CN102500448B - 搅拌剥除谷物和油料作物籽粒皮层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于农作物剥皮技术领域，具体涉及一种搅拌剥除谷物和油料作物籽粒皮层的方法。该方法包括着水润湿和搅拌工序。本发明的方法对自然堆积状态下的物料搅拌，谷物或油料作物籽粒承受的平均压力和瞬间局部压力都比碾米机小得多，在实际生产中可控制搅拌的次数确保剥皮工艺达到理想的效果，同时还可基本避免伤及应保护的部分和产出碎粒等弊端。

Description

搅拌剥除谷物和油料作物籽粒皮层的方法

技术领域

本发明属于农作物剥皮技术领域，具体涉及一种搅拌剥除谷物和油料作物籽粒皮层的方法。

背景技术

除荞麦和玉米以外所有谷物籽粒都由颖（俗称“壳”）和颖果两大部分组成。颖果由皮层、胚乳和胚芽三部分组成。稻谷的颖果称糙米，因玉米的颖已退化，小麦收获时颖都已脱落，所以玉米和小麦的颖果与谷物同名。谷物皮层包括果皮、种皮和外胚乳。对稻谷制米、高粱制米、粟制米和大麦制米荞麦制米行业来说，谷物加工过程就是去除谷壳、皮层和胚芽，产出供人类食用的基本完整的以纯净胚乳为主的谷物颗粒的过程。对小麦制粉、高粱制粉、粟制粉、大麦制粉和荞麦制粉（除小麦制粉以外其它谷物均以制米为主）行业来说，谷物加工的常规工艺流程是先去除谷壳（小麦制粉没有此工序）后，将谷物颖果逐级粉碎后，经多次筛选分离出皮层和胚芽，产出以纯净胚乳为主的谷物粉的过程。上述谷物粉碎加工前都可增加一道整粒时脱皮的关系工序，但因脱皮机械结构和性能缺欠，工艺技术又不过关，所以整粒脱皮后粉碎制粉的工艺流程很少应用。

玉米干法加工的产品是以纯净胚乳为主的碎粒（称玉米糁）和粉。玉米干法加工的流程是先脱皮后，再逐级粉碎后，经多次筛选分离出皮层和胚芽。燕麦加工的成品是燕麦颖果切割后压成的燕麦片，所以燕麦加工没有脱皮工序。因稻谷、小麦和玉米在中国乃至全世界都是产量位居前三位的大宗谷物（在中国三种谷物产量之和占全国谷物总产量95%以上），且所有谷物制米的脱皮技术都与稻谷制米大同小异，所有谷物制粉工艺流程中整粒脱皮技术都与小麦制粉大同小异，其它小宗谷物加工方法都与上述三种谷物类同，所以，本发明以稻谷制米、玉米干法加工和小麦制粉为背景技术分析阐述如下：

稻谷加工要用碾米机碾掉糙米几乎全部皮层，现有小麦剥皮制粉和玉米干法加工过程中，要用结构和工作原理都与碾米机类似的设备碾掉小麦和玉米籽粒部分皮层（其余皮层要在谷物籽粒破碎以后逐步去除）。典型的铁辊碾米机由进料装置、螺旋输送器、卧式安装的圆柱形米筛，安装在筛筒轴心位置的外圆有凸筋的圆柱体型碾辊、固定筛板的扁钢制压筛条（亦称米刀）和排料装置等零部件组成。碾辊与米筛之间的狭小空间称碾白室，碾米机工作时，螺旋输送器推动谷物进入碾白室，并使谷物在碾白室内形成200～1000g/cm²平均压力（行业术语称碾白压力）。对任一谷物籽粒来说，碾白压力是周围谷物籽粒施加的限制它自由运动的压力（以下均简称握持力），用力学原理分析，去除谷物皮层的能量来自碾辊转动的动能。即当转动的碾辊接触谷物籽粒时，握持力在谷物籽粒上形成抵抗碾辊碾削力的反作用力，这一组作用力导致谷物籽粒皮层被剥掉。碾辊的动能只有与握持力对等的那部分消耗在脱皮上了，其余都转化为谷物籽粒位移的动能和摩擦承受的热能了。显然，可以把握持力看做是谷物籽粒承受碾辊碾削力的反作用力，它是脱皮效果的决定性因素。所谓平均压力是指碾白室内净压力的平均值。碾辊凸筋接触谷物籽粒瞬间的局部压力和米刀接触谷物籽粒瞬间的局部压力都肯定比平均压力高得多，即此时谷物籽粒承受的握持力要大得多。估计两者叠加（即碾辊凸筋和米刀靠近时）时形成的最高压力至少比碾白室平均压力高1～2倍。由此推论谷物籽粒承受的最大碾削力也比平均碾削力高1～2倍。碾辊上设置凸筋和碾白室设置米刀目的是强制谷物籽粒翻转，提高剥皮率。不设或设置不当都会使剥皮率显著降低。但因为碾辊凸筋和米刀的数量很少，绝大部分脱皮工作必须靠平均压力状态下的碾磨完成，所以现有技术必须以在碾白室平均压力作用下就能脱除谷物皮层为设计和操纵设备的目标。这样高出1～2倍的碾磨力作用在谷物籽粒上时，必然发生碾掉少量胚乳和碾碎少量谷物籽粒的现象。因此，碾磨过度现象不可避免是现有技术的最大缺欠。此外，谷物籽粒从碾辊进料口端面到出料口端面要行进0.4米左右的路程。在此期间所有谷物籽粒都要反复承受碾辊碾磨碾削、筛网摩擦和谷物籽粒之间相互摩擦了的作用。因碾白压力相当大，所以，被加工的谷物温升较高，脱皮设备的能耗也较高，上述缺欠在实际应用中主要体现在：

1.稻谷制米用碾米机给糙米脱皮时，因糙米胚乳上除与胚芽连接处以外没有明显的凹坑，糙米皮层薄，强度低和糙米皮层与胚乳结合力弱等因素影响，现有碾米技术通过2～3道碾削加工能够清除糙米几乎全部皮层，生产出满足质量标准要求的成品大米。因糙米籽粒抗剪切和抗弯曲强度低，沿长轴方向的强度又比短轴方向低1～2倍（因糙米籽粒的长轴长度为短轴的1.5～4倍），特别是糙米籽粒常因生长、收获和砻谷过程中急剧受冷受热或受外部撞击力作用产生的横向裂纹（行业内术语称爆腰）又使糙米籽粒的强度大幅度降低，所以碾米加工过程中产出大量碎米一直是困扰稻谷制米行业最大的就是难题。相关资料记载，中国稻谷加工过程中的碎米率高达25%～40%。碾磨过度缺欠在糙米脱皮中还体现在：本该保留或部分保留的营养丰富的糊粉层、次糊粉层、胚芽被碾削掉了，使成品米的营养损失过大。此外，连续高强度的碾磨使大米温升高，口味和食用品质变差，生产线能耗也过高。

2. 小麦制粉是用结构和工作原理都与碾米机类似的设备碾除小麦皮层。因小麦皮层厚，强度高，种皮与胚乳的结合力很强，而且小麦籽粒有凹陷很深表面积占麦粒外表总面积1/3左右的腹沟，所以现有技术采用麦粒适当加水后，润麦20小时以上的方法也只能剥除麦粒30%～60%的皮层而且碎粒率达1%～3%。小麦剥皮以后制粉的目的是降低面粉灰分，提高面粉精度。但因现有技术在碾掉部分麦皮同时必然碾薄或撕破尚粘附在胚乳上的麦皮，使这部分麦皮的强度大幅度降低。又因这部分受损的麦皮在此后反复多次的研磨制粉过程中被磨成细小麸星混入面粉几率比未经剥皮加工者高得多，导致虽然入磨小麦灰分明显降低，但产出面粉灰分降低不明显甚至不降反升的现象频频发生。同时现有小麦剥皮制粉技术还有能耗高和剥皮后胚乳外露导致润麦仓结拱影响生产等缺欠，所以现已极少应用。

3. 玉米干法加工用结构和工作原理都与碾米机类似的脱皮机碾掉玉米部分皮层。因为玉米皮层强度高，吸水性能差，且与胚乳结合牢固，再加上近似梯形的扁平形状的玉米籽粒在碾辊与筛筒之间狭小的空间内翻转困难，所以，现有技术每道脱皮工序在破碎率达10%左右时，脱皮率却只有30%左右。皮层未脱掉的玉米和玉米碎粒被送到后续工序用以撞击为主的设备加工，必然产出大量皮层、胚芽和胚乳三者混成一体和两种成分混成一体的颗粒。因为粘附少量皮层和胚芽的胚乳粒与同等粒度的纯胚乳粒及粘附少量皮层和胚乳的胚芽粒与同等粒度的纯胚芽粒的密度和悬浮速度都相近，很难分离，所以目前中国乃至全世界玉米干法加工业高标准产品成品率都很低（资料记载中国脂肪含量低于1%的玉米糁和玉米粉的平均出率只有30%，发达国家最高也只能达到45%，但玉米籽粒中脂肪含量平均值为0.8的胚乳的平均含量却是83%！）。脱皮工段脱皮率低和脱皮时产出碎粒多是现有技术存在所示弊端的根源。

4. 现有技术大豆脱皮有冷和热两种脱皮工艺，两种工艺都要用碾辊把豆粒破碎都要对大豆进行加热干燥处理（冷脱皮工艺加热干燥后还要冷却处理并在料仓中存放24～72小时）。两种工艺都存在工艺繁杂、设备投资大、能耗高、籽粒破碎率高和皮层分离难度的等缺欠。

5. 现有技术油菜籽脱皮有干法和湿法两种脱皮工艺，两种工艺都要用碾搓或撞击方法把油菜籽破碎后分离皮层，所谓干法脱皮工艺是用加热、去水和冷却处理法使油菜籽含水量达6%～8%后脱皮，而湿法脱皮工艺则是先加热水（或盐水、稀碱水）浸渍松皮后再脱皮。干法脱皮用碾搓法脱皮时脱皮率高，但油菜籽破碎率高，后续工序分离皮层难度大；用撞击法脱皮时油菜籽破碎率低，但脱皮率低（只有90%左右），使成品油质量降低；湿法脱皮工艺虽有脱皮率高和破碎率低的优势，但因加水浸渍后还必须沥干烘烤，所以能耗大，生产成本高的重大缺欠却使它很难推广应用。

6.因花生皮薄、皮层韧性好，皮层与种仁的结合力很弱和皮层易吸水软化，所以，现有碾搓的脱皮方法很容易达到脱去全部皮层的目标，但现有技术的缺点是仍有少量碎粒产出且能耗相对较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种搅拌剥除谷物和油料作物籽粒皮层的方法。

本发明采用以下技术方案：

搅拌剥除谷物和油料作物籽粒皮层的方法，其特征在于包括着水润湿和搅拌工序。

具体步骤为：（1）向物料中添加占物料重量0.5-5%的水，水温为10-60℃；（2）加水后在10 min以内送搅拌工序加工，搅拌过程中将物料高度控制在0.2-3m，搅拌时采用搅拌机，控制搅拌机的搅拌棒线速度为1-6m/s。

搅拌次数为1-4次，重复搅拌时每次搅拌后筛选或风选除去已剥除的皮层。

所述物料为玉米时，着水润湿前先进行调质，调质的具体过程为：用40-60℃水冲洗，然后润湿6-20h，水的用量为玉米重量的1-5%。

所述物料为油料作物时，着水润湿前先进行调质，调质的具体过程为：用稀碱水或40-60℃的水冲洗，然后润湿0.5-2h，稀碱水或水的用量为油料作物重量的的1-5%。稀碱水可以为质量浓度5-20%的氢氧化钠溶液。

油料作物为大豆、油菜籽或花生仁。

本发明的目的是通过着水和搅拌两个步骤实现谷物和油料作物的剥皮，着水工序的目的是使谷物和油料作物的皮层吸水软化，降低谷物果皮与种皮或谷物、油料作物皮层与胚乳结合力，然后对谷物和油料作物搅拌以达到剥皮的目的；物料的着水时间有所控制，根据皮层的不同，防止时间过长时导致皮层吸收的水分向籽粒其他部分转移或挥发，不利于剥皮，因此着水后10min以内要送搅拌工序加工；着水时控制水温，理论上水温高能促使皮层吸水量增大，剥皮率高，但是当水温高于60℃时物料籽粒蛋白质可能会变形；着水时的用水量也不能太多，因为需要保证产成品含水率不超标；由于玉米和油料作物的皮层较厚，强度高，吸水性差，所以在着水前先进行调质处理。

搅拌剥皮的原理是：让物料保持一定高度，下层物料承受上层物料的压力从而产生握持力，与搅拌棒搅拌力产生相对的力，从而剥除物料果皮层。物料高度应控制在0.5～3m之间，物料高度过低，握持力不够，无法达到较好的剥皮效果；物料高度过高则物料的握持力过大，加大搅拌剥皮的能耗，并且因施力过大容易使物料破碎产生副作用。搅拌棒可使用在棒上镶嵌刀片的形式，搅拌时将物料果皮层刮下来，搅拌过程中物料相互之间的摩擦也能起到一定的剥皮效果。控制搅拌棒的线速度决定搅拌棒施加给物料颗粒作用力的大小，太高会增加能耗，还可能导致剥刮过渡的副作用。搅拌的次数1-4次，当一次搅拌的剥皮不完全时，增加搅拌次数即可，重复搅拌时每次搅拌后筛选或风选除去已剥除的皮层，防止已剥落的皮层对搅拌效果产生负面影响。

本发明工艺中搅拌时可采用搅拌机，搅拌机由立式圆筒形容器部件、水平放置的十字形搅拌棒架上垂直安装若干根装有长条形刮刀的圆柱形搅拌棒组成的搅拌器、传动装置和机架等零部件组成（详见专利CN200910157760.2）。

    本发明的方法对自然堆积状态下的物料搅拌，谷物或油料作物籽粒承受的平均压力和瞬间局部压力都比碾米机小得多，在实际生产中可控制搅拌的次数确保剥皮工艺达到理想的效果，同时还可基本避免伤及应保护的部分和产出碎粒等弊端。

具体实施方式

实施例1 

剥除糙米皮层时，着水工序为用着水机向糙米中添加占糙米重量1.5 %左右的水，水温为35℃左右，着水后在10min内将糙米送至搅拌工序进行加工，搅拌过程中将糙米高度控制在0.3－2m，搅拌时采用搅拌机，控制搅拌机的搅拌棒线速度为1－6 m/s。

根据搅拌剥除皮层的效果，可设置搅拌次数为3次，重复搅拌时每次搅拌后筛选或风选除去已剥除的皮层。

本发明在稻谷制米行业用于剥除糙米皮层，因糙米形状比较规则，糙米胚乳上除与胚芽连接处以外没有明显的凹坑，糙米皮层薄、吸水性强、强度低和糙米皮层与胚乳结合力弱等因素影响，所以本发明用3道搅拌工序剥除糙米全部皮层是轻而易举的事；但因糙米籽粒强度低，爆腰现象不可避免，糙米含水率高或搅拌强度高等因素影响都会导致大量碎米粒产生，所以本发明用于糙米剥皮时，要保证糙米籽粒皮层迅速均匀着水后立即搅拌剥皮，本发明用于剥除糙米皮层的优势是：

1）因糙米籽粒承受的剥刮作用力远比现有技术小，所以剥皮工段产出碎米率比现有技术降低低5～20个百分点。

2） 因糙米籽粒承受的剥刮作用力小，容器内糙米籽粒承受的平均压力又只有现有技术碾米机碾白压力的4%～10% ，采用本发明的生产线搅拌剥皮工段产出大米的温升低，可保留胚芽和部分糊粉层，保留原有的米香味及营养价值，同时也使剥皮工段能耗比现有技术碾米工段降低20%以上。

3） 因胚芽大部分保留在米粒上，搅拌剥皮对胚乳的损伤远比现有技术少，所以米糠中含淀粉等杂质的比例大幅度降低，这对提取米糠油和米糠进一步深加工有利。

实施例2

剥除小麦果皮层时，步骤为：向小麦中添加占小麦重量3%左右的水，水温为35℃左右，加水后在10 min以内送搅拌工序加工，搅拌过程中将小麦高度控制在0.5-3m，搅拌时采用搅拌机，控制搅拌机的搅拌棒线速度为1－6 m/s。

根据搅拌剥除皮层的效果，可设置搅拌次数为1-4次，重复搅拌时每次搅拌后筛选或风选除去已剥除的皮层。

小麦皮层共分六层，其中包括表皮、外果皮和内果皮在内的外三层皮总称为果皮；包括种皮、珠心层和糊粉层在内的内三层皮总称为种子果皮（以下均简称种皮）。本发明用于小麦剥皮时，以在基本不伤及种皮前提下，剥除麦粒除腹沟内皮层以外的绝大部分果皮为目标。小麦的果皮强度较低且容易吸水膨胀，膨胀后与种皮的结合力减弱，稍加摩擦就可使果皮与种皮上分离开，小麦的种皮强度远比果皮高，且种皮与胚乳的结合力很牢固，很难分离，用于剥除小麦果皮的本发明用冲洗着水机在放水冲洗迅速淋干后，立即搅拌剥皮，本发明用于剥除小麦籽粒果皮的优势主要有：

（1）本发明用于小麦剥皮时剥皮率（指剥下的果皮占除麦粒除腹沟内皮层以外的果皮的百分比值）可达到80%以上，入机小麦灰分较低0.2个百分点以上。因本发明在剥除小麦籽粒大部分果皮同时基本不损伤种皮，消除了现有技术剥皮后粘附在胚乳上受损种皮在多次研磨过程中被磨碎成粉状混入面粉的弊端，使采用本发明的面粉生产线产出面粉的灰分降低0.04个百分点左右。面粉精度提高使生产线经济效益大幅度通过；

（2）剥除粘附粉尘、污物和残留农药等杂质的绝大部分果皮，使产出面粉的含沙量、菌落量降低，面粉洁净程度和食用品质大幅度提高，面粉贮存期延长。同时产出的以种皮为主的麸皮富含对人有益的纤维素矿物质和维生素，用于生产食用纤维将使小麦深加工价值大幅度提高。

实施例3

剥除玉米皮层时，步骤为：（1）先进行调质，用50℃水冲洗，然后润湿15h；（2）然后向玉米中添加占玉米重量3%左右的水，水温为35℃左右；（3）着水后在10min内将玉米送至搅拌工序进行加工，搅拌过程中将玉米高度控制在0.5－3m，搅拌时采用搅拌机，控制搅拌机的搅拌棒线速度为1－6 m/s。

根据搅拌剥除皮层的效果，可设置搅拌次数为1-4次，重复搅拌时每次搅拌后筛选或风选除去已剥除的皮层。

本发明用于玉米剥皮时，以在基本不产出碎玉米粒的前提下，剥除玉米籽粒绝大部分皮层和剥皮后还要把绝大部分胚芽提取出来为目标。因玉米皮层强度高、吸水性能很差、表面光滑，且皮层与胚乳结合牢固，所以在搅拌脱皮有调质工序。其目的是使玉米皮层和胚芽在高温和长时间湿润条件下大量吸水，迅速软化，并使皮层与胚乳结合力大幅度降低。

本发明用于剥除整粒玉米皮层的优势主要有：

① 本发明在保持玉米籽粒基本完整的前提下，剥掉玉米70%以上的皮层，剥下的皮层几乎全部呈大片状，很容易分离，在此基础上进一步解决玉米脱胚难的问题必将是世界干法玉米加工技术的一次飞跃；② 采用本发明并在脱胚环节采取有效措施的干法玉米加工生产线脂肪含量不大于1%的玉米糁和玉米粉的产出率可达60%以上（现有技术30%～40%），纯度达80%左右的胚芽的出率提高到10%以上（现有技术为7%左右），生产线综合经济效益成倍提高。

实施例4 

剥除大豆皮层时，步骤为：（1）先进行调质，用稀碱水或50℃的水冲洗，然后润湿1h；（2）向大豆中添加占大豆重量1%的水，水温为35℃左右；（3）着水后在10min内将大豆送至搅拌工序进行加工，搅拌过程中将大豆高度控制在0.5－3m，搅拌时采用搅拌机，控制搅拌机的搅拌棒线速度为1－6m/s。

根据搅拌剥除皮层的效果，可设置搅拌次数为2-3次，重复搅拌时每次搅拌后筛选或风选除去已剥除的皮层。

本发明用于大豆剥皮时，以在基本不产出碎大豆粒的前提下，剥除大豆籽粒全部皮层为目标，因大豆皮层厚、坚硬且不易吸水软化，所以，搅拌剥皮前需增加由用40~60℃热水冲洗或加稀碱水浸渍润湿工序才能达到剥除90%以上皮层的目标。本发明用于剥除整粒大豆皮层有工艺流程简单、设备投资小、能耗低、剥皮率高和破碎率低等明显优势。

实施例5

剥除油菜籽皮层时，步骤为：（1）先进行调质，用稀碱水或50℃的水冲洗，然后润湿1h；（2）向油菜籽中添加占油菜籽重量1.5%的水，水温为25℃左右；（3）着水后在10min内将油菜籽送至搅拌工序进行加工，搅拌过程中将油菜籽高度控制在0.5－3m，搅拌时采用搅拌机，控制搅拌机的搅拌棒线速度为1－6m/s。

根据搅拌剥除皮层的效果，可设置搅拌次数为2-3次，重复搅拌时每次搅拌后筛选或风选除去已剥除的皮层。

本发明用于油菜籽剥皮时，以在基本不产出碎油菜籽的前提下，剥除油菜籽粒全部皮层为目标。因油菜籽皮层厚、坚硬且不易吸水软化，所以，搅拌前需增加由用40~60℃热水冲洗或加稀碱水浸渍润湿工序，才能达到剥除90%以上皮层的目标。本发明用于剥除油菜籽皮层有工艺流程简单、设备投资小、能耗低、剥皮率高和破碎率低等明显优势。

实施例6

剥除花生仁皮层时，步骤为：（1）先进行调质，用稀碱水或50℃的水冲洗，然后润湿2h；（2）向花生仁中添加占花生仁重量1%的水，水温为40℃；（3）着水后在10min内将花生仁送至搅拌工序进行加工，搅拌过程中将花生仁高度控制在0.5－3m，搅拌时采用搅拌机，控制搅拌机的搅拌棒线速度为1－6 m/s。

根据搅拌剥除皮层的效果，可设置搅拌次数为1-2次，重复搅拌时每次搅拌后筛选或风选除去已剥除的皮层。

本发明用于花生仁剥皮时，以在基本不产出碎花生仁的前提下，剥除花生仁全部皮层为目标，因花生皮薄、皮层韧性好，皮层与种仁的结合力很弱和皮层易吸水软化，所以，本发明用于花生仁剥皮时，着水工序用加水冲洗淋干后，立即用1～2道搅拌工序即可达到剥除95%花生皮的目标。本发明用于剥除花生皮层有工艺流程简单、能耗低、剥皮率高和破碎率低等明显优势。

Claims (4)

1.搅拌剥除谷物和油料作物籽粒皮层的方法，其特征在于包括着水润湿和搅拌工序；具体步骤为：（1）向物料中添加占物料重量0.5-5%的水，水温为10-60℃；（2）加水后在10min以内送搅拌工序加工，搅拌过程中将物料高度控制在0.2-3m，搅拌时采用搅拌机，控制搅拌机的搅拌棒线速度为1-6m/s。

2.如权利要求1所述的搅拌剥除谷物和油料作物籽粒皮层的方法，其特征在于搅拌次数为1-4次，重复搅拌时每次搅拌后筛选或风选除去已剥除的皮层。

3.如权利要求1或2所述的搅拌剥除谷物和油料作物籽粒皮层的方法，其特征在于所述物料为玉米时，着水润湿前先进行调质，调质的具体过程为：用40-60℃水冲洗，然后润湿6-20h。

4.如权利要求1或2所述的搅拌剥除谷物和油料作物籽粒皮层的方法，其特征在于所述物料为油料作物时，着水润湿前先进行调质，调质的具体过程为：用稀碱水或40-60℃的水冲洗，然后润湿0.5-2h。