賴世椿，詹育生，劉子立，王麗娜，黃金源，劉 銳，唐凌鋒

（廣州嶺南穗糧谷物股份有限公司，廣州 511466）

近年來，小麥制粉行業(yè)的競爭愈發(fā)激烈，多數(shù)小麥粉加工企業(yè)不斷興建擴(kuò)展現(xiàn)代化小麥粉制粉生產(chǎn)線，如何爭取有限的市場份額，將決定著小麥粉加工企業(yè)的生存與發(fā)展。 要想保障小麥粉加工企業(yè)產(chǎn)品的市場占有率進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大， 關(guān)鍵在于小麥粉品質(zhì)穩(wěn)定，產(chǎn)品符合市場需求，且獲得消費(fèi)者認(rèn)可。目前，小麥粉加工行業(yè)已實(shí)現(xiàn)智能化小麥粉加工， 中國已出現(xiàn)全自動(dòng)智能小麥粉加工廠， 實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線采集原糧、中間物料和小麥粉的特性參數(shù)變化數(shù)據(jù)，對(duì)各種傳感器信息進(jìn)行融合處理，形成智能控制決策，從而完成智能控制， 自動(dòng)地調(diào)節(jié)工藝流程中的設(shè)備及工藝參數(shù)[1]。 然而，我國更多的小麥粉加工廠只是實(shí)現(xiàn)了“半自動(dòng)化生產(chǎn)”，例如設(shè)備自動(dòng)啟停、PLC 控制系統(tǒng)采集、 顯示一些簡單的生產(chǎn)信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。 其生產(chǎn)過程中需要車間當(dāng)班技術(shù)人員不斷地根據(jù)檢化驗(yàn)人員定期采樣離線檢測得到的原糧、 中間物料和小麥粉的特性參數(shù)信息對(duì)生產(chǎn)工藝流程中的設(shè)備狀態(tài)和工藝參數(shù)進(jìn)行人工調(diào)整， 然而定期采樣離線檢測一般為每隔幾小時(shí)采樣一次， 人工檢測時(shí)間較長，導(dǎo)致檢測結(jié)果滯后，或者很難發(fā)現(xiàn)在兩次取樣中間出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。對(duì)生產(chǎn)專用粉、多品種原糧、多品種產(chǎn)品的小麥粉加工廠而言，如何在小麥粉加工過程中，保證小麥粉質(zhì)量的穩(wěn)定性尤為重要，如何確保在轉(zhuǎn)倉，進(jìn)出倉時(shí)避免不同品種的原糧或半成品混合在一起， 如何避免由于設(shè)備參數(shù)變動(dòng)或設(shè)備故障導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)等問題都需要引起高度重視， 本文將對(duì)小麥加工工藝引進(jìn)在線檢測技術(shù)進(jìn)行探索。

1 在線檢測設(shè)備和儀器

目前，市場上存在的先進(jìn)在線檢測設(shè)備有：近紅外在線檢測儀、超聲波在線檢測儀、在線顏色和麩星檢測儀、在線顆粒度大小檢測儀等，可以滿足水分、白度、蛋白質(zhì)、濕面筋、沉降值、硬度、灰分、吸水率、破損淀粉、麩皮含粉及顆粒度大小等指標(biāo)的檢測。

1.1 近紅外（超聲波）在線檢測儀

圖1 為近紅外光譜檢測儀， 利用近紅外（超聲波） 技術(shù)和數(shù)碼照相技術(shù)快速實(shí)時(shí)檢測小麥或小麥粉中關(guān)鍵指標(biāo)，如：水分、蛋白質(zhì)、灰分、粒度、白度及破損淀粉等指標(biāo)（如表1 和表2）。

表1 在線檢測小麥主要指標(biāo)

表2 在線檢測面粉主要指標(biāo)

圖1 近紅外光譜檢測儀

工作原理：利用850~1 650 nm 的近紅外光波或超聲波掃描小麥或小麥粉， 通過光纖傳輸信號(hào)到光譜儀，光譜儀分析信號(hào)，NIR 軟件計(jì)算分析得到檢測項(xiàng)目的結(jié)果，可建立品質(zhì)數(shù)據(jù)庫并實(shí)現(xiàn)品質(zhì)可追溯。

1.2 在線檢測粒度儀

圖2 為在線粒度檢測儀。 該儀器為激光衍射和相機(jī)功能二合一的檢測儀。其中，旁通取樣管可用或自動(dòng)取樣，自動(dòng)排料管可自動(dòng)排料。具體儀器參數(shù)見表3，檢測數(shù)據(jù)示例見圖3。

表3 儀器參數(shù) μm

圖2 激光粒度儀

圖3 檢測數(shù)據(jù)示例

工作原理： 取樣機(jī)構(gòu)取樣后將物料輸送至激光和相機(jī)檢測區(qū)域。先經(jīng)過激光衍射區(qū)檢測，再經(jīng)過相機(jī)檢測區(qū)檢測， 然后將檢測過的物料樣品送回到物料的主流中。

可以提供不同篩網(wǎng)配置下的物料比例， 與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比。 應(yīng)用于小麥制粉過程中就可以設(shè)定B1，B2 等皮磨系統(tǒng)的剝刮率，并實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.3 在線麩星白度檢測儀

在線麩星白度檢測儀監(jiān)測圖像如圖4 所示。 原理：粉色麩星檢測儀是一個(gè)集成的視覺系統(tǒng)，由電腦和Led 光源及彩色相機(jī)組成。 該系統(tǒng)集成了色彩參穩(wěn)定，但是小麥從收割到進(jìn)入加工車間前，會(huì)經(jīng)過多次的周轉(zhuǎn)，此間可能會(huì)存在混麥、雜質(zhì)或者人為惡意摻混劣質(zhì)小麥等情況， 如果只是通過肉眼判斷或者通過人工抽查原糧檢測是否合格， 有可能造成原糧的品質(zhì)與實(shí)際需要的質(zhì)量相差很大， 從而在源頭上造成面粉質(zhì)量不穩(wěn)定。因此，可以應(yīng)用近紅外在線檢測儀，利用近紅外光波掃描小麥，通過光譜儀分析檢測項(xiàng)目，僅需1 s 就可以快速分析出結(jié)果（如圖6），及時(shí)發(fā)現(xiàn)小麥的質(zhì)量波動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行分類、退貨或降等等處理。 通過在線配置硬件設(shè)施可全程實(shí)時(shí)監(jiān)控考值數(shù)據(jù)庫， 該色彩參考值對(duì)檢測對(duì)象和環(huán)境溫度的波動(dòng)光源和相機(jī)老化進(jìn)行了補(bǔ)償； 統(tǒng)一規(guī)范的顏色校準(zhǔn)確保每個(gè)傳感器的結(jié)果一致。

圖4 麩星白度檢測儀視覺下的面粉麩星

圖5 小麥粉加工工業(yè)流程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)

圖6 人工檢測（a）、離線近紅外光譜檢測（b）、在線近紅外光譜檢測（c）

該系統(tǒng)通過電腦的圖像處理功能對(duì)面粉的粉色進(jìn)行評(píng)估，粉色值在CIE 1976 顏色空間中選取L*、a*、b*值，也可以轉(zhuǎn)化為國內(nèi)通用的白度值；該系統(tǒng)可對(duì)麩星的數(shù)量和種類進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)（如圖4）。

2 小麥粉加工工藝關(guān)鍵點(diǎn)

小麥粉加工工藝流程中存在一些關(guān)鍵控制點(diǎn)（如圖5）， 通過先進(jìn)在線檢測設(shè)備來監(jiān)測關(guān)鍵控制點(diǎn)，從而保證小麥粉質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2.1 小麥粉加工原糧的把控

小麥籽粒含有豐富的淀粉、較多的蛋白質(zhì)（一般為10%~15%）、 少量脂肪， 以及多種礦物質(zhì)和維生素。 其中蛋白質(zhì)的含量與質(zhì)量，特別是面筋蛋白（主要是醇溶蛋白和麥谷蛋白）的含量和質(zhì)量，對(duì)品質(zhì)起決定性作用[2]。 現(xiàn)代化小麥種植，品種質(zhì)量相對(duì)比較原料的品質(zhì)數(shù)據(jù)，以便后續(xù)的精準(zhǔn)使用，保證為產(chǎn)品質(zhì)量提供穩(wěn)定的原料。

2.2 小麥原糧的搭配

大部分生產(chǎn)專用粉的小麥粉加工廠， 由于每個(gè)小麥的固有特性很難滿足專用粉的生產(chǎn)， 所以會(huì)根據(jù)小麥原糧特性研發(fā)出相應(yīng)的配方進(jìn)行搭配， 生產(chǎn)出想要的專用小麥粉， 方便后序工段的精準(zhǔn)搭配生產(chǎn)，但是會(huì)存在以下問題：①小麥原糧的搭配中使用的配麥秤精度比較差或出現(xiàn)故障，導(dǎo)致出現(xiàn)偏差；②原糧倉內(nèi)部的原糧會(huì)自動(dòng)分級(jí)， 可能導(dǎo)致倉內(nèi)的原糧品質(zhì)有所差異；③原糧接收時(shí)可能存在混麥，導(dǎo)致原糧的品質(zhì)一直在波動(dòng)，搭配效果不理想，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性得不到保證。所以，在配麥后的設(shè)備加裝近紅外在線檢測儀，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)相應(yīng)的設(shè)備或小麥進(jìn)行檢查分析，并適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化，同時(shí)，在滿足研發(fā)質(zhì)量要求下，可以通過監(jiān)測結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整小麥搭配比例，降低原糧生產(chǎn)成本，如以下案例：

某國內(nèi)項(xiàng)目，在一定的原糧情況下，有如下實(shí)測數(shù)據(jù)（如圖7），未使用在線檢測技術(shù)時(shí)，搭配比例為： 高筋小麥粉與低筋小麥粉質(zhì)量比為50%∶50%，使用在線檢測技術(shù)，并及時(shí)調(diào)整，搭配比例為：高筋小麥粉與低筋小麥粉質(zhì)量比為47.8%∶52.2%， 可節(jié)省2.2%高筋小麥粉使用量。

圖7 在線檢測下的原糧搭配節(jié)約高筋小麥粉

2.3 小麥潤麥調(diào)質(zhì)

小麥潤麥調(diào)質(zhì)主要包括目標(biāo)水分、潤麥時(shí)間、潤麥溫度三個(gè)方面。 適量的小麥目標(biāo)水分和適宜的潤麥時(shí)間是提高出粉率、降低灰分及麩星的基礎(chǔ)[3]。 適當(dāng)?shù)臐欫溎繕?biāo)水分和潤麥時(shí)間可保證小麥潤麥效果，小麥潤麥必須潤透，而且均勻，有利于生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的小麥粉。對(duì)于小麥目標(biāo)水分和潤麥時(shí)間，每個(gè)小麥粉加工企業(yè)都有適合自己的操作規(guī)程， 而對(duì)潤麥溫度關(guān)注更多的是北方小麥粉加工企業(yè)， 例如北方的小麥粉加工廠在冬季潤麥時(shí)， 小麥內(nèi)部的水分?jǐn)U散轉(zhuǎn)移速度會(huì)因?yàn)樗疁剌^低而減緩， 所以在天氣冷的季節(jié)會(huì)對(duì)水進(jìn)行加溫處理，縮短潤麥時(shí)間，提高潤麥效果。傳統(tǒng)的潤麥主要依靠經(jīng)驗(yàn)，憑借對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻牧私饣蚪柚鞖忸A(yù)報(bào)，存在偏差較大的問題，而現(xiàn)有的著水設(shè)備， 卻很難解決多變的氣候帶來的影響，同樣令潤麥效果不理想，如果1B 入磨前加裝近紅外在線檢測儀，監(jiān)測著水效果，如有不理想，對(duì)其二次或三次著水進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整， 則能達(dá)到更好的潤麥效果。

2.4 磨粉機(jī)操作數(shù)據(jù)化

現(xiàn)代化小麥粉生產(chǎn)工藝都采用了“長粉路、物料平衡、輕研細(xì)磨、同質(zhì)合并”的理念，這樣可以得到出粉率高、品質(zhì)好的小麥粉。而設(shè)計(jì)剝刮率和取粉率參數(shù)的高低，取決于粉路的長短和出粉方法，對(duì)于單臺(tái)設(shè)備而言， 研磨效果與磨粉機(jī)調(diào)節(jié)參數(shù)和磨粉技術(shù)參數(shù)有關(guān)。皮磨的剝刮率太高會(huì)引起麥皮破碎，導(dǎo)致出粉不佳且影響小麥粉的出粉率。 反之， 剝刮率不足， 將使純凈的物料未經(jīng)充分的研磨而后推混入麩皮。所以保持合適的剝刮率、取粉率是保證整體粉路分布均衡的重點(diǎn)[4]。 不同品種、不同水分的小麥在同樣的磨輥軋距條件下得到的剝刮率、 取粉率是不斷變化的，而且磨輥的磨損也會(huì)導(dǎo)致剝刮率、取粉率變化。目前的長粉路使用的磨粉機(jī)一般都有幾十臺(tái)，如果每臺(tái)都需要人工取粉檢測剝刮率、取粉率，將耗費(fèi)大量的人力物力，效率較低，如果利用在線顆粒度大小檢測儀，實(shí)時(shí)在線檢測物料顆粒度大小，自動(dòng)和目標(biāo)值比較，當(dāng)檢測偏差值過大時(shí)，可以及時(shí)報(bào)警、調(diào)整校正（如圖8），保證品質(zhì)穩(wěn)定性，大幅降低產(chǎn)品不合格率。

圖8 基于激光粒度儀在線檢測下的磨粉機(jī)控制

磨粉機(jī)操作要點(diǎn)：①確定合理的入磨麥流量；②平衡每臺(tái)磨粉機(jī)的物料，并鋪滿喂料輥；③現(xiàn)代制粉工藝注重輕研細(xì)磨、低溫生產(chǎn)，將剝刮率、破損淀粉控制在規(guī)定范圍內(nèi)； ④及時(shí)更換磨輥及維護(hù)好相關(guān)氣動(dòng)原件。

2.5 合理處理高方篩問題

高方篩是小麥加工過程中三大主要設(shè)備之一，小麥粉的質(zhì)量、 出粉率等指標(biāo)很大程度上與高方篩篩理效率直接相關(guān)，最常見的情況是：串倉、篩網(wǎng)破損、篩不透、篩枯，當(dāng)出現(xiàn)這些問題時(shí)如果不能及時(shí)應(yīng)對(duì)和解決，小麥粉的質(zhì)量將得不到保證[5]，導(dǎo)致小麥粉含麩量增加、灰分偏高、粉色偏黃、面筋質(zhì)量差、小麥粉不夠細(xì)膩等問題， 如果在高方篩篩下基礎(chǔ)粉流量秤處使用在線監(jiān)測技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，守住小麥制粉過程中最后關(guān)口，主要把控灰分、粉色、蛋白質(zhì)、淀粉、水分等關(guān)鍵指標(biāo)，避免由于小麥質(zhì)量變化或破篩導(dǎo)致面粉質(zhì)量波動(dòng)，而且，面粉經(jīng)過收集絞龍后將進(jìn)入到半成品倉， 如果面粉質(zhì)量產(chǎn)生波動(dòng)則可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)轉(zhuǎn)倉，避免不同質(zhì)量的粉混在一起，減少后續(xù)配粉試配次數(shù)，特別是針對(duì)小麥品種較多，制粉過程中經(jīng)常要轉(zhuǎn)批的生產(chǎn)線，可及時(shí)轉(zhuǎn)批轉(zhuǎn)倉，避免由于不必要的設(shè)備空轉(zhuǎn)而浪費(fèi)電耗，提高生產(chǎn)效率。

在滿足研發(fā)需求的同時(shí)，盡量提高出粉率，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，如以下案例：

某國內(nèi)項(xiàng)目，小麥粉生產(chǎn)過程中，測得如下數(shù)據(jù)（如圖9）， 未使用在線檢測技術(shù)時(shí)，F(xiàn)1 出粉率為41.4%，使用在線檢測技術(shù)，并及時(shí)調(diào)整，在保證灰分合格范圍內(nèi)F1 出粉率可達(dá)43.8%，F(xiàn)1 出粉率提升2.4%。

圖9 基于在線檢測下的出粉率提高

2.6 發(fā)揮清粉機(jī)核心作用

清粉機(jī)是現(xiàn)代制粉工藝中的三大核心之一，是現(xiàn)代小麥加工生產(chǎn)高等級(jí)小麥粉的關(guān)鍵設(shè)備。 在生產(chǎn)現(xiàn)場操作中，清粉機(jī)是可調(diào)參數(shù)最多的設(shè)備，而每一項(xiàng)的調(diào)整對(duì)生產(chǎn)工藝中流量、 質(zhì)量的平衡都產(chǎn)生影響。 因此，科學(xué)合理配置清粉系統(tǒng)，同時(shí)重視研磨和篩理上的配合。調(diào)控好清粉機(jī)的操作與清粉效果，不僅關(guān)系到各制粉設(shè)備能否發(fā)揮最佳效率， 而且影響到生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定性[6]。 清粉機(jī)的作用就是將經(jīng)過研磨、篩理后的胚乳粗粒及細(xì)麩進(jìn)行分離，以同質(zhì)合并的原則分別送往前路心磨以及相應(yīng)的細(xì)皮磨，從而實(shí)現(xiàn)小麥粉提純及提高出粉率， 提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 清粉過程中需測控關(guān)鍵因素物料顆粒度以及灰分， 在清粉機(jī)的出料口可利用在線顏色和麩星檢測儀或在線顆粒度大小檢測儀， 監(jiān)控物料的顆粒度以及灰分，如出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，可能是進(jìn)機(jī)物料質(zhì)量發(fā)生波動(dòng)、清粉機(jī)篩網(wǎng)堵塞、清粉機(jī)吸風(fēng)分配不好等因素造成，可以針對(duì)性快速排除問題，避免小麥粉質(zhì)量發(fā)生波動(dòng)。

2.7 在線配粉

小麥加工企業(yè)要做精做強(qiáng)，專用粉是大勢所趨，但是由于原料小麥本身品質(zhì)狀況和制粉工藝、 條件的限制， 直接生產(chǎn)出來的小麥粉往往難以達(dá)到制作某種食品的特殊要求。 多數(shù)小麥粉加工廠通過配麥或者配合后處理配粉來實(shí)現(xiàn)專用粉生產(chǎn)， 配粉過程中需要了解每個(gè)粉倉里面粉的特性， 更重要的是要保證每一倉粉的品質(zhì)穩(wěn)定， 所以要求半成品進(jìn)倉前就要做好在線檢測，把控好關(guān)鍵環(huán)節(jié)。后處理配粉過程中的半成品小麥粉質(zhì)量不穩(wěn)定、 配粉秤不精準(zhǔn)及混合機(jī)混合不均勻等都會(huì)導(dǎo)致成品小麥粉質(zhì)量產(chǎn)生波動(dòng)。所以，在后處理配粉工段應(yīng)用紅外線或超聲波在線檢測儀是很關(guān)鍵且必要的， 可以實(shí)時(shí)監(jiān)控配粉后小麥粉的質(zhì)量變化，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，否則打包后直接流入市場將付出更為沉重的代價(jià)。

3 結(jié)語

小麥粉加工工藝是一個(gè)連續(xù)動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)過程，可分為小麥清理與調(diào)質(zhì)、研磨制粉、配粉打包三大工段，只有嚴(yán)格控制好每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)，以每個(gè)環(huán)節(jié)高水平質(zhì)量控制的疊加才能保證最終產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，如無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，不合格產(chǎn)品將流入市場[7]，后果不可估量。對(duì)于小麥粉加工企業(yè)，特別是作為生產(chǎn)專用粉的企業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定要永遠(yuǎn)擺在第一位。

現(xiàn)代食品加工基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化， 面粉企業(yè)也一樣，機(jī)械化的食品加工對(duì)原料的穩(wěn)定性更加苛刻，如有波動(dòng)， 設(shè)備很難自動(dòng)調(diào)整面粉使用過程的各項(xiàng)指標(biāo)，易導(dǎo)致最終產(chǎn)品不合格。 所以，在線檢測技術(shù)能快速分析出物料的各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果， 讓制粉企業(yè)實(shí)時(shí)在線檢測面粉生產(chǎn)過程， 避免人工取樣檢測存在的滯后性，如產(chǎn)生質(zhì)量波動(dòng)后，及時(shí)調(diào)節(jié)設(shè)備，使整個(gè)工藝流程和設(shè)備一直處于最佳狀態(tài)， 更有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的穩(wěn)定。而且，在線檢測技術(shù)可以自動(dòng)記錄檢測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)追溯查詢，同時(shí)可減少人工取樣檢測次數(shù)，縮短檢驗(yàn)時(shí)間，降低檢驗(yàn)人員工作強(qiáng)度的同時(shí)提高生產(chǎn)效率。

隨著科技的不斷更新以及傳統(tǒng)加工業(yè)的不斷升級(jí)，高新技術(shù)得到不斷地拓展應(yīng)用與推廣，小麥粉加工行業(yè)也從傳統(tǒng)的人工小作坊模式、 機(jī)械化（規(guī)?；┘庸ぁ⒆詣?dòng)化集成控制進(jìn)行迭代，現(xiàn)如今已全面邁出智能工廠（黑燈工廠或無人工廠）的建設(shè)步伐；特別是在當(dāng)下市場總體競爭進(jìn)一步加劇以及行業(yè)洗牌加速演變的大形勢下， 可預(yù)見智能化在線監(jiān)測技術(shù)必定會(huì)得到進(jìn)一步的推廣與應(yīng)用。 在線智能檢測技術(shù)的應(yīng)用將為小麥粉加工生產(chǎn)線生產(chǎn)穩(wěn)定的產(chǎn)品提供實(shí)時(shí)全天候的品質(zhì)監(jiān)控， 進(jìn)一步降低綜合運(yùn)營成本、提升企業(yè)的綜合競爭實(shí)力。