胚芽米加工系統(tǒng)及工程應(yīng)用探討

王 捻，李建飛，陸松花

佐竹機(jī)械(蘇州)有限公司 (蘇州 215129)

胚芽米是指經(jīng)胚芽米加工系統(tǒng)加工后其留胚率與白度均需達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的白米，即在保留糙米營養(yǎng)的同時(shí)也要達(dá)到白米的口感。關(guān)于胚芽米的加工指標(biāo)要求，日本國內(nèi)規(guī)定其胚芽保留率應(yīng)在80%以上，且滿足每100 g大米樣品胚芽的重量占比在2%以上[1]。而目前國內(nèi)有關(guān)胚芽米的指標(biāo)規(guī)定僅見部分企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2, 3]，尚未有國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；且現(xiàn)行企標(biāo)僅見對(duì)胚芽米留胚率的要求(85%以上)而未見白度要求。與普通白米相比，由于保留了胚芽部分，因此其營養(yǎng)價(jià)值也相對(duì)較高?！段逵喨毡臼称窐?biāo)準(zhǔn)成分表》數(shù)據(jù)顯示，胚芽米的礦質(zhì)元素含量是白米的1.6倍，維生素B1是白米的4倍，維生素E是白米的5倍，煙酸是白米的2.6倍，膳食纖維是白米的2.6倍[4]。關(guān)于胚芽米的加工與食用歷史可追溯到19世紀(jì)30年代的日本，但由于當(dāng)時(shí)加工技術(shù)的局限，并不具有理想的口感[5]。如今，胚芽米的加工工藝與加工設(shè)備在日本已歷經(jīng)100多年的研究與發(fā)展演變；近些年來，隨著我國國民生活水平的不斷提高，以及對(duì)健康飲食觀念的不斷增強(qiáng)，胚芽米作為一種純天然的功能性大米，對(duì)于大米的適度加工、營養(yǎng)保留、附加值提升均具有重要意義，且市場前景廣闊。本文重點(diǎn)對(duì)胚芽米加工系統(tǒng)及其工程應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述，以期為國內(nèi)胚芽米的加工品質(zhì)控制與基本工藝設(shè)計(jì)提供參考。

1 胚芽米加工系統(tǒng)

1.1 設(shè)備組成與功能

該系統(tǒng)主要由胚芽米機(jī)、拋光機(jī)與電控系統(tǒng)三部分組成。其中胚芽米機(jī)作為核心設(shè)備，用于糙米原料的循環(huán)碾磨，其加工控制可通過操作盤進(jìn)行監(jiān)控；循環(huán)碾磨后的胚芽米則通過大米拋光機(jī)進(jìn)行輕微拋光，進(jìn)一步去除附著于胚芽米表面的糠粉；電控系統(tǒng)主要是對(duì)胚芽米機(jī)與其他配套設(shè)備(如氣動(dòng)三通、料位器、氣動(dòng)閘門、氣錘等)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 設(shè)備工作原理

胚芽米機(jī)的工作原理圖見圖1，該胚芽米機(jī)主要是通過胚芽碾米與切削研米兩種方式進(jìn)行碾磨。其中胚芽碾米方式可在不損傷胚芽的情況下使大米自轉(zhuǎn)碾米；切削碾米方式則可以通過篩片的切削作用去除游離糠。拋光機(jī)的工作原理則是將符合一定精度的胚芽米，經(jīng)著水潤濕后，送入拋光機(jī)內(nèi)，在一定壓力與溫升的共同作用下，使米粒表面的糠粉去除，并使大米表層的淀粉膠質(zhì)化，使得米粒晶瑩光潔。

圖1 胚芽米機(jī)工作原理圖

1.3 設(shè)備的加工能力

設(shè)備的加工能力見圖2。由圖2可知，粳糙米的加工處理量要高于秈糙米，這是由于秈糙米的胚芽在碾磨過程中更容易脫落；其中秈糙米(適合水分在13%左右)的處理能力在200～350 kg/h，粳糙米(適合水分在14%左右)的處理能力在250～400 kg/h，其加工能力隨循環(huán)次數(shù)的增加呈線性降低。此外，在留胚率80%以上的前提下，粳型胚芽米的成品白度在35%～38%(白度是由本公司的MM1D型白度計(jì)進(jìn)行測定)，要明顯高于秈型胚芽米(白度在32%～34%)。這與大米的粒型密切相關(guān)；這與稻米品種的類型與粒形密切相關(guān)[6]。

圖2 胚芽米機(jī)加工能力

2 工程應(yīng)用

胚芽米系統(tǒng)的工程應(yīng)用重點(diǎn)包含兩個(gè)方面，一是原料加工為胚芽米的適宜性判定，二是胚芽米加工工藝確定，具體說明如下所述。

2.1 原料加工為胚芽米的適宜性判定

由于并不是任何稻米原料都適宜于胚芽米的加工，因此為判定稻谷原料加工為胚芽米的適宜性，需要對(duì)其進(jìn)行小試實(shí)驗(yàn)，檢測指標(biāo)為留胚率，具體試驗(yàn)方法如下。

(1) 設(shè)備與原料

使用本公司的TM05試驗(yàn)精米機(jī)(砂輪使用60號(hào)，米機(jī)轉(zhuǎn)速830 r/min)；試驗(yàn)用糙米原料200 g。

(2) 試驗(yàn)步驟

進(jìn)行砂輪的熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，碾米至大米白度40%止，計(jì)算這時(shí)的胚芽殘存率。

(3) 判定標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)留胚率≥85%時(shí)，說明原料非常適合加工高品質(zhì)胚芽米；當(dāng)留胚率介于75%～85%之間時(shí)，說明原料可用于加工普通胚芽米；當(dāng)留胚率低于75%時(shí)，說明原料不適合加工胚芽米。

(4) 留胚率的計(jì)算方法

取正常粒5 g，將其分為保留胚芽的顆粒(A)和未保留胚芽的顆粒(B)，將前者(A)再分為保留胚芽痕跡的顆粒(A1)和保留胚芽接近原型狀態(tài)的顆粒(A2)，分別秤其重量，計(jì)算公式為：留胚率(%)=(A1×0.5+A2)÷5。保留胚芽痕跡的顆粒(A1)與保留胚芽接近原型狀態(tài)的顆粒(A2)的識(shí)別圖見圖3。

圖3 保留胚芽痕跡的顆粒A1與保留胚芽接近原型狀態(tài)的顆粒A2識(shí)別圖

根據(jù)近些年的一些小試試驗(yàn)，匯總了12種檢測后適宜胚芽米加工的稻谷品種信息，以供相關(guān)研究者進(jìn)行參考，具體見表1。由表1可以看出，粳型的稻谷品種為10個(gè)，秈米品種僅有2個(gè)，粳型稻米更適宜于胚芽米的加工。此外，其中3種產(chǎn)于東北地區(qū)的稻米品種(吉宏6號(hào)、延邊、德惠小町)其留胚率均達(dá)到了98.6%以上，明顯高于其他區(qū)域，這可能與東北地區(qū)獨(dú)有的氣候環(huán)境密切相關(guān)。

表1 適宜胚芽米加工的部分稻谷品種信息匯總

2.2 胚芽米加工工藝確定

目前標(biāo)準(zhǔn)的加工工藝主要分為循環(huán)式和連續(xù)式兩大類。按照加工量的不同又可細(xì)分為循環(huán)式單臺(tái)胚芽米加工線、循環(huán)式兩臺(tái)胚芽米加工線、循環(huán)式3臺(tái)胚芽米加工線，以及連續(xù)式6臺(tái)胚芽米加工線四種類型，其加工產(chǎn)量在250 ～1 500 kg/h不等，具體見表2。

初始原料如果為稻谷的話，前段加工工藝還有：稻谷→投料斗→振動(dòng)清理篩→去石機(jī)→流量稱→礱谷機(jī)→谷糙分級(jí)機(jī)→厚度分級(jí)機(jī)→純凈糙米。由于這部分加工工藝較為固定，因此以下以凈糙米為原料對(duì)胚芽米加工工藝進(jìn)行具體說明。

表2 胚芽米加工工藝

2.2.1基本工藝流程

3種循環(huán)式胚芽米加工線的基本工藝流程見圖4～圖6，連續(xù)式6臺(tái)胚芽米加工線的基本工藝流程見圖7。其基本工藝流程為：凈糙米投料斗→凈糙米倉→磁選器→糙米循環(huán)倉→胚芽碾米機(jī)→胚芽米倉→磁選器→緩沖倉→拋光機(jī)→白米分級(jí)篩→磁選器→緩沖倉→第一道色選機(jī)→磁選器→緩沖倉→第二道色選機(jī)→磁選器→打包倉→真空包裝秤。各工藝設(shè)計(jì)圖的主要區(qū)分點(diǎn)在胚芽米機(jī)的配置部分，其中循環(huán)式胚芽米加工線的設(shè)計(jì)思路是通過單機(jī)或多機(jī)循環(huán)的方式實(shí)現(xiàn)小產(chǎn)量加工要求；連續(xù)式六臺(tái)胚芽米加工線的設(shè)計(jì)思路則是通過多機(jī)串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)大產(chǎn)量加工要求。

2.2.2工藝解析

(1)各工序說明

胚芽米機(jī)組前設(shè)置凈糙米暫存?zhèn)}，用于穩(wěn)定加工線的原料供應(yīng)。經(jīng)過磁選器去除磁性雜質(zhì)后，糙米進(jìn)入胚芽米機(jī)組上的一個(gè)循環(huán)倉，待倉滿后，停止進(jìn)料，胚芽米機(jī)自行啟動(dòng)，開始進(jìn)行碾米循環(huán)。待達(dá)到最佳碾米次數(shù)后，PLC控制系統(tǒng)會(huì)將物料排放至后面的胚芽米倉暫存。

胚芽米加工到一定量后，可以開啟后段的拋光、篩選及色選處理設(shè)備。拋光機(jī)的作用是除去胚芽米表面的糠粉，提高胚芽米表面的光潔度。白米分級(jí)篩用于去除胚芽米中的糠塊和小碎米。第一道色選機(jī)主要是用來選別異色粒和腹白粒；第二道色選機(jī)除了具備常規(guī)色選功能外，還增加了白米(不含胚芽)選別功能，可實(shí)現(xiàn)在胚芽米留胚率偏低時(shí)，通過開啟該功能將胚芽米中未保留胚芽的米粒剔除，從而提高成品的留胚率。

在循環(huán)倉、胚芽米倉、拋光機(jī)上緩沖倉的錐斗部位安裝氣錘，以減少物料因糠粉過多流動(dòng)性變差進(jìn)而在倉內(nèi)殘留的現(xiàn)象出現(xiàn)。在拋光機(jī)、兩道色選機(jī)和成品打包秤上的倉上均安裝磁選器以去除磁性雜質(zhì)。

圖6 循環(huán)式3臺(tái)胚芽米機(jī)加工線

圖7 連續(xù)式6臺(tái)胚芽米加工線

此外，由于胚芽米含有大量與稻米生理活動(dòng)相關(guān)的酶類，容易發(fā)生氧化與變質(zhì)，不耐儲(chǔ)藏[7]；因此在胚芽米的工藝設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)考慮在內(nèi)，予以重視，如成品通常需要做成抽真空小包裝形式等。

(2)工藝優(yōu)缺點(diǎn)說明

循環(huán)式加工工藝的優(yōu)點(diǎn)是可以降低客戶的設(shè)備總投資，并能在一定程度上滿足客戶對(duì)胚芽米加工產(chǎn)量的要求，但總體產(chǎn)量較小。而連續(xù)式6臺(tái)胚芽米加工工藝則主要是針對(duì)對(duì)胚芽米加工量有較大要求的用戶，這種加工方式連續(xù)性、穩(wěn)定性更好，加工效果要優(yōu)于循環(huán)式；但是由于工藝變長，設(shè)備及廠房的投資也大幅增加。

3 小結(jié)

綜上所述，該胚芽米系統(tǒng)可以在滿足胚芽米加工品質(zhì)要求的前提下，針對(duì)不同用戶的產(chǎn)量要求，進(jìn)行多種不同工藝的設(shè)計(jì)。且系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，最大限度得保障加工品質(zhì)、節(jié)省人力。但需要注意的是并不是所有稻米原料都適宜于胚芽米的加工，因而在實(shí)際的工程應(yīng)用中，必須要進(jìn)行胚芽米的小試實(shí)驗(yàn)，已確定原料的加工適宜性。