傅山鋮，相 海，陳作江，閆雪峰，郭金強(qiáng)

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)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(guó)是糧食生產(chǎn)大國(guó)，稻米種植面積自2008年開始呈現(xiàn)迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。2016—2019年，我國(guó)水稻種植面積保持在3 000萬hm2左右。1949—2018年，我國(guó)水稻種植面積增加了17%，單產(chǎn)量提高了2.72倍，總產(chǎn)增長(zhǎng)了3.36倍[1]。以2018年為例，我國(guó)稻谷產(chǎn)量為21 213萬t。米糠作為大米加工的最重要副產(chǎn)物，其所占比例為6%～8%，而同年我國(guó)大豆產(chǎn)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(guó)食用油消費(fèi)的主力油種，所占比例常年居首。盡管如此，我國(guó)油脂自給率在近年卻呈現(xiàn)持續(xù)走低的趨勢(shì)，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(fā)達(dá)國(guó)家有著明顯的差距。根據(jù)世界糧農(nóng)組織的報(bào)告，米糠在一些發(fā)達(dá)國(guó)家的利用率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先我國(guó)。在日本，米糠的利用率可以達(dá)到99%，而在印度米糠的利用率為60%～70%。

提高米糠的利用率對(duì)于我國(guó)食用油供應(yīng)有著舉足輕重的作用。此外，米糠營(yíng)養(yǎng)豐富，稻谷中多達(dá)64%的營(yíng)養(yǎng)匯聚在其中。米糠不僅含有脂肪、蛋白質(zhì)、糖類、維生素、膳食纖維和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)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(zhì)和天然抗氧化劑，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)人體健康和現(xiàn)代文明病的預(yù)防和治療具有重要的意義[3]。

在當(dāng)前形勢(shì)下，如何提高資源的利用率成為各行各業(yè)亟待解決的重要問題。自20世紀(jì)90年代起，我國(guó)針對(duì)稻米油生產(chǎn)技術(shù)瓶頸問題，總結(jié)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(jīng)驗(yàn)，使我國(guó)稻米油在2018年的產(chǎn)量達(dá)到50萬t以上。支撐稻米油發(fā)展的是米糠制油設(shè)備的快速發(fā)展，本文旨在介紹目前我國(guó)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(dāng)物料被擠出膨化機(jī)的液壓模頭時(shí)，壓力驟降，瞬間從高壓轉(zhuǎn)變?yōu)槌?，造成水分迅速地從物料組織結(jié)構(gòu)中蒸發(fā)出來，從而得到具有無數(shù)個(gè)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(zhì)活性，抑制米糠酸價(jià)上升，延長(zhǎng)了米糠的保鮮期[4]。同時(shí)，膨化米糠的疏松結(jié)構(gòu)在浸出時(shí)，溶劑滲透性好，縮短浸出時(shí)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(jīng)振動(dòng)篩和糠粞分離篩等清理設(shè)備清理原料米糠中諸如麻繩、編織袋及稻稈等雜物，同時(shí)實(shí)現(xiàn)米糠及米粞的徹底分離，也避免因異物堵塞及損傷膨化機(jī)而影響膨化效果及膨化機(jī)壽命。

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

經(jīng)過糠粞分離器分離后的米糠會(huì)進(jìn)入到立式蒸炒鍋中進(jìn)行軟化，軟化過程是在米糠進(jìn)入膨化機(jī)之前調(diào)節(jié)米糠水分，使其達(dá)到膨化機(jī)需要的水分要求，同時(shí)可將米糠進(jìn)行預(yù)熱，使米糠在膨化過程中快速達(dá)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(jīng)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(jī)輸送至螺旋定量喂料器，再經(jīng)過磁選后(清理鐵質(zhì)物)進(jìn)入到膨化機(jī)內(nèi)，與此同時(shí)高壓蒸汽通過蒸汽噴射系統(tǒng)注入膨化機(jī)腔體內(nèi)，在膨化機(jī)腔體內(nèi)米糠受到擠壓、混合、剪切和蒸煮的作用，并且隨著螺桿的強(qiáng)制輸送，米糠不斷地將膨化機(jī)腔體充滿，最終使腔體內(nèi)的壓力、溫度不斷升高。

當(dāng)物料從機(jī)筒末端?？字袛D出時(shí)，壓力驟降至常壓，水分急劇汽化而產(chǎn)生巨大膨脹力，米糠瞬間膨化，形成多孔狀產(chǎn)品，一般呈柱狀[5]。膨化后的米糠經(jīng)過提升刮板的作用被送入逆流冷卻干燥器的干燥器中進(jìn)行干燥除濕，再進(jìn)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(jīng)過刮板的運(yùn)輸作用被送入存料箱中進(jìn)行貯藏，或者直接輸送至浸出車間進(jìn)行浸出。

1.3 擠壓膨化關(guān)鍵設(shè)備

1.3.1 米糠膨化機(jī)

以YJP系列米糠擠壓膨化機(jī)為例，其主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、擠壓膨化系統(tǒng)、直接蒸汽注入系統(tǒng)和模板系統(tǒng)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(nèi)九外七皇城四》一文的風(fēng)格。想一想改編前后的文本各自有什么特點(diǎn)。

(1)傳動(dòng)系統(tǒng)。

膨化機(jī)以電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)三角帶傳動(dòng)一次減速到位，省去了復(fù)雜且昂貴的減速機(jī)，明顯減少設(shè)備的維護(hù)工作量與費(fèi)用。另一方面，大帶輪在運(yùn)行中充當(dāng)飛輪，減少了膨化機(jī)工作時(shí)受到的負(fù)載沖擊，起到過載保護(hù)的作用。

(2)擠壓膨化系統(tǒng)。

擠壓膨化系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成，分別為機(jī)筒和擠壓螺桿。其中機(jī)筒水平放置，一般分為4段，分別是進(jìn)料段、壓縮段、調(diào)質(zhì)段和出料段。進(jìn)料口設(shè)置在進(jìn)料段上。擠壓螺桿貫穿整個(gè)機(jī)筒，采用特殊的螺旋結(jié)構(gòu)和最佳的螺桿長(zhǎng)徑比，使得能量消耗最低。螺旋本身采用獨(dú)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(jié)構(gòu)，方便維護(hù)和更換，降低運(yùn)行成本。

1.膠帶輪 2.軸承箱 3.進(jìn)料口 4.螺旋軸 5.螺旋筒體 6.蒸汽包 7.料模頭 8.機(jī)架 9.膠帶罩 10.電機(jī)機(jī)座 11.驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖2 YJP系列米糠擠壓膨化機(jī)Fig.2 YJP series rice bran extruder

(3)直接蒸汽注入系統(tǒng)。

直接蒸汽注入系統(tǒng)又由分氣缸、金屬軟管和蒸汽閥構(gòu)成，在每根金屬軟管上均配有一個(gè)蒸汽閥。在機(jī)筒上則配有蒸汽注射銷釘，以側(cè)噴的方式向機(jī)筒內(nèi)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(diào)節(jié)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(tǒng)。

模板結(jié)構(gòu)是位于多圈不同尺寸的圓上的開孔結(jié)構(gòu)，膨化料為圓柱狀。根據(jù)不同產(chǎn)量和原料改變開孔數(shù)量和開孔尺寸，使其與膨化機(jī)的產(chǎn)量和壓力相匹配。

(5)液壓模頭系統(tǒng)。

液壓模頭系統(tǒng)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(huán)模組成，錐模和環(huán)模之間的縫隙為模頭縫隙，其大小是可以通過移動(dòng)錐模來調(diào)節(jié)，錐模是由液壓缸驅(qū)動(dòng)。調(diào)節(jié)模頭縫隙目的是根據(jù)不同原料和產(chǎn)量的要求，使其與膨化機(jī)的產(chǎn)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(qiáng)、冷卻效果好的特點(diǎn)，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(duì)設(shè)備兩側(cè)的散熱片進(jìn)行加熱，進(jìn)入干燥器的空氣經(jīng)過散熱片后形成熱氣流對(duì)進(jìn)入的膨化米糠進(jìn)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(jìn)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(fēng)與冷料接觸，熱風(fēng)與熱料接觸，避免了物料的淬冷，不會(huì)造成顆粒表層硬化和開裂及內(nèi)部水分、熱量散發(fā)不出的現(xiàn)象。

1.關(guān)風(fēng)器 2.機(jī)蓋 3.物料均布器 4.冷卻箱體 5.液壓驅(qū)動(dòng)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(xiàn)狀

目前，針對(duì)米糠的濕法膨化，劉文生等[7]針對(duì)米糠的研究發(fā)現(xiàn)，與干法膨化相比，濕法膨化的米糠結(jié)構(gòu)性更好，油脂外露明顯，并且不容易產(chǎn)生粉末，對(duì)米糠進(jìn)行濕法膨化不僅能有效減少生產(chǎn)成本，降低能源消耗，而且能明顯提高產(chǎn)能，進(jìn)而滿足市場(chǎng)需求。王烈喜等[8]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，擠壓膨化對(duì)米糠在短時(shí)間內(nèi)保鮮的效果要好于其他米糠穩(wěn)定化方法。李少華等[5]研究了小型米糠濕法膨化保鮮關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)出適用于小型碾米廠且日處理量達(dá)20 t/d的米糠設(shè)備。李凡姝等[9]通過將擠壓穩(wěn)定化米糠分別置于40、50和60 ℃的環(huán)境中加速貯藏，并測(cè)定各個(gè)溫度下貯藏的擠壓穩(wěn)定后的米糠過氧化物酶殘余酶活和脂肪酸值等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)擠壓穩(wěn)定化的米糠在室溫下的貯藏時(shí)間較長(zhǎng)，但貯藏溫度越高，其酸敗越快越明顯。羅舜菁等[10]通過對(duì)米糠與過熱蒸汽進(jìn)行研究認(rèn)為，采用130 ℃的過熱蒸汽處理米糠4 min的效果最好，此時(shí)米糠營(yíng)養(yǎng)性能提高幅度較大且貯藏性好。池曉亮等[11]從生產(chǎn)實(shí)際的角度將危害分析關(guān)鍵控制點(diǎn)與米糠擠壓穩(wěn)定化相結(jié)合，提出3個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)，即原料驗(yàn)收、擠壓調(diào)質(zhì)和成品包袋，并據(jù)此建立了一種應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的可用來確保米糠穩(wěn)定性和安全性，延長(zhǎng)米糠保質(zhì)期的程序。朱文鑫等[12]提出，膨化過程中應(yīng)根據(jù)米糠品種的不同調(diào)換出料嘴的規(guī)格和數(shù)量。當(dāng)膨化秈稻糠和雜交稻糠時(shí)，應(yīng)選用小口徑的膨化機(jī)出料嘴，此時(shí)出料嘴數(shù)量較多。而當(dāng)膨化粳稻糠時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用大口徑的膨化機(jī)出料嘴，此時(shí)出料嘴數(shù)量較少。高洋等[13]認(rèn)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(jī)筒溫度>物料含水率>螺桿轉(zhuǎn)速>?？字睆?。

3 結(jié)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(guān)鍵。如夏季市面上新鮮的米糠酸度為7～8 mgKOH/g，而經(jīng)過近10 h的運(yùn)輸?shù)郊庸S的米糠酸價(jià)普遍升高到17～18 mgKOH/g。因此，根據(jù)我國(guó)稻米加工數(shù)量多、分散廣的特點(diǎn)，結(jié)合米糠濕法膨化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)以下設(shè)備顯得尤為迫切。①高濕米糠膨化保鮮設(shè)備，在米糠進(jìn)入膨化前進(jìn)行(蒸汽濕度18%～19%和蒸汽溫度90 ℃)濕熱處理，進(jìn)一步提升脂肪酶鈍化效果，延長(zhǎng)保鮮周期，米糠水分可達(dá)到18%左右，不過高濕水分米糠的膨化和冷干設(shè)備國(guó)內(nèi)研究較少，需要進(jìn)一步研究。②小型模塊化米糠成套保鮮設(shè)備，以小型膨化機(jī)、冷干機(jī)為關(guān)鍵單機(jī)集成以生物質(zhì)或電加熱鍋爐，同時(shí)系統(tǒng)需具備高度模塊化和集成化甚至移動(dòng)化，主要滿足產(chǎn)能<50 t/d的米廠的新鮮米糠實(shí)時(shí)處理。

開發(fā)上述關(guān)鍵設(shè)備，滿足國(guó)內(nèi)目前米糠膨化保鮮需求，仍是國(guó)內(nèi)糧油機(jī)械加工企業(yè)的主要工作，相關(guān)的米糠膨化設(shè)備仍具有較大的市場(chǎng)潛力，也是我國(guó)米糠油快速發(fā)展的關(guān)鍵支撐。