青麥仁脫殼技術(shù)及裝備研發(fā)綜述*

張康逸，溫青玉，張小梅，張力爭，王康君

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心，河南省全谷物小麥制品加工國際聯(lián)合實驗室，河南省全谷物鮮食加工工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002；2.鄭州工程技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450044； 3.洛寧云鶴食品有限公司，河南 洛寧 471700；4.江蘇徐淮地區(qū)連云港農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 連云港 222000)

0 引 言

隨著青麥仁的營養(yǎng)價值逐漸被人們熟知[3]，市場對青麥仁的需求日益增大，越來越多的新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體意識到青麥仁產(chǎn)品能帶來較大的經(jīng)濟效益，但由于青麥仁脫殼一直是產(chǎn)品加工中的難題，影響了青麥仁的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。傳統(tǒng)的青麥仁脫殼是人工借助粗糙表面碾搓作用進行脫殼，脫殼150～250 kg 人/天，且青麥仁破損率高。人工完成脫殼難于滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求。青麥仁機械化脫殼常采用其他作物通用加工設(shè)備如礱谷機、碾米機等進行脫殼，通過調(diào)整轉(zhuǎn)速等方法進行脫殼，最終青麥仁的脫殼率不到80%，破損率達(dá)10%以上，難以滿足脫殼質(zhì)量要求。脫殼效率與破損率較低是青麥仁脫殼待解決的關(guān)鍵問題，若這些問題得到解決，不僅推動我國青麥仁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且為其它鮮食谷物脫殼裝備設(shè)計提供一定的理論參考有重要意義。

1 青麥仁脫殼的研究現(xiàn)狀

1.1 青麥仁脫殼特性的相關(guān)研究

長期以來，受農(nóng)業(yè)發(fā)展的重心及科研資金投入的限制，青麥仁脫殼技術(shù)、工藝和裝備等方面的研究發(fā)展速度較緩慢。對于一臺青麥仁脫殼機來說，相同青麥仁物料的脫殼率是相對基本穩(wěn)定的，如果改變物料的某些特定指標(biāo)，就會影響到物料的脫殼率，因此，如何利用有利因素避免不利因素的影響對發(fā)揮青麥仁脫殼機性能十分重要，本團隊選擇了對青麥仁脫殼率影響較大的青麥仁品種和收割時間2個因素進行試驗分析。

1.1.1 青麥仁品種對脫殼率影響

不同品種小麥其含水量、濕面筋含量、種子大小、千粒重等各不相同，導(dǎo)致其帶殼青麥仁脫殼率也具有一定的差異。此次試驗所用的小麥品種共選擇周麥22、周黑麥1號、許科316、鄭麥7698等4種小麥進行脫殼分析，所選擇的小麥為乳熟期采收，要求青麥仁外形飽滿、色澤碧綠、質(zhì)地晶瑩剔透。如表1所列。結(jié)果顯示，周麥22、周黑麥1號、許科316、鄭麥7698四種小麥脫殼率相差不大，其中周麥22相比其他品種脫殼效果較好，估計是周麥22的含水量較其他品種較少的緣故。所以選擇周麥22為原料來生產(chǎn)青麥仁，可提高脫殼率。

表1 不同小麥品種對脫殼率的影響

1.1.2 收割時間對脫殼率影響

小麥籽粒的成熟期主要分為三個階段，即乳熟、蠟熟和完熟(也稱黃熟)階段。這三個時期小麥含水量不同，其成熟度也不同。針對不同的生育期用專用青麥仁脫殼機對脫殼率進行試驗，如表2所示。從試驗數(shù)據(jù)可知，脫殼率最好時期為黃熟期，此時小麥含水量較低，小麥籽粒產(chǎn)量最高和品質(zhì)最優(yōu)，籽粒與麥殼易于分離。但此時期的小麥粒對于青麥仁產(chǎn)品的制作存在很大的影響，因為產(chǎn)品是鮮食青麥仁，要使麥仁具有碧綠的顏色和良好的口感，而黃熟期的小麥顆粒只適合制作面粉，所以不能在此時期進行收割。小麥在蠟熟期的收獲產(chǎn)量較在黃熟期小麥的收獲產(chǎn)量高，平均增產(chǎn)在25%左右，其中含有的淀粉、蛋白的含量也相應(yīng)增加5%左右。相反，若過早對其進行收獲，籽粒則不能充分吸收莖葉中輸送的可溶性物質(zhì)，造成籽粒因灌溉不夠充分而減產(chǎn)。蠟熟初期小麥雖柔軟有彈性，但此時期籽粒的背部呈現(xiàn)黃白色、腹溝處呈現(xiàn)黃綠色，內(nèi)含物質(zhì)呈凝蠟狀狀態(tài)，此時籽粒脆弱，且容易掐斷，可做碾轉(zhuǎn)等相關(guān)青麥仁產(chǎn)品。乳熟期的小麥籽粒雖然脫殼率較其他生長期略低，但其中的大多內(nèi)含物質(zhì)都是在這個時期內(nèi)逐漸積累的。乳熟末期：籽粒背部和腹溝均呈綠色，水分保持在55%～70%之間，籽粒內(nèi)部可擠出乳狀液，籽粒內(nèi)含漿，口感較好。青麥仁色澤鮮亮，味道清甜可口，適合菜肴等青麥仁產(chǎn)品的加工。所以，選擇此時期麥仁進行收割脫殼，鮮食青麥仁產(chǎn)品的色澤、口感及營養(yǎng)成分較佳。綜上所述，原料選擇了周麥22，青麥仁最佳收割時間為乳熟后期蠟熟期初期，此時期籽粒呈綠色，營養(yǎng)豐富，口感較好。

表2 不同生育期對脫殼率的影響 /%

1.2 青麥仁脫殼裝備的研發(fā)現(xiàn)狀

青麥仁脫殼專用裝備較少，主要是河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心研發(fā)的設(shè)備。青麥仁經(jīng)過除雜后，需要對其進行脫殼處理，現(xiàn)有脫殼裝置的原理大多采用的是大力對麥仁進行碰撞，使得青麥仁與青麥殼相互分離。但青麥仁作為鮮食可即時谷物，這種大力碰撞的脫殼方式會造成其大量破碎，進而導(dǎo)致收獲的青麥仁質(zhì)量下降。2015年，本團隊研制了2種物理脫殼方式的青麥仁脫殼機[4，5]：一種是通過滾筒與凹板的間隙揉搓進行脫殼(見圖1)，另一種是通過離心力甩動與脫殼筒的內(nèi)壁摩擦脫殼(見圖2)。目前已在河南金杰機械制造有限公司、衛(wèi)輝市金大地良種科研機械設(shè)備廠進行生產(chǎn)，每小時脫殼量有150 kg、250 kg、500 kg、1 000 kg、1 500 kg等產(chǎn)能，脫殼率98%以上，破損率低于2%。洛寧云鶴食品有限公司、淮陽縣金農(nóng)實業(yè)有限公司已投產(chǎn)使用。

如圖1所示，脫殼機工作時，將帶殼青麥仁從進料斗倒入筒狀篩中，物料在通過波紋板的摩擦板時，受到摩擦板和毛刷的擠壓摩擦，麥仁與麥殼逐漸分離，隨后，麥仁和麥殼通過上料管道打入旋風(fēng)分離器內(nèi)，麥殼從抽風(fēng)機的排風(fēng)口排出，麥仁則從分離器的排料口排出。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，能夠高效地對青麥仁進行脫殼并且能夠降低青麥仁的破損率。

如圖2所示，離心脫殼機在工作時，帶殼青麥仁通過上料筒進入喂料口，物料穿梭于多個轉(zhuǎn)盤之間，通過脫殼筒產(chǎn)生的離心力甩動與其內(nèi)壁的磨砂層進行摩擦脫殼。該設(shè)備脫殼率高，破碎率低。

圖1 青麥仁脫殼機的結(jié)構(gòu)示意圖1.進料斗 2.轉(zhuǎn)輪 3.毛刷 4.調(diào)節(jié)桿 5.摩擦板 6.濾網(wǎng) 7.上料機構(gòu)的進料口 8.電動機 9.抽風(fēng)機的進風(fēng)口 10.抽風(fēng)機 11.抽風(fēng)機的出風(fēng)口 12.旋風(fēng)分離器的出料口 13.旋風(fēng)分離器

圖2 青麥仁離心脫殼機的結(jié)構(gòu)示意圖1. 底座 2. 上料筒 3. 第一電動機 4. 上料筒的進料口 5. 上料筒的出料口 6. 第二電動機 7. 脫殼筒 8. 轉(zhuǎn)軸 9. 轉(zhuǎn)盤 10. 脫殼筒的進料口 11. 脫殼筒的出料口

2 青麥仁脫殼技術(shù)發(fā)展對策

2.1 政府加大資金扶持力度

政府部門應(yīng)集中資金加大對青麥仁收割、脫殼、加工方面的設(shè)備研制，形成規(guī)?；a(chǎn)品加工。與此同時，還應(yīng)加強青麥仁育種和形成產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)桨l(fā)展，獲得更大的經(jīng)濟效益。農(nóng)機購買補貼是中央的一項重要農(nóng)業(yè)政策。2004～2019年，中央財政共投資超過2200億元，支持超過3500萬農(nóng)戶購買農(nóng)業(yè)機具達(dá)4500多萬臺(套)，促進了我國在農(nóng)機化水平的快速發(fā)展，同時也成為推動農(nóng)機化行業(yè)發(fā)展的重要政策核心。政府部門應(yīng)在促進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展中將青麥仁脫殼機納入農(nóng)機購置補貼范圍。

2.2 培養(yǎng)專業(yè)人才

物料的摩擦特性研究是研發(fā)脫殼機械在進行參數(shù)選擇時的重要依據(jù)，對于物料的摩擦特性，國內(nèi)外學(xué)者都對其進行了一定程度的研究。楊玲等[6]針對包衣稻種的物理特性進行了試驗性探究；程緒鐸等[7]對小麥、稻谷及玉米的內(nèi)摩擦角進行了相應(yīng)的測定，并對其進行對比研究。Boac等[8]針對離散元在玉米、小麥等糧食作物中的應(yīng)用進行了總結(jié)，并利用離散元法對籽粒受力情況與運動形式進行了模擬。但是青麥仁方面摩擦性、生產(chǎn)、加工機械和商品的配套設(shè)備研究極少，加強培養(yǎng)青麥仁專業(yè)技術(shù)人才，引導(dǎo)各行業(yè)、各領(lǐng)域之間進行交流合作，促進青麥仁經(jīng)濟的發(fā)展。

2.3 完善成果技術(shù)推廣應(yīng)用體系

在各級政府的指導(dǎo)下，科研院所、高校與新型經(jīng)營主體開展產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，完善科技成果推廣應(yīng)用渠道，培育發(fā)展壯大各地的龍頭企業(yè)，吸引各類企業(yè)、資本和技術(shù)，參與青麥仁產(chǎn)品的深度開發(fā)應(yīng)用，推進青麥仁加工業(yè)的整合，統(tǒng)一執(zhí)行品牌戰(zhàn)略，更新完善以企農(nóng)利益為建設(shè)核心的社會化政治服務(wù)體系，解決青麥仁企業(yè)的后續(xù)發(fā)展問題。

3 青麥仁脫殼技術(shù)發(fā)展趨勢

青麥仁脫殼技術(shù)是青麥仁產(chǎn)業(yè)化中必不可少的環(huán)節(jié)。一方面因青麥仁生長環(huán)境的不同，其生物、物理、化學(xué)等特性也有所差異，需加強全面深入研究。另一方面青麥仁脫殼設(shè)備的制作要逐漸向高效率、高脫凈率、高品質(zhì)、低破損率等方向發(fā)展，利用計算機系統(tǒng)，對現(xiàn)有的脫殼設(shè)備不斷進行更新優(yōu)化，同時實現(xiàn)對脫殼機制的準(zhǔn)確實時監(jiān)控，并與后續(xù)的加工設(shè)備做到相契合。未來，對帶殼青麥仁的破損狀態(tài)一般從三個方面進行分析，即宏觀角度分類、微觀結(jié)構(gòu)觀察及籽粒在破損前后的運動狀態(tài)[9]和受力情況的研究，結(jié)合不同的青麥仁脫殼脫粒機理如壓力差式脫殼、激光式脫殼、微波爆殼式脫殼，設(shè)計出新型的青麥仁脫殼的設(shè)備，在保證籽粒不發(fā)生破損的情況下，適當(dāng)加大機械破殼力是研究和發(fā)展的必然方向。