稻米加工设备现状及最新研究进展

何振鲁　程欣　蔡健荣　安玉亭　牟敦山　张文松

摘 要：通过分析稻谷的结构和大米加工设备现状，指出稻谷加工新技术研究对粮食安全的重要性，并在此基础上，介绍现有的稻谷加工技术，分析其特点和缺陷。提出一种新型的基于刀辊切削原理的稻谷加工技术手段，为解决目前大米加工产生的品质问题提供解决方案。

关键词：稻谷;碾米机;大米加工

Abstract：By analyzing the structure of rice and the current situation of rice processing equipment， the importance of new technology of rice processing to food security was pointed out. On this basis， the existing rice processing technology was introduced， and its characteristics and defects were analyzed. A new technology of rice processing based on the principle of knife-roll cutting is proposed to solve the quality problems of rice processing.

Key words：Rice; Rice milling machine; Rice processing

中图分类号：S226.2

稻谷是我国种植面积和产量最大的粮食作物，约占我国粮食总产量的40%左右。我国有60%左右的居民以大米为主食，年消费量达1.4亿t[1]。稻谷的生产和加工在我国人民生活中占有举足轻重的地位[2]。大米是稻谷经一系列加工得来的，加工工艺一般由砻谷、谷糙分离、碾白和抛光组成[3]。稻谷经砻谷脱壳后为糙米，糙米由果皮、种皮、糊粉层、胚芽和胚乳等组成，其中胚乳是核心组成部分，主要成分为淀粉，是日常食用的主体。值得注意的是，糙米皮层的糊粉层和胚芽中含有大量营养成分，包括脂肪、蛋白质、维生素、铁、磷与钙等。但在碾白过程中，大部分胚芽随皮层被碾除，导致成品大米几乎不含胚芽。大米加工过程中碾白精度越高，碎米率也越高，降低碎米率又意味著降低碾白精度。因此，在稻谷产量恒定的情况下，改变稻谷加工技术，解决加工精度与碎米率之间的矛盾[4]，对降低碎米率，提高留胚率，保证我国粮食安全有着十分重要的意义。

1 现有稻谷加工技术的特点和缺陷

碾米作为稻谷加工过程中最关键的步骤，主要方法有化学法和机械法。其中化学法是指用一些化学溶剂预处理糙米皮层，使其皮层脱落，如采用纤维素酶溶液降解糙米皮层。但该方法成本高，效益差，不适合生产应用。目前的“碾米”通指采用机械法，即采用机械碾磨或碾削，使大米达到规定加工精度。碾米机是碾米的关键设备，按照加工工艺可分为“稻出白”和“糙出白”两类。稻出白米机是将稻谷直接碾成白米，这类机型结构简单、操作维护方便、价格低廉，很适合农村地区应用。糙出白米机对去除稻壳后的糙米进行后续加工，需要与砻谷机、谷糙分离机等设备组合使用，投资较大，主要用于粮食加工企业[5]。

目前，国内外碾米机种类繁多，按碾白方式可分为磨擦式碾米机和碾削式碾米机，按碾辊布置形式可分为卧式（横式）碾米机和立式碾米机。在此基础上，出现了采用许多辅助改善碾米质量的设备，如喷风碾米机、加湿碾米机等。上述碾米机的特点是碾白室间隙较小，一般在4～16 mm。米粒在加工过程中不可避免的受到较大压力，从而导致碎米率高、营养损失多、米温升高与碾米耗能大等问题。

2 磨擦式碾米机、碾削式碾米机

磨擦式碾米机是利用米粒与碾白室构件和米粒与米粒之间的摩擦力使糙米碾白，碾白室内压力大（200～250 g·cm-2），碾辊线速低（<2.5 m·s-1），多为铁辊碾米机，其加工出的米粒表面光滑、米糠含淀粉少，但米粒在碾米机内所受压力大，导致碎米多。碾削式碾米机是利用高速旋转的表面涂有金刚砂粒的碾辊对糙米进行碾削，碾白室内压力小（30～50 g·cm-2），碾辊线速高（11～17 m·s-1）[6]，典型的为砂辊碾米机。该类碾米机产生的碎米少，但米糠含淀粉多，且成品米精度不均。因此，在碾米工艺中，砂辊碾米机一般用于开糙，以保证下道工序[7]。

为了解决上述两种碾米机的缺点，20世纪80年代后，日本、泰国、意大利等国家的碾米工业逐渐采用“多机轻碾”工艺，即砂辊与铁辊米机组合使用（常见有“两砂一铁”的三机串联碾白），最大程度降低加工过程米粒的破碎率。这种混合式碾米机虽然碾白均匀、碎米少、出米率高，但又存在成本高、能耗大等问题。

3 卧式碾米机、立式碾米机

卧式（横式）碾米机内米粒群流动方向与重力垂直，受重力影响，米粒群在碾白室内周向密度分布不均匀，米粒在运动过程中处于无序状态，在碾辊和糠筛形成的狭小空间内，米粒受两侧刚性折弯与剪切的概率增大，产生碎米的概率增大，但碾白均匀性较好。

立式碾米机内米粒流体流动方向与重力方向平行，其在碾白室内周向密度分布均匀，运动过程中改善了受力状况，米粒受两侧折弯与剪切的概率较低，因而降低了碎米率。立式碾米机又可分为顺向立式和逆向立式。顺向立式碾米机是指米粒流在碾白室内自上往下沿重力方向流动，逆向立式碾米机是指米粒流在碾白室内由下往上逆重力方向流动[8]。对于顺向立式碾米机，由于米粒是顺重力方向流动，米粒受力小，电机动力消耗少，且受重力影响碾白室下区米粒密度会比上区大，导致碾白均匀性差，碾白能力弱。逆向立式碾米机中的米粒需克服重力，逆重力方向流动，米粒轴向压力大，电机动力消耗大，但符合开糙段压力大、随后压力逐渐减少的规律，因此碾白能力强。

综上所述，各种碾米机均有优势和缺陷，卧式碾米机碎米率高，但碾白效果均匀，立式碾米机碎米率低，其中顺向立式碾米机内稻谷所受压力最小，能耗低，碾白能力弱，逆向立式碾米机碾白室内单位压力大，耗能大，碾白效果较好。

4 喷风碾米机、加湿碾米机

喷风碾米机是将风机产生的风引入碾白室，高压气流围绕碾辊旋转形成气体涡流，从而增强米粒的翻滚运动，起到碾白均匀、降温去湿和及时排糠的作用。根据其进风方式还可分为轴向进风、径向进风、顺向进风和逆向进风。这种米机的碾白作用轻缓均匀，使砂辊、米筛、米刀的消耗小，消耗匀，寿命长，碾白效果稳定[9]。但该方法作用下的米粒皮层是被一点一点磨削下来的，容易损伤米胚，难以磨掉米粒背沟与腹沟的皮层，成品米表面较为毛糙。

喷湿碾米机是在喷风碾米方法基础上发展起来的新的碾米方法，其喷入碾白室的“风”是高压高速的水雾气流，使米粒在加工过程中不断被加湿、翻转并脱皮[10]，降低糙米皮层与胚乳的结合力，增大糙米表层摩擦系数，使碾白所需压力减小。日本的喷湿碾米机是在喷风碾米机风机进口处加装超声波雾化器（有时还装有加热器）。雾化器可将水雾化成120 μm左右的微粒雾，加热器是将润湿气流加热到工艺需要的相应温度。故加湿碾米能起到降低米温、提高出米率、降低能耗的作用，且相比于喷风碾米机，其成品米表面更加光滑，色泽美观。但需注意的是喷入的水雾温度不能过高，否则会导致大米糊化，降低出米品质。在开糙阶段不宜采用加湿工艺，若此时加湿，会导致剥落下来的米皮过大，量过多，难以从米筛孔中排出，造成米流中混糠严重，影响后续碾白。采用加湿碾米机时，需增加雾化装置、混匀装置和送风装置，各种设备的具体组合和设计更为复杂。

5 基于刀辊切削原理的稻谷加工技术

本公司与高校合作开发了基于刀辊切削原理的稻谷加工技术，实现稻谷的无碾压脱壳去糠，原理如图1所示。主要技术手段为：稻谷从进料斗通过螺旋输送器输入加工室，采用蜗轮蜗杆减速电机控制和调整进料斗开度，改变喂入量;加工室内工作部件为切削刀辊，表面螺旋分布有小节距、横截面为梯形的刀头，相邻刀头间设有喷风孔，气流通过空心轴从喷风孔切向喷出，刀辊上还对称分布一对拨料筋;增大加工室间隙，间隙范围为22～36 mm;出料部件通过减速电机的旋转转换为阻力板前后移动，实现对出口压力的控制;通过控制减速电机实时调节进风量、进料量和出口压力，通过传感器实时监测米温、电流、电压、主轴转速与风压等参数。

本技术的加工特点为：通过改变刀辊结构增强了稻谷的切削频率，小节距螺旋分布的刀头控制了稻谷在加工室内的停留时间，拨料筋的旋轉运动促进了稻谷翻滚和快速易位，喷风系统增强了米粒翻滚和排糠散热，出口压力的调控实现了加工精度的有效控制，使稻谷处于适碾状态，从而减少碎米，保留大米胚芽。综上，本技术解决了目前市场上常用碾米机过度加工、碎米率高、留胚率低、大米营养损失严重和米机能耗大等问题，一定程度上保证了大米加工精度和碎米率间的平衡关系，使成品米留胚率在80%以上。

参考文献：

[1]祝滨滨.我国稻米中长期供求趋势分析[J].中国粮食经济，2007（6）：19-21.

[2]谢 健，谢科生.我国稻米加工行业科技进步及发展态势[J].粮食与饲料工业，2002（8）：1-3.

[3]韩燕龙.碾米机内米粒运动特征及碾白特性[D].哈尔滨：东北农业大学，2017.

[4]朱建武，雷艳清，颜 俊.提高碾米机碾白精度降低碎米率方法的研究[J].粮食科技与经济，2018，43（3）：83-85.

[5]钟红燕.影响碾米机性能检测结果的因素分析[J].湖南农机，2010，37（5）：16-17.

[6]孙旭清，钱生波，万希武.砂辊碾米机碾白室内压力及其他主要技术参数与结构探讨[J].粮食与饲料工业，2008（4）：6-7.

[7]孙慧男，阮竞兰.国内外碾米机发展现状[J].粮食加工，2013，38（4）：41-43.

[8]刘协舫.碾白室米粒流体状态浅析[J].粮食与饲料工业，1996（10）：10-14.

[9]姚 方.旋筛喷风砂辊碾米机[J].粮食工业，1979（3）：1-10.

[10]金增辉.喷风与喷湿碾米[J].西部粮油科技，1996（2）：15-18.