方便面蒸煮節能及工藝優化

歐陽健安，曾尚浩，吳 晏

（佛山市豐川節能科技有限公司，廣東佛山 528000）

0 引言

方便面因其便宜、方便、保存時間長等特點，成為流行的快消食品。隨著人們生活水平的不斷提高，方便面除了方便和填飽肚子以外，對其口感和味道也有了更高要求，促使生產廠家對生產設備和生產工藝不斷改良，提高產品質量以適應市場的需求。

1 方便面生產工藝

方便面以面粉為主要原料，通過面團調制、熟化、復合壓延、切條折花成型、蒸煮（淀粉高度糊化、蛋白質變性）、脫水干燥（油炸或熱風）等工序制成。方便面生產工藝流程見圖1。

圖1 方便面生產工藝流程

方便面生產工藝看似簡單，但要生產出一袋優質方便面需要應用很多科學的方法。如蒸煮工藝運用了傳熱學知識，溫度、濕度、時間都需要嚴格把控。方便面生產過程中的蒸煮溫度必須＞98℃，但時間一般≤2 min。在一定的時間、溫度下，通過蒸汽將面條加熱蒸熟，實際上是淀粉糊化的過程。糊化程度好的方便面無論是沖泡或是水煮，面條仍能保持較大的彈性和延伸性。

2 面條蒸煮（糊化）

2.1 蒸煮的目的

蒸煮是方便面生產過程中極為關鍵的一道工序，它影響著沖泡或水煮后面條的口感、復水性、色澤、透明度等。蒸煮的主要目的是使面粉中的淀粉吸收一定量的水分后，經高溫蒸煮促使淀粉α化。α化程度越高，面條的粘彈性越好，復水性好，無論是沖泡還是水煮，面條都能恢復較好的彈性和延伸性。

2.2 蒸煮設備

2.2.1 加壓蒸煮設備

加壓蒸煮設備是一個密閉容器，面條放入后通入蒸汽，蒸汽壓力接近0.2 MPa。由于蒸煮溫度高，有利于淀粉糊化，但不能連續化生產，產量低、勞動強度高，目前幾乎沒有廠家使用。

2.2.2 常壓蒸煮設備

常壓蒸面設備一般稱為蒸箱，有單層和多層（3～5層），主要由網帶、鏈條、蒸汽噴管、排汽管等部分組成。連續輸送帶一般用不銹鋼絲編織的網帶，用不銹鋼鏈條傳動。蒸汽噴管用不銹鋼制造，兩端堵死，管上鉆有許多小孔。蒸面過程網帶在蒸箱內運行，面條在網帶上面隨網帶一起運動，由蒸汽噴管噴出的蒸汽通過網帶對面條加熱使其糊化。多余的蒸汽從蒸箱兩端溢出，通過煙囪排放。

2.3 蒸煮工藝

2.3.1 蒸面溫度

蒸箱內的蒸汽溫度主要由進汽量決定，蒸汽溫度高，即面條內外的傳熱溫差大，蒸汽的熱能更容易傳到面條內部，有利于加快面條的糊化。但蒸箱為常壓設備，對應的飽和蒸汽溫度在100℃左右，因此蒸汽過量對糊化并沒有太大的幫助，反而會造成能源的浪費。

2.3.2 面條水分

在蒸面溫度和時間不變的情況下，生面條的含水量愈高，面條的糊化程度愈高，面條含水量與糊化程度成正比。

2.3.3 蒸面時間

淀粉糊化需要一定時間，縮短蒸煮時間，會降低產品的糊化率，但延長蒸面時間必然降低速度，影響產能，且能源消耗也高，因此需要綜合考慮。

2.3.4 蒸汽濕度

蒸汽濕度對蒸面也有較大的影響，若蒸汽過熱，會奪走生面條表面的水分，使生面條含水量降低而影響面條的糊化，因此蒸面適合使用飽和蒸汽或濕飽和蒸汽。

3 蒸箱節能

3.1 蒸箱能效分析

以某大型方便面生產企業東京420生產線蒸箱設備為例進行用熱分析。該生產線產量為420塊面餅/min，每塊面餅成品87.5 g，面餅含水率為2.5%；面條進入蒸箱前的平均溫度為35℃，含水率33.5%；蒸箱進汽壓力0.025 MPa，蒸汽用量1200 kg/h。

3.1.1 進入蒸箱熱量

已知蒸箱的平均進汽壓力P1=0.025 MPa，對應飽和蒸汽的焓值h1=2685 kJ/kg，流量m1=1200 kg/h。蒸箱為常壓設備，蒸煮過程要求控制內部溫度＞98℃，實際上前、中、后各部測點溫度均達100℃。100℃熱水的焓值h2=419 kJ/kg。假設進入蒸箱的蒸汽全部放熱冷凝成100℃的飽和水，則進入蒸箱蒸汽可釋放的熱量 Q1=m1×（h1-h2）=2 719 200 kJ/h 。

3.1.2 面條吸收熱量

已知每塊面餅成品（油炸后）的重量b=87.5 g，含水率a1=2.5%。進入蒸箱前面條的含水率a2=33.5%，生產線產量n=420塊/min，計算得每小時進入蒸箱的面條總重量B=b（1-a1）/（1-a2）×n×60×103=3232.9 kg。

已知面粉的比熱容c1=1.3 kJ·kg-l·K-1，水的比熱容c2=4.2 kJ·kg-l·K-1，進蒸箱面條從溫度t1=35℃到完全蒸熟后溫度t2=100 ℃需要的熱量 Q2=〔c1（1-a2）+c2a2〕×B×（t2-t1）=477 330 kJ/h。進入蒸箱面條對蒸汽釋放熱量的有效利用率θ=Q2×100%/Q1=17.6%。

3.1.3 煙囪排走熱量

計算結果顯示蒸箱的熱效率很低，生產車間相對密封，設備散熱損失有限，可以推斷進入蒸箱的絕大部分蒸汽從接口處溢出和從煙囪排走。表1、表2為蒸箱前、后煙囪排走蒸汽量測算結果。從測算結果得出，前煙囪排走蒸汽量M1=241 kg/h，后煙囪排走蒸汽量M2=372 kg/h，前、后煙囪排走的蒸汽總量M=M1+M2=613 kg/h，具有很大的熱回收價值。

表1 前煙囪排放情況測算

表2 后煙囪排放情況測算

3.2 節能改造措

3.2.1 生產線冷凝水閃蒸汽回收

方便面生產線除蒸箱用蒸汽外，后序的油炸鍋（或烘爐）也使用蒸汽加熱，只是蒸箱使用的是直噴蒸汽，油炸鍋加熱釜（或烘爐換熱器）使用蒸汽間接加熱。以東京420生產線為例，油炸鍋加熱釜使用0.8 MPa的蒸汽，將油溫提高到160℃左右，消耗的蒸汽量m2=2800 kg/h。加熱釜蒸汽側為冷凝換熱，疏水閥前的冷凝水飽和溫度t3=175℃，對應焓值h3=743 kJ/kg，常壓排放會產生大量蒸汽。

3.2.1.1 閃蒸汽回收節能改造措施

（1）改造流程（圖2）

圖2 閃蒸回收改造

（2） 改 造 說明。蒸箱分汽缸改造前是生蒸汽直接供汽，并維持分汽缸一定的壓力；改造后增加一個閃蒸罐，將生產線油炸鍋加熱釜疏水器排出的高溫冷凝水先排到閃蒸罐進行降壓閃蒸，產生的閃蒸汽通過管道送到蒸箱分汽缸使用，減少蒸箱分汽缸的生蒸汽用量，剩下的低壓冷凝水再回收利用。

3.2.1.2 閃蒸汽回收節省蒸汽量

已知油炸鍋耗汽量m2=2800 kg/h，放熱后析出蒸汽冷凝水焓值h3=743 kJ/kg。蒸箱分汽缸進汽壓力0.025 MPa，管道輸送過程有一定的管阻，閃蒸壓力為0.035 MPa，對應飽和蒸汽冷凝水焓值為h4=455 kJ/kg，汽化潛熱r=2234 kJ/kg，則冷凝水產生的閃蒸汽量m3=（h3-h4）×m2/r=361 kJ/h。即加熱釜冷凝水閃蒸回收改造后可減少生蒸汽用量361 kg/h。

3.2.2 蒸箱尾氣回收

根據測算結果，從蒸箱前、后煙囪排走的蒸汽量為613 kg/h，超過蒸箱總進汽的50%。排走的熱量雖多，但品位不高，且含有大量空氣，不能直接回收利用。如果將從煙囪排走的廢蒸汽先經純化處理，產生潔凈再生蒸汽再經壓縮升壓、升溫后返回蒸箱循環使用，是比較合理的回收利用。

3.2.2.1 蒸箱尾氣回收節能改造措施

（1）改造流程（圖3）

圖3 尾氣回收改造

（2）改造說明。在蒸箱旁邊增加一套WSR（廢熱蒸汽純化增壓裝置），將蒸箱前、后端排放的廢蒸汽從WSR吸氣口引入；廢蒸汽首先進入WSR的純化系統，去除空氣和液滴產生潔凈再生蒸汽，空氣排回煙囪抽走，水滴收集循環利用；純化系統輸出的潔凈再生蒸汽輸出至WSR膨脹壓縮機，利用生蒸汽（＞0.4 MPa）為動力，經過膨脹做功后將潔凈再生蒸汽壓縮升溫；做功降壓后生蒸汽和被壓縮再生蒸汽混合等壓后一起輸送到蒸箱分汽缸。

3.2.2.2 尾氣回收節省蒸汽量

WSR的能效比P=2，已知蒸箱節能改造前用汽量m1=1200 kg/h，加熱釜冷凝水閃蒸回收改造后減少生蒸汽用量m3=361 kg/h，蒸箱尾氣回收節省的蒸汽量 m4=（P-1）×（m1-m3）/P=420 kg/h。

3.3 節能效果

改造前蒸箱消耗生蒸汽1200 kg/h，節能改造后，加熱釜冷凝水閃蒸減少生蒸汽用量361 kg/h，蒸箱尾氣回收節省生蒸汽量420 kg/h，綜合節能65.1%

4 蒸煮工藝優化

根據生產實踐，面條的蒸煮質量主要取決于蒸面溫度、面條水分、蒸面時間和蒸汽濕度。

（1）蒸面溫度取決于蒸箱的進汽量，但蒸箱為常壓設備，飽和蒸汽溫度100℃左右，過大的蒸汽對蒸煮效果沒有太大好處，只是浪費蒸汽，因此蒸汽量能維持蒸箱內部溫度100℃即可。

（2）水的導熱系數遠大于比面粉，蒸面過程中面條的糊化度與面條中的水分成正比，但面條中的水分還會影響到后序的油炸或者烘干，一次也要有合適的范圍。

（3）面條達到一定的糊化度需要一定時間，延長蒸面時間雖然可以提升蒸煮質量，但必然降低速度影響產能，一次也需要平衡考慮。

（4）過熱干蒸汽不利于面條的糊化，因此蒸面需要使用飽和蒸汽，如果是濕飽和蒸汽則更佳。

綜合分析，通過提高蒸面溫度，增加面條含水，延長蒸煮時間提升蒸煮質量都會受到一定限制，可以通過增加蒸汽濕度來優化蒸煮工藝。

4.1 現有加濕辦法

蒸面不能使用過熱蒸汽，盡管外供蒸汽為飽和蒸汽，但蒸箱設備使用的蒸汽壓力比較低，一般≤0.05 MPa，經過節流減壓會變成過熱蒸汽，消除蒸汽的過熱度，增加蒸汽濕度是各面條生產企業一直致力解決的問題，雖有一些措施，但效果不佳或是濕度不可控。

4.1.1 蒸汽提前降壓

生產車間蒸箱采用單獨供汽管道，蒸汽輸送到蒸箱前提前減壓，利用長距離輸送蒸汽散熱冷凝消除蒸汽減壓帶來的過熱度和增加蒸汽濕度。但該方法受天氣和環境溫濕度影響很大，蒸汽濕度不穩定。

4.1.2 增加飽和罐

在蒸汽進入蒸箱前先經過飽和罐，飽和罐是一個水罐，蒸汽管埋在水面之下，使蒸汽從水底冒出與水接觸增加蒸汽濕度。但由于蒸汽與水的接觸面積有限，加濕效果不理想。

4.1.3 往蒸箱分汽缸加水

為讓蒸箱各進汽管進汽均勻，蒸箱進汽一般都由分汽缸來緩沖和分配，一些企業把蒸汽冷凝水加到分汽缸進行增濕，但經常出現蒸汽把大量的水帶入蒸箱，水直接噴到面條上，后面的油炸或烘干無法將水分去除，影響產品質量。

4.2 霧化精控加濕

4.2.1 實施方案（圖4）

圖4 蒸汽加濕改造

（1）在飽和蒸汽輸送到蒸箱分汽缸的管道上加裝3D加濕器，3D加濕器主要由霧化噴頭和縮放加速管組成，水霧與加速蒸汽形成一定的夾角，在加濕器的出口充分混合。

（2）3D加濕器使用熱水霧化，盡量減少吸收蒸汽熱量，熱水管道設置流量計和調節閥，加濕量可以通過PID（Proportion Integration Differentiation，比例積分微分）控制精確調節。

4.2.2 實施效果

（1）糊化度提高。通過蒸汽均勻加濕后，面條的蒸煮效果大大提高，加濕量通過PID控制，連續穩定，產品質量穩定。當面粉等外部因素變化時，可根據口感隨時精確調整加濕量，找到最佳口感對應的加濕參數。

（2）蒸汽用量減少。因為蒸汽加濕后面條的糊化度提高，在滿足產品口感的前提下，適當降低蒸汽進量，同樣能保證優化前的蒸煮質量。

5 結語

通過高溫冷凝水閃蒸汽回收和蒸箱尾氣回收可以大幅降低蒸箱能耗，通過蒸汽加濕可以有效提高蒸煮質量。后面的油炸或烘干工序消耗的蒸汽量更大，而且對產品質量也是至關重要，值得繼續深入研究。