淺談超微粉碎系統(tǒng)及其在糯米粉加工中的應(yīng)用

李建飛，張 勤，陳 強(qiáng)，凌文明，董維煬

佐竹機(jī)械(蘇州)有限公司 (蘇州 215129)

糯米粉是由糯米加工制得，在國(guó)內(nèi)除了用于作為湯圓、元宵、麻糬等傳統(tǒng)食品的主料，以及冷飲食品的增稠劑外；近些年來(lái)還被作為環(huán)保塑料[1]、環(huán)保建材[2]、環(huán)保粘合劑[3, 4]等環(huán)保材料，以及化工藥劑[5]的輔料，應(yīng)用范圍廣闊。超微粉碎技術(shù)是指采用特殊的粉碎設(shè)備，通過(guò)碾磨、剪切、沖擊等物理方式，可將顆粒原料粉碎至10～25 μm以下的微細(xì)粉體，進(jìn)而可將物料呈現(xiàn)出特殊功能的過(guò)程[6]。作為谷物研磨粉碎的新技術(shù)，超微粉碎技術(shù)具有改善谷物加工特性、減小粒度并改善制品口感、提高機(jī)體對(duì)谷物中營(yíng)養(yǎng)成分的吸收、降低加工生產(chǎn)中的污染等諸多優(yōu)點(diǎn)[7]。在糯米粉的工業(yè)化加工方面，國(guó)內(nèi)普遍采用傳統(tǒng)的金剛砂磨進(jìn)行優(yōu)質(zhì)水磨糯米粉的加工，超微粉碎設(shè)備尚未得到有效推廣。而在日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家，為滿足市場(chǎng)對(duì)于更高品質(zhì)大米粉的需求，用于大米粉加工的超微粉碎設(shè)備已得到較為廣泛的應(yīng)用。本文主要對(duì)開發(fā)的氣流式超微粉碎系統(tǒng)及其加工糯米粉的效果進(jìn)行了闡述與分析，旨在為超微粉碎設(shè)備在中國(guó)國(guó)內(nèi)糯米粉工業(yè)化加工上的推廣與實(shí)際應(yīng)用提供一定參考。

1 超微粉碎系統(tǒng)

1.1 設(shè)備組成與功能

所研發(fā)的超微粉碎系統(tǒng)主要由過(guò)濾器、熱交換器、超微粉碎內(nèi)分級(jí)磨、旋風(fēng)集料器、卸料閥、高壓引風(fēng)機(jī)，以及電控柜等構(gòu)成。該系統(tǒng)主要用于粉碎莫氏硬度低于3.5級(jí)的谷物顆粒；其制成成品的粉體粒度在8～150 μm范圍內(nèi)，同時(shí)也可滿足粉碎連同干燥的生產(chǎn)要求。

1.2 設(shè)備工作原理

浸泡后的原料大米通過(guò)螺旋喂料裝置進(jìn)入分級(jí)磨內(nèi)進(jìn)行快速粉碎；且在熱換器和渦輪分級(jí)機(jī)的共同作用下，經(jīng)粉碎的大米粉由熱風(fēng)得到瞬時(shí)干燥，并強(qiáng)制分級(jí)。最終成品經(jīng)由旋風(fēng)集料器收集；廢氣則通過(guò)脈沖除塵系統(tǒng)進(jìn)行處理。設(shè)備工作原理圖見圖1。

圖1 設(shè)備工作原理圖

1.3 設(shè)備基本技術(shù)參數(shù)

為滿足不同廠家對(duì)于加工產(chǎn)量的不同要求，開發(fā)了4種規(guī)格的超微粉碎機(jī)，最高出機(jī)產(chǎn)量可達(dá)到2 000 kg/h。設(shè)備基本技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 超微粉碎設(shè)備基本技術(shù)參數(shù)表

2 在糯米粉加工中的應(yīng)用

2.1 與傳統(tǒng)濕法加工工藝的優(yōu)勢(shì)對(duì)比

傳統(tǒng)的糯米粉濕法加工工藝見圖2,利用超微粉碎系統(tǒng)，采用濕法加工工藝進(jìn)行糯米粉加工，其基本工藝流程見圖3。由圖2和圖3對(duì)比可知，傳統(tǒng)濕法加工工藝與采用超微粉碎系統(tǒng)后的濕法加工工藝，其主要區(qū)分在洗米浸泡后與制成成品前工段。在各方面的具體對(duì)比分析如下。

圖2 基本工藝流程(傳統(tǒng)濕法加工)

圖3 基本工藝流程(采用超微粉碎系統(tǒng))

2.1.1設(shè)備投入與維護(hù)方面

傳統(tǒng)的濕法加工工藝，為得到品質(zhì)更高的水磨糯米粉，通常采用兩道粉碎工序，在第一道使用金剛砂磨進(jìn)行粗磨，第二道多使用膠體磨進(jìn)行細(xì)磨。且由于粉碎過(guò)程中需要不斷得增添清水，以降低設(shè)備溫升、減少糯米淀粉的機(jī)械損傷，因而必須添加板框壓濾機(jī)對(duì)高水分含量粉漿進(jìn)行壓濾，以便于后續(xù)的氣流干燥。氣流干燥工序可采用多級(jí)干燥[8]或與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥技術(shù)相結(jié)合[9]的方式，以提升干燥效率。粉體分級(jí)則是通過(guò)粉餅破碎后過(guò)篩的形式進(jìn)行。

而采用超微粉碎系統(tǒng)，可直接通過(guò)該套系統(tǒng)完成原料的粉碎、干燥與分級(jí)過(guò)程；節(jié)省了原有的板框壓濾機(jī)、粉餅破碎及篩網(wǎng)設(shè)備；進(jìn)而縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)路線、節(jié)約占地空間、節(jié)省設(shè)備投入與后期維護(hù)。

2.1.2操作便利性方面

在糯米粉的細(xì)度和粒度調(diào)控上，傳統(tǒng)的研磨機(jī)需要通過(guò)更換篩網(wǎng)進(jìn)行；而超微粉碎內(nèi)分級(jí)磨作為超微粉碎系統(tǒng)的主體，其結(jié)構(gòu)為雙軸式設(shè)計(jì)，可通過(guò)內(nèi)置的分級(jí)機(jī)進(jìn)行細(xì)度調(diào)節(jié)；并可在無(wú)需停機(jī)的條件下通過(guò)對(duì)分級(jí)葉輪進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)控，完成成品粒度的調(diào)整，操作更為靈活簡(jiǎn)便。此外，超微粉碎系統(tǒng)為集粉碎、干燥與分級(jí)一體化的設(shè)計(jì)，可使糯米粉加工的自動(dòng)化、智能化更易于實(shí)現(xiàn)。

2.1.3食品安全方面

由于在水磨工段通常使用金剛砂磨進(jìn)行粉碎，在長(zhǎng)期作業(yè)過(guò)程中砂輪會(huì)產(chǎn)生裂紋，進(jìn)入裂紋的物料容易滋生微生物[8]；且不可避免得會(huì)在粉漿中引入金剛砂雜質(zhì)。而超微粉碎系統(tǒng)對(duì)糯米的粉碎是通過(guò)超微粉碎內(nèi)分級(jí)磨進(jìn)行，其主要材質(zhì)均為食品級(jí)不銹鋼，可有效避開以上情況的產(chǎn)生。這在食品安全方面可給消費(fèi)者提供更進(jìn)一步的保障。

2.1.4作業(yè)環(huán)境與環(huán)保方面

由于產(chǎn)線縮短且粉碎階段不再有清水的消耗和廢水的排放，且如果配合免洗米機(jī)進(jìn)行洗米，更可將耗水量節(jié)省至70%左右。因此，采用超微粉碎系統(tǒng)更便于作業(yè)環(huán)境的清掃與保持，且更利于環(huán)保。

2.2 超微粉碎后糯米粉加工品質(zhì)分析

為檢驗(yàn)超微粉碎系統(tǒng)制得糯米粉的加工品質(zhì)，依照?qǐng)D3工藝采用佐竹超微粉碎系統(tǒng)進(jìn)行糯米粉加工中試試驗(yàn)；調(diào)整熱交換器參數(shù)，使成品糯米粉(樣品1)水分在13%以下。且由于糯米粉的加工品質(zhì)指標(biāo)中，粒度和破損淀粉含量是影響糯米粉品質(zhì)與應(yīng)用的兩個(gè)關(guān)鍵因素[10]；因此，通過(guò)激光粒度分布儀與破損淀粉儀，對(duì)樣品1與中國(guó)國(guó)內(nèi)及日本國(guó)內(nèi)市售糯米粉(樣品2與樣品3)進(jìn)行了粒度與破損淀粉含量的分析與對(duì)比。3種糯米粉的原料信息見表2，分析結(jié)果見圖4與圖5。

表2 三種糯米粉的原料信息

由圖4和圖5中數(shù)據(jù)分析可知，樣品1的平均粒徑及各粒度范圍粒徑均低于樣品2與樣品3；碘吸收率上，樣品1高于樣品3(差值為7.92%)，而略低于樣品2(差值為4.82%)。由此說(shuō)明，相對(duì)于其他兩種市售糯米粉，采用超微粉碎系統(tǒng)制得的糯米粉粉質(zhì)更為細(xì)膩，且破損淀粉含量較低。此外，糯米經(jīng)超微粉碎后，其粉體的堆積密度、溶解度逐漸增大，糊化溫度降低；凍融穩(wěn)定性、酶解性質(zhì)、高溫持水能力、透明度、沉降性能和流動(dòng)性均會(huì)得到顯著改善[11]。且有研究指出，大米經(jīng)超微粉碎后其米粉糊的體外消化率也會(huì)有所增大[12]，因而更利于人體的消化吸收。而超微粉碎后大米粉一系列理化特性的改善，歸功于粉體粒徑的減少及比表面積的增加[13]。此外，糯米粉粉體加工品質(zhì)的提升有助于進(jìn)行新型糯米粉食品的開發(fā)，并可進(jìn)一步加強(qiáng)與拓展高品質(zhì)糯米粉在環(huán)保材料、化工等其他領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖4 糯米粉品質(zhì)分析

圖5 糯米粉粒度范圍比較

3 應(yīng)用前景

綜上可知，與傳統(tǒng)的糯米粉濕法加工工藝相比，采用超微粉碎系統(tǒng)進(jìn)行糯米粉加工，不僅能夠在一定程度上提升糯米粉的加工特性；而且能夠有效節(jié)省設(shè)備的投入與維護(hù)，提高設(shè)備操作的便利性；且更利于保障糯米粉成品的食品安全性，以及作業(yè)環(huán)境改善與環(huán)保。

此外，隨著國(guó)內(nèi)糯米粉消費(fèi)群體的消費(fèi)升級(jí)，以及在其他領(lǐng)域的應(yīng)用研究的不斷拓展，國(guó)內(nèi)對(duì)于更高品質(zhì)糯米粉的需求將日益旺盛。因此超微粉碎系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)糯米粉工業(yè)化加工方面具有廣闊的應(yīng)用前景。