刁斯琴 杜文亮 隋建民 趙衛(wèi)東

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

蕎麥（common buckwheat），屬蓼科屬雙子葉植物，俗稱甜蕎麥［1］。蕎麥的外形呈三棱錐形，蕎麥殼與蕎麥仁之間的間隙小，殼的韌性較大，而仁較脆［2］。由于蕎麥的特殊形態(tài)及結(jié)構(gòu)特性，取仁制米加工時剝殼去皮成為關(guān)鍵的工序。目前常用的蕎麥剝殼方式是將蕎麥放入平行的定砂盤和動砂盤之間，通過搓擦原理將其剝離。剝殼間隙大時，砂盤對蕎麥的揉搓作用小，達不到剝殼目的；剝殼間隙較小時，砂盤對蕎麥的揉搓力較大，易使蕎麥仁破碎，所以剝殼間隙是影響整半仁率的主要因素之一［3－5］。實際生產(chǎn)中蕎麥剝殼機的剝殼間隙沒有規(guī)范合理的調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)，仍然靠工人的經(jīng)驗來操作。這種沒有理論依據(jù)來支撐的人工操作不僅缺少科學(xué)性，而且在很大程度上也影響了蕎麥剝殼的整半仁率和碎仁率。因此通過試驗研究與分析尋找適合不同粒徑蕎麥剝殼時的最佳剝殼間隙，可提高蕎麥加工的整半仁率，降低碎米率和能耗，拓寬蕎麥的利用市場。

1 材料與方法

1.1 蕎麥分級

不同粒徑的蕎麥在剝殼時所要求的剝殼間隙不同，因此在剝殼前要對蕎麥進行分級，使某一粒度范圍的蕎麥在一定的剝殼間隙中剝殼［6］。用不同的沖孔篩分別將蕎麥分成5組：4.0～4.2，4.2～4.4，4.4～4.6，4.6～4.8，4.8～5.0mm。

1.2 試驗裝置的工作原理與剝殼過程

蕎麥剝殼機的工作原理是通過高速旋轉(zhuǎn)的砂盤對蕎麥進行揉搓使蕎麥仁和殼分離，從而達到剝殼的目的。蕎麥剝殼機結(jié)構(gòu)如圖1所示。工作過程中上砂盤靜止，下砂盤做旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)速由電動機相連的變頻器來調(diào)節(jié)，通過改變頻率而調(diào)節(jié)動砂盤的轉(zhuǎn)速；剝殼間隙由螺紋筒2和鎖緊裝置3來調(diào)節(jié)，螺紋筒2每轉(zhuǎn)一圈兩個砂盤間的剝殼間隙升高或下降3mm，鎖緊裝置在剝殼過程中保證剝殼間隙不變，剝完殼的蕎麥從出料口7排出［7，8］。蕎麥籽粒經(jīng)進料口進入定砂盤和動砂盤的剝殼間隙中，動砂盤轉(zhuǎn)動的離心力使蕎麥籽粒沿徑向向外運動，也使籽粒與定砂盤間產(chǎn)生方向相反的摩擦力；同時，砂盤不斷對外殼進行切裂，在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂，并與蕎麥籽仁脫離，達到脫殼的目的［9，10］。

1.3 試驗材料

本試驗所使用的試驗材料是取自呼和浩特市清水河縣的甜蕎麥，不同粒徑的蕎麥千粒重在29.79～36.87g，含水率為10.32%～11.87%，容重在577～644g／L。

1.4 試驗儀器

蕎麥剝殼機：6QB－150型，托克托縣農(nóng)機修造廠；

變頻器：VARISPEED616G5型，北京北科麥思科自動化工程技術(shù)有限公司；

數(shù)字轉(zhuǎn)速表：EMT260A型，北京伊麥特科技有限公司；

電子天平：ACS－30A型，精諾爾電子設(shè)備有限公司；

電熱鼓風(fēng)干燥箱：DL104型，天津市實驗儀器廠；

鋁盒：Φ55×35mm，上海豐行篩網(wǎng)制造有限公司；沖孔篩：天津市津樂機篩制品有限責(zé)任公司。

圖1 蕎麥剝殼機示意圖Figure 1 Buckwheat shucking diagram

2 試驗內(nèi)容

2.1 試驗流程

原料分級→物理參數(shù)測量→轉(zhuǎn)速標(biāo)定→某級蕎麥在不同剝殼間隙下的最佳轉(zhuǎn)速試驗→較優(yōu)轉(zhuǎn)速下不同粒徑的蕎麥剝殼→整理、分析試驗數(shù)據(jù)→找出剝殼間隙對整半仁率的影響規(guī)律

2.2 試驗方法

由整半仁率作為本次試驗的衡量指標(biāo)，碎仁率作為本次試驗的參考衡量指標(biāo)，測定方法參照文獻［11］。

式中：

W1—— 整半仁重量，g；W2—— 碎米重量，g；

A—— 碎米百分率，%；

B——整半仁百分率，%；

W—— 試樣重量，g。

2.3 動砂盤轉(zhuǎn)速的確定

蕎麥剝殼機的剝殼間隙和動砂盤轉(zhuǎn)速是影響蕎麥整半仁率的主要的因素。為了能準(zhǔn)確的研究剝殼間隙對整半仁率的影響規(guī)律，必須先確定其較優(yōu)轉(zhuǎn)速，所以利用變頻器對蕎麥剝殼機的轉(zhuǎn)速進行控制。變頻器的頻率與轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)Table 1 The relationship of the frequency and the rotational speed

選取Φ4.6～4.8mm的蕎麥進行較優(yōu)剝殼轉(zhuǎn)速的試驗。在動砂盤轉(zhuǎn)速641.59r／min時，調(diào)節(jié)不同剝殼間隙（4.5，4.4，4.3，4.2，4.1，4.0，3.9mm），尋找在該 轉(zhuǎn)速下的較優(yōu)剝殼間隙。試驗數(shù)據(jù)見圖2。

圖2 整半仁率和碎仁率隨剝殼間隙變化關(guān)系Figure 2 The relationship between whole half kernel rate and broken kernel rate varies with shucking gap

由圖2可知，Φ4.6～4.8mm粒徑的蕎麥的最佳剝殼間隙是4.0mm，整半仁率為65.41%。視此剝殼間隙為較優(yōu)剝殼間隙。在此剝殼間隙下，調(diào)整不同的剝殼轉(zhuǎn)速，從而確定出在該剝殼間隙下的較優(yōu)剝殼轉(zhuǎn)速。試驗數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 整半仁率和碎仁率隨轉(zhuǎn)速變化關(guān)系Figure 3 The relationship between whole half kernel rate and broken kernel rate varies with rotational speed

由圖3觀察可知，變頻器的頻率為48.5Hz時，即下砂盤轉(zhuǎn)速為1 038.4r／min時整半仁率達到最高值為65.41%，碎仁率為6.32%。此時整半仁率與碎仁率的差值為最大。因此在后續(xù)的試驗中，將動砂盤的轉(zhuǎn)速確定為1 038.4r／min的條件下進行。

2.4 剝殼間隙的變化對整半仁率的影響

利用上述最佳工作轉(zhuǎn)速對該組蕎麥進行剝殼，調(diào)節(jié)不同的剝殼間隙，從而確定出適合該組蕎麥的最佳剝殼間隙。為避免蕎麥剝殼時在剝殼機內(nèi)滯留對后一次試驗造成累計誤差，因此每組試驗量取500g蕎麥進行試驗，剝殼時間為2min，并且每次試驗開始做之前要讓機器空轉(zhuǎn)20s。

研究剝殼間隙對整半仁率的影響，同時對確定工作轉(zhuǎn)速參數(shù)進行逆向驗證，因此選用Φ4.6～4.8mm粒徑的蕎麥在轉(zhuǎn)速為1 038.4r／min進行分組試驗。試驗數(shù)據(jù)見圖4。

圖4 整半仁率和碎仁率隨剝殼間隙變化關(guān)系Figure 4 The relationship between whole half kernel rate and broken kernel with the shucking gap rate of change

由圖4可知，一定粒徑的蕎麥在轉(zhuǎn)速已定的條件下，隨著剝殼間隙的變小，整半仁率與剝殼間隙不是線性關(guān)系，到某一值有下降的趨勢，而碎仁率隨著剝殼間隙的變小則不斷上升，故對一定粒徑的蕎麥有著適合剝殼的較優(yōu)剝殼間隙。

為了能得到不同粒徑蕎麥剝殼時的最佳剝殼間隙，對其進行如上所述的試驗操作。得到試驗數(shù)據(jù)見表2。不同粒徑蕎麥與較優(yōu)剝殼間隙之間的曲線關(guān)系圖見圖5。

表2 蕎麥粒徑與較優(yōu)剝殼間隙的關(guān)系Table 2 The relationship between optimum shucking gap and Particle size of buckwheat ／mm

圖5 最佳剝殼間隙隨不同粒徑蕎麥的變化Figure 5 Optimum gap changes with different particle size buckwheat

由圖5可知，不同粒徑的蕎麥的最佳剝殼間隙是不一樣的，隨著粒徑的變大最佳剝殼間隙平滑上升。

3 剝殼間隙對整半仁率影響的討論

（1）對粒徑Φ4.6～4.8mm蕎麥在較優(yōu)剝殼轉(zhuǎn)速為1 038.4r／min的情況下，隨著剝殼間隙的變小，在剝殼間隙4.5～4.1mm區(qū)間段內(nèi)整半仁率明顯上升，碎仁率則平緩上升，在剝殼間隙4.1～3.9mm區(qū)間段內(nèi)整半仁率逐漸上升直到達到峰值然后逐漸下降，碎仁率有明顯的上升。這表明在同一粒徑的蕎麥其轉(zhuǎn)速確定的條件下，隨著剝殼間隙的變小，整半仁率逐漸上升，直至達到峰值再下降，而碎仁率則表現(xiàn)為逐漸上升的趨勢。

（2）對不同粒徑蕎麥在同一個剝殼轉(zhuǎn)速下調(diào)整剝殼間隙，尋找其較優(yōu)剝殼間隙的試驗數(shù)據(jù)表明：Φ4.0～4.2mm、Φ4.2～4.4mm、Φ4.4～4.6mm 3組蕎麥的粒徑與較優(yōu)剝殼間隙差值逐漸增大；Φ4.4～4.6mm、Φ4.6～4.8mm、Φ4.8～5.0mm 3組蕎麥的粒徑與較優(yōu)剝殼間隙差值呈平緩趨勢。

4 結(jié)論

選用Φ4.0～5.0mm粒徑的五級蕎麥為試驗材料，在砂盤式蕎麥剝殼機上進行剝殼試驗。以蕎麥剝殼后整半仁率的大小為判別指標(biāo)，對試驗數(shù)據(jù)進行分析，得出以下結(jié)論：

（1）在給定蕎麥粒徑和砂盤剝殼間隙的條件下，剝殼轉(zhuǎn)速對整半仁率有顯著影響，其最佳剝殼轉(zhuǎn)速為1 038.4r／min。在最佳剝殼轉(zhuǎn)速條件下，不同粒徑蕎麥的較優(yōu)剝殼間隙是不同的；隨著粒徑的增加，最佳剝殼間隙也增大。

（2）同一粒徑蕎麥在最佳剝殼轉(zhuǎn)速下剝殼時，隨著剝殼間隙的減小，整半仁率呈先升后降趨勢，碎仁率呈逐漸上升趨勢。即存在著較優(yōu)剝殼間隙。

（3）隨著蕎麥粒徑的增加，較優(yōu)剝殼間隙呈增大趨勢，但與粒徑的差值趨于平緩。

通過本試驗研究，解決了蕎麥剝殼機的剝殼間隙靠工人經(jīng)驗來操作的問題，使蕎麥剝殼加工更加規(guī)范與合理。但試驗過程中未考慮含水率變化對整半仁率的影響，希望在以后的研究中加以考慮。

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4 劉平，肖詩明，鞏發(fā)永，等.新型碾搓式葵花籽脫殼機［J］.食品與機械，2010，26（3）：100～101，116.

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9 杜文華.帶殼物料脫殼技術(shù)研究初探［J］.太原師范學(xué)院學(xué)報，2003，3（2）：58～60.

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11 中華人民共和國商業(yè)部.GB 1354——86中國農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編糧油作物卷［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.