多倍體稻谷加工設備結構優化設計與試驗

王 銳，李建紅，肖崇業，王 成，謝敬波，龐雄斌，舒虹杰，彭紫恒

（1.武漢市農業科學院，武漢 430065；2.武漢多倍體生物科技有限公司，武漢 430345；3.武漢中機星糧食機械股份有限公司，武漢 430079）

中國稻谷年加工量約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的一個重要組成部分，優質高效的加工設備是稻谷質量與品質的重要保障。研究表明，多倍體水稻莖稈粗壯，葉片果實種子都比較大，稻米中糖類和蛋白質含量較高，但子粒強度較低，如采用常規礱谷機和碾米機設備進行加工，則加工后多倍體稻谷整米率低、碎米率高，高于現有早秈稻的碎米率，降低了多倍體水稻種植的經濟效益，阻礙了多倍體水稻產業鏈的快速形成，對多倍體水稻的大面積推廣極為不利。因此，如何在現有設備上進行結構優化，或是專門針對多倍體水稻稻谷加工設備進行優化設計開發是目前亟待解決的問題。

1 多倍體稻谷的物理幾何特性研究

選用多倍體稻谷（T7）和早秈稻進行對比，測量其基本物理特性，測量結果如表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，而其長寬比和長厚比分別比早秈稻小23.5%和4.3%，說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 多倍體稻谷礱谷機優化設計

2.1 礱谷設備選型

礱谷基本原理為依托物理方式，使稻谷谷殼與子粒分開。根據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。中國主要采用的脫殼設備是雙輥脫殼機，其主要工作部件是一對平行的彈性滾子，以相同的速度反向旋轉。當谷物進入雙滾筒工作區時，谷物兩側都會受到滾筒的擠壓力和摩擦力的作用而脫殼。雙輥脫殼機以其產量高、脫殼率高、粗糙度低等優點而得到廣泛應用。根據輥間壓力調節機構的不同，對輥式破碎機可分為重力式、液壓式、氣動式緊輥。本研究選用LT36型氣動礱谷機進行試驗。

2.2 礱谷試驗及設備結構優化

使用LT36型氣動礱谷機，對1 000 g多倍體稻谷和早秈稻進行對比加工，其特性如表2所示。在保證脫殼率達到100%的前提下進行試驗，多倍體礱谷時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度。

表2 礱谷試驗數據（膠輥軋距相同）

采用LT36型氣動礱谷機，通過調整緊輥壓力，膠輥采用白膠輥等方法進行結構優化和參數優化。在多次試驗中，T7樣品糙碎率可以達到3.51%，相比糙碎率30.39%，已經大為改善，但相對應的脫殼率也從100.0%下降到92.5%（表3）。

表3 礱谷試驗數據（進行優化試驗糙碎最小時）

基于多倍體稻谷加工的礱谷試驗，提升了多倍體稻谷的礱谷加工工藝性能，對礱谷機結構采取改進優化措施：①對礱谷機的膠輥采用簡支支撐，提高膠輥在運行期間的平穩性；②膠輥采用壓鉈式緊輥，輥間壓力可調；③組配3組傳動帶輪，膠輥材質采用丁腈橡膠（邵氏硬度為90A）。

3 多倍體稻谷碾米機優化設計

3.1 碾米設備選型

碾米的基本原理是利用物理方法，通過砂輥的旋轉，糙米沿著砂輥表面螺旋運動，受到很大的擠壓壓力和摩擦力，以一定的線速度旋轉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“切”和“磨”使其最終張開，通過砂輥上的螺旋槽，將米粒推到出口，從出料口流出。碾米機一般有橫式碾米機和立式碾米機兩大類。基于多倍體稻谷的幾何特性，選用橫式碾米機、型號為CFN1818B低溫升碾米機組進行試驗（4機碾白）。

3.2 碾米設備參數優化

為研究多倍體稻谷的碾米工藝特性，對1 500 g多倍體稻谷和類似的早秈稻進行了對比加工，試驗結果見表4。結果表明，在30、60、90 s的加工時間下，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%。多倍體稻谷子粒強度較低，碾白加工碎米率較高。

表4 碾白試驗結果

基于多倍體稻谷碾米加工試驗，提升了多倍體稻谷的碾米加工工藝性能對碾米機采取改進優化措施：①碾米機采用樹脂砂輥；②合理配備砂輥力度，由粗到細，碾米機砂輥粒度第一道為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”可調結構；④碾米機存氣可調的米刀采用高硬度合金鋼。

4 多倍體稻谷試驗結果與分析

4.1 多倍體稻谷試驗方法

對礱谷機及碾米機的結構進行優化設計后，為考察多倍體稻谷加工成精米的特性，對多倍體稻谷采用了1礱4碾的加工試驗，此次加工的成品米精度均為特級。

4.2 多倍體稻谷試驗結果

多倍體稻谷四道碾米的結果如表5所示。從感觀上，多倍體稻谷樣品子粒大、膠質較高，到第四道碾白精度未達到特級米精度。為保證精度，在第四道碾白加壓過重，造成第四道增碎嚴重，總增碎率均值達29.78%，再加糙碎率3.51%，多倍體稻谷加工總體含碎率均值達到33.29%，遠高于一般水稻的含碎率。

表5 多倍體稻谷碾白試驗結果

5 小結

針對多倍體稻谷子粒重量和體積大、結構強度較低的特性，采用類似早秈稻進行礱谷和碾米對比試驗，研究多倍體稻谷加工工藝，對現有礱谷機與碾米機進行結構改進優化，調整相應參數降低碎米率，但相比一般水稻的含碎率仍有不小的差距，需要進一步進行結構和工藝優化，或對多倍體水稻稻谷加工設備進行更加深入的研究。推測若通過進一步的大規模生產測試，并對碾米機參數進行修正，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，自動優化各道的碾減率，多倍體稻谷加工到全整米一級精度大米的成品總碎或能低于22%。