如何提高碾米机的精米留胚率？
根据营养学家的研究,米的胚芽中含有多种对人体有益的微量元素和多种维生素及不饱和脂肪酸,可谓米的精华所在。目前普遍存在的脚气病、口腔溃疡等维生素 B1缺乏症,主要是由于长期主食碾去胚芽的精白米引起的。维生素B1主要存在于谷类胚芽中。在通常的碾米机碾 米过程中,随着碾白作用的进行,胚芽被碾除。这就大大浪费了维生素B1良好营养,从而导致了维生素B1缺乏,进而诱发更严重的疾病[1,2]。因而如何充 分利用大米胚芽,提高精米的留胚率,是一项有意义的工作。研究表明,砻谷过程对胚芽的损伤极小,提高精米留胚率的关键是提高碾白过程的留胚率。
日本规定,留胚率在80 %以上的精米可称为胚芽精米[3]。胚芽精米是利用特殊的碾米设备,按特殊的碾白工艺进行碾白的[4]。本课题对加工胚芽精米过程进行了大量试验研究,分析了碾辊转速、碾白间隙、碾辊结构等结构参数,及碾白次数、出口压力、糙米含水率等工艺参数对留胚率的影响,得到了参数的优化组合。经研制的立式胚芽精米机加工出的胚芽精米能达到普通大米的碾白精度,适口性好,又富含丰富的维生素、胆碱和肌醇等多种营养元素[5],营养价值远远大于一般精米,所以胚芽精米 是一种纯天然的营养保健食品,值得大力开发。
1 试验材料与指标
1.1 试验设备
kett适正干燥用水分计、立式胚芽精米机(自制)、烘箱、砻碾组合米机、PMEI—数粒仪。
1.2 试验材料
本试验所用稻谷为苏-22梗稻,而糙米是在砻碾组合机上进行砻谷再分选而得。
1.3 试验指标
1)留胚率:留胚米粒数与式样米粒数之比。
2)碾白精度:指大料的留皮程度,由镇江市粮食局中心化验室检测。
2 试验及其分析
2.1 碾辊转速的影响
为了使碾米机获得不同的转速,采用不同直径的皮带轮组合,共试验了9种转速。试验表明,转速为745、874、977、1090 r/min时碾米效果较好,其余转速在其它试验项目中均不再采用。
表1 碾米机主轴与电机的皮带轮组合关系
Tab.1 Relationship between rotational speed of rollerand rate of unstripped germ
碾辊转速/r·min-1617 754 874 977 1090
留胚率/% 62.3 74.7 85.7 82.0 70.5
采用循环碾白法,碾辊长度为200 mm,碾白精度达标一米时,碾辊转速对留胚率的影响如表1所示。当转速较低时,虽然每次碾白对大料胚芽损伤较小,但因达到标一料所需的碾白次数较多,多次 轻微撞击导致胚芽的脱落。随着碾辊转速的增加,达到一定碾白精度所需的碾白次数明显减少,说明转速对碾白作用的影响是很大的,并且试验证明,当转速超过 1000 r/min时,对提高粳稻留胚率是不适宜的。
表2 碾辊长度对留胚率的影响
Tab.2 Relationship between length of roller andrate of unstripped germ
碾辊长度/mm 110 140 170 200 280
留胚率/% (转速977 r·min-1) 50.0 67.5 78.4 83.2 61.4
留胚率/% (转速874 r·min-1) 49.6 68.2 72.3 81.3 70.1
2.2 碾辊长度对留胚率的影响
根据碾辊转速对留胚率的影响,选用转速为874和977 r /min时,试验碾辊长度对留胚率的影响,其结果见表2。碾辊长度在一定的范围内(140 mm,170 mm, 200 mm),随着碾辊长度的增加,在同转速下达到一定碾白精度所需的碾白次数变化并不大,这说明在上述辊长范围内,碾辊长度对碾白作用的影响不是很明显,但是其他结果证明110 mm和280mm的辊长与上述情况有明显不同。当碾白精度达标准一等,使用110 mm辊长的碾辊时,碾白次数太多(超过8次),使最终留胚率降低,从节省能源的角度看,110 mm辊长是不适合的。使用280 mm辊长行试验时,当达到规定碾白精度时,留胚率偏低,这说明在较大辊长范围内,碾米辊长度对留胚率的影响还是相当大的。设计时碾辊长度需与其它参数匹配。
表3 正交试验因素与水平
Tab.3 Experimental factors andlevels in orthogonal test
因素1 2 3
辊长/mm 200 170 140
转速/r·min-1874 977 1090
碾白间隙/mm 8 10 12
2.3 碾白间隙的影响
碾白间隙大,米粒在碾白室内翻滚的可能性增大,间隙小,限制了米粒翻滚,米粒易呈有序运动。根据正交试验结果,小型立式精米机的碾白间隙取8 mm为宜。
按上述试验数据和原则,对不同辊长和转速对留胚率的影响进行了大量的试验,并优选出下列几组较好的配合,进行了正交试验,试验因素与水平见表3。在碾白精度达到标准一等时,梗米的留胚率在80 %以上,经数据处理作成图1。
2.4 砂辊金刚砂粒度对留胚率的影响碾辊用的金刚砂一般 为多角颗粒状。采用40#、46#、60#、80#金刚砂进行对比,金刚砂粒度细,则碾削精度均匀损伤胚乳少,出米率高,成品大米的表面较光滑,但碾削能 力低,生产率低。金刚砂的粒度过大,碾削作用加强,但容易损伤胚乳,成品大米表面过分粗糙。不同粒度金刚砂的试验证明,80#金刚砂的碾辊表面易产生“起光”现象,最终失去了碾白作用,而40#,60#金刚砂试验说明,它们对留胚率的影响没有明显差别。因而得出结论,80#金刚砂碾辊对该种精米机是不适合 的。试验表明,对于4台或5台米机组成的串联机组,碾辊金刚砂粒度可“前粗后细”,即第一台米机采用36#砂,后面的米机可采用40#或46#,最后一台 米机可采用40#或60#。
2.5 砂辊直径对留胚率的影响
从试验的两个直经(130 mm、150 mm)相比较,转速取值合理时,碾辊直径对留胚率无影响。碾辊直径主要影响精米机产量。试验表明立式胚芽精米机的碾辊上应开有螺旋槽。
2.6 筛面形状的影响
六角形筛面的试验(转速745 mm,辊长280 mm)结果证明,使用六角形筛面产生的碎米较多,因而是不适用的。分析其原因是由于六角筛的碾白间隙不一致,在碾白间隙小的位置对糙米产生了过分的挤压, 以致应力超过了稻米的生物屈服强度,在碾白间隙大的地方,稻米又受到剧烈的碰撞,因而产生了大量的碎米。立式胚芽精米机宜采用圆型筛面。
2.7 筛板成形方式的影响
从排除糠粞的情况看,筛板成形方式也有很大关系。当筛面的毛面向外时,由于筛孔锥度的影响,排糠不畅容易产生筛孔堵塞现象,如果毛面改为里面,则情况明显好转。
2.8 刷米铁辊对留胚率的影响
试验结果表明,刷米铁辊对留胚率有相当大的影响。例如,对于碾辊长度为110 mm与140 mm相比,由于刷米铁辊和碾辊的长度比增大,以至于碾米机更接近铁辊米机,所以,最终的试验结果不理想。因而胚芽精米机中应有一个适当的碾辊与刷米铁辊的长度比。
2.9 喷风试验
对喷风与不喷风情况下的碾米效果进行了对比试验,喷风条件下米糠容易排出,米温低,因此留胚率提高,而且米糠不会堵塞筛孔,使胚芽精米机能长时间连续工作。
2.10 碾白次数对留胚率的影响
根据上面图表中留胚率变化情况,可得出如下规律:第一次碾白时碾白效果不明显,主要起到开糙作用,留胚率为99 %左右。从第二次碾白开始,随着碾白次数的增加留胚率基本呈线性关系降低,并且随着转速的增加,这种变化更加剧烈,说明随着转速的增加,研削作用加强,去皮能力也相应加强,对胚芽的损伤也在增加。正常情况下,一般经4次碾白,留胚率应在80 %以上,且达到碾白要求。
2.11 喂入量对留胚率的影响
按设计的喂入量进行作业时留胚率最高,随着喂入量减少,留胚率逐步降低。其原因是喂入量减少后,碾白腔内填充系数降低,米粒在腔内碰撞激烈,且米粒在腔内停留时间延长,被碾辊碾削机会增多,导致留胚率降低,但每碾一次的碾白效果有所提高。
2.12 含水率对留胚率的影响
样本含水率分别为12.0%、13.0%、14.5%、15.5%、17.0%。其它参数值为:碾辊转速745 r/min ,碾辊直径150 mm,碾辊长度280 mm,金刚砂粒度46#,碾白间隙8 mm。在试验的含水率范围内,已经可以判断含水率对留胚率的影响,试验结果见图2。试验结果表明,糙米含水率对留胚率有明显的影响,含水率低时留胚率高。含水率17.0 %时经4次碾白,留胚率为80 %,含水率≤14.5 %时经5次碾白留胚率仍大于80 %。
2.13 新米与陈米的碾白效果对比新米是指当年生产的稻谷所得的糙米,陈米是指已在粮库保存了3年的稻谷所得的糙米。由图3可见,采用陈米试验,碾白4次其留胚率即略低于80 % ,采用当年新米试验,碾白5次其留胚率仍高于80%。分析其原因,是由于胚芽和胚乳部分的温度与水分膨胀系数不同,受一年四季温度和水分变化的影响,陈米的胚芽和胚乳的结合强度会下降,故陈米的留胚率低于新米。建议胚芽米加工时应采用新米作原料。
2.14 出口压力对留胚率的影响
试验中对比方案如下,出口处配重(g):175、175、67、67、67、67;108、67、67、67、67、67;108、108、67、67、 67、67。出口处配重质量大,即出口压力大,使碾白腔内压力增大,有利提高碾白效果,但会降低留胚率。出口压力小则效果相反。试验中第一次、第二次碾白时配重采用175 g,后几次碾白时配重采用67 g,总体效果较好。
3 结 论
1)胚芽精米机的设计参数中影响留胚率最主要的参数是:碾辊长度、碾辊转速、碾白间隙。
2)操作运用中最主要的工艺参数是:碾白次数、出口压力(配重)、糙米含水率。
3)对于小时产量为600 kg的小型胚芽精米机,其最优参数组合为:碾辊长度200 mm,碾辊转速977 r/min,碾白间隙8 mm。碾白次数为4次时,留胚率可达80 %以上,精度达标准一等以上。
