青麥仁脫殼技術及裝備研發綜述*

張康逸，溫青玉，張小梅，張力爭，王康君

(1.河南省農業科學院農副產品加工研究中心，河南省全谷物小麥制品加工國際聯合實驗室，河南省全谷物鮮食加工工程技術研究中心，河南 鄭州 450002；2.鄭州工程技術學院，河南 鄭州 450044； 3.洛寧云鶴食品有限公司，河南 洛寧 471700；4.江蘇徐淮地區連云港農業科學研究所，江蘇 連云港 222000)

0 引 言

隨著青麥仁的營養價值逐漸被人們熟知[3]，市場對青麥仁的需求日益增大，越來越多的新型農業經營主體意識到青麥仁產品能帶來較大的經濟效益，但由于青麥仁脫殼一直是產品加工中的難題，影響了青麥仁的產業化發展。傳統的青麥仁脫殼是人工借助粗糙表面碾搓作用進行脫殼，脫殼150～250 kg 人/天，且青麥仁破損率高。人工完成脫殼難于滿足生產發展的要求。青麥仁機械化脫殼常采用其他作物通用加工設備如礱谷機、碾米機等進行脫殼，通過調整轉速等方法進行脫殼，最終青麥仁的脫殼率不到80%，破損率達10%以上，難以滿足脫殼質量要求。脫殼效率與破損率較低是青麥仁脫殼待解決的關鍵問題，若這些問題得到解決，不僅推動我國青麥仁產業的發展，而且為其它鮮食谷物脫殼裝備設計提供一定的理論參考有重要意義。

1 青麥仁脫殼的研究現狀

1.1 青麥仁脫殼特性的相關研究

長期以來，受農業發展的重心及科研資金投入的限制，青麥仁脫殼技術、工藝和裝備等方面的研究發展速度較緩慢。對于一臺青麥仁脫殼機來說，相同青麥仁物料的脫殼率是相對基本穩定的，如果改變物料的某些特定指標，就會影響到物料的脫殼率，因此，如何利用有利因素避免不利因素的影響對發揮青麥仁脫殼機性能十分重要，本團隊選擇了對青麥仁脫殼率影響較大的青麥仁品種和收割時間2個因素進行試驗分析。

1.1.1 青麥仁品種對脫殼率影響

不同品種小麥其含水量、濕面筋含量、種子大小、千粒重等各不相同，導致其帶殼青麥仁脫殼率也具有一定的差異。此次試驗所用的小麥品種共選擇周麥22、周黑麥1號、許科316、鄭麥7698等4種小麥進行脫殼分析，所選擇的小麥為乳熟期采收，要求青麥仁外形飽滿、色澤碧綠、質地晶瑩剔透。如表1所列。結果顯示，周麥22、周黑麥1號、許科316、鄭麥7698四種小麥脫殼率相差不大，其中周麥22相比其他品種脫殼效果較好，估計是周麥22的含水量較其他品種較少的緣故。所以選擇周麥22為原料來生產青麥仁，可提高脫殼率。

表1 不同小麥品種對脫殼率的影響

1.1.2 收割時間對脫殼率影響

小麥籽粒的成熟期主要分為三個階段，即乳熟、蠟熟和完熟(也稱黃熟)階段。這三個時期小麥含水量不同，其成熟度也不同。針對不同的生育期用專用青麥仁脫殼機對脫殼率進行試驗，如表2所示。從試驗數據可知，脫殼率最好時期為黃熟期，此時小麥含水量較低，小麥籽粒產量最高和品質最優，籽粒與麥殼易于分離。但此時期的小麥粒對于青麥仁產品的制作存在很大的影響，因為產品是鮮食青麥仁，要使麥仁具有碧綠的顏色和良好的口感，而黃熟期的小麥顆粒只適合制作面粉，所以不能在此時期進行收割。小麥在蠟熟期的收獲產量較在黃熟期小麥的收獲產量高，平均增產在25%左右，其中含有的淀粉、蛋白的含量也相應增加5%左右。相反，若過早對其進行收獲，籽粒則不能充分吸收莖葉中輸送的可溶性物質，造成籽粒因灌溉不夠充分而減產。蠟熟初期小麥雖柔軟有彈性，但此時期籽粒的背部呈現黃白色、腹溝處呈現黃綠色，內含物質呈凝蠟狀狀態，此時籽粒脆弱，且容易掐斷，可做碾轉等相關青麥仁產品。乳熟期的小麥籽粒雖然脫殼率較其他生長期略低，但其中的大多內含物質都是在這個時期內逐漸積累的。乳熟末期：籽粒背部和腹溝均呈綠色，水分保持在55%～70%之間，籽粒內部可擠出乳狀液，籽粒內含漿，口感較好。青麥仁色澤鮮亮，味道清甜可口，適合菜肴等青麥仁產品的加工。所以，選擇此時期麥仁進行收割脫殼，鮮食青麥仁產品的色澤、口感及營養成分較佳。綜上所述，原料選擇了周麥22，青麥仁最佳收割時間為乳熟后期蠟熟期初期，此時期籽粒呈綠色，營養豐富，口感較好。

表2 不同生育期對脫殼率的影響 /%

1.2 青麥仁脫殼裝備的研發現狀

青麥仁脫殼專用裝備較少，主要是河南省農業科學院農副產品加工研究中心研發的設備。青麥仁經過除雜后，需要對其進行脫殼處理，現有脫殼裝置的原理大多采用的是大力對麥仁進行碰撞，使得青麥仁與青麥殼相互分離。但青麥仁作為鮮食可即時谷物，這種大力碰撞的脫殼方式會造成其大量破碎，進而導致收獲的青麥仁質量下降。2015年，本團隊研制了2種物理脫殼方式的青麥仁脫殼機[4，5]：一種是通過滾筒與凹板的間隙揉搓進行脫殼(見圖1)，另一種是通過離心力甩動與脫殼筒的內壁摩擦脫殼(見圖2)。目前已在河南金杰機械制造有限公司、衛輝市金大地良種科研機械設備廠進行生產，每小時脫殼量有150 kg、250 kg、500 kg、1 000 kg、1 500 kg等產能，脫殼率98%以上，破損率低于2%。洛寧云鶴食品有限公司、淮陽縣金農實業有限公司已投產使用。

如圖1所示，脫殼機工作時，將帶殼青麥仁從進料斗倒入筒狀篩中，物料在通過波紋板的摩擦板時，受到摩擦板和毛刷的擠壓摩擦，麥仁與麥殼逐漸分離，隨后，麥仁和麥殼通過上料管道打入旋風分離器內，麥殼從抽風機的排風口排出，麥仁則從分離器的排料口排出。設備結構簡單，設計合理，能夠高效地對青麥仁進行脫殼并且能夠降低青麥仁的破損率。

如圖2所示，離心脫殼機在工作時，帶殼青麥仁通過上料筒進入喂料口，物料穿梭于多個轉盤之間，通過脫殼筒產生的離心力甩動與其內壁的磨砂層進行摩擦脫殼。該設備脫殼率高，破碎率低。

圖1 青麥仁脫殼機的結構示意圖1.進料斗 2.轉輪 3.毛刷 4.調節桿 5.摩擦板 6.濾網 7.上料機構的進料口 8.電動機 9.抽風機的進風口 10.抽風機 11.抽風機的出風口 12.旋風分離器的出料口 13.旋風分離器

圖2 青麥仁離心脫殼機的結構示意圖1. 底座 2. 上料筒 3. 第一電動機 4. 上料筒的進料口 5. 上料筒的出料口 6. 第二電動機 7. 脫殼筒 8. 轉軸 9. 轉盤 10. 脫殼筒的進料口 11. 脫殼筒的出料口

2 青麥仁脫殼技術發展對策

2.1 政府加大資金扶持力度

政府部門應集中資金加大對青麥仁收割、脫殼、加工方面的設備研制，形成規模化產品加工。與此同時，還應加強青麥仁育種和形成產業鏈式發展，獲得更大的經濟效益。農機購買補貼是中央的一項重要農業政策。2004～2019年，中央財政共投資超過2200億元，支持超過3500萬農戶購買農業機具達4500多萬臺(套)，促進了我國在農機化水平的快速發展，同時也成為推動農機化行業發展的重要政策核心。政府部門應在促進農業綠色發展中將青麥仁脫殼機納入農機購置補貼范圍。

2.2 培養專業人才

物料的摩擦特性研究是研發脫殼機械在進行參數選擇時的重要依據，對于物料的摩擦特性，國內外學者都對其進行了一定程度的研究。楊玲等[6]針對包衣稻種的物理特性進行了試驗性探究；程緒鐸等[7]對小麥、稻谷及玉米的內摩擦角進行了相應的測定，并對其進行對比研究。Boac等[8]針對離散元在玉米、小麥等糧食作物中的應用進行了總結，并利用離散元法對籽粒受力情況與運動形式進行了模擬。但是青麥仁方面摩擦性、生產、加工機械和商品的配套設備研究極少，加強培養青麥仁專業技術人才，引導各行業、各領域之間進行交流合作，促進青麥仁經濟的發展。

2.3 完善成果技術推廣應用體系

在各級政府的指導下，科研院所、高校與新型經營主體開展產學研結合，完善科技成果推廣應用渠道，培育發展壯大各地的龍頭企業，吸引各類企業、資本和技術，參與青麥仁產品的深度開發應用，推進青麥仁加工業的整合，統一執行品牌戰略，更新完善以企農利益為建設核心的社會化政治服務體系，解決青麥仁企業的后續發展問題。

3 青麥仁脫殼技術發展趨勢

青麥仁脫殼技術是青麥仁產業化中必不可少的環節。一方面因青麥仁生長環境的不同，其生物、物理、化學等特性也有所差異，需加強全面深入研究。另一方面青麥仁脫殼設備的制作要逐漸向高效率、高脫凈率、高品質、低破損率等方向發展，利用計算機系統，對現有的脫殼設備不斷進行更新優化，同時實現對脫殼機制的準確實時監控，并與后續的加工設備做到相契合。未來，對帶殼青麥仁的破損狀態一般從三個方面進行分析，即宏觀角度分類、微觀結構觀察及籽粒在破損前后的運動狀態[9]和受力情況的研究，結合不同的青麥仁脫殼脫粒機理如壓力差式脫殼、激光式脫殼、微波爆殼式脫殼，設計出新型的青麥仁脫殼的設備，在保證籽粒不發生破損的情況下，適當加大機械破殼力是研究和發展的必然方向。