手工空心掛面的工業(yè)化生產(chǎn)線設計

肖曉紅，劉銳 ，吳桂玲，黃家章，孫君茂，邢亞楠

1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所（北京 100081）；2.金沙河集團產(chǎn)業(yè)技術研究院/河北省谷物食品加工技術創(chuàng)新中心（邢臺 054100）

掛面是我國傳統(tǒng)面制品之一，隨著人們對物質(zhì)需求的日益增長、科學技術的不斷進步、先進生產(chǎn)設備的不斷涌現(xiàn)，掛面的主要生產(chǎn)方式逐漸由手工加工轉型為連續(xù)化、自動化的機械加工。但手工空心掛面因其口感勁道、易消化、內(nèi)有空心鎖住湯汁、煮制時間短的品質(zhì)特點及其呈現(xiàn)的傳統(tǒng)文化和技藝展示而占據(jù)一席市場，如河北藁城宮面、中江掛面、岐山空心掛面等。添加酵母菌或其他發(fā)酵劑亦可制作空心掛面，這種發(fā)酵空心掛面的工藝流程與機制掛面無異，雖然具備部分手工空心掛面的特點，但并未完全還原，且面條有明顯的發(fā)酵酸味。

手工空心掛面的生產(chǎn)工藝基本遵循和面、醒面、劃條、三醒三盤、上桿繞條、醒面、分面、醒面、抻面、干燥、包裝的操作流程。試驗在遵循傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的基礎上，調(diào)整和優(yōu)化部分工序的加工方法，設計組建手工空心掛面的工業(yè)化生產(chǎn)線，以標準化、自動化的作業(yè)方式進行生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 工藝流程與整體布局

1.1 工藝流程

手工空心掛面的工業(yè)化生產(chǎn)工藝流程如下：

和面→壓面→劃條成型→卷條成型→搓條成型→上桿繞條→面條熟化→抻面→分面→干燥→切斷→包裝

因掛面的成型依靠拉伸而非刀切，生產(chǎn)工藝較普通刀切掛面的工藝更為復雜。該生產(chǎn)線采用先進的面條成型技術、合理的生產(chǎn)設備排布，還原手工制作空心掛面口感的同時，工藝復雜程度、加工時長、人力消耗等均大幅度降低。通過結合國外成熟的面帶卷曲成條和我國新興的仿手工搓條技術，替代人工反復揉搓成型，提升面條形狀的規(guī)則性，可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)；通過應用面帶動態(tài)錘揉技術，提升面帶的可塑性；通過應用自動續(xù)面技術實現(xiàn)包裝工段的全自化。

1.2 生產(chǎn)線總體布局

根據(jù)手工空心掛面的工藝流程，生產(chǎn)線主要分掛面成型工段和掛面包裝工段。其中，掛面成型工段是凸顯手工空心掛面加工特點的工段，因成型方式的不同，所使用的設備與普通掛面存在較大區(qū)別，主要設備包括和面機、投料斗、復合壓延機組、劃條壓延機組、連續(xù)搓面機、搓條機、盤條機、盤掛機、熟化箱、抻面機、分面機、烘房等；掛面包裝工段主要設備有直刀式切面機、自動續(xù)面設備、稱量機、刮板輸送機、包裝機等，其中自動續(xù)面設備后端增設振動落料機構用于提升掛面的齊整度。各個工段的生產(chǎn)設備按照工藝流程依次連接，同時考慮到生產(chǎn)過程中廠內(nèi)物流的便利性和生產(chǎn)場地的合理利用，繪制發(fā)酵空心掛面工業(yè)化生產(chǎn)線總體布局圖，如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)線總體布局圖

2 生產(chǎn)線的機械設備

2.1 掛面成型工段

2.1.1 和面機

發(fā)酵空心掛面的加水量較大，因此需使用翻轉式和面機。該和面機主要由和面鍋、攪拌軸、攪拌電機、面團切分裝置、機架等組成。其中，面團切分裝置將和面機落下的成型面團切割為多個小塊，便于連續(xù)化生產(chǎn)的同時，也減少了對面筋結構的破壞。

2.1.2 投料斗

因使用翻轉式和面機，必須設置物料緩存設備以保證連續(xù)化生產(chǎn)。投料斗主要由料筒、隔板、攪拌軸、電機、傳動機構、機架等組成。其中：料筒底部設有兩個出料口分別落料；隔板置于出料口處用于提前儲料，以保證后續(xù)設備開機后的不間斷運行；攪拌軸將切成塊狀的面團攪拌疏松以避免出現(xiàn)堵料。

2.1.3 復合壓延機

復合壓延機主要由軋輥、傳動機構、電機等組成，兩對軋輥在電機和傳動機構的帶動下，將落入間隙的面塊進行初步壓延，軋制成為兩條厚度相同的面帶，以便進行后續(xù)的復合。

2.1.4 壓延機組

該生產(chǎn)線有3組壓延機組，每組壓延機組的結構相同，均由軋輥、傳動機構、電機、面帶切割機構等組成，軋輥隨著每次切割后面帶寬度而變化，每組壓延機組的后道軋輥才有面帶切割機構。面帶經(jīng)3組壓延機組前道軋輥的復合和后道軋輥的壓面和切割，面帶寬度僅有最初寬度的1/8，不但實現(xiàn)了面帶的劃條成型，而且復合壓延促進了面筋的形成。

2.1.5 錘揉機構

該生產(chǎn)線有3組錘揉機構，分別位于每組壓延機組之間，均由錘輥、傳動機構、電機等組成，每組錘揉機構都會隨切割后面帶寬度而變化。錘揉機構將對輸送帶上運行的面帶在垂直方向上不斷揉錘，不但使面帶柔軟易于壓延，而且增強了面帶的柔韌性。

2.1.6 連續(xù)搓條整形機

連續(xù)搓條整形機主要由4道軋輥、傳動機構、電機、機架等組成，4道軋輥中兩道為平形壓輥、兩道為圓形壓輥。經(jīng)劃條成型后的面帶厚度較大，須先經(jīng)過平形壓輥來降低面帶厚度；而經(jīng)兩道平形壓輥壓延后的面帶厚度適宜，進入首道圓形軋輥組成的圓形孔隙被卷曲成圓形面條，再經(jīng)由后道圓形軋輥組成的較小的圓形孔隙整形后，最終實現(xiàn)由面帶到面條的轉變。

2.1.7 搓條機

經(jīng)連續(xù)搓條整形后成型的面條直徑較大，不適合拉伸成型，必須再次進行整形，使之直徑更小。搓條機主要由搓面板、搓面輥、驅動機構、粗細度調(diào)節(jié)機構、機架等組成，其中搓面輥為固定機構、側面為曲面，搓面板為擺動式機構、側面為與搓面輥匹配的曲面，搓面板的擺動方向與搓面輥的軸同向。搓條之前，根據(jù)對搓條粗細度的要求調(diào)節(jié)粗細度調(diào)節(jié)機構，使搓面板與搓面輥之間留有固定的間隙，該間隙即是搓條后面條的粗細度，落入搓面板與搓面輥間隙的面條在搓面板的軸向擺動揉搓及下道工序的拉伸下實現(xiàn)圓形面條的搓揉變細。

2.1.8 盤條機

盤條機主要由轉盤、傳動機構、電機等組成，其中轉盤固定在傳動機構上，在傳動機構的帶動下轉動。盤條機運行前需要在轉盤上放置盤條容器（面盆），將落入容器內(nèi)的面條放置于容器中心，隨著轉盤的轉動落入的面條將呈圓圈盤繞于容器，操作人員需要根據(jù)容器內(nèi)的面條量適時裁斷面條，從而實現(xiàn)面條的盤條以便于下道工序的生產(chǎn)。

2.1.9 盤掛機

盤掛機主要由紡條機構、繞條機構、傳動機構、電機等組成，其中紡條機構主要由轉子、導桿、導輥等組成，繞條機構主要由導軌、桿插孔等組成。紡條機構將導入導輥的面條繼續(xù)整形以保證面條的圓度，同時利用導桿的往復運動實現(xiàn)面條的“8”字運動。繞條機構帶動安裝的掛面桿以半圓周往復運動和平行移動實現(xiàn)與紡條機構導桿運動的配合，完成面條的上桿。盤條容器內(nèi)的面條由人工操作穿入紡條機構的轉子，沿著導輥“穿針引線”后進入導桿，繞條機構由人工將掛面桿分別安裝于桿插孔后將其推近紡條機構，設備運行之時隨著繞條機構的不斷后退和半圓周往復運行與紡條機構的水平往復運行相配合，最終實現(xiàn)搓圓搓細后的面條纏繞于掛面桿。盤掛機的紡條機構與繞條機構數(shù)量決定了它的產(chǎn)能，因此可根據(jù)實際的生產(chǎn)需求定制具有合適數(shù)量紡條機構和繞條機構的盤掛機。

2.1.10 熟化箱

熟化箱用于掛桿后的面條熟化，主要由箱體、移動鏈條、傳動機構、控制系統(tǒng)等組成。與普通帶式往復熟化箱不同，該熟化箱只有單層且為了滿足長時熟化的要求，熟化箱的長度比普通熟化箱更長，并且控制系統(tǒng)對內(nèi)部溫、濕度的控制更為精準。

2.1.11 小拉伸機

小拉伸機用于熟化后面條的小拉伸，避免直接拉伸至定長而造成的面條拉斷。小拉伸機主要由提升鋼板（下稱鋼板）、傳動機構、電機、機架等組成，其中鋼板沿著高度方向有多個卡槽，內(nèi)外配合的兩對鋼板中位于外部（靠近側面機架）的鋼板實現(xiàn)掛面的步進拉伸，位于內(nèi)部的鋼板維持掛面拉伸后的掛桿高度。經(jīng)熟化后的面條由鏈條輸送至小拉伸機，底部掛面桿因機架上的導軌而被限制上下運動，頂部掛面桿落入內(nèi)鋼板的卡槽，隨著內(nèi)鋼板的水平移動和外鋼板的向上提升運動，被步進拉伸的掛面桿落入內(nèi)鋼板的更高階卡槽以實現(xiàn)拉伸，依此動作拉伸至設定長度后在內(nèi)外鋼板的配合下再步進落至鏈條輸送機構。

2.1.12 拉面分面機

拉面分面機主要由拉面機構、分面機構、輸送固定機構三部分組成，分面機構位于拉面機構和輸送固定機構的側面。拉面機構的結構與小拉伸機結構相同，僅存在拉伸長度差別；分面機構主要由分面桿、分面導軌、分面機架等組成，分面桿固定于分面機架上，分面機架帶動分面桿沿著分面導軌運動，同時帶動分面桿進行旋轉運動；輸送固定機構主要由輸送鏈條、輸送導軌等組成，掛面頂桿掛于輸送鏈條，掛面底桿位于輸送導軌，在輸送鏈條和導軌的作用下實現(xiàn)掛面的前移輸送。經(jīng)小拉伸后的面條輸送落入拉面機構后，類似前述小拉伸機的動作拉伸面條至指定長度，運送至固定位置，分面桿插入每桿掛面兩排間隙內(nèi)自上而下旋轉運動，實現(xiàn)每桿掛面兩排面的分面。

2.1.13 烘房

烘房的主體結構、分區(qū)與普通掛面相同，但具體結構因發(fā)酵空心掛面成型的特殊性而與普通掛面烘房存在些許差別?？招膾烀鏋槔斐尚蛼烀?，烘房內(nèi)底部設置有導軌結構，避免掛面在干燥過程中因面筋的彈性收縮而使長度參差不齊。

2.2 掛面包裝工段

2.2.1 直刀式切面機

直刀式切面機主要由下架機構、切刀、面桿回收框、傳動機構、控制系統(tǒng)等組成，可通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電機運轉速度調(diào)整掛面的切斷長度。干燥后的掛面經(jīng)由鏈條輸送至下架機后平鋪于切面板之上，經(jīng)由上下運動的切刀切割為固定長度的面條，掛面桿沿著面板滑入面桿回收框。直刀式切面機相較滾刀式切面機存在切面效果更穩(wěn)定、維護更方面、調(diào)節(jié)更簡便等優(yōu)點。

2.2.2 自動續(xù)面機

自動續(xù)面機主要由氣缸、主輸送帶、分支輸送帶、機械手、導軌、電機等組成，其中氣缸的伸縮帶動主輸送帶上下運動以連接不同分支輸送帶，實現(xiàn)稱量機粗稱量部分的續(xù)面；機械手沿著固定導軌移動和抓取，實現(xiàn)稱量機細稱量部分的續(xù)面。切好的掛面輸送至自動續(xù)面機主輸送帶，因主輸送帶為活動式結構，當?shù)谝环种В拷忻鏅C）需要續(xù)面時，主輸送帶由氣缸帶動上移與分支輸送帶連接續(xù)面，機械手沿著導軌從粗稱量處抓取掛面放入細稱量部分；當不再需要續(xù)面之時，主輸送帶由氣缸帶動下移與下段主輸送帶連接，然后依循第一分支續(xù)面的動作進行第二分支的續(xù)面，往復循環(huán)實現(xiàn)生產(chǎn)線的全自動續(xù)面。

2.2.3 振動落料機構

振動落料機構主要由振動電機、料斗、拉桿、傳動機構等組成，可根據(jù)實際的生產(chǎn)速度選擇不同規(guī)格的料斗容積。掛面進入稱量機之前先落入振動落料機構，掛面隨著料斗的高頻次振動而修正整齊度，料斗底部的出料口在完成齊面后打開，掛面落入稱量機粗稱部分。

2.2.4 稱量機

稱量機主要由振動部分、稱量部分、控制部分、機架等組成，其中振動部分由振動擋板、電磁振蕩器電機、粗細稱儲料斗等組成，稱量部分由重量傳感器、粗細稱量料斗等組成，細稱量料斗位于粗稱量料斗正下方。掛面落入粗細儲料斗內(nèi)由振動擋板前后振動修整掛面整齊度，由電磁振蕩器振動儲料斗先后落入粗細稱量料斗。掛面先由粗稱儲料斗振動落入粗稱量料斗，由位于粗稱料斗底部的重量傳感器進行稱重，當感應到掛面的重量達到設定值后粗稱量料斗底部打開，掛面落入細稱料斗；細稱量料斗底部重量傳感器進行稱重，經(jīng)由控制系統(tǒng)計算出與設定重量相差克重后，由電磁振蕩器振動細稱儲料斗精細、微量落入細稱量料斗，達到設定重量后細稱料斗底部打開卸料，經(jīng)過一粗一細的稱量，最終實現(xiàn)掛面的精準稱重。

2.2.5 塑料包裝機

塑料包裝機主要由導膜機構、制袋器、熱封機構、輸送帶等組成，其中導膜機構由托膜輥、導膜輥等組成，熱封機構由橫封、縱封等組成。固定于托膜輥上的包裝膜沿導輥運行至制袋器將輸送至制袋器的掛面包裹后，由位于制袋器前端上部的縱封輥完成縱封、帶有導熱棒的橫封刀切斷完成橫封，最終實現(xiàn)散面的塑料包裝。

3 工藝條件討論

3.1 原料的選擇和用量

手工空心掛面作為拉伸成型的面條制品，對小麥粉的筋力要求比較高，因此應使用延展性較好的高筋小麥粉[1]。蔡麗麗[2]指出和面用水所含堿性物質(zhì)能夠促進蛋白質(zhì)交聯(lián)、強化面團筋力，具有一定硬度的水中鈣、鎂等離子與淀粉、蛋白質(zhì)的結合有助于面團筋力的形成；但含堿量過高會影響面條的食用性和加劇面條的烹調(diào)損失，因此和面水應選擇具有一定硬度的弱堿性水。

適宜的加水量能夠形成更多的面筋網(wǎng)絡、提升面團黏彈性，空心掛面的加水量一般在50%左右。林娟[3]認為當加水量為53%時面條的黏性最好、斷條率最低。陳潔等[4]指出加鹽能夠提升面團的延伸性，但只有當加鹽量超過5%時面團的延伸性才會有明顯的增加，因此加鹽量首先應該超5%；根據(jù)季節(jié)不同應該準確調(diào)整加鹽量，溫度高加鹽量多、溫度低加鹽量少，但為了保證掛面的食用性，食鹽添加量不宜超過10%。

3.2 關鍵工序工藝條件

3.2.1 和面工序

和面是面筋網(wǎng)絡形成的關鍵過程。與普通機制掛面相比，空心掛面的和面過程需要更多的揉搓以保證面粉與水的充分結合、面團包裹更多的空氣，從而為空心的形成奠定基礎。因此，在保證同等加面量、水量、鹽量、和面速度的情況下，和面時間應根據(jù)面團表面的光滑程度來調(diào)節(jié)，面團表面與和面機內(nèi)壁光滑、僅少量面渣之時面團品質(zhì)最佳。

3.2.2 面條醒發(fā)工序

面條醒發(fā)是面筋網(wǎng)絡進一步形成和酵母菌繁殖與新陳代謝的過程，直接影響面條品質(zhì)和最終的物理形態(tài)，因此面條醒發(fā)對時間和溫濕度的要求更加嚴格，醒發(fā)時間和溫濕度調(diào)配不佳，將導致面條的酸敗、面筋網(wǎng)絡筋力不足而在拉伸成型時被拉斷或是發(fā)酵力不足而無法形成空心。楊宏黎等[5]認為，掛面生產(chǎn)過程中面團醒發(fā)的最佳溫度為35 ℃、最佳濕度為80%~85%、最佳時間為60 min，而酵母菌繁殖的適宜溫度范圍為20~30 ℃，因此醒發(fā)溫度控制在30 ℃左右、相對濕度80%~85%、醒發(fā)時間1.5~2 h。

3.2.3 干燥工序

面條干燥既是面條脫水形變的過程，也是酵母菌繁殖和新陳代謝的過程。手工空心掛面并未添加諸如酵母之類的發(fā)酵劑，但是其原料、空氣中的酵母菌孢在前端加工過程中不斷繁殖和新陳代謝，使得進入烘房前的面體含有少量的酵母菌。干燥一般分為預干燥、主干燥、完成干燥三個階段，其中酵母菌因對環(huán)境溫度的適應性不同，活躍期在預干燥階段，而在主干燥階段和完成干燥階段則活躍度下降，因此在預干燥階段應盡量調(diào)整參數(shù)與醒發(fā)階段接近，即溫度30 ℃左右、相對濕度80%~85%，主干燥與完成干燥階段按照普通掛面參數(shù)調(diào)整。

4 手工掛面空心形成的原理分析

有學者認為手工掛面的空心形成是由于小麥粉、水和空氣中的發(fā)酵微生物的自然發(fā)酵。大長久范[6]指出稻庭烏冬面內(nèi)部空心的出現(xiàn)是因為耐鹽性酵母菌的活動；刁翠茹等[7]在傳統(tǒng)宮面內(nèi)檢測出多種酵母菌，因此發(fā)酵空心掛面特征源于酵母菌的活動。作者認為掛面空心的形成除了微生物發(fā)酵產(chǎn)氣的作用，加工過程中的和面、搓條、醒面、干燥等工藝，尤其是搓條，起到關鍵性作用。首先，和面的翻、揣、揉等保證了在和面過程中能夠包裹更多的空氣在面團中；其次，搓條將涂油后的面繩揉搓成麻花狀，在內(nèi)部形成了細微的空隙通道；最后，這個空隙通道在長時間的醒面和干燥過程中，在發(fā)酵產(chǎn)氣的作用下擴張形成空心。

5 結語

該生產(chǎn)線能夠實現(xiàn)手工空心掛面的機械化連續(xù)生產(chǎn)，有機結合了日本手延素面和我國手工空心掛面的制作工藝，在遵循傳統(tǒng)加工工藝的基礎上，調(diào)整了部分工序方法，將多種國內(nèi)外先進面條加工設備進行了優(yōu)化組合，既降低了人工用量，又保證了全程生產(chǎn)的標準化，使高品質(zhì)的傳統(tǒng)手工空心掛面無需再依賴于制面師傅的手藝和經(jīng)驗，自動化程度高、控制穩(wěn)定。