王 銳，李建紅，肖崇業(yè)，王 成，謝敬波，龐雄斌，舒虹杰，彭紫恒

（1.武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，武漢 430065；2.武漢多倍體生物科技有限公司，武漢 430345；3.武漢中機(jī)星糧食機(jī)械股份有限公司，武漢 430079）

中國(guó)稻谷年加工量約1.3億t，約占全球稻谷年加工總量的1/4。稻谷加工是糧食工業(yè)的一個(gè)重要組成部分，優(yōu)質(zhì)高效的加工設(shè)備是稻谷質(zhì)量與品質(zhì)的重要保障。研究表明，多倍體水稻莖稈粗壯，葉片果實(shí)種子都比較大，稻米中糖類(lèi)和蛋白質(zhì)含量較高，但子粒強(qiáng)度較低，如采用常規(guī)礱谷機(jī)和碾米機(jī)設(shè)備進(jìn)行加工，則加工后多倍體稻谷整米率低、碎米率高，高于現(xiàn)有早秈稻的碎米率，降低了多倍體水稻種植的經(jīng)濟(jì)效益，阻礙了多倍體水稻產(chǎn)業(yè)鏈的快速形成，對(duì)多倍體水稻的大面積推廣極為不利。因此，如何在現(xiàn)有設(shè)備上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，或是專(zhuān)門(mén)針對(duì)多倍體水稻稻谷加工設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)是目前亟待解決的問(wèn)題。

1 多倍體稻谷的物理幾何特性研究

選用多倍體稻谷（T7）和早秈稻進(jìn)行對(duì)比，測(cè)量其基本物理特性，測(cè)量結(jié)果如表1所示。相比早秈稻而言，多倍體稻谷重量較大，千粒重是早秈稻的1.50倍，而其長(zhǎng)寬比和長(zhǎng)厚比分別比早秈稻小23.5%和4.3%，說(shuō)明多倍體稻谷的重量和體積大，與早秈稻有較大差異。

表1 多倍體稻谷和早秈稻的物理特性

2 多倍體稻谷礱谷機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 礱谷設(shè)備選型

礱谷基本原理為依托物理方式，使稻谷谷殼與子粒分開(kāi)。根據(jù)稻谷脫殼受力情況及脫殼方式，將稻谷脫殼方法劃分為3種：①擠壓搓撕脫殼；②端壓撕脫殼；③撞擊脫殼。中國(guó)主要采用的脫殼設(shè)備是雙輥脫殼機(jī)，其主要工作部件是一對(duì)平行的彈性滾子，以相同的速度反向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)谷物進(jìn)入雙滾筒工作區(qū)時(shí)，谷物兩側(cè)都會(huì)受到滾筒的擠壓力和摩擦力的作用而脫殼。雙輥脫殼機(jī)以其產(chǎn)量高、脫殼率高、粗糙度低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)輥間壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的不同，對(duì)輥式破碎機(jī)可分為重力式、液壓式、氣動(dòng)式緊輥。本研究選用LT36型氣動(dòng)礱谷機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 礱谷試驗(yàn)及設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化

使用LT36型氣動(dòng)礱谷機(jī)，對(duì)1 000 g多倍體稻谷和早秈稻進(jìn)行對(duì)比加工，其特性如表2所示。在保證脫殼率達(dá)到100%的前提下進(jìn)行試驗(yàn)，多倍體礱谷時(shí)糙出的整米率比早秈稻低21.7%，而糙出的碎米率比早秈稻高14.1%，其出糙率比早秈稻低7.6%。在礱谷階段，多倍體稻谷具備較高的糙出碎米率，表明該稻谷具有較低的子粒強(qiáng)度。

表2 礱谷試驗(yàn)數(shù)據(jù)（膠輥軋距相同）

采用LT36型氣動(dòng)礱谷機(jī)，通過(guò)調(diào)整緊輥壓力，膠輥采用白膠輥等方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化。在多次試驗(yàn)中，T7樣品糙碎率可以達(dá)到3.51%，相比糙碎率30.39%，已經(jīng)大為改善，但相對(duì)應(yīng)的脫殼率也從100.0%下降到92.5%（表3）。

表3 礱谷試驗(yàn)數(shù)據(jù)（進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)糙碎最小時(shí)）

基于多倍體稻谷加工的礱谷試驗(yàn)，提升了多倍體稻谷的礱谷加工工藝性能，對(duì)礱谷機(jī)結(jié)構(gòu)采取改進(jìn)優(yōu)化措施：①對(duì)礱谷機(jī)的膠輥采用簡(jiǎn)支支撐，提高膠輥在運(yùn)行期間的平穩(wěn)性；②膠輥采用壓鉈式緊輥，輥間壓力可調(diào)；③組配3組傳動(dòng)帶輪，膠輥材質(zhì)采用丁腈橡膠（邵氏硬度為90A）。

3 多倍體稻谷碾米機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 碾米設(shè)備選型

碾米的基本原理是利用物理方法，通過(guò)砂輥的旋轉(zhuǎn)，糙米沿著砂輥表面螺旋運(yùn)動(dòng)，受到很大的擠壓壓力和摩擦力，以一定的線速度旋轉(zhuǎn)的砂輥表面不斷摩擦糙米表面，使稻谷與稻谷、稻谷與米刀、稻谷與米篩相互摩擦，使糙米表面反復(fù)“切”和“磨”使其最終張開(kāi)，通過(guò)砂輥上的螺旋槽，將米粒推到出口，從出料口流出。碾米機(jī)一般有橫式碾米機(jī)和立式碾米機(jī)兩大類(lèi)。基于多倍體稻谷的幾何特性，選用橫式碾米機(jī)、型號(hào)為CFN1818B低溫升碾米機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)（4機(jī)碾白）。

3.2 碾米設(shè)備參數(shù)優(yōu)化

為研究多倍體稻谷的碾米工藝特性，對(duì)1 500 g多倍體稻谷和類(lèi)似的早秈稻進(jìn)行了對(duì)比加工，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)果表明，在30、60、90 s的加工時(shí)間下，多倍體稻谷具有較高的增碎率，早秈稻的增碎率在3%左右，而多倍體稻谷的增碎率則是14%～20%。多倍體稻谷子粒強(qiáng)度較低，碾白加工碎米率較高。

表4 碾白試驗(yàn)結(jié)果

基于多倍體稻谷碾米加工試驗(yàn)，提升了多倍體稻谷的碾米加工工藝性能對(duì)碾米機(jī)采取改進(jìn)優(yōu)化措施：①碾米機(jī)采用樹(shù)脂砂輥；②合理配備砂輥力度，由粗到細(xì)，碾米機(jī)砂輥粒度第一道為24#～30#、第二道為30#～36#、第三道為36#～46#、第四道為46#～60#；③碾白室采用“存氣”可調(diào)結(jié)構(gòu)；④碾米機(jī)存氣可調(diào)的米刀采用高硬度合金鋼。

4 多倍體稻谷試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 多倍體稻谷試驗(yàn)方法

對(duì)礱谷機(jī)及碾米機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，為考察多倍體稻谷加工成精米的特性，對(duì)多倍體稻谷采用了1礱4碾的加工試驗(yàn)，此次加工的成品米精度均為特級(jí)。

4.2 多倍體稻谷試驗(yàn)結(jié)果

多倍體稻谷四道碾米的結(jié)果如表5所示。從感觀上，多倍體稻谷樣品子粒大、膠質(zhì)較高，到第四道碾白精度未達(dá)到特級(jí)米精度。為保證精度，在第四道碾白加壓過(guò)重，造成第四道增碎嚴(yán)重，總增碎率均值達(dá)29.78%，再加糙碎率3.51%，多倍體稻谷加工總體含碎率均值達(dá)到33.29%，遠(yuǎn)高于一般水稻的含碎率。

表5 多倍體稻谷碾白試驗(yàn)結(jié)果

5 小結(jié)

針對(duì)多倍體稻谷子粒重量和體積大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低的特性，采用類(lèi)似早秈稻進(jìn)行礱谷和碾米對(duì)比試驗(yàn)，研究多倍體稻谷加工工藝，對(duì)現(xiàn)有礱谷機(jī)與碾米機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化，調(diào)整相應(yīng)參數(shù)降低碎米率，但相比一般水稻的含碎率仍有不小的差距，需要進(jìn)一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝優(yōu)化，或?qū)Χ啾扼w水稻稻谷加工設(shè)備進(jìn)行更加深入的研究。推測(cè)若通過(guò)進(jìn)一步的大規(guī)模生產(chǎn)測(cè)試，并對(duì)碾米機(jī)參數(shù)進(jìn)行修正，制定合理的碾米工藝，分配好各道碾白壓力（碾減率），采用新型低溫升智能碾米機(jī)，自動(dòng)優(yōu)化各道的碾減率，多倍體稻谷加工到全整米一級(jí)精度大米的成品總碎或能低于22%。