大米加工業發展趨勢及工藝設計研究

◎陳斯建，程 飛，張 鎮，王斌興，葉 堅

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

大米加工業發展趨勢及工藝設計研究

◎陳斯建，程 飛，張 鎮，王斌興，葉 堅

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

結合工程設計實際，對目前國內大米加工行業的發展現狀和存在問題進行探討分析。根據行業特點，提出大米加工業的發展趨勢和工藝設計的新型設備和理論，為大米加工行業的發展提供技術支撐。

大米加工；設計；新型設備；趨勢

稻谷是我國的第一大糧食作物，2014年我國稻谷產量達20 650.74萬t，較2013年增加289.52萬t，達到近10年產量的峰值，已經連續4年產量穩定在2.00億t以上（見圖1）。稻谷總產量占到世界總量的1/3，居世界首位。同時，我國也是世界上最大的大米消費國，全國65%以上的人口以大米為主食[1]。龐大的市場需求，為我國大米加工業的快速發展提供了非常有利的客觀條件。

圖1　2005-2014年國內稻谷產量統計數據圖

目前，我國的大米加工行業已趨向完備，但因為市場的飽和和無序競爭，依然存在諸多問題，其盈利和可持續發展能力均有待提高。總之，企業發展總體目標是降低成本、提高品質，增加企業收益。筆者通過近幾年的市場分析和設計體會，對未來米業發展方向及工藝設計發展趨勢進行了探討分析。

1　未來米業發展方向

1.1集團規模化

以企業集團的形式進行原糧采購、產品營銷、品牌包裝，通過系統化、規模化管理降低成本，提升品牌競爭力，單個集團的年處理稻谷量均達到100萬t以上，典型企業為中糧集團、益海嘉里集團、北大荒集團，目前3家產能合計超1 000萬t，占整個稻谷加工市場的4%左右。行業集中度經過多年的發展和競爭，經歷了由少到多又由多到少的過程，龍頭企業的規模不斷提升。據統計，2008年全國入統大米加工企業7 687個，加工能力1.60億t；2012年底增加到9 788個，產能3.10億t[2]；2014年下降為8 519個，產能2.43億t。

呈現特點為集團化運營，全國布局，控制糧源，注重品質監控。目前，經過2004~2015年近10年的大規模發展，全國性企業集團的布點建廠已經基本完成，大米品牌建設也取得了較大進展，福臨門、金龍魚、北大荒、華潤五豐和太糧等已成長為知名大米品牌，特別是在小包裝領域，品牌大米的市場占有率較高。據中國糧油協會統計，中糧集團和益海嘉里集團在小包裝大米市場合計占據了約36%的市場份額，余下則被北大荒、華潤五豐以及各地的區域品牌所瓜分。未來大型企業集團則會在深加工、全產業鏈領域進行重點發展，以追求品質、利益的最大化。2012年2月，國家出臺的《糧食加工業發展規劃2011-2020年》明確提出，至2020年，在稻谷主產區和大米主銷區及重要物流節點，重組和建設一批年處理稻谷20萬t以上的大型龍頭企業和若干個年處理稻谷100萬t的大型企業集團，建設完善的大米加工全產業鏈。政策的支持將加快推進加工企業向規模化、集團化方向發展。

1.2單廠大型化

近幾年，隨著國家加大科技創新支持力度，新技術、新裝備不斷推出[1]，單機設備（主要是大產量礱谷機、米機、拋光機）三大主機設備的研發，單條生產線的加工能力也隨之增大，單線加工量從20世紀90年代的30～100 t/d，發展到近10 a的100～200 t/d，從而使得單廠規模從20世紀90年代50～80 t，發展到近10年的100～1 000 t，甚至單廠2 000 t/d的規模（見表1）。

表1　2005-2012年國內入統大米加工企業數量統計表

根據表1入統大米加工企業數據，隨著近10年我國大規模的米廠建設和不斷兼并重組，從2005年到2012年，日處理稻谷能力小于100 t的小型企業比例由81.94%降至52.67%，年均減少4.20%；日處理稻谷能力400 t及以上的大型企業由77家增加到386家，比例由1.06%增長到3.94%，年均增加45家。未來隨著單機設備大型化的進一步發展，必將造成單線產量的持續擴大，同時隨著工業集約化和自動化的推進，單廠規模還是會不斷提高，以求持續降低運營成本，擴大收益[2]。

1.3稻米深加工化

隨著企業規模化、集團化的發展，加大研發力度，著力發展深加工是稻米產業的必由之路，傳統大米加工業往往止步于成品大米，對于對應的稻米制品則較少涉及。因此，經濟效益和資源利用率均不足，據發達國家稻米深加工利用經驗表明，稻谷精深加工后可增值5～10倍。益海嘉里米業單純在大米加工環節是虧損的，其企業經營是通過下游大米深加工環節才得到了彌補，從而提升了企業的整體競爭力。

近年來，隨著稻米行業全產業鏈觀念的普及，企業發現單純依靠傳統稻谷加工已不足以支撐企業發展。發展稻谷深加工日漸成為行業發展趨勢，據筆者了解，目前應用成熟的深加工技術主要有以下幾個方面：①圍繞糙米產業的發芽糙米、糙米卷、糙米飲料等產品，以湖北福娃集團為典型代表。②傳統大宗深加工產業為主的米酒、米粉、米線、米糕等產品，此類產品具有地域限制，以長三角珠三角地區企業為典型代表。③大米膨化食品，米餅、仙貝等，以臺灣旺旺集團為典型代表。④傳統大米加工產業的延伸，以免淘洗米、營養米、蒸谷米為代表，此類產業因國內飲食習慣的差異，市場尚處于培育期，發展不足。⑤以方便米飯、粥米為代表的主食化方便食品，屬于新興產業，其發展尚需時日。⑥以大米淀粉糖、高蛋白米粉、多孔淀粉為代表的生物技術在未來稻米深加工行業具有廣泛的實用前景[3]。⑦以稻殼為原料進行的稻殼發電、碳棒制作、稻殼復合肥、稻殼板和稻殼制一次性餐具等深加工產業，目的是增大副產品的利用率，提高企業整體收益。⑧以米糠為原料的米糠油產業，包含米糠蛋白、米糠膳食纖維、米糠發酵制品等產業，隨著人們健康觀念的提升，目前發展迅速，在食品、醫藥等行業具有廣泛應用，產品附加值高，市場前景廣闊。

1.4工廠智慧化

智慧工廠是現代工廠信息化發展的新階段，是在數字化、自動化工廠的基礎上，利用物聯網的技術和設備監控技術加強信息管理和服務；清楚掌握產銷流程，提高生產過程的可控性，減少生產線上的人工干預，即時正確地采集生產線數據，以及合理的生產計劃編排與生產進度。并加上綠色智能的手段和智能系統等新興技術于一體，構建一個高效節能的、綠色環保的、環境舒適的人性化工廠。

目前米廠工藝設計中，智能化、自動化僅在于單機啟停智能化、生產線控制自動化，未來隨之技術革新和信息化技術的發展，特別是物聯網的發展，在整體車間智慧化上尚有較大發展空間，利用現代數字化、智能化手段，將稻米收購、儲藏、運輸、加工、信息傳遞和實物監管等工作，實行系統化、模塊化、簡捷化，實現自動化、三維可視化及智能化，為科學管理、快速決策提供依據，是今后的發展方向，如單機性能最佳化控制、在線監測、全自動打包、優化成品管理以及全程可追蹤技術等。

目前，國內新一批糧庫建設正在推行建設智慧糧庫，并逐步在糧食物流的各環節推進。未來大米加工這一傳統行業也將很快走向智慧化。

1.5全產業鏈化

稻谷加工的全產業鏈從稻種選育開始，經歷稻谷種植、貯藏、運輸、烘干、加工、深加工和副產品利用等諸多環節。傳統稻谷加工業僅從烘干開始，忽略了前期的種植環節，造成大米品種混亂，品牌價值不足。未來隨著訂單農業的進一步發展，從通過遴選優良種子開始，采用生物可降解農藥、低溫貯藏、獨立生產系統等技術全程進行品質控制，增大大米加工產業的附加值和品牌競爭力。通過全程品控，增強人們對于食品安全的信心。

1.6食品衛生化

2015年10月1日，經修訂的《中華人民共和國食品安全法》施行，對于所有食品行業的從業者提出了更高的要求，因此在米廠車間工藝設計和設備選型的初期，即最大限度地考慮到食品安全及衛生因素，對于以后生產經營必將會大有裨益。同時，推進加工企業HACCP、ISO20002、ISO14000 和GMP等質量管理認證工作，建立食品安全保障機制[3]。

目前，設計中常見的技術主要集中于車間內紫外線殺菌、設置風淋間系統、封閉參觀通道，礱谷與碾米分開等技術；未來發展則主要體現在大規模采用低殘留高清潔的輸送設備、高效色選系統、車間自動清灰系統、全自動包裝系統以及除氧富氮保鮮系統等技術的廣泛利用。

1.7適度加工和節能化

國家《糧油加工業“十二五”發展規劃》中曾明確指出：嚴格控制大米的過度加工[1]，大力開發和推廣節能節水技術設備，加快淘汰高能耗、高糧耗、高污染的工藝裝備。目前，國內大米加工業單機能耗與國外水平相當，但因消費者普遍追求外觀的消費導向，導致企業過分追求大米表面光亮度，通過大量拋光和色選來提高大米色澤，導致設備整體投資、裝機容量和噸米電耗均大幅增加。

據筆者工程及設計經驗，目前國內大米工藝設計中拋光及色選道數基本在三道甚至四道。這種做法不僅增加了企業經營負擔，且不利于食品健康，只有廣大大米加工從業者從健康角度引領消費，從根本上為企業實現節能。另外，當前國內稻谷加工業降低電耗還有很大空間，國家應大量推廣稻谷加工副產品綜合利用、實現節能減排。利用碎米生產淀粉糖和大米蛋白，利用米糠生產米糠油和營養素等功能食品，利用稻殼開展生物質能源利用、碳棒和新型建筑材料都是未來大米加工業的發展方向[3]。

2　米廠新型設備的應用及新型工藝系統的應用研究

目前隨著市場發展，傳統200 t/d以下的大米生產線工藝設計已經成型，該文主要對近幾年工程設計和市場開拓中所開發利用的新型設備和系統進行簡要敘述。

2.1Z/C字型提升機的應用

Z/C字型提升機又稱轉斗式提升機，主要組成形式有Z字型、C字型、一字水平型（見圖2）。其工作原理及特點相同，用于水平-垂直-水平輸送，適合顆粒狀、粉狀及小塊狀物料的水平和垂直輸送。其密封性能好，物料無破損，結構緊湊，占地面積小，工藝靈活，可多點進料卸料。以前主要應用于食品行業和精加工行業等，在糧食加工行業應用較少。其優點在于：與傳統提升機相比，可大大降低物料破碎，減少碎米率，杜絕提升設備內的物料殘留，保證高度衛生，工藝靈活，需求空間小，能夠有效解決小空間的各種溜角問題。缺點是：單體造價較貴，維護保養較斗式提升機繁瑣，單機造價是傳統米廠提升設備的2～3倍。

圖2　Z/C型提升機現場圖

2.2新型涼米塔的應用

傳統加工工藝設計一般需要設置涼米倉，極大占用車間內部空間，增大土建造價，且涼米時間長，一般需要24 h。

新型涼米塔（見圖3和圖4）克服上述缺陷，針對大米加工企業冷拋的需求，以單機設備取代原有涼米倉，采用多級涼米多級緩沖的方法，科學降低大米溫度并補充大米迅速降溫過程中損失的水分，大米以最佳的米溫、水分進入拋光機，顯著提高拋光效果并降低碎米率。同時，大大降低設備投資，提高出米率及出米效果，降低能耗。

根據工程實際及試驗數據，以200 t/d處理量為例，年產5萬t大米為例，采用上述2種新型設備，可使碎米率降低3%，產生收益為300萬，采用Z型提升機及涼米塔增加的設備投資約200萬。新增設備投資回收期為200/300×12=8（月），其余則為企業凈收益。

2014年由中糧工程科技（鄭州）有限公設計并安裝的黑龍江金瑪農業有限公司日產大米100 t/d生產車間項目首次將Z/C字型提升機和涼米塔引入大米加工行業，取得了良好的效果。

圖3　新型晾米塔現場圖

圖4　新型晾米塔操作系統圖

2.3自動控制可追溯系統的應用

隨著健康生活的發展，對于食品安全的要求也越來越高，因此對于有條件的項目，設計從田間到超市的全程可追溯系統顯得越來越有必要，增加本套系統，可使終端消費者通過掃描二維碼就能清晰地了解到所購大米的產地、品種、年份、生長周期和加工時間等相關信息，對于培育高端客戶，提升產品品牌美譽度均具有重大意義。

2.4在線水分、溫度及電流檢測系統的應用

目前米廠對于米機及拋光設備的人工操作是制約米廠自動化程度的關鍵因素，在設計中增加在線水分與溫度檢測，利用原有經驗數值設立的數據庫及最佳曲線進行匹配，可以將出米率及成品米質量穩定在一個最優狀態，減少加工過程中人為因素的影響，提高企業收益。同時通過系統數據分析，可以逐步建立廠家適合自身的及與原糧相匹配的最佳溫度及水分，推進適度加工，為企業規范化、制度化管理打下堅實基礎。

具體實踐措施為在第一道砂輥米機前配備在線水分檢測，根據水分檢測結果調整糙米調質器參數，保證糙米含水量在15%～16%，在米機、拋光機出口配備在線溫度檢測，根據大米溫升、電流及出米狀況來調整米機、拋光機壓力及噴水量，也可根據溫升、電流和出米狀況來判斷碾米輥及篩片的磨損狀況，可提早發現異常情況，確保較高的出米率及良好的出米品質。

2.5車間精細化管理的應用

在車間內推行分工段電耗計量，主要設備采用電流監控，及時發現問題，確保低成本運營；同時采用分工段流量測量，保證不同班組的品質穩定，對于實現量化控制、精確生產具有指導意義。

2.6自動包裝系統

隨著米廠規模的越來越大，打包工作量也日益增大，傳統方法是進行錯峰生產，分段打包，但占用人員也越來越多，因此增設全自動包裝秤及機械手碼垛，可大大提高生產效率，減少人工，最大限度避免人與產品直接接觸的概率，提高食品安全，使包裝車間的衛生達到HACCP標準要求，基本做到無人化操作。

2.7多點卸料犁式皮帶機的應用

目前，多點卸料犁式皮帶機（見圖5）多應用于倉儲物流行業，其產量較大，在稻谷加工行業應用較少。為降低稻谷破碎率，米廠多采用皮帶輸送工藝，但為實現多點卸料，往往采用卸糧小車或需要多條皮帶機進行搭接作業，這就大大增加了設備投資且粉塵不易控制。因此，結合大米加工實際，對此類設備進行針對性改進，減少帶寬，降低帶速，采用此設備，不僅可以發揮皮帶輸送機增碎率低的優勢，也可實現多點卸料，同時降低設備數量及設備功率，提高系統穩定性同時降低電耗。

圖5　多點卸料犁式皮帶圖

2.8自動清灰技術的應用

在車間內緩沖箱內外和除塵風管外設置噴吹裝置，可大大減少人工清灰的工作量，保證車間衛生，保證食品安全。

3　結語

作為傳統加工行業，經過多年發展，國內大米加工技術和裝備水平得到了迅速提高，綜合利用水平有了極大提升。未來大米加工業的健康發展，不僅應關注加工領域，也應在稻種選育、倉儲物流等前期方面，副產品利用、食品衛生等后續方面繼續加大投入，推動行業的健康發展。作為工程設計人員，也應在實踐中善于總結創新，應用新技術、新產品使資源增值，為企業創造經濟效益，推動行業進步。

[1]周素梅.我國傳統米制主食發展現狀及趨勢[J].農業工程技術·農產品加工業，2014，9（7）：23-25.

[2]王瑞元.我國糧食加工業的發展趨勢[J].糧食與食品工業，2011，18（5）：1-6.

[3]何 毅.中國大米加工業行業發展現狀及展望勢[J].糧食科技與經濟，2009，34（6）：4-6.

Research on Development Trend and Technology Design of Rice Processing Industry

Chen Sijian， Cheng Fei， Zhang Zhen， Wang Binxing， Ye Jian
（COFCO Engineering & Technology （Zhengzhou） Co. Ltd.， Zhengzhou 450053， China）

According to the engineering design practice， the current situation and existing problems of rice processing industry was analyzed. According to the characteristics of the rice industry， the development trend of rice processing industry and new equipment and theory of process design was putted forward， to provide technical support for the development of rice processing industry.

Rice processing； Design； New device； Trend

TS212.8

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.08.016

陳斯建（1975-），男，工程師，主要研究方向為大米工程設計。

葉堅（1961-），男，副總工程師，高級工程師，主要研究方向為糧食倉儲加工工程設計。