止有物料懸浮或沉淀，使面粉顆粒及輔料充分吸水，形成密度均勻的發(fā)酵面漿。

攪拌漿葉端部采用四氟材料制作的刮板與發(fā)酵裝置內(nèi)表面貼切不粘連面漿，同時(shí)便于清洗。

發(fā)酵裝置體下部三個(gè)支座對(duì)整個(gè)裝置體起支撐作用，其下端裝有稱重傳感器，通過對(duì)整個(gè)裝置體內(nèi)漿液的重量差檢測(cè)，并與控制柜的連接，控制柜將信號(hào)傳遞給螺桿泵，實(shí)現(xiàn)漿液重量精確控制。發(fā)酵裝置體周圍有聚氨脂隔溫層并有恒溫保護(hù)膜確保發(fā)酵裝置內(nèi)部面漿溫度恒定。智能面漿發(fā)酵裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能面漿發(fā)酵裝置圖

發(fā)酵裝置采用220 V電源，方便安全。

3.2 智能面漿發(fā)酵裝置工作原理

當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí)，控制柜接受液位計(jì)反饋的液位信息,調(diào)節(jié)閥1的開關(guān)，驅(qū)動(dòng)并控制喂料機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，控制柜會(huì)發(fā)出指令，首先連接在熱水罐和發(fā)酵裝置之間的增壓泵和電磁閥1會(huì)打開，加熱水罐可以自動(dòng)把水加熱到和制面漿工藝要求的溫度；熱水罐中的溫水會(huì)流入發(fā)酵裝置內(nèi)，當(dāng)電磁閥1打開時(shí)，閥1調(diào)節(jié)往發(fā)酵裝置中輸送水的流量，發(fā)酵裝置中的液位傳感器用于測(cè)量水的液位，當(dāng)液位計(jì)檢測(cè)到一定液位時(shí)，通過變送器反饋到控制柜，增壓泵停止，關(guān)閉閥1。然后，低速攪拌電機(jī)啟動(dòng)，螺旋喂料機(jī)下的啟動(dòng)插板閥和螺旋喂料機(jī)1相繼開啟，此時(shí)往發(fā)酵裝置內(nèi)加入發(fā)酵劑、面粉及其它所需原料，當(dāng)裝置下端的重量傳感器發(fā)出信號(hào)，螺旋喂料機(jī)、插板閥依次停止和關(guān)閉；此時(shí)發(fā)酵裝置內(nèi)的面漿開始進(jìn)行發(fā)酵，經(jīng)過一定時(shí)間發(fā)酵，面漿中除主要含有自制菌種外,還含有一定數(shù)量和種類的其它微生物群，包括醋酸菌、酵母菌、霉菌、乳酸菌等，發(fā)酵劑中的菌體群繁殖到對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期時(shí),生長(zhǎng)繁殖速度為最快最高,活力旺盛,而且產(chǎn)生出醇、酯、醛、酚、酸、低分子糖、多肽等多種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)及少量的風(fēng)味輔助物質(zhì)，賦予了面漿特殊的滋味和風(fēng)味，而這些微生物群體大部分主要靠耗氧呼吸來維持自身的活動(dòng)，隨著面水比例的增大，面漿的稠度在增加，溶氧量也在增加，微生物群體尤其是酵母菌的生長(zhǎng)繁殖加快加大，菌體群發(fā)酵的活力就會(huì)增強(qiáng)，使面漿的發(fā)酵力維持在一個(gè)較高的水平，其共同發(fā)酵的結(jié)果使面漿優(yōu)于傳統(tǒng)面團(tuán)發(fā)酵的效果，具有濃郁的麥香味、曲香味和酵香風(fēng)味，面漿質(zhì)量穩(wěn)定，安全、營(yíng)養(yǎng)。利用發(fā)酵充分形成密度均勻的面漿達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，作為發(fā)酵面團(tuán)的發(fā)酵劑使用，保障后期饅頭連續(xù)化生產(chǎn)的面團(tuán)需要。

當(dāng)面漿發(fā)酵完成后，控制柜開啟電磁閥2，并驅(qū)動(dòng)螺桿泵電機(jī)，同時(shí)接受智能流量計(jì)反饋的流量信息進(jìn)行流量運(yùn)算；當(dāng)體積流量達(dá)到預(yù)期的設(shè)定值時(shí)，最后由重量傳感器關(guān)閉螺桿泵的電機(jī)。流量計(jì)起粗調(diào)節(jié)作用，重量傳感器對(duì)漿液重量起精確細(xì)調(diào)節(jié)作用，故重量傳感器與流量計(jì)的配合使用，可以使?jié){液出料量達(dá)到智能精確控制。

依次循環(huán)，在發(fā)酵裝置內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)添加補(bǔ)充主、輔料,保持面漿的持續(xù)發(fā)酵，一定時(shí)間排出成熟面漿,使整個(gè)發(fā)酵過程實(shí)現(xiàn)了面漿連續(xù)流加發(fā)酵。

該發(fā)酵裝置配有兩種控制方式，一種為質(zhì)量控制，一種為流量控制，客戶根據(jù)需要可以通過控制柜上的按鈕進(jìn)行選擇，采用質(zhì)量控制方式時(shí)，質(zhì)量控制為主，流量控制為輔控；采用流量控制方式時(shí)流量控制為主控，質(zhì)量控制為輔控；控制柜面板上可以實(shí)時(shí)顯示面漿的溫度、濃度和重量。

4 操作流程及控制特點(diǎn)

4.1 操作流程

選擇控制方式→人機(jī)界面→輸入設(shè)定數(shù)值→按下啟動(dòng)按鈕→系統(tǒng)到達(dá)設(shè)定值顯示→結(jié)束運(yùn)行。

4.2 控制特點(diǎn)

該裝置系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、精度高，采用變頻方便控制流速，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)首先大流量運(yùn)行，接近設(shè)定值時(shí)以微小流量運(yùn)行達(dá)到設(shè)定值，精度達(dá)到0.03%。

5 結(jié)論

采用智能控制、連續(xù)流加發(fā)酵裝置，操作便利，自動(dòng)化程度高，管道全封閉，干凈衛(wèi)生,改善了傳統(tǒng)的勞作環(huán)境，減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)力,提高了生產(chǎn)率。其成本相當(dāng)于傳統(tǒng)發(fā)酵工藝、提高了設(shè)備的利用率、更降低了人為因素帶來的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，而且也改變了傳統(tǒng)發(fā)酵工藝的繁雜、減少了環(huán)節(jié)浪費(fèi)；利用智能發(fā)酵面漿，不添加其它添加劑，可以快速、便捷制備大量發(fā)酵面漿，滿足了大批量連續(xù)化工業(yè)化生產(chǎn)。饅頭產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、衛(wèi)生安全、營(yíng)養(yǎng)豐富、口感、氣味和酵香味十足，符合廣大人民消費(fèi)需求。

對(duì)于發(fā)酵劑的種類、發(fā)酵過程中菌群成長(zhǎng)規(guī)律的在線檢測(cè)以及面漿成熟度的精確控制還需要進(jìn)一步地試驗(yàn)和研究。