米糠濕法擠壓膨化保鮮工藝發展現狀

傅山鋮，相 海，陳作江，閆雪峰，郭金強

(1.中國農業機械化科學研究院，北京 100083； 2.浙江三中糧油科技有限公司，浙江 德清 313000)

0 引言

我國是糧食生產大國，稻米種植面積自2008年開始呈現迅速增長的趨勢。2016—2019年，我國水稻種植面積保持在3 000萬hm2左右。1949—2018年，我國水稻種植面積增加了17%，單產量提高了2.72倍，總產增長了3.36倍[1]。以2018年為例，我國稻谷產量為21 213萬t。米糠作為大米加工的最重要副產物，其所占比例為6%～8%，而同年我國大豆產量為1 596.71萬t，大豆在油脂提取方面的利用率為30%～40%[2]。目前，大豆油作為我國食用油消費的主力油種，所占比例常年居首。盡管如此，我國油脂自給率在近年卻呈現持續走低的趨勢，2017年的食用油自給率只有32.2%。而用于油脂加工的米糠利用率卻與一些發達國家有著明顯的差距。根據世界糧農組織的報告，米糠在一些發達國家的利用率要遠遠領先我國。在日本，米糠的利用率可以達到99%，而在印度米糠的利用率為60%～70%。

提高米糠的利用率對于我國食用油供應有著舉足輕重的作用。此外，米糠營養豐富，稻谷中多達64%的營養匯聚在其中。米糠不僅含有脂肪、蛋白質、糖類、維生素、膳食纖維和礦物質等營養成分，同時還有生育酚、生育三烯酚、脂多糖和r-谷維醇等多種生物活性物質和天然抗氧化劑，這些營養物質對人體健康和現代文明病的預防和治療具有重要的意義[3]。

在當前形勢下，如何提高資源的利用率成為各行各業亟待解決的重要問題。自20世紀90年代起，我國針對稻米油生產技術瓶頸問題，總結出“分散保鮮”和“集中榨油”，以及“分散榨油”和“集中精煉”的成功經驗，使我國稻米油在2018年的產量達到50萬t以上。支撐稻米油發展的是米糠制油設備的快速發展，本文旨在介紹目前我國主要的米糠保鮮膨化工藝及理論。

1 米糠濕法膨化

1.1 濕法膨化原理

當物料被擠出膨化機的液壓模頭時，壓力驟降，瞬間從高壓轉變為常壓，造成水分迅速地從物料組織結構中蒸發出來，從而得到具有無數個微小孔道的膨化料。

高壓和濕熱作用可以有效抑制及鈍化米糠中解脂酶等酶類物質活性，抑制米糠酸價上升，延長了米糠的保鮮期[4]。同時，膨化米糠的疏松結構在浸出時，溶劑滲透性好，縮短浸出時間，油脂浸得率高。

1.2 擠壓膨化工藝

米糠濕法膨化工藝流程如圖1所示。米糠先經振動篩和糠粞分離篩等清理設備清理原料米糠中諸如麻繩、編織袋及稻稈等雜物，同時實現米糠及米粞的徹底分離，也避免因異物堵塞及損傷膨化機而影響膨化效果及膨化機壽命。

圖1 米糠濕法膨化工藝流程Fig.1 Technological process of rice bran wet expansion

經過糠粞分離器分離后的米糠會進入到立式蒸炒鍋中進行軟化，軟化過程是在米糠進入膨化機之前調節米糠水分，使其達到膨化機需要的水分要求，同時可將米糠進行預熱，使米糠在膨化過程中快速達到膨化溫度。

軟化處理后的米糠水分控制在13%左右。溫度一般控制在70 ℃左右。另外，經過軟化后的米糠在膨化過程中粉末度也可降低。軟化后的米糠由提升機輸送至螺旋定量喂料器，再經過磁選后(清理鐵質物)進入到膨化機內，與此同時高壓蒸汽通過蒸汽噴射系統注入膨化機腔體內，在膨化機腔體內米糠受到擠壓、混合、剪切和蒸煮的作用，并且隨著螺桿的強制輸送，米糠不斷地將膨化機腔體充滿，最終使腔體內的壓力、溫度不斷升高。

當物料從機筒末端模孔中擠出時，壓力驟降至常壓，水分急劇汽化而產生巨大膨脹力，米糠瞬間膨化，形成多孔狀產品，一般呈柱狀[5]。膨化后的米糠經過提升刮板的作用被送入逆流冷卻干燥器的干燥器中進行干燥除濕，再進入冷卻器中冷卻最終形成溫度<40 ℃且水分含量8%～9%的膨化料，并經過刮板的運輸作用被送入存料箱中進行貯藏，或者直接輸送至浸出車間進行浸出。

1.3 擠壓膨化關鍵設備

1.3.1 米糠膨化機

以YJP系列米糠擠壓膨化機為例，其主要由傳動系統、擠壓膨化系統、直接蒸汽注入系統和模板系統組成，如圖2所示[6]。

5.試著將《北京城的中軸線》一文改編成《內九外七皇城四》一文的風格。想一想改編前后的文本各自有什么特點。

(1)傳動系統。

膨化機以電機驅動，經三角帶傳動一次減速到位，省去了復雜且昂貴的減速機，明顯減少設備的維護工作量與費用。另一方面，大帶輪在運行中充當飛輪，減少了膨化機工作時受到的負載沖擊，起到過載保護的作用。

(2)擠壓膨化系統。

擠壓膨化系統由兩部分構成，分別為機筒和擠壓螺桿。其中機筒水平放置，一般分為4段，分別是進料段、壓縮段、調質段和出料段。進料口設置在進料段上。擠壓螺桿貫穿整個機筒，采用特殊的螺旋結構和最佳的螺桿長徑比，使得能量消耗最低。螺旋本身采用獨特的高鉻高耐磨材料，其耐磨部件的工作壽命明顯提高；螺桿采用螺旋套與芯軸組裝的結構，方便維護和更換，降低運行成本。

1.膠帶輪 2.軸承箱 3.進料口 4.螺旋軸 5.螺旋筒體 6.蒸汽包 7.料模頭 8.機架 9.膠帶罩 10.電機機座 11.驅動電機圖2 YJP系列米糠擠壓膨化機Fig.2 YJP series rice bran extruder

(3)直接蒸汽注入系統。

直接蒸汽注入系統又由分氣缸、金屬軟管和蒸汽閥構成，在每根金屬軟管上均配有一個蒸汽閥。在機筒上則配有蒸汽注射銷釘，以側噴的方式向機筒內直接注入蒸汽，使蒸汽有效地與物料均勻混合，不僅能平滑地調節蒸汽流量，而且還能有效避免物料堵塞蒸汽噴嘴。

(4)模板系統。

模板結構是位于多圈不同尺寸的圓上的開孔結構，膨化料為圓柱狀。根據不同產量和原料改變開孔數量和開孔尺寸，使其與膨化機的產量和壓力相匹配。

(5)液壓模頭系統。

液壓模頭系統主要由液壓模頭、模頭框架、液壓站和液壓缸組成。液壓模頭由錐模和環模組成，錐模和環模之間的縫隙為模頭縫隙，其大小是可以通過移動錐模來調節，錐模是由液壓缸驅動。調節模頭縫隙目的是根據不同原料和產量的要求，使其與膨化機的產量和壓力相匹配。

1.3.2 逆流冷卻干燥器

以NLG系列逆流冷卻干燥器為例，其具有干燥去水能力強、冷卻效果好的特點，主要用于殘留水分高的膨化物料和顆粒飼料的先干燥后冷卻的工藝流程。干燥器采用逆流干燥工藝，由蒸汽對設備兩側的散熱片進行加熱，進入干燥器的空氣經過散熱片后形成熱氣流對進入的膨化米糠進行烘干除濕。冷卻器采用逆流冷卻工藝，在冷卻過程中冷空氣由底部全方位進入，采用逆流工作的方式。冷空氣首先冷卻即將排出的已逐步降溫的物料，形成了冷風與冷料接觸，熱風與熱料接觸，避免了物料的淬冷，不會造成顆粒表層硬化和開裂及內部水分、熱量散發不出的現象。

1.關風器 2.機蓋 3.物料均布器 4.冷卻箱體 5.液壓驅動裝置 6.卸料翻板 7.支架 8.料斗圖3 NLG系列逆流冷卻干燥器Fig.3 NLG series counter current cooling dryer

2 濕法膨化理論研究現狀

目前，針對米糠的濕法膨化，劉文生等[7]針對米糠的研究發現，與干法膨化相比，濕法膨化的米糠結構性更好，油脂外露明顯，并且不容易產生粉末，對米糠進行濕法膨化不僅能有效減少生產成本，降低能源消耗，而且能明顯提高產能，進而滿足市場需求。王烈喜等[8]通過試驗發現，擠壓膨化對米糠在短時間內保鮮的效果要好于其他米糠穩定化方法。李少華等[5]研究了小型米糠濕法膨化保鮮關鍵技術，開發出適用于小型碾米廠且日處理量達20 t/d的米糠設備。李凡姝等[9]通過將擠壓穩定化米糠分別置于40、50和60 ℃的環境中加速貯藏，并測定各個溫度下貯藏的擠壓穩定后的米糠過氧化物酶殘余酶活和脂肪酸值等指標，發現擠壓穩定化的米糠在室溫下的貯藏時間較長，但貯藏溫度越高，其酸敗越快越明顯。羅舜菁等[10]通過對米糠與過熱蒸汽進行研究認為，采用130 ℃的過熱蒸汽處理米糠4 min的效果最好，此時米糠營養性能提高幅度較大且貯藏性好。池曉亮等[11]從生產實際的角度將危害分析關鍵控制點與米糠擠壓穩定化相結合，提出3個關鍵控制點，即原料驗收、擠壓調質和成品包袋，并據此建立了一種應用于實際生產中的可用來確保米糠穩定性和安全性，延長米糠保質期的程序。朱文鑫等[12]提出，膨化過程中應根據米糠品種的不同調換出料嘴的規格和數量。當膨化秈稻糠和雜交稻糠時，應選用小口徑的膨化機出料嘴，此時出料嘴數量較多。而當膨化粳稻糠時，應當選用大口徑的膨化機出料嘴，此時出料嘴數量較少。高洋等[13]認為，影響米糠膨化擠壓效果的因素按重要性由大到小依次為機筒溫度>物料含水率>螺桿轉速>模孔直徑。

3 結束語

在米糠提取米糠油的工藝過程中，控制米糠酸敗的程度極為關鍵。如夏季市面上新鮮的米糠酸度為7～8 mgKOH/g，而經過近10 h的運輸到加工廠的米糠酸價普遍升高到17～18 mgKOH/g。因此，根據我國稻米加工數量多、分散廣的特點，結合米糠濕法膨化技術發展趨勢，開發以下設備顯得尤為迫切。①高濕米糠膨化保鮮設備，在米糠進入膨化前進行(蒸汽濕度18%～19%和蒸汽溫度90 ℃)濕熱處理，進一步提升脂肪酶鈍化效果，延長保鮮周期，米糠水分可達到18%左右，不過高濕水分米糠的膨化和冷干設備國內研究較少，需要進一步研究。②小型模塊化米糠成套保鮮設備，以小型膨化機、冷干機為關鍵單機集成以生物質或電加熱鍋爐，同時系統需具備高度模塊化和集成化甚至移動化，主要滿足產能<50 t/d的米廠的新鮮米糠實時處理。

開發上述關鍵設備，滿足國內目前米糠膨化保鮮需求，仍是國內糧油機械加工企業的主要工作，相關的米糠膨化設備仍具有較大的市場潛力，也是我國米糠油快速發展的關鍵支撐。