稻米加工設備現狀及最新研究進展

何振魯　程欣　蔡健榮　安玉亭　牟敦山　張文松

摘 要：通過分析稻谷的結構和大米加工設備現狀，指出稻谷加工新技術研究對糧食安全的重要性，并在此基礎上，介紹現有的稻谷加工技術，分析其特點和缺陷。提出一種新型的基于刀輥切削原理的稻谷加工技術手段，為解決目前大米加工產生的品質問題提供解決方案。

關鍵詞：稻谷;碾米機;大米加工

Abstract：By analyzing the structure of rice and the current situation of rice processing equipment， the importance of new technology of rice processing to food security was pointed out. On this basis， the existing rice processing technology was introduced， and its characteristics and defects were analyzed. A new technology of rice processing based on the principle of knife-roll cutting is proposed to solve the quality problems of rice processing.

Key words：Rice; Rice milling machine; Rice processing

中圖分類號：S226.2

稻谷是我國種植面積和產量最大的糧食作物，約占我國糧食總產量的40%左右。我國有60%左右的居民以大米為主食，年消費量達1.4億t[1]。稻谷的生產和加工在我國人民生活中占有舉足輕重的地位[2]。大米是稻谷經一系列加工得來的，加工工藝一般由礱谷、谷糙分離、碾白和拋光組成[3]。稻谷經礱谷脫殼后為糙米，糙米由果皮、種皮、糊粉層、胚芽和胚乳等組成，其中胚乳是核心組成部分，主要成分為淀粉，是日常食用的主體。值得注意的是，糙米皮層的糊粉層和胚芽中含有大量營養成分，包括脂肪、蛋白質、維生素、鐵、磷與鈣等。但在碾白過程中，大部分胚芽隨皮層被碾除，導致成品大米幾乎不含胚芽。大米加工過程中碾白精度越高，碎米率也越高，降低碎米率又意味著降低碾白精度。因此，在稻谷產量恒定的情況下，改變稻谷加工技術，解決加工精度與碎米率之間的矛盾[4]，對降低碎米率，提高留胚率，保證我國糧食安全有著十分重要的意義。

1 現有稻谷加工技術的特點和缺陷

碾米作為稻谷加工過程中最關鍵的步驟，主要方法有化學法和機械法。其中化學法是指用一些化學溶劑預處理糙米皮層，使其皮層脫落，如采用纖維素酶溶液降解糙米皮層。但該方法成本高，效益差，不適合生產應用。目前的“碾米”通指采用機械法，即采用機械碾磨或碾削，使大米達到規定加工精度。碾米機是碾米的關鍵設備，按照加工工藝可分為“稻出白”和“糙出白”兩類。稻出白米機是將稻谷直接碾成白米，這類機型結構簡單、操作維護方便、價格低廉，很適合農村地區應用。糙出白米機對去除稻殼后的糙米進行后續加工，需要與礱谷機、谷糙分離機等設備組合使用，投資較大，主要用于糧食加工企業[5]。

目前，國內外碾米機種類繁多，按碾白方式可分為磨擦式碾米機和碾削式碾米機，按碾輥布置形式可分為臥式（橫式）碾米機和立式碾米機。在此基礎上，出現了采用許多輔助改善碾米質量的設備，如噴風碾米機、加濕碾米機等。上述碾米機的特點是碾白室間隙較小，一般在4～16 mm。米粒在加工過程中不可避免的受到較大壓力，從而導致碎米率高、營養損失多、米溫升高與碾米耗能大等問題。

2 磨擦式碾米機、碾削式碾米機

磨擦式碾米機是利用米粒與碾白室構件和米粒與米粒之間的摩擦力使糙米碾白，碾白室內壓力大（200～250 g·cm-2），碾輥線速低（<2.5 m·s-1），多為鐵輥碾米機，其加工出的米粒表面光滑、米糠含淀粉少，但米粒在碾米機內所受壓力大，導致碎米多。碾削式碾米機是利用高速旋轉的表面涂有金剛砂粒的碾輥對糙米進行碾削，碾白室內壓力小（30～50 g·cm-2），碾輥線速高（11～17 m·s-1）[6]，典型的為砂輥碾米機。該類碾米機產生的碎米少，但米糠含淀粉多，且成品米精度不均。因此，在碾米工藝中，砂輥碾米機一般用于開糙，以保證下道工序[7]。

為了解決上述兩種碾米機的缺點，20世紀80年代后，日本、泰國、意大利等國家的碾米工業逐漸采用“多機輕碾”工藝，即砂輥與鐵輥米機組合使用（常見有“兩砂一鐵”的三機串聯碾白），最大程度降低加工過程米粒的破碎率。這種混合式碾米機雖然碾白均勻、碎米少、出米率高，但又存在成本高、能耗大等問題。

3 臥式碾米機、立式碾米機

臥式（橫式）碾米機內米粒群流動方向與重力垂直，受重力影響，米粒群在碾白室內周向密度分布不均勻，米粒在運動過程中處于無序狀態，在碾輥和糠篩形成的狹小空間內，米粒受兩側剛性折彎與剪切的概率增大，產生碎米的概率增大，但碾白均勻性較好。

立式碾米機內米粒流體流動方向與重力方向平行，其在碾白室內周向密度分布均勻，運動過程中改善了受力狀況，米粒受兩側折彎與剪切的概率較低，因而降低了碎米率。立式碾米機又可分為順向立式和逆向立式。順向立式碾米機是指米粒流在碾白室內自上往下沿重力方向流動，逆向立式碾米機是指米粒流在碾白室內由下往上逆重力方向流動[8]。對于順向立式碾米機，由于米粒是順重力方向流動，米粒受力小，電機動力消耗少，且受重力影響碾白室下區米粒密度會比上區大，導致碾白均勻性差，碾白能力弱。逆向立式碾米機中的米粒需克服重力，逆重力方向流動，米粒軸向壓力大，電機動力消耗大，但符合開糙段壓力大、隨后壓力逐漸減少的規律，因此碾白能力強。

綜上所述，各種碾米機均有優勢和缺陷，臥式碾米機碎米率高，但碾白效果均勻，立式碾米機碎米率低，其中順向立式碾米機內稻谷所受壓力最小，能耗低，碾白能力弱，逆向立式碾米機碾白室內單位壓力大，耗能大，碾白效果較好。

4 噴風碾米機、加濕碾米機

噴風碾米機是將風機產生的風引入碾白室，高壓氣流圍繞碾輥旋轉形成氣體渦流，從而增強米粒的翻滾運動，起到碾白均勻、降溫去濕和及時排糠的作用。根據其進風方式還可分為軸向進風、徑向進風、順向進風和逆向進風。這種米機的碾白作用輕緩均勻，使砂輥、米篩、米刀的消耗小，消耗勻，壽命長，碾白效果穩定[9]。但該方法作用下的米粒皮層是被一點一點磨削下來的，容易損傷米胚，難以磨掉米粒背溝與腹溝的皮層，成品米表面較為毛糙。

噴濕碾米機是在噴風碾米方法基礎上發展起來的新的碾米方法，其噴入碾白室的“風”是高壓高速的水霧氣流，使米粒在加工過程中不斷被加濕、翻轉并脫皮[10]，降低糙米皮層與胚乳的結合力，增大糙米表層摩擦系數，使碾白所需壓力減小。日本的噴濕碾米機是在噴風碾米機風機進口處加裝超聲波霧化器（有時還裝有加熱器）。霧化器可將水霧化成120 μm左右的微粒霧，加熱器是將潤濕氣流加熱到工藝需要的相應溫度。故加濕碾米能起到降低米溫、提高出米率、降低能耗的作用，且相比于噴風碾米機，其成品米表面更加光滑，色澤美觀。但需注意的是噴入的水霧溫度不能過高，否則會導致大米糊化，降低出米品質。在開糙階段不宜采用加濕工藝，若此時加濕，會導致剝落下來的米皮過大，量過多，難以從米篩孔中排出，造成米流中混糠嚴重，影響后續碾白。采用加濕碾米機時，需增加霧化裝置、混勻裝置和送風裝置，各種設備的具體組合和設計更為復雜。

5 基于刀輥切削原理的稻谷加工技術

本公司與高校合作開發了基于刀輥切削原理的稻谷加工技術，實現稻谷的無碾壓脫殼去糠，原理如圖1所示。主要技術手段為：稻谷從進料斗通過螺旋輸送器輸入加工室，采用蝸輪蝸桿減速電機控制和調整進料斗開度，改變喂入量;加工室內工作部件為切削刀輥，表面螺旋分布有小節距、橫截面為梯形的刀頭，相鄰刀頭間設有噴風孔，氣流通過空心軸從噴風孔切向噴出，刀輥上還對稱分布一對撥料筋;增大加工室間隙，間隙范圍為22～36 mm;出料部件通過減速電機的旋轉轉換為阻力板前后移動，實現對出口壓力的控制;通過控制減速電機實時調節進風量、進料量和出口壓力，通過傳感器實時監測米溫、電流、電壓、主軸轉速與風壓等參數。

本技術的加工特點為：通過改變刀輥結構增強了稻谷的切削頻率，小節距螺旋分布的刀頭控制了稻谷在加工室內的停留時間，撥料筋的旋轉運動促進了稻谷翻滾和快速易位，噴風系統增強了米粒翻滾和排糠散熱，出口壓力的調控實現了加工精度的有效控制，使稻谷處于適碾狀態，從而減少碎米，保留大米胚芽。綜上，本技術解決了目前市場上常用碾米機過度加工、碎米率高、留胚率低、大米營養損失嚴重和米機能耗大等問題，一定程度上保證了大米加工精度和碎米率間的平衡關系，使成品米留胚率在80%以上。

參考文獻：

[1]祝濱濱.我國稻米中長期供求趨勢分析[J].中國糧食經濟，2007（6）：19-21.

[2]謝 健，謝科生.我國稻米加工行業科技進步及發展態勢[J].糧食與飼料工業，2002（8）：1-3.

[3]韓燕龍.碾米機內米粒運動特征及碾白特性[D].哈爾濱：東北農業大學，2017.

[4]朱建武，雷艷清，顏 俊.提高碾米機碾白精度降低碎米率方法的研究[J].糧食科技與經濟，2018，43（3）：83-85.

[5]鐘紅燕.影響碾米機性能檢測結果的因素分析[J].湖南農機，2010，37（5）：16-17.

[6]孫旭清，錢生波，萬希武.砂輥碾米機碾白室內壓力及其他主要技術參數與結構探討[J].糧食與飼料工業，2008（4）：6-7.

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[8]劉協舫.碾白室米粒流體狀態淺析[J].糧食與飼料工業，1996（10）：10-14.

[9]姚 方.旋篩噴風砂輥碾米機[J].糧食工業，1979（3）：1-10.

[10]金增輝.噴風與噴濕碾米[J].西部糧油科技，1996（2）：15-18.