張康逸，溫青玉，張小梅，張力爭，王康君

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心，河南省全谷物小麥制品加工國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南省全谷物鮮食加工工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002；2.鄭州工程技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450044； 3.洛寧云鶴食品有限公司，河南 洛寧 471700；4.江蘇徐淮地區(qū)連云港農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 連云港 222000)

0 引 言

隨著青麥仁的營養(yǎng)價(jià)值逐漸被人們熟知[3]，市場(chǎng)對(duì)青麥仁的需求日益增大，越來越多的新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體意識(shí)到青麥仁產(chǎn)品能帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益，但由于青麥仁脫殼一直是產(chǎn)品加工中的難題，影響了青麥仁的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。傳統(tǒng)的青麥仁脫殼是人工借助粗糙表面碾搓作用進(jìn)行脫殼，脫殼150～250 kg 人/天，且青麥仁破損率高。人工完成脫殼難于滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求。青麥仁機(jī)械化脫殼常采用其他作物通用加工設(shè)備如礱谷機(jī)、碾米機(jī)等進(jìn)行脫殼，通過調(diào)整轉(zhuǎn)速等方法進(jìn)行脫殼，最終青麥仁的脫殼率不到80%，破損率達(dá)10%以上，難以滿足脫殼質(zhì)量要求。脫殼效率與破損率較低是青麥仁脫殼待解決的關(guān)鍵問題，若這些問題得到解決，不僅推動(dòng)我國青麥仁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且為其它鮮食谷物脫殼裝備設(shè)計(jì)提供一定的理論參考有重要意義。

1 青麥仁脫殼的研究現(xiàn)狀

1.1 青麥仁脫殼特性的相關(guān)研究

長期以來，受農(nóng)業(yè)發(fā)展的重心及科研資金投入的限制，青麥仁脫殼技術(shù)、工藝和裝備等方面的研究發(fā)展速度較緩慢。對(duì)于一臺(tái)青麥仁脫殼機(jī)來說，相同青麥仁物料的脫殼率是相對(duì)基本穩(wěn)定的，如果改變物料的某些特定指標(biāo)，就會(huì)影響到物料的脫殼率，因此，如何利用有利因素避免不利因素的影響對(duì)發(fā)揮青麥仁脫殼機(jī)性能十分重要，本團(tuán)隊(duì)選擇了對(duì)青麥仁脫殼率影響較大的青麥仁品種和收割時(shí)間2個(gè)因素進(jìn)行試驗(yàn)分析。

1.1.1 青麥仁品種對(duì)脫殼率影響

不同品種小麥其含水量、濕面筋含量、種子大小、千粒重等各不相同，導(dǎo)致其帶殼青麥仁脫殼率也具有一定的差異。此次試驗(yàn)所用的小麥品種共選擇周麥22、周黑麥1號(hào)、許科316、鄭麥7698等4種小麥進(jìn)行脫殼分析，所選擇的小麥為乳熟期采收，要求青麥仁外形飽滿、色澤碧綠、質(zhì)地晶瑩剔透。如表1所列。結(jié)果顯示，周麥22、周黑麥1號(hào)、許科316、鄭麥7698四種小麥脫殼率相差不大，其中周麥22相比其他品種脫殼效果較好，估計(jì)是周麥22的含水量較其他品種較少的緣故。所以選擇周麥22為原料來生產(chǎn)青麥仁，可提高脫殼率。

表1 不同小麥品種對(duì)脫殼率的影響

1.1.2 收割時(shí)間對(duì)脫殼率影響

小麥籽粒的成熟期主要分為三個(gè)階段，即乳熟、蠟熟和完熟(也稱黃熟)階段。這三個(gè)時(shí)期小麥含水量不同，其成熟度也不同。針對(duì)不同的生育期用專用青麥仁脫殼機(jī)對(duì)脫殼率進(jìn)行試驗(yàn)，如表2所示。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，脫殼率最好時(shí)期為黃熟期，此時(shí)小麥含水量較低，小麥籽粒產(chǎn)量最高和品質(zhì)最優(yōu)，籽粒與麥殼易于分離。但此時(shí)期的小麥粒對(duì)于青麥仁產(chǎn)品的制作存在很大的影響，因?yàn)楫a(chǎn)品是鮮食青麥仁，要使麥仁具有碧綠的顏色和良好的口感，而黃熟期的小麥顆粒只適合制作面粉，所以不能在此時(shí)期進(jìn)行收割。小麥在蠟熟期的收獲產(chǎn)量較在黃熟期小麥的收獲產(chǎn)量高，平均增產(chǎn)在25%左右，其中含有的淀粉、蛋白的含量也相應(yīng)增加5%左右。相反，若過早對(duì)其進(jìn)行收獲，籽粒則不能充分吸收莖葉中輸送的可溶性物質(zhì)，造成籽粒因灌溉不夠充分而減產(chǎn)。蠟熟初期小麥雖柔軟有彈性，但此時(shí)期籽粒的背部呈現(xiàn)黃白色、腹溝處呈現(xiàn)黃綠色，內(nèi)含物質(zhì)呈凝蠟狀狀態(tài)，此時(shí)籽粒脆弱，且容易掐斷，可做碾轉(zhuǎn)等相關(guān)青麥仁產(chǎn)品。乳熟期的小麥籽粒雖然脫殼率較其他生長期略低，但其中的大多內(nèi)含物質(zhì)都是在這個(gè)時(shí)期內(nèi)逐漸積累的。乳熟末期：籽粒背部和腹溝均呈綠色，水分保持在55%～70%之間，籽粒內(nèi)部可擠出乳狀液，籽粒內(nèi)含漿，口感較好。青麥仁色澤鮮亮，味道清甜可口，適合菜肴等青麥仁產(chǎn)品的加工。所以，選擇此時(shí)期麥仁進(jìn)行收割脫殼，鮮食青麥仁產(chǎn)品的色澤、口感及營養(yǎng)成分較佳。綜上所述，原料選擇了周麥22，青麥仁最佳收割時(shí)間為乳熟后期蠟熟期初期，此時(shí)期籽粒呈綠色，營養(yǎng)豐富，口感較好。

表2 不同生育期對(duì)脫殼率的影響 /%

1.2 青麥仁脫殼裝備的研發(fā)現(xiàn)狀

青麥仁脫殼專用裝備較少，主要是河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心研發(fā)的設(shè)備。青麥仁經(jīng)過除雜后，需要對(duì)其進(jìn)行脫殼處理，現(xiàn)有脫殼裝置的原理大多采用的是大力對(duì)麥仁進(jìn)行碰撞，使得青麥仁與青麥殼相互分離。但青麥仁作為鮮食可即時(shí)谷物，這種大力碰撞的脫殼方式會(huì)造成其大量破碎，進(jìn)而導(dǎo)致收獲的青麥仁質(zhì)量下降。2015年，本團(tuán)隊(duì)研制了2種物理脫殼方式的青麥仁脫殼機(jī)[4，5]：一種是通過滾筒與凹板的間隙揉搓進(jìn)行脫殼(見圖1)，另一種是通過離心力甩動(dòng)與脫殼筒的內(nèi)壁摩擦脫殼(見圖2)。目前已在河南金杰機(jī)械制造有限公司、衛(wèi)輝市金大地良種科研機(jī)械設(shè)備廠進(jìn)行生產(chǎn)，每小時(shí)脫殼量有150 kg、250 kg、500 kg、1 000 kg、1 500 kg等產(chǎn)能，脫殼率98%以上，破損率低于2%。洛寧云鶴食品有限公司、淮陽縣金農(nóng)實(shí)業(yè)有限公司已投產(chǎn)使用。

如圖1所示，脫殼機(jī)工作時(shí)，將帶殼青麥仁從進(jìn)料斗倒入筒狀篩中，物料在通過波紋板的摩擦板時(shí)，受到摩擦板和毛刷的擠壓摩擦，麥仁與麥殼逐漸分離，隨后，麥仁和麥殼通過上料管道打入旋風(fēng)分離器內(nèi)，麥殼從抽風(fēng)機(jī)的排風(fēng)口排出，麥仁則從分離器的排料口排出。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，能夠高效地對(duì)青麥仁進(jìn)行脫殼并且能夠降低青麥仁的破損率。

如圖2所示，離心脫殼機(jī)在工作時(shí)，帶殼青麥仁通過上料筒進(jìn)入喂料口，物料穿梭于多個(gè)轉(zhuǎn)盤之間，通過脫殼筒產(chǎn)生的離心力甩動(dòng)與其內(nèi)壁的磨砂層進(jìn)行摩擦脫殼。該設(shè)備脫殼率高，破碎率低。

圖1 青麥仁脫殼機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖1.進(jìn)料斗 2.轉(zhuǎn)輪 3.毛刷 4.調(diào)節(jié)桿 5.摩擦板 6.濾網(wǎng) 7.上料機(jī)構(gòu)的進(jìn)料口 8.電動(dòng)機(jī) 9.抽風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口 10.抽風(fēng)機(jī) 11.抽風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口 12.旋風(fēng)分離器的出料口 13.旋風(fēng)分離器

圖2 青麥仁離心脫殼機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖1. 底座 2. 上料筒 3. 第一電動(dòng)機(jī) 4. 上料筒的進(jìn)料口 5. 上料筒的出料口 6. 第二電動(dòng)機(jī) 7. 脫殼筒 8. 轉(zhuǎn)軸 9. 轉(zhuǎn)盤 10. 脫殼筒的進(jìn)料口 11. 脫殼筒的出料口

2 青麥仁脫殼技術(shù)發(fā)展對(duì)策

2.1 政府加大資金扶持力度

政府部門應(yīng)集中資金加大對(duì)青麥仁收割、脫殼、加工方面的設(shè)備研制，形成規(guī)?；a(chǎn)品加工。與此同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)青麥仁育種和形成產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)桨l(fā)展，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。農(nóng)機(jī)購買補(bǔ)貼是中央的一項(xiàng)重要農(nóng)業(yè)政策。2004～2019年，中央財(cái)政共投資超過2200億元，支持超過3500萬農(nóng)戶購買農(nóng)業(yè)機(jī)具達(dá)4500多萬臺(tái)(套)，促進(jìn)了我國在農(nóng)機(jī)化水平的快速發(fā)展，同時(shí)也成為推動(dòng)農(nóng)機(jī)化行業(yè)發(fā)展的重要政策核心。政府部門應(yīng)在促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展中將青麥仁脫殼機(jī)納入農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼范圍。

2.2 培養(yǎng)專業(yè)人才

物料的摩擦特性研究是研發(fā)脫殼機(jī)械在進(jìn)行參數(shù)選擇時(shí)的重要依據(jù)，對(duì)于物料的摩擦特性，國內(nèi)外學(xué)者都對(duì)其進(jìn)行了一定程度的研究。楊玲等[6]針對(duì)包衣稻種的物理特性進(jìn)行了試驗(yàn)性探究；程緒鐸等[7]對(duì)小麥、稻谷及玉米的內(nèi)摩擦角進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)定，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)比研究。Boac等[8]針對(duì)離散元在玉米、小麥等糧食作物中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，并利用離散元法對(duì)籽粒受力情況與運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行了模擬。但是青麥仁方面摩擦性、生產(chǎn)、加工機(jī)械和商品的配套設(shè)備研究極少，加強(qiáng)培養(yǎng)青麥仁專業(yè)技術(shù)人才，引導(dǎo)各行業(yè)、各領(lǐng)域之間進(jìn)行交流合作，促進(jìn)青麥仁經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2.3 完善成果技術(shù)推廣應(yīng)用體系

在各級(jí)政府的指導(dǎo)下，科研院所、高校與新型經(jīng)營主體開展產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，完善科技成果推廣應(yīng)用渠道，培育發(fā)展壯大各地的龍頭企業(yè)，吸引各類企業(yè)、資本和技術(shù)，參與青麥仁產(chǎn)品的深度開發(fā)應(yīng)用，推進(jìn)青麥仁加工業(yè)的整合，統(tǒng)一執(zhí)行品牌戰(zhàn)略，更新完善以企農(nóng)利益為建設(shè)核心的社會(huì)化政治服務(wù)體系，解決青麥仁企業(yè)的后續(xù)發(fā)展問題。

3 青麥仁脫殼技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

青麥仁脫殼技術(shù)是青麥仁產(chǎn)業(yè)化中必不可少的環(huán)節(jié)。一方面因青麥仁生長環(huán)境的不同，其生物、物理、化學(xué)等特性也有所差異，需加強(qiáng)全面深入研究。另一方面青麥仁脫殼設(shè)備的制作要逐漸向高效率、高脫凈率、高品質(zhì)、低破損率等方向發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有的脫殼設(shè)備不斷進(jìn)行更新優(yōu)化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)脫殼機(jī)制的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)控，并與后續(xù)的加工設(shè)備做到相契合。未來，對(duì)帶殼青麥仁的破損狀態(tài)一般從三個(gè)方面進(jìn)行分析，即宏觀角度分類、微觀結(jié)構(gòu)觀察及籽粒在破損前后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[9]和受力情況的研究，結(jié)合不同的青麥仁脫殼脫粒機(jī)理如壓力差式脫殼、激光式脫殼、微波爆殼式脫殼，設(shè)計(jì)出新型的青麥仁脫殼的設(shè)備，在保證籽粒不發(fā)生破損的情況下，適當(dāng)加大機(jī)械破殼力是研究和發(fā)展的必然方向。