傳統(tǒng)小磨香油自動(dòng)化生產(chǎn)車(chē)間設(shè)計(jì)探討

李瑞國(guó)，韓延雷，徐 慧，田延軍

(齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院) 山東省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250013)

小磨香油是傳統(tǒng)地方名產(chǎn)，在皖、冀、魯、豫等地至今沿用著“小磨盤(pán)”和祖?zhèn)骷挤ㄡ勚疲v究“淘、炒、磨、燙” 純手工、無(wú)添加制作工藝，學(xué)名“水代法”。小磨香油采用石磨研磨，水代法提油(100℃以下)，屬于純物理方法制油，與壓榨法、溶劑法等現(xiàn)代制油工藝相比具有操作溫度低、營(yíng)養(yǎng)成分及香味物質(zhì)損失少的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品呈琥珀色、香味濃郁、口感綿長(zhǎng)，深受百姓喜愛(ài)。

目前，國(guó)內(nèi)小磨香油大多以手工作坊生產(chǎn)為主，加工點(diǎn)眾多，缺乏可靠的工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，造成產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，影響了小磨香油的聲譽(yù)。因此，在繼承傳統(tǒng)小磨香油工藝精髓的基礎(chǔ)上，與現(xiàn)代加工技術(shù)裝備緊密結(jié)合，大膽創(chuàng)新，采用機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)線升級(jí)改造現(xiàn)有手工生產(chǎn)方式，改善車(chē)間的生產(chǎn)環(huán)境和衛(wèi)生條件，扭轉(zhuǎn)小磨香油小、亂、差的市場(chǎng)現(xiàn)狀，是確保我國(guó)傳統(tǒng)名產(chǎn)小磨香油持續(xù)健康發(fā)展的有效途徑。

本文重點(diǎn)討論小磨香油的自動(dòng)化生產(chǎn)工藝技術(shù)路線設(shè)計(jì)和車(chē)間布局設(shè)計(jì)，踐行傳統(tǒng)食品“秉承特色，升華傳統(tǒng)”的發(fā)展理念。

1 傳統(tǒng)小磨香油工藝技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)

1.1 傳統(tǒng)小磨香油工藝的精髓

芝麻含油54%～58%，含蛋白質(zhì)25%左右[1]，還含有粗纖維、維生素、芝麻素等。傳統(tǒng)手工小磨香油技法的原理是：將芝麻炒熟磨細(xì)后兌入熱水，利用油料中非油成分對(duì)水和油親和力的不同以及油、水之間的密度差，經(jīng)過(guò)適當(dāng)攪動(dòng)振蕩，使油和親水性的蛋白質(zhì)、碳水化合物等分開(kāi)，將油撇出。傳統(tǒng)小磨香油制作流程：芝麻→清理→漂洗→炒籽→揚(yáng)煙→吹凈→磨漿→兌漿分油→過(guò)濾→沉淀→小磨香油[2]。

炒籽是小磨香油關(guān)鍵控制點(diǎn)。芝麻在焙炒過(guò)程中發(fā)生美拉德反應(yīng)，使油脂產(chǎn)生濃郁的香味和誘人的色澤，但過(guò)高的焙炒溫度會(huì)產(chǎn)生苯并芘。人工炒籽往往依靠手捻和看芝麻色澤控制火候。

石磨研磨是小磨香油的特色。好的石磨選用綠色砂巖，經(jīng)過(guò)修型鏨刻、套接、調(diào)整制得，研磨時(shí)轉(zhuǎn)速低(30 r/min)、加工溫度低(60～65℃)，能減少芝麻營(yíng)養(yǎng)成分及抗氧化物質(zhì)(芝麻木酚素類(lèi)化合物、維生素E)的損失。

兌漿分油是小磨香油的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。芝麻坯在晃油鍋中兌入其質(zhì)量70%～75%[3]的沸水，沸水分4次(總水量的60%、20%、15%、5%)加入，每次加水后控制相應(yīng)的攪拌(或墩油)速度和時(shí)間，待油脂浮到表面后分幾次將油撇出，完成以水代油的過(guò)程。芝麻含油量、兌水量以及兌漿溫度與出油率有很大關(guān)系，手工生產(chǎn)時(shí)全靠操作師傅掌握。

1.2 繼承和創(chuàng)新傳統(tǒng)小磨香油工藝技術(shù)的自動(dòng)化生產(chǎn)線

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)小磨香油的工藝技術(shù)進(jìn)行分析，提煉出傳統(tǒng)小磨香油工藝精髓主要體現(xiàn)在：炒籽、石磨研磨、兌漿分油3個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)，在最大限度地保留其工藝特色的基礎(chǔ)上，提出工藝自動(dòng)化升級(jí)方案。

(1)自動(dòng)恒溫炒籽替代人工平底鍋炒籽。引入在顆粒物料炒制或烘干領(lǐng)域廣泛使用的燃?xì)饧訜嶙詣?dòng)控溫轉(zhuǎn)筒式炒籽機(jī)，全程數(shù)字控制烘炒溫度、烘炒時(shí)間及物料流量，實(shí)現(xiàn)閉式烘炒、負(fù)壓排氣，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保要求以及連續(xù)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。

(2)采用電動(dòng)石磨替代膠體磨或傳統(tǒng)石磨。石磨連續(xù)運(yùn)行2 h會(huì)起熱，應(yīng)停止2 h再恢復(fù)運(yùn)行，可將電動(dòng)石磨成組布置并配合自動(dòng)泵料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。

(3)采用機(jī)械振蕩分油替代傳統(tǒng)大鍋晃油。新型雙鍋機(jī)械振蕩墩油機(jī)將攪油、墩油操作于一體并根據(jù)工藝隨時(shí)轉(zhuǎn)換，墩油機(jī)成組布置并設(shè)計(jì)真空出料管路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。

其他工藝環(huán)節(jié)可大幅引進(jìn)糧油加工成套裝備，自動(dòng)化升級(jí)方案包括糧食自動(dòng)清理生產(chǎn)線替代手工篩分芝麻，芝麻自動(dòng)清洗浸潤(rùn)生產(chǎn)線替代人工泡洗操作，熟芝麻風(fēng)冷回涼篩替代人工揚(yáng)煙除雜工序，負(fù)壓輸送分配系統(tǒng)替代人工推運(yùn)熟芝麻，芝麻油控溫充氮沉淀罐替代自然沉淀，自動(dòng)灌裝線替代手工灌裝等，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、機(jī)械化、自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)。

經(jīng)改進(jìn)的小磨香油自動(dòng)化生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

2 小磨香油自動(dòng)化生產(chǎn)車(chē)間設(shè)計(jì)

2.1 生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案

以設(shè)計(jì)年加工4 800 t芝麻的生產(chǎn)車(chē)間為例，單班制生產(chǎn)，年加工天數(shù)300 d計(jì)。具體產(chǎn)品方案為：

(1)小磨香油1 000 t/年。包裝形式：玻璃瓶200～500 mL/瓶 或PET瓶1～5 L/桶。

(2)芝麻醬1 000 t/年。包裝形式：玻璃瓶200～500 mL/瓶 或PET瓶1～5 L/桶。

(3) 熟芝麻1 000 t/年。包裝形式：50 g/袋 或25 kg/袋。

2.2 主要工藝設(shè)備選型

炒籽能力設(shè)計(jì)：為便于調(diào)控產(chǎn)能，可選擇兩條處理能力1 t/h的調(diào)質(zhì)烘干炒籽成套設(shè)備，可年加工芝麻1×8×300×2=4 800(t/年)(年生產(chǎn)300 d，每天8 h)。

研磨能力設(shè)計(jì)：選擇40臺(tái)產(chǎn)能75 kg/h的電動(dòng)石磨，年可研磨芝麻0.075×40×4×300=3 600 (t/年)(石磨研磨2 h歇2 h降溫，計(jì)每天工作4 h)。約有2 600 t芝麻坯進(jìn)入提油工序，約1 000 t芝麻坯經(jīng)調(diào)配灌裝為成品芝麻醬。

兌漿分油能力設(shè)計(jì)：兌漿時(shí)加入沸水的量=(1-芝麻坯含油率)×芝麻坯質(zhì)量×2=(1-50%)×2 600×2=2 600(t/年)(芝麻坯含油率按50%計(jì))，兌漿后物料的質(zhì)量為2 600+2 600=5 200(t/年)。選擇20臺(tái)雙鍋墩油機(jī)，年兌漿分油20×0.24×2×2×300=5 760(t/年)(單鍋有效容量240 kg，雙鍋型，4 h完成1鍋，計(jì)每臺(tái)設(shè)備每班提油2次)，能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

主要工藝設(shè)備選型見(jiàn)表1。

2.3 車(chē)間布局設(shè)計(jì)

車(chē)間建筑設(shè)計(jì)：小磨香油加工車(chē)間為丙類(lèi)生產(chǎn)裝置，東西長(zhǎng)99 m，南北寬51 m，建筑面積5 742 m2。車(chē)間的主要加工區(qū)域A-G軸至13軸采用跨距為42 m的大跨度屋面，僅D軸保留一趟柱子，層高9 m，大空間便于生產(chǎn)線的布局。車(chē)間的輔助生產(chǎn)區(qū)域G-H軸至9軸以及8-9軸至G軸處做局部二層，兩層層高均為4.5 m，一層作為人員更衣及動(dòng)力等附房使用，二層作為參觀通道及機(jī)房使用。車(chē)間平面設(shè)計(jì)詳見(jiàn)圖2。

區(qū)域劃分設(shè)計(jì)：根據(jù)生產(chǎn)工藝和食品GMP要求對(duì)車(chē)間進(jìn)行區(qū)域劃分，以芝麻生、熟為工藝分界點(diǎn)，芝麻原料清理、原輔料暫存等劃為一般生產(chǎn)區(qū)；炒制、熟芝麻包裝、熟芝麻研磨制油等劃為IV級(jí)潔凈生產(chǎn)區(qū)；過(guò)濾精制后的香油灌裝等劃為III級(jí)潔凈生產(chǎn)區(qū)。不同等級(jí)潔凈區(qū)之間保持大于小于5 Pa的靜壓差[4]。

圖1 小磨香油自動(dòng)化生產(chǎn)工藝流程圖

表1 主要工藝設(shè)備選型

圖2 車(chē)間平面布置圖

車(chē)間物流設(shè)計(jì)：芝麻原料從車(chē)間西北部進(jìn)入，經(jīng)清理、炒制、制油、灌裝后從車(chē)間東部成品暫存區(qū)出貨，輔料進(jìn)、出集中在車(chē)間北部貨廳區(qū)域。內(nèi)包材從車(chē)間東部進(jìn)入包材暫存間，經(jīng)清包、緩沖、消毒后進(jìn)入灌裝間。

車(chē)間人流設(shè)計(jì)：生芝麻清理屬前處理階段，單獨(dú)設(shè)置一個(gè)更衣間，與后續(xù)潔凈區(qū)域的生產(chǎn)人員嚴(yán)格分開(kāi)。主要生產(chǎn)人員從車(chē)間南部經(jīng)門(mén)廳集中進(jìn)入，設(shè)置一套總更衣系統(tǒng)，人員經(jīng)脫鞋-脫外衣-洗手-穿工作服工作鞋(進(jìn)入二次更衣的穿大褂)-手消毒-風(fēng)淋，進(jìn)入烘炒、制油等IV級(jí)潔凈生產(chǎn)區(qū)；同時(shí)為進(jìn)入III級(jí)潔凈生產(chǎn)區(qū)的人員設(shè)計(jì)了二次更衣系統(tǒng)，即人員從總更衣系統(tǒng)出來(lái)后再經(jīng)脫鞋-脫白大褂-洗手-穿潔凈工作服工作鞋-手消毒-風(fēng)淋進(jìn)入小磨香油灌裝區(qū)。在洗瓶間、灌裝間等不能直接對(duì)外開(kāi)門(mén)的封閉房間分別設(shè)置了面向逃生通道的安全門(mén)，保障緊急情況下人員可以及時(shí)疏散。

公用工程設(shè)計(jì)：在附房區(qū)域集中布置了配電、空壓、制氮、自控、風(fēng)機(jī)、空調(diào)等公用工程，靠近加工區(qū)的負(fù)荷使用中心，同時(shí)便于潔凈空氣、壓縮空氣和氮?dú)獾妮斔停档蜕a(chǎn)能耗。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的自動(dòng)化生產(chǎn)方案在保留傳統(tǒng)小磨香油工藝精髓的基礎(chǔ)上，大幅提升技術(shù)裝備水平，實(shí)現(xiàn)了小磨香油規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化生產(chǎn)，車(chē)間布局設(shè)計(jì)符合現(xiàn)代食品GMP要求。