大米加工技术的研究进展

大米加工技术的研究进展

水稻是我国水稻的最大种类，种植面积最大，产量最高，产量最高。它在粮食生产和消费中一直处于主导地位。近几年,稻谷的播种面积和产量逐年递增,播种面积从2003年的26500千公顷增长到2010年的30700千公顷,涨幅15.8%;稻谷产量从2003年的16000万t增长到2010年的17700万t,涨幅10.6%。稻谷加工是稻米产业链的中心环节,大米是国民的第一口粮,我国有三分之二的人口以大米为主食。在我国稻谷生产与供求依然处于紧平衡状态,大米需求与消费具有刚性特点。我国大米消费主要以食用消费为主,少量饲料和工业用粮以及种子消费和损耗,其中食用消费占总大米消费的84%,饲料占6%,工业用粮占8%,种子消费和损耗占8%左右。中国有18个省市区以大米为主食消费,人口达8亿以上,占中国总人口的65%。近年来,大米的消费略有增加,其中粳米需求增长较快,尤其是东北大米,以其色泽晶莹、口感好饭味香受到青睐。而农业连年丰产难度日益加大,种稻效益不断提升,农民期望不断提高,农村城镇化日益加快,大米加工利润空间依然狭小,粮源争夺愈加激烈,政策应对刻不容缓。因此,清晰认识稻谷加工业技术现状,分析和预测未来技术需求及产业发展动向显得十分必要。1水稻加工技术现状1.1粮食干燥的工艺稻谷结构与其他粮食作物不同,其籽粒是由坚硬的外壳和颖果组成,外壳对颖果起保护作用,但也阻碍了颖果籽粒内部水分向外面转移的作用,由此决定了稻谷是一种比较难干燥的物料。稻谷又是一种热敏性的作物,干燥速度过快或参数选择不当容易产生爆腰,爆腰的产生将直接影响稻谷加工品质,从而导致大米的产量和经济价值的大幅降低。稻谷干燥后品质的好坏是稻谷干燥的关键问题。稻谷干燥不仅要求干燥效率高、爆腰率低,而且还应该保证整米率高。我国粮食干燥标准规定:稻谷干燥后爆腰率的增值不得大于3%,稻谷干燥工艺的制定必须符合这个标准的要求。常用粮食干燥的方法有日光晾晒、机械通风降水和机械干燥三种。目前,用于干燥稻谷的干燥机机型,根据谷物和气流的流动方向可分为混流式、横流式、顺流式、顺混流式、逆流式干燥等;根据循环类型可分为循环式和不循环干燥两种;根据热源类型可分为燃煤或燃油干燥和太阳能干燥等。机械通风属于低温慢速通风干燥技术,是一种就仓干燥技术的应用。以采用常温空气或加热2~11℃的空气作为干燥介质,湿粮在通风过程中得到干燥。由于空气的湿度较高,通风降水速率较低,故稻谷爆腰少,烘后品质要比高温干燥的好。但存在粮层不宜过高,干燥时间较长,受气候条件限制,干燥能力有限等不足之处。机械干燥是使用烘干机处理高水分粮。它将40~150℃的热风送入烘干机内加热湿粮,带走气化的水分,降低粮食水分,达到安全储藏的要求。具有去水快,降水幅度大,处理量大的特点,但存在着投资大、耗能多、干燥成本高、操作复杂,若干燥参数设置不当或片面追求高产量时,烘后粮的裂纹率高、品质降低等问题。影响稻谷烘后品质的主要因素为稻谷本身的温度,而不是热风温度。由于所用的烘干机结构不同,所采用的干燥工艺是不同的。即在稻谷干燥中所选的热风温度是不相同的。实际生产中是通过控制粮食在烘干机内的停留时间,来控制烘后粮温的,从而确保稻谷的烘后品质。如顺流干燥的热风温度可达100℃以上,横流和混流干燥为45~60℃,而逆流干燥的热风温度要低一些,只有40℃左右,干燥效果较好。1.2谷胱甘肽清理工艺稻谷在收割、脱粒、堆晒、干燥、运输和储藏等环节难免会混入各种各样的杂质,这些杂质不仅会增加稻谷的重量和谷堆的体积,也会增加运输和保管费用,并且影响粮食的安全储藏。根据稻谷与杂质显著的差异,将其分离分选。稻谷清理的基本方法:风选法(空气动力学特性的不同)、筛选法(宽度与厚度的不同)、精选法(形状和长度的不同)、比重分选法(比重的不同)、磁选法(磁性的不同)等。评定谷物加工前处理工艺效果的指标有杂质去除率和谷物提取率。风选设备:垂直吸风分离器、循环风吸风分离器;筛选设备:圆筒初清筛、高效振动筛、平面回转筛、平面回转振动筛、高速振动筛;去石机:(吹式、吸式、循环气流式)比重去石机、分级比重去石机;磁选:磁筒、磁力分选器、永磁滚筒等。1.31谷物和样品分离技术1.3.1稻壳及谷胚混合物分离技术脱除稻谷颖壳的工序称为脱壳,俗称砻谷,脱去稻谷颖壳的机械称为砻谷机。砻谷是根据稻谷籽粒结构的特点,对其施加一定的机械力破坏稻壳而使稻壳脱离糙米的过程。由于砻谷机本身机械性能及稻谷籽粒强度的限制,稻谷经砻谷机一次脱壳不能全部成为糙米,因此,砻下物含有未脱壳的稻谷、糙米、谷壳等。砻下物分离就是将稻谷、糙米、谷壳等进行分离,糙米送往碾米机械碾白。未脱壳的稻谷返回到砻谷机再次脱壳,而谷壳则作为副产品加以利用。砻谷及砻下物分离得到纯净、完整无损的糙米是稻谷加工过程中的一个极为重要的环节,其工艺效果直接影响成品大米质量、出率、产量和成本等。因此,稻谷砻谷时,在确保一定脱壳率的前提下,要求应尽量保持糙米籽粒的完整,减少籽粒损伤,以提高大米出率和谷糙分离的工艺效果。工艺要求:稻壳中含饱满粮粒不超过30粒/kg,谷糙混合物中含稻壳量不超过0.8%;糙米含稻谷量不超过40粒/kg,回砻谷含糙量不超过10%。(1)压壳、干圆机脱壳根据稻谷脱壳时的受力状况和脱壳方式,稻谷脱壳方法通常可分为挤压搓撕脱壳、端压搓撕脱壳和撞击脱壳三种。挤压搓撕脱壳是指稻谷两侧受两个具有不同运动速度的工作面的挤压、搓撕作用而脱去颖壳的方法。挤压搓撕脱壳设备主要有对辊式砻谷机和辊带式砻谷机。端压搓撕脱壳是指谷粒两端受两个不等速运动工作面的挤压、搓撕作用而脱去颖壳的方法。典型的端压搓撕脱壳设备是砂盘砻谷机。撞击脱壳是指高速运动的谷粒与固定工作面撞击而脱壳的方法。典型撞击脱壳设备是离心式砻谷机。(2)工作构件目前,我国使用的砻谷设备主要是对辊式砻谷机,它的主要工作构件是一对并列的、富有弹性的辊筒,且作不等速相向旋转运动。对辊式砻谷机按辊间压力调节机构的不同,可分为压砣紧辊砻谷机、液压紧辊砻谷机和气压紧辊辊谷机三种。(3)u3000糙米脱壳率及产量计算脱壳率指稻谷经砻谷机一次脱壳后,已脱壳稻谷占进机稻谷的质量百分比。脱壳率波动度反映砻谷机脱壳率稳定性的重要指标,其测定方法:当砻谷机各工作参数调整和设定之后,并处于正常运行过程中,每小时取样1次,连续取样6次,分别求其脱壳率,然后计算平均脱壳率,最后计算脱壳率波动度。不足整糙米平均长度2/3的糙米为碎糙米,糙碎率是指砻下谷糙混合物中含碎糙米的质量,占已脱壳粮粒(包括整糙米和碎糙米)质量的百分率。产量指砻谷机单位时间内加工成糙米的稻谷数量。电耗指砻谷机生产1t糙米所耗用的电量。胶耗指砻谷机每加工100kg净谷所耗胶辊的橡胶质量。1.3.2下一步分离(1)谷模拟分离技术稻壳体积大、比重小、摩擦系数大、流动性差,如不及时将其从砻下物中分离出来,会影响后道工序的工艺效果。在谷糙分离过程中,如果谷糙混合物中含有大量的稻壳,谷糙混合物的流动性将变差,谷糙分离工艺效果显著降低。回砻谷中如混有大量的稻壳,将会降低砻谷机产量、增加动耗和胶耗。工艺要求:稻壳分离后谷糙混合物含稻壳率不应超过1%,每100kg稻壳中含饱满粮粒不应超过30粒。依据风源提供方式的不同,稻壳分离设备可分为外配风源式和自带风源式两种,其中外配风源式大多采用吸式(机内处于负压状态),自带风源式多为循环式。(2)系海水壳的收集稻壳收集,不但要求把全部稻壳收集起来,而且要求空气达标排放,以减小大气污染。稻壳收集的方法主要有离心沉降和重力沉降两种。(3)重力谷模拟加工主要工艺稻谷和糙米的粒度、比重、容重、摩擦系数、悬浮速度和弹性等物理特性有显著差异,这些差异为谷糙分离提供了重要依据。谷糙分离正是利用了这些物理特性的差异,借助于谷糙混合物在运动过程中产生的自动分级,即稻谷上浮而糙米下沉,采用适宜的机械运动形式和装置将稻谷和糙米进行分离和分选。目前,常用的谷糙分离方法主要有筛选法、比重分选法和弹性分离法三种。筛选法是利用稻谷和糙米间粒度的差异及其自动分级特性,配备以合适的筛孔,借助筛面的运动进行谷糙分离的方法。常用的设备是谷糙分离平转筛。比重分选法是利用稻谷和糙米比重的不同及其自动分级特性,在作往复振动的粗糙工作面板上进行谷糙分离的方法。常用的分离设备是重力谷糙分离机。弹性分离法是利用稻谷和糙米弹性的差异及其自动分级特性而进行谷糙分离的方法。近年来,重力谷糙分离机越来越广泛地为稻谷加工厂所使用。重力谷糙分离机的最大特点是对品种混杂严重、粒度均匀性差的稻谷原料的加工有较强的适应性,谷糙分离效率高,操作管理简单等。如MGCZ40×20×2双筛体重力谷糙分离机。重力谷糙分离机的工艺指标及主要技术参数:①净糙含谷不大于30粒/kg。②回砻谷含糙不大于10%。③回本机物料流量与净糙流量之比小于40%。(4)糙米含谷率低,含谷量少谷糙分离工艺效果的评定应从净糙米和回砻谷的质量和数量两方面进行综合评定。糙米纯度通常是用糙米含谷率表示,糙米含谷率越低,其纯度就越高,反之亦然。因为糙米中含谷的数量极少,为方便、直观起见,一般不称稻谷的重量,而是以每kg糙米中含稻谷的颗粒数表示。稻谷加工厂操作规程中规定:净糙中含稻谷的量不应超过40粒/kg。回砻谷纯度是指回砻谷中含糙米质量的百分比。稻谷加工厂操作规程中规定:回砻谷中含糙不应超过10%。1.4磨坊和白米分级技术1.4.1研磨加工技术的分类碾米是应用物理或化学的方法,将糙米表面的皮层部分或全部剥除的工序。糙米皮层中也含有较多的营养成分,如粗脂肪、粗蛋白、矿物质、维生素等,在将糙米皮层全部去除的同时,这些营养成分也会随之大量损失。根据糙米籽粒的结构特点,要将背沟处的皮层全部碾除,势必造成淀粉的损失和破碎的增加,使出米率下降。因此,按国家标准规定的大米等级标准保留适量的皮层,不仅对供给人体所需要营养成分有利,而且可以提高大米的出率。碾米的基本方法可分为物理方法和化学方法两种,目前世界各国普遍采用物理方法碾米(又称机械碾米)。物理碾米法是运用机械设备产生的机械作用力对糙米进行去皮碾白的方法,所用机械称为碾米机,其主要工作部件是碾辊。根据制造材料的不同,碾辊分为铁棍,砂辊和砂铁结合辊三种类型。而根据碾辊轴的安装形式,碾米机则分为立式碾米机和横式碾米机两种。立式碾米机多采用砂辊和铁辊,横式碾米机采用砂辊、铁辊和砂铁结合辊。碾辊的类型和安装形式不同,碾白作用的性质也就不同。按碾白作用力的特性,碾白方式分为摩擦擦离碾白和碾削碾白两种。化学碾米法包括纤维酶分解皮层法、碱去皮法、溶剂浸提碾米法等,但真正付诸工业化生产的只有溶剂浸提碾米法,溶剂浸提碾米法简称SEM法。典型的碾米设备:(1)摩擦擦离型碾米机。如铁辊碾米机、铁辊喷风碾米机;(2)碾削型碾米机。国外,特别是欧洲,立式碾削型碾米机的使用始终非常广泛,而且不断更新。瑞士布勒公司生产的RSRD型立式砂辊碾米机即为目前世界上使用较广的一种。RSRD型立式砂辊碾米机的结构主要由圆柱形砂辊、米筛、橡胶米刀、排料装置、传动装置等部分组成。(3)混合型碾米机。如国产的NS型螺旋槽砂辊碾米机,NF-14型旋筛喷风碾米机,MNML系列立式双辊碾米机等。碾米工艺效果的评价:(1)加工精度是评价碾米工艺效果的基本指标。大米精度的评价,应以统一规定的精度标准或标准米样为基准,用感官鉴别法观察比较碾米机碾出的米粒与标准米样在色泽、留皮、留胚、留角等方面是否相符。加工精度越高,米粒颜色越白,留皮越少米粒留胚越少。留角是指米粒胚芽旁边的米尖,加工精度越高,米角越钝。大米精度主要决定于米粒表面留皮程度;(2)碾减率。糙米在碾白过程中,因皮层及胚的碾除,其体积、重量均有所减少,减少的百分率便称之为碾减率。一般碾减率约5%~12%,其中皮层及胚约4%~10%,胚乳碎片约0.3%~1.5%,机械损耗约0.5%~1.0%,水分损耗约0.4%~0.6%。米粒的精度越高,碾减率越大;(3)含碎率、增碎率与完整率。含碎率是指出机白米中含碎米的百分率。增碎率是指出机白米中的碎米率比进机糙米的碎米率所增加的量。完整率是指出机白米中完整无损的米粒占试样重量的百分率;(4)糙出白率与糙出整米率。大米加工精度越高,碾减率越大,糙出白率就越低。因此,要在精度一致的条件下评定糙出白率,糙出白率是指出机白米占进机(头道)糙米的重量百分率。糙出整米率是指出机白米中,完整米粒占进机糙米的百分率。完整米粒越多,则碾米机的工艺性能越好;(5)含糠率是指在白米或成品米试样中,糠粉占试样的百分率。1.4.2白色分类白米分级的目的主要是根据成品的质量要求,分离出超过标准的碎米。白米分级设备主要有白米分级平转筛和滚筒精选机。1.5大美海外加工1.5.1改善玉米的贮存性能抛光实质上是湿法擦米,它是将符合一定精度的白米,经着水、润湿以后,送入专用设备(白米抛光机)内,在一定温度下,米粒表面的淀粉胶质化,使得米粒晶莹光洁、不黏附糠粉、不脱落米粉,从而改善其贮存性能,提高其商品价值。白米抛光机采用的着水方法有以下几种。滴注液通过调节每分钟水滴数量控制着水量,水滴直接进入抛光室。压缩喷雾剂通过空气压缩机产生的高压(0.2~0.4mPa)气流,将水雾化,米粒通过雾化区得以着水、湿润。着水量由流量计控制。2水泵喷雾剂采用电动水泵,使水通过喷嘴形成雾状,米粒通过雾化区被着水、湿润。着水量通过喷头孔径大小、水压变化及流量计进行控制。喷风加水由流量计控制的水通过喷风风机产生的高压气流形成雾化,与空气一同进入抛光室,对米粒表面进行湿润。着水量与主机电流呈正相关变化。超声雾化方法的选择由超声波雾化器将水雾化,然后送至抛光机的进料斗内,借此将通过进料斗的米粒着水、湿润。以上各种着水方法各有利弊,比较而言,以超声波雾化方法较好。这是因为超声波雾化水滴雾化细小,米粒表面着水均匀,控制简单,可随意调节着水量大小;且超声波雾化装置占地面积小,不产生噪声,操作维修方便。目前,国内生产的白米抛光机的型号、规格还未统一,工艺效果参差不齐,急需对该类设备制造、技术性能及应用进行规范。1.5.2色选机性能的影响色选是利用光电技术,将颜色不正常或感染病虫害的大米(球、块或颗粒)以及外来夹杂物检出分离的工序,所使用的设备即为色选机。在无法用常规分选法如筛选或比重分选设备分离时,色选能进行有效分离。色选机的性能指标主要是选别率和带出比。色选机的性能与原料条件、处理能力有很大关系。在额定产量和一定原料条件(如有色粒含量)下,来检测分析色选机的各项性能指标。1.6大米保鲜剂保鲜技术研究大米保鲜包装的目的是防止大米在仓储、市场流通和消费者食用过程中生虫长霉,延缓大米在储藏过程中水分、蛋白质、淀粉、脂肪等变化,关键是使大米维持低度的生理活动或处于休眠状态。目前,国内多采用PE/PP/PA复合的塑料包装袋。随着技术的发展,一些新的技术和材料也逐渐用于大米保鲜,如,多功能保鲜材料、微胶囊技术、新型纸袋等。包装袋用保鲜剂,可以降低大米霉变速度。保鲜剂采用化学或者物理的方法,杀死大米中的霉菌,钝化大米中的酶活性,使大米处于冬眠状态,从而将大米自身的呼吸活动降到最低。保鲜剂的研制主要集中在除氧保鲜、生物保鲜和防霉保鲜等方面。日本推出了一种强密封性大米功能性保鲜包装袋,具有极好的隔氧作用,可长久保持大米的色、香、味,且袋内产生的二氧化碳还有防虫、防霉的作用。1.7代理技术1.7.1稻壳炭炭的制备要求长期以来国内外对稻壳的综合利用进行了广泛的研究,获得了许多可供利用的途径。其应用方式有稻壳的直接利用以及稻壳和稻壳灰的利用。现将主要用途归纳如下:(1)稻壳作能源,如:稻壳煤气和稻壳作为锅炉燃料;(2)稻壳板;(3)压缩一炭化稻壳块;(4)稻壳灰联产水玻璃、白炭黑和活性炭;(5)稻壳制一次性餐具;(6)稻壳水泥;(7)稻壳饲料;(8)稻壳炭与残留物的其他用途,如:改良土壤、水纯化、建筑材料、杀虫剂。此外,以稻壳为原料还可制取陶瓷—玻璃、二氧化硅和硅酸盐、四氯化硅、耐火材料、油吸附剂、糠醛、甲醇、丙酮、石腊、柏油、印刷助剂、醋酸钠、醋酸乙脂、酒精等。1.7.2脂肪酸抗氧化成分米糠不含胆固醇,其蛋白质的氨基酸种类齐全,营养品质可与鸡蛋白媲美,且米糠所含脂肪主要为不饱和脂肪酸,必需脂肪酸含量达47%,还含有70多种抗氧化成分。随着米糠稳定化技术的进步,有效地使其中的抗营养因子脂肪酶和过氧化物酶失活并保存其营养成分,以米糠或米糠提取物为原料,研发各种米糠功能食品:米糠油脂、米糠蛋白、米糠膳食纤维、米糠发酵制品等,使其营养功能充分发挥已成为关注焦点和研究热点。2稻米深加工与综合利用的必要性目前,我国在稻谷前处理技术上,重点开发高效、保质稻谷干燥技术、干燥品质在线监测技术及装备,另外对于大型高效初清理、分级和计量设备的需求也会增加。在砻谷及砻下物分离技术方面,大型高效砻谷机及砻下物分离技术与装备亟待开发;在碾米及白米分级技术上,大米加工厂多数采用三机出白,而一些大型的加工厂则采用四机出白甚至更多。采用多机轻碾技术可以减少碎米的产生,提高大米加工的整精米率,减少大米中糠粉的含量使外观更加光洁。当然,增