浅谈在线粒度检测在面粉生产过程中的应用

1、浅谈在线粒度检测在面粉生产过程中的应用李东森1 杨磊2 1河南工业大学小麦和玉米深加工国家工程实验室 450001 2郑州华森粮食工程有限公司 4500060、引言小麦粉粒度，又称小麦粉粗细度，是小麦粉的一个重要物理参数。它的标准定义是：将小麦粉按照规定的筛号和操作方法进行筛理后，留存在规定筛面上的筛上物质量占试样总质量的百分比。由于小麦的研磨包括一系列的破碎、中间物质的减少和筛分过程，因此只有当小麦粉颗粒达到一定细度时，才能称为小麦粉。所以，小麦粉由一系列不同粒度的颗粒组成，并且小麦粉粒度的分布范围比较广。小麦粉颗粒小的在1m以下，大的可以达到200m甚至更大。我国是把小麦粉粒度作为小麦粉质

2、量等级的评价指标之一。我国小麦粉的种类及其粒度要求是：特制一等粉，粒度不超过160m；特制二等粉，粒度不超过200m;标准粉，粒度不超过330m。 因此在小麦粉加工过程中小麦粉粒度是一个不可忽视的参数。通过对小麦粉粒度的研究，可以更好地把握小麦粉的品质变化，为生产优质小麦粉提供一定的指导。一、面粉粒度对品质的影响不同粒度范围的小麦粉其组成成分是不同的。小麦的组成成分在小麦胚乳中的分布是不均匀的。因此小麦经过研磨破碎后形成的小麦粉颗粒的组成成分也存在着差异。粒度小于17m的颗粒几乎全是小的蛋白质碎片和淀粉颗粒，蛋白质含量高于平均值；粒度1740m的颗粒是大淀粉和若干粘有蛋白质的淀粉粒，蛋白质含量

3、低于平均值；粒度大于41m主要是胚乳团块，蛋白质含量接近平均值。Wang和Flores指出硬质红冬麦和硬质白冬麦小麦粉中间范围颗粒（38-53m和53-75m）的蛋白质含量要比细颗粒和粗颗粒高，并且硬质小麦粉细颗粒的破损淀粉的含量最高。小于38m粒度范围内的硬质小麦粉颗粒，比其他范围的颗粒有更多的低分子量蛋白质。硬质小麦粉的灰分含量与小麦粉粒度的分布没有相关性，但在38-53m的范围内，硬质白冬麦小麦粉具有较高的灰分，而破损淀粉的含量随着小麦粉粒度的变小而增加。软质小麦粉的破损淀粉含量要比相同粒度的硬质小麦粉低。小麦粉白度随着小麦粉粒度的减小而增加。硬质红冬麦和硬质白冬麦小麦粉吸水率比软质红冬

4、麦高。但对于不同粒度范围的小麦粉，蛋白质的含量与小麦粉的吸水率呈正相关性。硬质红冬麦和硬质白冬麦小麦粉吸水率随着小麦粉粒度的减小而增加，但小于38m的小麦粉颗粒除外。软质红冬麦小麦粉的吸水率随着小麦粉粒度的增大而增加。Sullivan等人对小麦粉再研磨成粒度更细的小麦粉进行研究后，指出灰分和蛋白质含量随着粒度变化而产生明显的波动。小麦粉粒度非常小的范围内，灰分含量大约是原始小麦粉的两倍：在大约15m处，灰分迅速降低；15-30m,灰分含量增加，这可能是因为小胚乳细胞和周围细胞自由淀粉颗粒或多或少增加；3070m，灰分含量又降低；大干70m，灰分含量又增加。蛋白质的含量也随着粒度的变化而变化。在

5、1530m时，蛋白质含量为5.5%；当小于5m时，蛋白质含量为25.0%。因此，小麦粉粒度越小蛋白质含量越高。三、面粉粒度测量方法小麦粉粒主要由细小的胚乳颗粒、淀粉粒和蛋白质基质碎片组成,其粒度大小与制粉过程中研磨机构的工作参数、研磨道数、研磨强度、筛孔配备、以及小麦胚乳的紧密程度和入磨水分等诸多因素密切相关。小麦粉的粒度测试长期以来一直沿用筛分法.筛分法对较粗的小麦粉粒有较强的分级优势, 而对85m以下细小粉粒的分级却显得无能为力,因而无法得知细小粉粒的分布状况.其中周惠明等曾采用沉降法测试小麦粉的粒度,魏益民等用扫描电镜观察小麦面粉的微观形态,陈锋等采用近红外透射光谱测试小麦面粉颗粒度分布

6、。本文旨在尝试采用激光粒度仪对小麦粉粒度进行分析, 探讨不同小麦粉的粒度分布规律.目前，国内外的测量手段有离线和在线两种。面粉行业的粒度离线检测是每四个小时去现场取样一次，然后拿到实验室分析仪器上进行分析。这种方法有取样量小(仅测几克而已)，代表性不够，而且取样间隔时间长，测定结果比生产滞后的缺点，导致对生产的指导作用严重不足，在面粉质量保证上难以做到实时监控，增加了出现不合规格产品的概率，不能适应现代技术发展对生产过程及产品质量的要求。在线监控是直接在生产管线中监控产品粒径，同时将监控结果传送到中控室，或客户的DCS和PLC中控系统。在线激光粒径监控系统，对产品输送管路中面粉颗粒的粒径分布和

7、变化趋势做24小时连续、快速、及时、真实地跟踪，为面粉企业产品质量的稳定性和连续性提供了现代化的科学监控手段。 四、面粉生产过程中影响粒度的环节在面粉生产过程中，影响面粉细度的因素很多：譬如磨口流量、磨辊转速、轧距大小 、料层厚度、物料特性、高方筛、清粉机筛网配备等。磨粉机、高方筛和清粉机是面粉生产工艺中最为主要的设备，他们能否达到最佳配置和能否以最佳的状态运行是直接关系到整个生产线的效率、成品的品质（包括粒度）和动耗是否取得最佳效果的关键所在。而这些恰恰都是企业在日益激烈的市场竞争中所关心和追求的。五、在线监测仪器的组成 、原理、安装位置及功能5.1、在线监测仪器的组成xoptix 在线粒度

8、监控系统，包括以下功能部件（如图二）：1、仪器主机，包括激光发射和信号接收2、样品流动池3、取样系统4、回样系统5、信号控制箱图一xoptix 在线粒度监控系统5.2、测量原理 采用英国马尔文(Malvern) 公司生产的Mas tersizer 2000型激光粒度仪( Hydro 2000G 型)对小麦粉进行粒度测试，该系列激光粒度仪采用高能量蓝光辅助光源和汇聚光学系统, 测量范围达到0.02000m,不需更换透镜, 扫描速度为1000次/ s (具体操作时间少于30 s) .激光粒度分析仪主要由激光器、扩束镜、样品池、聚焦透镜、光电探测器和计算机组成。其工作原理是:激光器发出的窄光束先经扩

9、束镜扩束成平行光束,平行光束穿过样品池照射时被测颗粒群上产生衍射，衍射光经聚焦透镜会聚后在其焦平面上形成衍射图。利用位于焦平面上的一种特制的环形光电探测器将信号进行光电变换,后将信号放大、A/D 变换、数据采集送入到计算机中.计算机根据预先编制的优化程序对计算值与实测值比较即可快速地反推出颗粒群的尺寸分布.马尔文激光粒度分析仪可测试干样和湿样,为了使样品有很好的分散性能, 本次测试采用湿样.粒度测试结果是一组连续的粒度分布数据,并能自动得出测试样品的中数粒径(d50) 和平均粒径(d3、4) .为保证数据的准确，每个样品连续测多次,数据重复性很好。5.3、在线监测仪器的安装位置 根据面粉生产的

10、工艺流程。大多数都是将在线粒度监控系统安装在成品的管路中，因为这样可以监测前面所有环节的设备和工艺对面粉粒度的影响。当然也可以利用在线粒度监控系统的24小时连续，快速，及时的特性来试着改变某些工艺参数，来了解每个参数对面粉粒度如何影响以及影响程度，达到稳定产品质量和提高产能。5.4、Xoptix 在线粒度监控系统的功能 在稳定的状态下，操作人员可以利用在线监控实时了解到在线成品粒度的实际状况，并可以就此做一些设备微调工作，如磨粉机轧距的细微调整等，这样，操作人员只要在中控室中实时了解产品品质变化，随时调整优化设备运行状态，而不必频繁地跑到现场取样再拿回实验室测量。可以发现异常马上控制，这无疑消

11、除了很长的检测滞后时间，更利于我们提高产品质量。 在每次磨机启动的时候,如果使用Xoptix，因为随时能够知道设备调整效果，所以会快速地使产品进入一个稳定状态,相比不断的人工取样，节省出来的大量时间完全可以用来生产更多的产品，赢取更多的利润，同时也避免了人工测量过程中误差的导入。 在面粉生产中，不可避免的存在着大量的能量损耗，而过度研磨就是一个在利用离线测量技术下必然存在的情况，所有的研磨行业都是如此，因为操作人员无法知道每一刻的粒度情况，而为了达到质量标准，我们不得不留有足够的余量，故意研磨的细一些。如果使用在线粒度监控系统Xoptix，我们可以放心的让质量曲线无限地接近客户的要求界限，而这

12、部分工作带来的效益也是非常可观的；在实际做筛分试验时，为避免误差必须充分注意： (一)采样通常总是产生误差的原因。采样数量应适应试验筛的筛理能力，在试验筛内筛分全部样品，把样品分层或分成几份的做法会改变其粒度分布，使样品不适于做试验。(二)采样后应立即筛分，因为水份的变化也会影响试验结果。（三)建议采用同样一组试验筛，同样筛绢配备试验全部物料，正如前已解释过的原因，没有必要改变试验筛绢来模仿大平筛筛绢。(四)要尽可能采用精确的筛绢，均匀的孔眼大小是很重要的，还必须知道精确的孔眼尺寸。最好的筛绢应采用标准筛绢，其特点是专门用来做试验筛用的。七、结语如果每天都进行粗度试验来检查磨辊轧距并得出“一切

13、运转正常”的结论太费时间了。当面粉厂一段时间内运转稳定，各项生产指标保持均衡时，粒度曲线似乎没有重大意义，在这种情况下，在试验筛内筛理样品一分钟就足够用了。然后称取最粗的顶部筛上物的重量，如果其筛上物的百分比与标准粒度曲线的起点相同，就可以认为现在的曲线趋向与标准曲线无大差别，也无必要进一步试验。但是，当筛上物百分比与标准剥刮率差别甚大时，就应用试验筛筛理并把曲线做完，然后画出粒度曲线，调整磨辊直至产生标准曲线。当然，也建议除试验筛分外，定期进行整个系统的全面粒度试验，例如，每月一次，以检查情况的变化。在线面粉细度监控使操作员能将面粉细度控制在更窄的范围内。在线监控3-32um 的百分比，能更好的控制面粉的颗粒级配比，实验室每天的工作量减少22次。这样实验室可以将更多的时间用于分析其他更严格的参数控制上，比如面粉细度、原料。实验室每天只需测试一次一天平均细度值，来验证细度在设定范围。 面粉细度标准偏差更小，早期强度和后期强度更稳定。对所有光学分析仪器来讲，最少的窗口污垢和保持校准是产生很长的正常运行时间的