馬鈴薯全粉的制備工藝及其控制系統設計

趙然 楊陽 董育麟 馬曉君

摘要針對馬鈴薯全粉生產過程中工藝復雜繁瑣且物料損失率高的現狀，分析了現有馬鈴薯全粉加工設備現狀，對現有加工設備進行優化，采用可編程邏輯控制器（PLC）對馬鈴薯全粉制備過程進行有效控制，保持馬鈴薯細胞的完整性，提高馬鈴薯全粉加工的質量和自動化程度。仿真實驗結果表明，設計的馬鈴薯全粉加工控制系統能夠簡化加工工藝，實現馬鈴薯全粉的精準加工與物料控制，為馬鈴薯全粉制備智能化、自動化生產奠定基礎，具有較高的實用價值和應用前景。

關鍵詞馬鈴薯全粉；工藝流程；可編程邏輯控制器；智能化；自動化

中圖分類號TS210.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）17-0059-03

AbstractAiming at the status of complex and tedious process， high material loss rate in production process of potato powder， the existing processing equipments were analyzed and optimized. PLC was used to control potato powder process， in order to maintain the integrity of potato cells， improve the quality and automation degree of potato power processing. The simulation test results showed that the design of the potato powder processing control system， can reduce the processing technology， realize precision processing and material control for potato powder preparation， lay the foundation for intelligent， automatic production， has high practical value and application prospect.

Key wordsPotato powder；Technological process；PLC；Intelligence；Automation

基金項目黑龍江省大學生創新創業訓練計劃項目（1022220168733）。

作者簡介趙然（1996—），男，黑龍江雙鴨山人，本科生，專業：農業電氣化。*通訊作者，工程師，博士，從事現代制造系統設計及自動化研究。

收稿日期2017-04-07

我國馬鈴薯的種植面積和產量居世界首位。多年來，我國馬鈴薯主要用于淀粉生產加工，馬鈴薯生產加工的領域較小，產品附加值較低，歐美等發達國家馬鈴薯的加工領域較廣，生產設備先進，馬鈴薯全粉加工為馬鈴薯產業帶來了巨額利潤。近年來，國內馬鈴薯生產設備技術得到快速發展，但在生產過程中物料損失嚴重，質量也得不到保證。由于具有豐富的馬鈴薯資源，馬鈴薯全粉制備設備的開發與利用在國內具有廣闊的發展前景，必將推動我國馬鈴薯深加工產業快速發展。

1馬鈴薯全加工的現狀與發展前景

由于馬鈴薯全粉是食品工業的中間原料，具有優良的性能，使得馬鈴薯全粉加工成為馬鈴薯加工行業的主流。馬鈴薯全粉是由馬鈴薯經清洗去皮→切片→蒸煮→制泥→干燥→粉碎→篩分等工藝流程后得到干燥狀態的粉碎狀或片狀產品，由于加工過程保持了馬鈴薯細胞的完整性，因此原馬鈴薯固有的營養和風味得以保持，且易于儲存。馬鈴薯全粉作為馬鈴薯加工的主導產品，在國內外馬鈴薯加工行業得到了迅猛發展[1-3]。

隨著馬鈴薯全粉加工設備的快速發展，在美國、德國、荷蘭以及法國等國家，馬鈴薯全粉的種類有上千種，加工方式日臻完善，實現了馬鈴薯的精細加工，馬鈴薯深加工比例逐年提高。目前，歐美國家深加工的比例高達總產量的40%，而國內馬鈴薯深加工的比例約為總產量的5%，可見國內馬鈴薯深加工還有廣闊的空間[4]。

1989年，我國創建首家馬鈴薯全粉加工企業，雪花牌馬鈴薯全粉誕生，同時，馬鈴薯全粉的加工生產開啟了我國對馬鈴薯全粉加工技術的深入研究，在國內馬鈴薯全粉加工具有里程碑意義，形成了一系列具有自主知識產權的馬鈴薯全粉加工技術與成套設備。2002 年，成功研發了馬鈴薯顆粒全粉回填加工工藝及成套設備。2008 年，我國馬鈴薯全粉生產線26 條，其中進口生產線11 條，國產生產線15 條。裝機生產能力達10 萬t/a，其國產生產線產能占50%以上[5-7]。2008 年，馬鈴薯雪花全粉產量達2萬t。

通過測繪、仿制、技術移植，使馬鈴薯全粉加工技術得到了快速的發展，但關鍵技術來源于國外。在馬鈴薯全粉的生產加工中，如何保持馬鈴薯細胞完整性、優化加工工藝以及馬鈴薯全粉加工的自動化程度是亟待解決的問題。

我國馬鈴薯加工企業起步較晚，馬鈴薯的綜合利用率和增值率較低，應用領域有待拓展，市場產業鏈短，自動化水平低。雖然我國馬鈴薯加工企業有4 500多家，但是規模化的加工業企業不足100家，大多數企業規模小、設備陳舊老化、技術落后，閑置產能高達60%，且管理方式和經營理念不符合現代經濟發展模式，直接影響馬鈴薯加工企業發展[4，8]。

目前，高品質馬鈴薯全粉市場售價約1萬元/t，紫薯全粉的價格超過3萬元/t。馬鈴薯的價格800～1 200元/t[9-10]，可見，馬鈴薯經過深加工的全粉效益相當可觀，通過馬鈴薯的全粉加工不僅拓寬了馬鈴薯的應用領域，同時創造了更多的市場價值。今后，擁有自動化、集成化、規模化的馬鈴薯全粉生產加工企業必將成為馬鈴薯生產加工企業的主流。

2馬鈴薯全粉加工工藝流程

馬鈴薯全粉加工的工藝流程：清洗去皮→切片→蒸煮→制泥→干燥→粉碎→篩分。

2.1去皮

馬鈴薯的去皮方法有3種：堿液去皮、蒸氣去皮與磨擦去皮。磨擦去皮方法被廣泛采用，擦皮機具有設備經久耐用、成本低、便于操作、對均勻皮質的馬鈴薯去皮效率較高等優點，但由于馬鈴薯的芽點，對于非均勻皮質的馬鈴薯去皮率較低。

2.2切片

切片工藝采用切片機，切片后的馬鈴薯提高了蒸煮效率。切片機切片均勻，厚度可控，經濟的切片厚度為8～10 mm。

2.3蒸煮

馬鈴薯切片后，需進行蒸煮，蒸煮工藝常采用螺旋蒸煮機、隧道式蒸煮機或螺旋蒸煮機等蒸煮設備。該設計采用螺旋蒸煮機，并對蒸煮機進行優化，使其蒸煮糊化充分。

2.4打漿成泥

打漿成泥是馬鈴薯全粉制備的主要工藝，采用打漿成泥機能夠保證細胞的完整性，降低游離淀粉率。

2.5干燥

干燥工藝采用食品烘箱或干燥箱，控制水分在6%～8%，進出口溫度分別約為140與60 ℃。

2.6粉碎篩分

粉碎篩分工藝采用振篩，通過篩板的振動破碎并篩分，粉碎篩分工藝可以有效降低游離的淀粉率。

3去皮、切片工藝加工設備的優化仿真

3.1清洗去皮

馬鈴薯清洗去皮工藝設備仿真圖如圖1所示。該仿真裝置的外形類似桶狀，底部有可開關的出料口，滾筒內壁利用金剛砂與帶凸起的不銹鋼片結合，快速旋轉的底盤，使其摩擦力更大，有起停按鈕，可自行控制該裝置啟動或停止，去皮率可達90%。

3.2切片

馬鈴薯切片工藝設備仿真圖如圖2所示。該仿真裝置，內置2個距離很近且相互咬合的圓形鋸齒刀片，當洗凈去皮后的馬鈴薯從上進口通過自由落體方式落入該機器內時，2個相互咬合且高速旋轉的圓形刀片可將馬鈴薯切成片狀，方便下一步處理。切片裝置外有起停按鈕，可隨時將該裝置啟動或停止。

4.2控制系統中PLC的功能

進行變量的初始化，對中斷協議以及通訊口協議、地址進行設置；

通過相應的通訊手段實現人機交互的通信功能；

實現實際數字量和輸出模擬量之間關系的轉化；

實時控制工藝自動控制系統的相關動作。

4.3控制模式

在馬鈴薯全粉控制系統的自動模式下，對于清洗去皮、切片、蒸煮、制泥、干燥、粉碎、篩分相關的環節及控制各個生產環節的對應電動閥、變頻器的機組等設備要選擇自動調節模式，控制閥門的速度和敏感程度以及工況條件下的輸出頻率特征；同時采用PLC實現對各傳感器收集信息的分析處理工作，并且按照預先制訂的控制方案進行自動模式的控制。在對馬鈴薯全粉進行手動模式的控制下，相關操作人員能夠通過對觸摸屏以及按鍵操作臺的動作來實現后續工序的參數設定，并且還能對設備與系統進行調試和維護操作[11]。

4.4PLC控制系統設計

PLC在對軟件的設計過程中，主要包括了數據處理程序、手動/自動運行程序、模擬量輸入/輸出程序以及對應故障處理程序等。PLC通過制訂的數據處理程序以及相關的模擬量輸入程序對馬鈴薯全粉加工過程中溫度、速度、濕度進行讀取工作，并對已經讀取的相關數據處理分析，對每組中的數據進行平均值的求取，并確定為實際值。PLC程序設計圖如圖4所示。

5結語

該研究通過對馬鈴薯全粉制備的清洗去皮、切片的加工工藝設備仿真優化，為馬鈴薯全粉加工的自動化、智能化奠定基礎。利用PLC和觸摸屏實現人機交互，可提高生產的利用率，實現馬鈴薯全粉的精準加工與物料控制，具有較高的實用價值和應用前景。

參考文獻

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