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摘要 适用于新工艺生产米粉专用单螺杆挤出机的研究 摘要 食品挤压技术是二十一世纪食品工业的发展方向之一。食用米 粉在我国的发展历史源远流长，大米是我国的主要粮食作物之一， 作为以大米为主要原料生产的米粉已经成为我国民众的热衷食品。 尤其近年来，随着经济的发展、社会的进步、文化的交流，米粉正 在冲出国门、走向海外。同时，我国米粉加工业技术也有了长足的 进步，米粉品种、生产工艺不断创新；生产设备不断完善，市场规 模翻趋扩大。但目前的生产技术仍没有达到现代化生产的水平。 本文在分析了传统米粉加工工艺特点的基础上，提出了新的适 应于节能减排降耗的米粉加工方法，并设计改进了现有的生产设 备。在大量米粉挤出实验的基础上，分析了加工工艺和挤出机结构 对米粉品质的影响，并进一步改进了加工工艺，改进单螺杆挤出机 的结构。本论文对影响米粉品质的一些因素如大米原料的品质( 包 括大米中直链淀粉的含量和大米的储藏期) 、含水量、温度、螺杆 转速等进行了综合考虑，对影响米粉的柔韧性、断条率、产量等因 素进行了探讨，并进行了实验验证。 本实验机台接口统一，便于更换不同部件和组合部件的安装顺 序，以测试不同部件和不同部件排序对米粉品质挤出的影响。通过 实验我们得知本实验采用新工艺并用所设计的单螺杆挤出机，可实 现对大米的挤压加工，并且通过调整部件及其安装顺序，得出机械 北京化工大学硕上学位论文 结构对米粉晶质有很大影响，磨盘、屏障型螺杆、多孔盘以及挤出 口模的改进对于米粉质量的提高起到了很大的促进作用，特别是多 孔盘的改进对提高挤出机排气能力做出了很大的贡献。加工工艺对 米粉品质也有很大影响，通过大米原料晶种改为直链淀粉含量较高 的大米，提高含水量防止了米粉的回生；排气可改善产品品质；随 着螺杆转速的增加，挤出产量显著增加，但当转速提高到一定程度 后，由于加料口设计的问题，产量的增加缓慢。而且转速越高时， 物料加料难度增大。 关键词：米粉，单螺杆挤出机，挤压加工，加工工艺，品质评价 i i 摘矮 t 薹薹es t u d yo ns i n g l es c r e we x t r u d e rf o r r l c en o o d 己ep r o d u c 薹n go fn e wt e c h n 薹c s a b s t r a c t e x 姗s i o 建越珏gw i l l & e 锹e 豫eo ft 董硷d i 忿c t 呈滩so f 磕e 内o d i 耐u s 奶，i n2is tc 蝴t u r y 王毡c en o o d l et h a tc o m e so fc h i n ai 8 也em o s t p 哪m l a r r 主c ep o d t l c t 遮m a n ye o u n 蕊e so fa s 返，w h i e l 3 ii sa l s o 攮e 矗c e f o o dw i m h i 曲疸c ee o 致s m 娃e 。王致糟e e 嫩掣；a r s ，w i 魄搬e 纛e v e l o p m e n to f t h ee c o n o l 熊ya n ds o c i e 秽，m er i c en o o m e sa i n t 柏d u c e di n l 0 i n t 销n a t i o n a lm a r k e t 1 飞er i e e 藏o o d l ep 灼c e s s i 耀钯e h n o l o g ya ss o 姻 t h e 蠢e en o q d l e s 薹( i 越s 趱d 毫k ! p 妁c e s s i 鹋论e 妇i ( i u eh 8 v eg 凌i n e 纛孵躐 d e v e l o p m e mi no u rc o l m l 【】秒也e s ey e a r s i 觳a d d i t i o n ， t h ep r o c e s s i n g e q u i p m e n t sa r eg e 髓i n g 黼。辩a n dm o 羚p e r 受c t 戮dm es a l e 瓣a 呔瓯s 鑫糙 e x 谂n d i n g 懿重b u t 驿弱n o w ，t h et e e h o l o 影k e 印s 越专h el 蝴l e v e io f m o d e mi n d u s t i y b a s e do nt h ep o i 薹拽o f 专l 撼敦鑫d i t i o n 疆l r i e e 簸o 对l e ￥，羚e e s s i 精g t e c 溉i q h e 也鼓i s 甜甜y z e d 诲强i sp 凌p 。r w ea 小，a n e e dan e j ww a yo f r i c en o o d l ep 1 o c e s s i l l gt e c h n i q u e 糊dd e s i g n e dr n a c h i n e 量；鹾p 1 o d u c i l 塔。 词瓣控e ww 秽o f 砖c e 羚o o d l ep 他c e s s i n gt e 馥n i q u ei sg o o d 鑫专s a v i 热g e n e 耀y 甜l dr e u e i n gw a s t e s b a s e do nm a n ye x p e f i m e n t sw eh a dd o n e ， 、) 旧h a dd o n eal o to f 也i n g s 毫oi l 疑p r o v eo nm e ( 掸a l i 蜉o fr i e en o o d l e s 。 l l l 悲哀钝工大学酸士学使论文 i nt h i sp a p e r ，魏n e wp r o e e s s i n gt e c h i q u ei s 妇曲t 鼢a 蟠a 瓣di ti s 州采u 贰e 纛专b 抛珏曲e x p e 聂撒e 鼗专sw i 也搬en e ws i 狴曼es e 鹅we x 饿l d e 囊 o 魄雠w i s e ，也ei 糕n u 睨e e so f 壤e p 轮e e s s i n gt e d 璩i q u e 嬲d 也ee x 批d e r s 咖e 抛羚鳆饿e 纛e e 爨o o d l e sq 毯鑫l 菇e sa 瓣勰凌l y z 。dl 娃商筐埝i 搬p 妁v e t h e 辩c e s s i n g 钯c h n i q u e 鳓dt h ee x t m d e rs 觚c t u 心s o m ei m p o r t a n t 蠡韵嘞羚搬蠢a 韵隐e 主i 茑氇e 唾髓鑫l 姆o f 毫h e 曩e e 秘o o d l e s 辩e 1 2 i 鑫s 基建 c o n t a i n i n ga m y l a s e ，t h ec o n t a i n i n gw a t e r ， r o t a t i o n a ls p e e do fs c r e w 瓤粼b e e nc 触s i d e r e d 。t h ef a c t o r st h 眦a & e t i n gm ep l i a b i l 埘， b r e 呔a g ea 砖v i s e o s i 鼍y f 像e 蠢n o d l e sh 勰eb e e 捻s 地d i e d 毫l 粥u 馥 s o m ee x p e r i m e n t s nt h es a m et i m e ，s o m ei m p o r t a mc o n c l u s i o 髓sa r e o 坟8 i n e d 。 t h e j 0 主嫩so f t h es i 酸g l es c w 蕊m d 娌蹴i 稳m es 瓣es 溉s ow e c 皴幽褫g ep a 式s 勰do 糟e r fp 鑫赡s 醴搬es i 旌委es e 黼we x t 斑d e 鼓强e e 辙粼d e re a 稳e x h 嬲s ta n d 窑戤s o m ed i f 怒熄薹l tk i n d so fs c 羚w s e 8 秘e n t 。 s o 黻ee 鼹e 毯s i 黼s 鑫忿o b 镪i 建e d 溉v 鑫薹i 嬲se ) 节e f i 黻e 燃s 。f i 斑l y ， 壤e n e wt e c h n i q u _ ei sf e a s i b l e a n dt h er i c ec a nb ep r o c e 8 s e dw i t ht h en e w 蛙致g l es e 糟we 艇黻d e s e 强d l y ，耋ks 觚e 蚀羚f 也e 双重瓣d 蹦基建s 鑫 g r e a ti n n u e n c eo nt h er i c en o o d l e sq u a l i t i e s ，e s p e c i a l l yt h ed i s c ， t h e b 删娌s e 羚w ， m a 鼓yh o l e sc o n 蠡g u r 撕翻诅t h em o d e l 。t h i r d 王y ， 溉 c 8 na v o i dt h ea g i n go ft h er 主c en o o d l e专 瀚u g h 穗e l l e 鑫s i 貔g也e c o n t a i n i n gw a t e r ，b u tt h eh i 曲e o n t a i n i n gw a t e rw i l ll e a dt or e d u c et h e y i e l d 。f o u 峨i y ，v e 越i n g 也e 簪se 黼i m p 羚v em e a l i t yo ft h e 矗c e l v 摘要 黼o d l e s ka 乏陋i t i ( m ，像eo u t p mw i l li n c r e 斟e a l o n g w i t ht h e e 豳鞠e e m e n t 。fm es e r e ws p e e d f u r m e 撒o r e ，像。h i 曲s e 糟ws p e e d w i l ll e 甜协她凼攒e u 姆i a i ff e e d i 稳gt k 撒雠e 蠢鑫l 。a n d 也e 毙e 凼觳gp 娥 h a st ob ei m p r o v e do n a n dm e nt h e f e e d i n gp r o 咎s s w i l lb e l i e 蠡) 滩e d 。 】 、广多 | 带产品质量监督检验所等蕈德起苹了湿 米粉地方标准。此标准目前处于讨论阶段，即将正式发布。 托东仡工大学硕士学位论文 飙以上分橇可以看出，我蟹米粉的安全标准还存在很多空自。出弱标准 毒，但是年限太长，达十三年；国家标准则还没有；广东省的地方标准方面， 通用标准只有即将发布的湿米粉标准，通用型的干米粉标准还欠缺。 现在米粉名称比较混乱，不利于产晶品质的评价，影响地区间的流通。 笔者建议明确定义米粉的名称及内涵，力求把我国米粉的名称规范纯，这是 建立米粉质量标准的基础。 其次关于米粉与大米晶质( 壹链淀粉含量、胶稠度、糊讫温度等) 豹籀关 性谤究较少，导致在原料米的选择上还存在较大的蛮毽牲。两且我国对予大 米豹评价方法主要是针对于其侔为米饭原料的特点两划定的，因此还应提堪 大米作为米粉原料时的评价方法。 而且我国米粉生产机械化程度低，工艺参数不成熟，导致了成品率低、 米粉品质不稳定，影响米粉生产向产业化发展。应对米粉品质产生重要影响 的生产环节，如制粉、糊化、冷却和干燥工艺等进行研究，确定其工艺参数 和条件。如前入的实验研究证骥，廷有在高湿度耪低瀣酶条件下，米粉老讫 方麓达到最往效果。在严格确定米粉生产条律懿基础主，才可能保证米粉晶 凄豹稳定和提高生产的机械纯程度，实现标准化管理。 此辨，米粉还存在鲜米粉的保蹑期短，品种单调等现象。米粉的保质期 砸通过加强生产环境的卫生管理，提高包装的密闭性，采用酸洗以及添加在 圈家许可范围内的防腐剂等方法改善；可通过添加一些含有天然色素的原料 ( 如南瓜粉、菠菜汁) 来改变米粉的颜色以及采用特殊的成型机械，生产形状 类似通心粉的花色米粉，以增加米粉在市场上的竞争力。 与此同时米粉、粉丝行监也面临一些亟待解决的问题，辩生产企渡多薅 分散，规模纯程度不离；生产盘动纯程度较低；、些接术难点有待勰决；没 有行监技术交流与鼗务的平台，缺少系统、准确豹市场信息，企业难以把握 巍机，也增加了投资风险等等。 这些制约因素已经逐渐被解决。相对予方便面产业在全球的成功，米粉 粉丝产业的发展空间相当巨大。2 0 0 7 年l o 月2 4 2 6 日“第四届中国米粉粉 丝产业发展大会 在广西南宁举行，会上科研院所与企业界进行了广泛交流， 明确了米粉及粉丝产业发展的方向，认清了米粉粉丝行业发展过程中存在的 阎题，从而在业界形成共识，以期戳龙头企鲎为领军，快速推动该行遭的跳 跃式发展。 1 ) 魏快原料麓规格纯标准讫建设步伐 在“毒大米 、“毒米粉”等事件之后，食熬的安全闯题成为最受关注的 焦点闽题。几乎所有的企业都采取了各种措施，保证所生产的产品没有任何 1 2 第一颦绪论 有害添掬荆的使用，品蕨已经达到褶畿高的水平。然而，原料的规格化、标 准化闻题成海影响产品质量、制约行业发展的瓶颈所在。朝对于面粉丽言， 由于目前尚无规格化的专用米粉或淀粉产晶，原料米也是品种混杂，无法保 证均一的原料品质指标。尤其是米粉的生产需要大米经过一定的陈化期，两 原料米的陈化期各不相同，更增加了生产原料的复杂性。因此，必须加快原 料米的规格化及标准化建设步伐，从源头解决产品质量不稳定的问题。 2 ) 强化行监协会的组织协调作用 参加会议的科研入员、生产企业的管理及技术人员，以及食鼯经销人员、 爨躁贸易商，都希望通过会议了解嚣前该行业的动态，姆企监的规模大小秘 分布、行业总产值、单个产赫的总产爨、生产与消费数据、产l ；i l 进出翻数据 等。但是，目前还没有这方西的统计，使人感髓这一行业还处于一种无侉无 管理的原始发展阶段。 3 ) 加大产品宣传力度 广娜健力食品枫械有限公司的岑颦健惑经理根据蠢己几十年来对于寒粉 生产工艺改进与设备开发的经验，以及在豳外考察与出口生产线时的所见所 闻，对于国内磐米粉生产工艺以及枫械的不蕊点进行了详细院较，并对其各 自优缺点进行了评述。笔者认为米粉与粉丝产晶出弱有以下优势：米粉或 粉丝产品色自焉无味，适于往俺烹调方式( 喜食瑟条、遥心粉的人群亦是米 粉或粉丝的潜在消费者 ；米粉或粉丝抗梭淀粉 原料米洗涤粉碎调节水分混合挤压裁型 完全糊纯冷却切条成型于燥整理工艺生产的米粉条【6 】。 按照含水量的多少，米粉又可以分为经过烘干( 或晾晒) 的千米粉和未 经烘干的湿米粉。按照花色品种分类，则种类繁多。干榨米粉有桂林米粉、 江西筒子米粉、银丝米粉、米排粉；湿榨米粉有未经烘干( 或未晾晒) 的粗、 细米粉条；波纹米粉( 又称排米粉) 等。米粉条的生产加工工艺及新工艺研 究将在本论文第二章中有详细介绍。 _ l 。8 本课题的研究内容、冒的和意义 1 。8 课题磷究内容 本课题主要研究内容是通过借鉴现有米粉加工工艺，在前人研究成果的 基础上对新的米粉加工工艺进行改进，以其使现在的工艺更能适合人们的髓 味，并通过实验验证新加工工艺的可行性，郎研究采焉新的加工工艺所生产 的产品是否符合米粉产品髂各项要求，以及新工艺与传统工艺相院是否具有 更强酶市场竞争力。具体研究内容包括娃下七个方嚣： 差) 借鉴其它食品特别是传统米粉挤出加工的研究方法及理论，提出荠改 进薪豹米粉挤出加工工艺，以达到节熊、高效的挤出。 2 ) 根据挤出实验结果和工艺改进的方案对已经制造的实验机台进行改 造，使其更能适应新工艺的米粉生产。 3 ) 继续探讨不同螺杆转速、挤出温度、大米含水量及挤出机主要零部件 等单因素对挤出机性能的影响。 1 4 第一章绪论 4 ) 采用改进加工工艺进行米粉挤爨试验，对其挤出过程中物料的含水量 及排气对挤如米粉的吃料、推进、挤出量均匀性等的影响进行实验研究，验 证此工艺的可行性、合理性，并为设计实际生产米粉挤出机提供参考。 5 ) 结合新工艺，实验研究米粉原材料的分散混合、配料的混合等。 6 ) 在新工艺米粉生产成功的前提下对把米粉制成功能性食品进行研究实 验。 7 ) 如果时间允许，对挤出机进行定型。 1 8 2 课题研究目的和意义 目前传统食品的工业化开发已成为我国食晶工业化的重要课题和任务。 在众多的传统食品中，米粉生产工业化的需求也越来越迫切。米粉在我国南 方地区是指非糯性大米经磨粉、蒸煮、成型、冷却等工艺制成的产品，一般 为长条状。在j 匕方地区因其形似面条，则被称为大米面条。作为一种重要的 大米加工食品，米粉以其方馒快捷、营养合理、口味丰富等特点成为我国南 方地区及港澳台地区铤饮业的重要组成部分，在世界许多地区也可品尝到不 同风味的米粉。在我国，米粉主要由小型加工厂和手工作坊生产，其主要差 异是米粉糊化和成型时前者采用机械而后者采用人工。据笔者调查，人口约 百万的南方城市一般有米粉工厂5 0 6 0 家；手工作坊则有数百家之多，大多 为蓠店后厂的形式。工厂日消耗大米5 0 0 2 0 0 0 蛭，手工作坊为3 0 2 0 0 蚝， 总计目产米粉数十睫。我国大陆地区每年用于米粉加工的大米约l o o 万吨， 占食品加工用米总量的三分之一左右。米粉产量高，市场潜力大，但至今从 原料选择到加工工艺基本上大都沿用传统方法，缺乏相关的标准他管理和基 础研究，工业化进程缓慢，产品品质不稳定。本文对米粉行业现状及有关制 作技术根据不同的烹煮方式米粉又可称为汤粉、炒粉、于捞粉、即食米粉等， 而切粉也可被称为汤粉、炒粉等。 国家经贸委在轻工业“十五 规划中明确提出：“提高传统米制品质量， 开发新涌种，利用新技术开发米粉、米面包、米片、米糊等，适应市场需求 的新品种、新包装，延长米制品货架期。 食品加工监作为农业的震续产业，对于解决三农阚题、促进国民经济的 发展和现代化建设有着重要的意义。大力发展食品加工业是从农业大国、大 省转变为农业强国、强省的最基本途径，食是加工业的发展程度，实际上也 代表了农业现代化的程度。 螺杆挤压加工的优点恰好符合对食品和饲料加工的需要，作为本世纪食 品科学与工程领域的重要新技术之一，对挤压蒸煮技术进行全面深入的研究 1 5 北京化工大学硕士学位论文 具有薰要的意义。1 9 8 4 年s 胃爨本农林水产省成立挤出加工技术研究会，专 门从事挤压谷物、植物蛋是、螯产晶、水产鼎等的研究。1 9 8 5 年9 月，在英 国召开了“挤压蒸煮与食鼹构成 国际讨论会。1 9 8 6 年5 月，在美国夏 威夷召开了a l c s 第7 7 届会议，都把螺杆挤压蒸煮技术作为急待解决的研究 课题，1 9 9 1 年6 月的第四届世界化学工程大会上，讨论了食晶加工技术与化 学工程的关系，列举了食晶工程中的最新单元操作挤压蒸煮的重要性。 l 辨3 年第二瘸国际食晶工程学术会议上，迸一步提出食晶挤题麓工技术是未 来食菇工程的主要磺究方向之。我国政府也把发展耨型食品挤惩枫和挤压 掘王技术，列为“夕五 技术创新豹重要项爨。为了促进中圜米制品产业快 速健康发展，中国粮油学会米铡晶分会于2 0 0 7 年l o 月2 4e | 2 6 臼在广瑗南 宁召开了第四届中国米粉、粉丝产业发展大会。会上来囱全国科技界、产业 届的领导、专家和高等院校、科研院所及企业的代表会聚中国绿城南宁，共 同对中国米制品产业的现状和发展进行交流和探讨。而且今年来函家对节能 减摊产业的支持力度越来越大，是米粉行业发展的黄金时间。 食品挤蘸加工的设备是螺抒挤压枫。螺栝挤压枫近年己遗速深入到食晶 帮农戮产燕加工业，鼓适应抉的生活节奏，创造2 差擞纪耨赞方便食品。螺将 按压飘鸯单螺辑挤压帆、双螺梧挤压规及近年兴起的三螺枉挤压桃。肇、双 螺抒挤攫枧嚣前在食照的挤压加工中应用得比较广泛，但它们的性能有较大 的区别。单螺杆挤压机结构较简单，造价便宜，应用广泛。在单螺杆挤压机 中，物料基本上紧密围绕在螺杆的周围，形成连续带状物料，因此，拍物料 与螺杆的摩擦力大于机筒与物料的摩擦力时，物料将与螺杆起旋转，造成 物料的输送中断。对于双螺秆挤压视而畜，电予c 形开秘处总有禺一螺秆酶 螺旋齿叛旋转着，通常起到了挡板的作灞，函此物料不会毒现共转。这样， 双螺梧挤压枫霹将肉壁徽成光滑的表露，避免不必要靛摩擦，降低运转新耗 能量强嘲。三螺耪挤压枫有三个啮合区，运转中对物料构成了离效的挤压、破 碎、揉攫、压延、拉伸作髑。所以，与单螺杆、双蝶杆挤压机相比，三螺杆 挤联机由于结构形式上的独特性，构成了其性能上和技术经济上的优越性【l 讲。 本实验要设计一螽单螺杆挤压机，并用它进行挤出实验。 传统米粉生产大多是以手工或半手工半机械化方式进行，事实上，米粉 的生产非常复杂，故过去传统的生产机械纯程度不高。随着科技的进步，先 迸豹生产设备及工艺使得以糖继开发。传统米粉生产工艺对节藐、环保重视 不够，造成了一定的能源、资源浪费。所以，对米粉攘工中节畿、环保的磷 究越来越雩| 起久们豹重视。对节熊、环保麴研究也将大有翦途。本课题将从 节熊、环保麴立足点也发，研究探讨一种毅的米粉热工工艺，争取毅的加工 1 6 第一肇绪论 工蕊能够加工出燕豢良好的粉，焉盛能够比传统加工工艺更加节能，更加 环保。 ， 由于方便蘧生产能力过剩，市场趋予饱和，加之楣当数量的消费者不喜 面食或油炸食品，方便米制品便成为近些年来我国企业界的投资热点。我国 南方双季稻区，早籼米压库严重，仅湖南省就达1 0 0 亿k g ，地方财政不堪 负燕。早籼米因其真链淀粉含量相对较高，尤透合制米粉，以早籼米为原料 麴方便米粉的并发，对贯彻落实我国现阶段粮食政策、促进粮食生产产业化 新格局的形成，有着重要的意义。现有方便米粉的生产工艺十分复杂，工序 繁多。班产l 鼍波纹方便米粉的设备，投资离达l o e 万嚣、占厂房面积3 0 4 0 0 费，总功率达和8 0 k w ，每h 还需损耗蒸汽6 激鏊以上，丽虽产菇往 往达不到8 s 开水5 m i 娃内可泡食的要求。采用我们研制的一步成型新工艺 生产的童条米粉，外观涪自光亮、翕莹透明、条形挺誊、粗细均匀、日感滑 爽而有韧性、复水性好、浑汤轻、不断条， 米粉、粉丝产遭总熬来说是一个向上发展的行业，市场稳定，消费人群 和地域不断扩展，翻外也有较大的市场。总体来说，米粉、粉丝产业会有一 个姆的前景。我国是米粉、粉丝的生产大国，也是消费大国。 米粉是我晷历史悠久的传统食晶，民间早就有将大米加工成米粉等食品 的习惯，但是因为米粉深加工未能实现高毅化，所以将米粉掘工戏各种方便、 安全、卫生的方便食晶的比例极小。我国米粉产业要实现更大照快鹩发展， 必须认清传统米粉加工技术的薄弱点，找出目前方便米粉生产的技术瓶颈， 并在此基础上，进行米粉生产技术的原始性创耨与囊主性龟l 衢，否曩| j 中国的 米粉产业搬难保持原有的优势，也很难适应2 1 世纪国内外米粉市场发展的需 求。麸我圜转统的米粉嘉嚣工技术来看，米粉加工技术分榨粉和切粉两大类。 檫粉是指大米经水洗、浸泡、磨浆( 或粉碎) 、蒸坯、派榨，蒜经蒸熟( 或 蒸煮) 铡成的墓条状米粉；切粉是把大米研磨成浆菇蒸成粉块切塞丽成，其 产晶主要有河粉、肠粉等。漱于传统的米粉翔工技术基础差，技术力量薄弱， 至今未能形成体系，大多数以经验控制成品质量。 1 7 第二章米粉制作新工艺 2 1 米粉加工工艺现状分析 传统的米粉生产大多是手工或半手工半撬械纯生产。由于大米本身的特 性，其主要是由7 麟左右的淀粉组成。米粉条的主要成分当然是大米淀粉，米 粉条的诸多食用品质自然的主要来自大米淀粉的行为表现。米粉生产与磷条 情况不同，蕊条生产的抗拉强度主要依靠面粉蛋白质形成的面筋