马铃薯全粉的制备工艺及其控制系统设计

赵然 杨阳 董育麟 马晓君

摘要针对马铃薯全粉生产过程中工艺复杂繁琐且物料损失率高的现状，分析了现有马铃薯全粉加工设备现状，对现有加工设备进行优化，采用可编程逻辑控制器（PLC）对马铃薯全粉制备过程进行有效控制，保持马铃薯细胞的完整性，提高马铃薯全粉加工的质量和自动化程度。仿真实验结果表明，设计的马铃薯全粉加工控制系统能够简化加工工艺，实现马铃薯全粉的精准加工与物料控制，为马铃薯全粉制备智能化、自动化生产奠定基础，具有较高的实用价值和应用前景。

关键词马铃薯全粉；工艺流程；可编程逻辑控制器；智能化；自动化

中图分类号TS210.3文献标识码A文章编号0517-6611（2017）17-0059-03

AbstractAiming at the status of complex and tedious process， high material loss rate in production process of potato powder， the existing processing equipments were analyzed and optimized. PLC was used to control potato powder process， in order to maintain the integrity of potato cells， improve the quality and automation degree of potato power processing. The simulation test results showed that the design of the potato powder processing control system， can reduce the processing technology， realize precision processing and material control for potato powder preparation， lay the foundation for intelligent， automatic production， has high practical value and application prospect.

Key wordsPotato powder；Technological process；PLC；Intelligence；Automation

基金項目黑龙江省大学生创新创业训练计划项目（1022220168733）。

作者简介赵然（1996—），男，黑龙江双鸭山人，本科生，专业：农业电气化。*通讯作者，工程师，博士，从事现代制造系统设计及自动化研究。

收稿日期2017-04-07

我国马铃薯的种植面积和产量居世界首位。多年来，我国马铃薯主要用于淀粉生产加工，马铃薯生产加工的领域较小，产品附加值较低，欧美等发达国家马铃薯的加工领域较广，生产设备先进，马铃薯全粉加工为马铃薯产业带来了巨额利润。近年来，国内马铃薯生产设备技术得到快速发展，但在生产过程中物料损失严重，质量也得不到保证。由于具有丰富的马铃薯资源，马铃薯全粉制备设备的开发与利用在国内具有广阔的发展前景，必将推动我国马铃薯深加工产业快速发展。

1马铃薯全加工的现状与发展前景

由于马铃薯全粉是食品工业的中间原料，具有优良的性能，使得马铃薯全粉加工成为马铃薯加工行业的主流。马铃薯全粉是由马铃薯经清洗去皮→切片→蒸煮→制泥→干燥→粉碎→筛分等工艺流程后得到干燥状态的粉碎状或片状产品，由于加工过程保持了马铃薯细胞的完整性，因此原马铃薯固有的营养和风味得以保持，且易于储存。马铃薯全粉作为马铃薯加工的主导产品，在国内外马铃薯加工行业得到了迅猛发展[1-3]。

随着马铃薯全粉加工设备的快速发展，在美国、德国、荷兰以及法国等国家，马铃薯全粉的种类有上千种，加工方式日臻完善，实现了马铃薯的精细加工，马铃薯深加工比例逐年提高。目前，欧美国家深加工的比例高达总产量的40%，而国内马铃薯深加工的比例约为总产量的5%，可见国内马铃薯深加工还有广阔的空间[4]。

1989年，我国创建首家马铃薯全粉加工企业，雪花牌马铃薯全粉诞生，同时，马铃薯全粉的加工生产开启了我国对马铃薯全粉加工技术的深入研究，在国内马铃薯全粉加工具有里程碑意义，形成了一系列具有自主知识产权的马铃薯全粉加工技术与成套设备。2002 年，成功研发了马铃薯颗粒全粉回填加工工艺及成套设备。2008 年，我国马铃薯全粉生产线26 条，其中进口生产线11 条，国产生产线15 条。装机生产能力达10 万t/a，其国产生产线产能占50%以上[5-7]。2008 年，马铃薯雪花全粉产量达2万t。

通过测绘、仿制、技术移植，使马铃薯全粉加工技术得到了快速的发展，但关键技术来源于国外。在马铃薯全粉的生产加工中，如何保持马铃薯细胞完整性、优化加工工艺以及马铃薯全粉加工的自动化程度是亟待解决的问题。

我国马铃薯加工企业起步较晚，马铃薯的综合利用率和增值率较低，应用领域有待拓展，市场产业链短，自動化水平低。虽然我国马铃薯加工企业有4 500多家，但是规模化的加工业企业不足100家，大多数企业规模小、设备陈旧老化、技术落后，闲置产能高达60%，且管理方式和经营理念不符合现代经济发展模式，直接影响马铃薯加工企业发展[4，8]。

目前，高品质马铃薯全粉市场售价约1万元/t，紫薯全粉的价格超过3万元/t。马铃薯的价格800～1 200元/t[9-10]，可见，马铃薯经过深加工的全粉效益相当可观，通过马铃薯的全粉加工不仅拓宽了马铃薯的应用领域，同时创造了更多的市场价值。今后，拥有自动化、集成化、规模化的马铃薯全粉生产加工企业必将成为马铃薯生产加工企业的主流。

2马铃薯全粉加工工艺流程

马铃薯全粉加工的工艺流程：清洗去皮→切片→蒸煮→制泥→干燥→粉碎→筛分。

2.1去皮

马铃薯的去皮方法有3种：碱液去皮、蒸气去皮与磨擦去皮。磨擦去皮方法被广泛采用，擦皮机具有设备经久耐用、成本低、便于操作、对均匀皮质的马铃薯去皮效率较高等优点，但由于马铃薯的芽点，对于非均匀皮质的马铃薯去皮率较低。

2.2切片

切片工艺采用切片机，切片后的马铃薯提高了蒸煮效率。切片机切片均匀，厚度可控，经济的切片厚度为8～10 mm。

2.3蒸煮

马铃薯切片后，需进行蒸煮，蒸煮工艺常采用螺旋蒸煮机、隧道式蒸煮机或螺旋蒸煮机等蒸煮设备。该设计采用螺旋蒸煮机，并对蒸煮机进行优化，使其蒸煮糊化充分。

2.4打浆成泥

打浆成泥是马铃薯全粉制备的主要工艺，采用打浆成泥机能够保证细胞的完整性，降低游离淀粉率。

2.5干燥

干燥工艺采用食品烘箱或干燥箱，控制水分在6%～8%，进出口温度分别约为140与60 ℃。

2.6粉碎筛分

粉碎筛分工艺采用振筛，通过筛板的振动破碎并筛分，粉碎筛分工艺可以有效降低游离的淀粉率。

3去皮、切片工艺加工设备的优化仿真

3.1清洗去皮

马铃薯清洗去皮工艺设备仿真图如图1所示。该仿真装置的外形类似桶状，底部有可开关的出料口，滚筒内壁利用金刚砂与带凸起的不锈钢片结合，快速旋转的底盘，使其摩擦力更大，有起停按钮，可自行控制该装置启动或停止，去皮率可达90%。

3.2切片

马铃薯切片工艺设备仿真图如图2所示。该仿真装置，内置2个距离很近且相互咬合的圆形锯齿刀片，当洗净去皮后的马铃薯从上进口通过自由落体方式落入该机器内时，2个相互咬合且高速旋转的圆形刀片可将马铃薯切成片状，方便下一步处理。切片装置外有起停按钮，可随时将该装置启动或停止。

4.2控制系统中PLC的功能

进行变量的初始化，对中断协议以及通讯口协议、地址进行设置；

通过相应的通讯手段实现人机交互的通信功能；

实现实际数字量和输出模拟量之间关系的转化；

实时控制工艺自动控制系统的相关动作。

4.3控制模式

在马铃薯全粉控制系统的自动模式下，对于清洗去皮、切片、蒸煮、制泥、干燥、粉碎、筛分相关的环节及控制各个生产环节的对应电动阀、变频器的机组等设备要选择自动调节模式，控制阀门的速度和敏感程度以及工况条件下的输出频率特征；同时采用PLC实现对各传感器收集信息的分析处理工作，并且按照预先制订的控制方案进行自动模式的控制。在对马铃薯全粉进行手动模式的控制下，相关操作人员能够通过对触摸屏以及按键操作台的动作来实现后续工序的参数设定，并且还能对设备与系统进行调试和维护操作[11]。

4.4PLC控制系统设计

PLC在对软件的设计过程中，主要包括了数据处理程序、手动/自动运行程序、模拟量输入/输出程序以及对应故障处理程序等。PLC通过制订的数据处理程序以及相关的模拟量输入程序对马铃薯全粉加工过程中温度、速度、湿度进行读取工作，并对已经读取的相关数据处理分析，对每组中的数据进行平均值的求取，并确定为实际值。PLC程序设计图如图4所示。

5结语

该研究通过对马铃薯全粉制备的清洗去皮、切片的加工工艺设备仿真优化，为马铃薯全粉加工的自动化、智能化奠定基础。利用PLC和触摸屏实现人机交互，可提高生产的利用率，实现马铃薯全粉的精准加工与物料控制，具有较高的实用价值和应用前景。

参考文献

[1] 杨曼倩，董全.马铃薯全粉加工技术及应用研究进展[J].粮食与油脂，2017，30（2）：7-11.

[2] 吴笛.马铃薯全粉制备工艺简化及改良研究[J].食品工业，2016（12）：59-63.

[3] 沈存宽.马铃薯生全粉的制备及应用[D].无锡：江南大学，2017.

[4] 伍玉菡，尤逢惠，万娅琼.马铃薯贮藏·加工·主食化研究进展[J].安徽農业科学，2016，44（29）：71-72.

[5] 沈存宽，王莉，王韧，等.不同干燥工艺对马铃薯全粉理化性质的影响[J].食品与发酵工业，2016，42（10）：117-121.

[6] 蔡仁祥.浙江省马铃薯产业现状与主粮化对策[J].中国马铃薯，2016，30（2）：118-121.

[7] 周清贞.马铃薯全粉的制备及其应用的研究[D].天津：天津科技大学，2010.

[8] 何贤用，杨松.马铃薯主粮化与马铃薯全粉及其生产線[J].食品工业科技，2015，36（24）：378-379，384.

[9] 郭铁.马铃薯主粮化迈出的第一步：记第一代马铃薯主食产品（30%马铃薯全粉馒头）的诞生[J].种子科技，2015，33（7）：15-16.

[10] 李璐伊.马铃薯主粮化背景下的内蒙古马铃薯产业发展现状与对策[J].安徽农业科学，2016，44（18）：247-248，255.

[11] 姚秋凤，杨捷.基于PLC与触摸屏技术的煤矿充填材料制备工艺控制系统设计[J].煤矿机械，2014，35（6）：230-232.