新型小麦制粉工艺技术装备研究（一）——论传统小麦制粉工艺发展的瓶颈

王洪福

郑州市鸿力农业科技有限公司　郑州　450000

现代小麦制粉工艺以辊式磨粉机诞生为标志，已有一百五十多年历史。资料记载，20世纪60年代，粉路4皮4心制粉生产线出粉率为85%左右，吨粉电耗34～40 kw·h；20世纪80年代引进的4皮8心2渣2尾制粉生产线出粉率为72%～73%，吨粉电耗72～78 kW·h。后者粉间设备和土建投资比前者增加近1倍。近年来，我国制粉工艺中粉路普遍加长加宽，皮磨加长到6～8道，心磨加宽增加1/2以上磨辊，同时大幅度增加清粉机和高方筛数量。如此，我国现在通行的小麦制粉工艺（简称“传统粉路”），其发展走的是越来越复杂、投资和能耗越来越高的路线。这种高能耗低效率的工艺显然不是最完善合理的，本人孤军奋战近二十年，研究探寻出一种高效率低能耗生产高品质面粉的工艺与设备，以下介绍其研究的收获及新设备、新工艺的研发成果，供同行专家参考。

小麦制粉的本质就是剥离麦皮、胚芽，把纯净胚乳粉碎成粉，小麦制粉工艺的终极目标是多产出满足市场需求的优质面粉。目前辊式磨粉机是小麦制粉传统粉路的核心设备。“传统粉路”设置皮磨、渣磨、心磨，皮磨的作用是破碎麦粒、造渣和刮净麦皮上胚乳，渣磨的作用是进一步造渣，心磨的作用是研磨胚乳颗粒成粉。通过深入分析研究，我认为目前辊式磨粉机的功能欠佳，皮磨、渣磨和心磨的工艺的效果不够理想。

胚芽占小麦籽粒2.6%，而“传统粉路”最高提取率只有0.2%左右，显然提胚率太低（以下称“提胚失败”），这是“传统粉路”最大的缺憾。“传统粉路”中清粉机的作用是把纯净胚乳与带皮胚乳、胚芽和麦皮分离开，实现分级提纯。而有些场合由于清粉机使用不当，对工艺效果产生负面影响、危害较大。

总之，“传统粉路”发展的瓶颈是“麦皮进入心磨”和“胚芽提取率太低”。产生的重要原因是辊式磨粉机功能欠佳、提胚技术和工艺路线不太合理以及清粉机使用方法欠妥等。

1　辊式磨粉机功能欠佳是导致“麦皮进入心磨”的根源

在粉体工程学领域，辊式磨粉机的研磨是“挤压、剪切”粉碎方式，磨辊研磨粉碎的机理如图1所示，当快慢磨辊对物料颗粒产生相对运动（图1中V1、V2，其实质是快慢辊速度）时，物料颗粒承受正压力（图1中F1、F2，即由磨辊轧距决定的碾压力）,同时承受快慢辊对物料颗粒施加的摩擦力（图1中F3、F4）。在解释粉碎机理时，摩擦力就是磨辊对物料颗粒施加的剪切力。显然，剪切力伴随着正压力的生成和消失，也随同正压力增大和减小。对磨辊研磨来说，正压力的有无和大小取决于磨辊轧距和物料颗粒粒径；剪切力的有无和大小取决于由磨辊轧距决定的碾压力和两磨辊与物料颗粒相对运动的摩擦系数有无和大小。从摩擦系数角度分析，齿辊研磨过程中剪切力的作用远比光辊研磨大得多，表面粗糙的磨辊研磨过程中剪切力的作用比表面光滑的磨辊大，这正是齿辊磨比光辊磨取粉率高和高效低耗优势的理论依据，也是辊式磨粉机工艺效果随使用时间长而下降（大多数使用1000～2000小时需修一次磨辊）的原因。

图1　磨辊研磨粉碎的机理

1.1　齿辊磨粉机功能欠佳——刮不净胚乳、造渣功能欠佳、产出大量带皮胚乳

根据辊式磨工作原理分析，粗皮磨用齿辊磨研磨，轧距调节得当时，磨辊碾压的正压力能把大麸片压在一个磨辊上不动（麦皮面积大决定它与磨辊之间的摩擦力远比粘附在麦皮上的小胚乳粒与磨辊之间的摩擦力大）。此时，另一磨辊相对运动形成的剪切力即产生剥刮效果。如果轧距过大，磨辊压不到颗粒，磨辊必定空转无效。如果轧距过小，颗粒承受的剪切力随正压力增大到一定程度，即可把胚乳连同麦皮一起撕碎。齿辊轧距过小取粉率提高、大麸片减少和细小颗粒产出率提升。

齿辊磨粉机的另一粉碎功能是垂直剪切。由于齿辊磨齿拉丝具有一定的斜度，运转时快慢辊磨齿交叉形成夹角（夹角只有5°左右）。研磨时轧距小到一定程度，快慢辊齿锋对物料颗粒产生垂直于磨辊表面方向的剪切力，将物料颗粒剪碎。1B、2B轧距大，垂直剪切发生的几率很小，后路粗皮磨垂直剪切发生的几率大幅增加。垂直剪切可产出大量细小颗粒，特别是产出大量带皮细小胚乳，这是麦皮进入心磨的重要原因。另外，根据齿辊齿锋表面积总和最多只占磨辊总面积1/5和快慢辊磨齿交叉分析，齿辊磨研磨过程中只有快慢辊磨齿的交叉点能同时接触麦皮和胚乳，也只有在这些交叉点碾压到胚乳粒才有粉碎和剥刮效果，但这些交叉点面积总和估计最多只有磨辊表面积的数十分之一，显然，这是齿辊磨刮不净胚乳的根本原因。依据上述辊式磨研磨工作原理，分析细皮磨研磨1mm以下（检测细皮磨来料粒径大都通过20W筛网）的细小物料，磨齿交叉点只能压住来料中数十分之一颗粒，显然，这是细皮磨工艺效果差的根本原因。

小麦籽粒中麦皮平均含量为13%，但传统粉路面粉厂总取粉率78%左右，由于面粉中含麸皮极少，分析推算，商品麸皮中胚芽和胚乳的含量应占40%。显然，麸皮中仍然含有较多面粉，齿辊磨剥刮功能欠佳毋庸置疑。

造渣无疑是皮磨磨粉机最主要和最重要的任务，评价造渣功能优劣有数量（麦渣、麦心和粗粉的总量）和质量（纯净胚乳在混合物中占的比例）两项指标。1B、2B产出大量带皮大粒胚乳，后路皮磨产出大量带皮细小胚乳，采用齿辊磨把这些带皮胚乳颗粒的胚乳与麦皮分开，其效果较差，这是目前齿辊磨粉机功能的重大缺欠。

1.2　1S磨用光辊的功能缺欠——产出粘附细小胚乳的麦皮和压扁胚芽

1S磨用光辊能出色完成造渣任务并产出稍高精度的面粉，但光辊在压碎麦皮上胚乳同时，把少量细小胚乳压实在麦皮上，这是进入心磨麦皮的一个重要来源。此外，1S磨用光辊研磨会压扁胚芽进入后道皮磨和进入尾磨，在1T提胚时，很难把薄片状胚芽与麸片分离开。1S用光辊磨研磨的这一负面效应是传统粉路提胚失败的最重要原因。

1.3　心磨用光辊的功能缺欠——低效率高能耗（如：取粉率低、温升高、破损淀粉值高等）

根据辊式磨工作原理分析，光辊研磨磨辊与物料颗粒之间摩擦系数远比齿辊研磨低，心磨光辊磨快慢辊速比是1.25∶1，所以研磨过程中剪切作用很小。理论上分析，在产能相同的前提下，光辊磨研磨要扩大粉碎比（指粉碎加工前后物料粒径之比）和本道取粉率就必须用减小轧距的方法增大碾压力，减小轧距的正面效应是粉碎比增大和本道取粉率提高，但其负面效应是能耗增大，面粉温升高、破损淀粉值增加、灰分增大等，因此减小轧距的措施并不合理。

光辊研磨还有一个特殊的状况，这个状况对进一步粉碎胚乳颗粒影响很大。光辊研磨时，只要有一两片厚度超过面粉粒径的麸片垫在两磨辊之间，磨辊就会空转无效，这与齿辊研磨轧距过大工艺效果一模一样。据资料介绍，完整麦皮的总厚度是0.09～0.13mm，用千分尺检测1S光辊磨研磨产出的麸片的厚度80%以上都在0.2～2.5mm。如果分级提纯不清，厚度大于面粉粒径的麸片垫在两磨辊之间必定是相当普遍的现象。光辊研磨无力破碎麦皮，也无力剥刮掉麦皮上的胚乳，充其量也最多能把粘附胚乳的麦皮压薄点。据此分析，“麦皮进入心磨”是把光辊磨的功能缺欠高倍放大的关键因素。试验证明8M来料含纯胚乳颗粒肯定超过50%（高速挤切粉碎机两次撞击取粉率之和超过60%），但8M采用光辊磨本道取粉率大多在10%以内，显然，对后路心磨使用光辊，取粉率低是先天不良的痼疾，辊式磨粉机无力救治。

加长加宽粉路实质上就是在皮磨系统用增加研磨道数方法减轻齿辊磨功能缺欠的影响，提高后路粉出率；前路心磨系统横向增加磨辊的方法，只是减少单机产能，减轻光辊磨功能缺欠的影响，提高前路好粉出率。事实证明，加长加宽粉路的上述目标都能实现，但能耗增大，设备和土建投资大幅度增加也会引发加工成本增加，“何时能收回投资”问题也不容忽视。

2　提胚失败——传统粉路最大的缺憾

高校教科书记载：被营养学家誉为“人类生命之源”的小麦胚芽在麦粒中的平均含量为2.6%。麦胚中营养价值优于牛奶蛋白和鸡蛋蛋白的蛋白质的含量达30%～33%。麦胚中市场公认的“珍贵的高级营养保健油“的小麦胚芽油含量在10%左右。国际市场小麦胚芽油的价格是每千克30美元左右，胶丸制品每千克达3000美元。在发达国家小麦胚芽油已成许多消费者的必需保健品。在我国小麦胚芽油开发处于刚刚起步阶段，小麦中每年可供开发的胚芽达300万吨。此外，教科书中还记载，胚芽的平均灰分为6%，胚芽混入面粉的主要负面效应是面粉精度降低和安全贮存期缩短。据统计，传统粉路小麦胚芽的提取率只有0.2%。上述资料从正反两方面证明开发小麦胚芽资源具有异常巨大的经济和社会效益，同时也证明“提胚失败”是“传统粉路”最大缺憾。

实物检测，小麦胚芽是粘附在麦皮外表面直径1～1.5mm的圆状颗粒。润麦后胚芽含水率最高，胚芽与麦皮的结合力弱。磨辊碾压可把胚芽颗粒压成尺寸增大50%左右的圆片状（这是粉路提胚工艺原理的依据）。根据上述资料和1B、2B轧距大分析，经1B、2B研磨后，胚芽必定从麦粒和麦皮上脱落下来。这些胚芽中有些能保持完整，破碎的胚芽粒径也不会很小。按粒度大小分析，这些胚芽大部分（以下按80%估算）会存留在1B、2B产出的麦渣和粗麦心中。其余（以下按20%估算）主要存留在3B来料中。根据“传统粉路”图分析，所有进入3B的胚芽必定被反复研磨变成小颗粒，丧失被提取出的机会。

根据高校教科书上记载布勒公司流量和质量平衡表（见表1，以下简称“平衡表”）分析，“传统粉路”1B、2B产出的麦渣和粗麦心（1P来料）占1B流量31%（以下涉及来料、出料的百分数均指占1B流量）。1P清粉机筛选出8%送3B，18%送1M，4%送1S。按1M来料不含胚芽和其余物料胚芽含率相同分析，1S来料所剩胚芽只有27%（送3B的物料又带走53%胚芽）。“传统粉路”1B、2B粗筛用20W～24W筛网，意味着1P来料必定有20W～24W带皮胚乳粒，同时意味着1S磨下和1T来料中必定有20W～24W的大麸片。1T筛用18W筛提胚显然难保胚芽纯度，加大筛孔虽可提纯但提胚量必定进一步降低。显然，这是“传统粉路”提胚量只有0.2%左右的重要原因，同时，它证明没有清除来料中大麸片也是“传统粉路”提胚失败的重要原因。另外，胚芽延展性有限，来料粒度差异大，必然导致小粒胚芽因“碾不大”提不出来，所以，来料粒度差异大也是提胚率低的重要原因。

表1　传统粉路流量与质量平衡表

续表　传统粉路流量与质量平衡表

综合分析，“传统粉路”提胚失败的原因包括：①70%以上胚芽送后路皮磨。②1S光辊把胚芽碾压成片状后，高方筛、清粉机都不能有效把相同粒径的麦皮和胚芽片分离开。③没有分离和清除麸片的工艺措施。④来料粒度差异大，一对磨辊提胚不够。

3　清粉机使用方法欠妥——麦皮进心磨另一重要原因

忽略其它杂质影响，1M来料不纯的原因不外乎含带皮胚乳、麦皮和胚芽三项。把纯净胚乳与带皮胚乳、麦皮、胚芽分离开是清粉机的任务。笔者认为“传统粉路”清粉机应用上有如下两处问题：

3.1　麦渣和粗麦心用清粉机筛选——得不偿失

根据“平衡表”分析，1P清粉机只能把来料分成三组，分别送 3B（灰分 2.9%）、1S（灰分 1.94%）和1M（灰分0.65%）。仅用灰分对比分析，清粉机工艺效果甚佳。但1S（磨后粉灰分0.44%）和1M（磨后粉灰分0.41%）磨后粉灰分差只有0.03个百分点，而且两种粉肯定都在1号粉档内，证明对这些物料清粉没有实用价值。特别是1P送3B的物料带走53%胚芽（见前条）证明先清粉得不偿失。粉路创新应考虑先入渣后清粉（“传统粉路”即使先入渣后清粉也于事无补）。

3.2　清粉机上层筛筛上物再加工和反复加工——后患无穷

根据清粉机结构、工作原理和制粉实践分析推断，适当调配筛网即可确保除了筛选“传统粉路”中1S后物料的清粉机外，其它清粉机上层筛筛上物都应是基本纯净的麦皮。笔者查看过许多面粉厂，大部分清粉机上层筛筛上物都是根本没有再加工价值的、基本纯净的麦皮，同时笔者查阅数十份国内外粉路图，发现所有粉路图中所有清粉机最上层筛的筛上物都送皮磨、渣磨或尾磨再加工，基本纯净的麦皮再次和多次加工必定会被研磨成细小颗粒进入心磨或成为面粉，导致麦皮进入后路心磨和面粉灰分升高，显然，此举有百害无一利。