馒头工业生产智能发酵装置的设计

贾云飞，周 云 ，刘建华，朱克庆

（1．郑州新智信粮食工程科技有限公司，郑州 ；2．郑州粮油工业有限公司，郑州 450001；3．国家粮食和物资储备局无锡科学研究设计院，江苏 无锡 213035；4．河南工业大学，郑州450052）

馒头生产的基本原料是面粉、发酵剂和水。从加工方式上可分为手工馒头和机制馒头两种，生产工艺也不尽相同，而发酵工艺及装置是优质馒头生产的先决条件，生物、制药、酿造行业发酵装置由于生产工艺的不同，不能直接用于面食的发酵，而现有的面食发酵装置自动化程度、精确度难以适应馒头工业化连续生产方式，设计出面浆发酵装置，从而实现面浆的连续流加发酵和全过程智能控制。

1 馒头生产工艺

1.1 工艺流程

1.1.1 二次发酵法工艺

称量原辅料→混合→面浆发酵→自动称量注入和面机(自动加粉)→和面→自动揉面→成型→整型摆盘→醒发→汽蒸→冷却→包装

1.1.2 三次发酵法工艺

称量原辅料→混合→面浆发酵→自动称量注入和面机 (自动加粉)→和面→面团发酵→自动揉面→成型→整型摆盘→醒发→汽蒸→冷却→包装

2 智能发酵面团生产系统

该系统由加热水罐、面浆发酵装置、和面机、自动喂料机和控制柜等组成。

如图1所示：在智能发酵系统中，加热水罐中的加热装置自动把水加热到和制面浆工艺要求设定的温度后并保持恒温；当阀1打开时，往发酵装置中输送水，当液位计检测到一定液位时，通过变送器反馈到控制柜，从而关闭阀1。然后，低速搅拌电机启动，此时往发酵装置中加入特制的发酵剂和确定配比的面粉，先快速后固定低速进行搅拌，让面粉吸水和发酵，形成密度均匀的面浆。面浆发酵好后，即当发酵装置中液位计发出信号时，通过螺杆泵可以把浆料输送到和面机内进行调制面团。在此之前,控制柜已发出指令通知喂料机2向和面机内输进与面浆严格匹配数量的面粉。和面机的控制有人工和自动两种模式,面团和好后二次发酵或直接压面成型，可根据生产过程中二次或三次发酵工艺而设定。

图1 智能发酵面团生产系统图

智能发酵面团生产系统采用PLC控制柜进行全程控制。

3 智能面浆发酵装置的结构及工作原理

3.1 智能发酵装置的结构设计

该装置包括加温水的加热装置、面浆发酵装置、电控柜、绞龙输送装置等。

在设计智能发酵装置过程中，对发酵装置采用了恒定的保温措施，搅拌器配置在发酵装置的中心线上，呈对称布局，直接用减速电机驱动。搅拌器采用低速三叶旋浆式的形式，通过搅拌混合，防止有物料悬浮或沉淀，使面粉颗粒及辅料充分吸水，形成密度均匀的发酵面浆。

搅拌浆叶端部采用四氟材料制作的刮板与发酵装置内表面贴切不粘连面浆，同时便于清洗。

发酵装置体下部三个支座对整个装置体起支撑作用，其下端装有称重传感器，通过对整个装置体内浆液的重量差检测，并与控制柜的连接，控制柜将信号传递给螺杆泵，实现浆液重量精确控制。发酵装置体周围有聚氨脂隔温层并有恒温保护膜确保发酵装置内部面浆温度恒定。智能面浆发酵装置的结构如图2所示。

图2 智能面浆发酵装置图

发酵装置采用220 V电源，方便安全。

3.2 智能面浆发酵装置工作原理

当系统开始工作时，控制柜接受液位计反馈的液位信息,调节阀1的开关，驱动并控制喂料机1的运转时间，控制柜会发出指令，首先连接在热水罐和发酵装置之间的增压泵和电磁阀1会打开，加热水罐可以自动把水加热到和制面浆工艺要求的温度；热水罐中的温水会流入发酵装置内，当电磁阀1打开时，阀1调节往发酵装置中输送水的流量，发酵装置中的液位传感器用于测量水的液位，当液位计检测到一定液位时，通过变送器反馈到控制柜，增压泵停止，关闭阀1。然后，低速搅拌电机启动，螺旋喂料机下的启动插板阀和螺旋喂料机1相继开启，此时往发酵装置内加入发酵剂、面粉及其它所需原料，当装置下端的重量传感器发出信号，螺旋喂料机、插板阀依次停止和关闭；此时发酵装置内的面浆开始进行发酵，经过一定时间发酵，面浆中除主要含有自制菌种外,还含有一定数量和种类的其它微生物群，包括醋酸菌、酵母菌、霉菌、乳酸菌等，发酵剂中的菌体群繁殖到对数增长期时,生长繁殖速度为最快最高,活力旺盛,而且产生出醇、酯、醛、酚、酸、低分子糖、多肽等多种挥发性风味物质及少量的风味辅助物质，赋予了面浆特殊的滋味和风味，而这些微生物群体大部分主要靠耗氧呼吸来维持自身的活动，随着面水比例的增大，面浆的稠度在增加，溶氧量也在增加，微生物群体尤其是酵母菌的生长繁殖加快加大，菌体群发酵的活力就会增强，使面浆的发酵力维持在一个较高的水平，其共同发酵的结果使面浆优于传统面团发酵的效果，具有浓郁的麦香味、曲香味和酵香风味，面浆质量稳定，安全、营养。利用发酵充分形成密度均匀的面浆达到稳定状态后，作为发酵面团的发酵剂使用，保障后期馒头连续化生产的面团需要。

当面浆发酵完成后，控制柜开启电磁阀2，并驱动螺杆泵电机，同时接受智能流量计反馈的流量信息进行流量运算；当体积流量达到预期的设定值时，最后由重量传感器关闭螺杆泵的电机。流量计起粗调节作用，重量传感器对浆液重量起精确细调节作用，故重量传感器与流量计的配合使用，可以使浆液出料量达到智能精确控制。

依次循环，在发酵装置内可以实现定时添加补充主、辅料,保持面浆的持续发酵，一定时间排出成熟面浆,使整个发酵过程实现了面浆连续流加发酵。

该发酵装置配有两种控制方式，一种为质量控制，一种为流量控制，客户根据需要可以通过控制柜上的按钮进行选择，采用质量控制方式时，质量控制为主，流量控制为辅控；采用流量控制方式时流量控制为主控，质量控制为辅控；控制柜面板上可以实时显示面浆的温度、浓度和重量。

4 操作流程及控制特点

4.1 操作流程

选择控制方式→人机界面→输入设定数值→按下启动按钮→系统到达设定值显示→结束运行。

4.2 控制特点

该装置系统运行稳定、精度高，采用变频方便控制流速，系统运行时首先大流量运行，接近设定值时以微小流量运行达到设定值，精度达到0.03%。

5 结论

采用智能控制、连续流加发酵装置，操作便利，自动化程度高，管道全封闭，干净卫生,改善了传统的劳作环境，减少人工劳动强度和劳动力,提高了生产率。其成本相当于传统发酵工艺、提高了设备的利用率、更降低了人为因素带来的产品质量不稳定，而且也改变了传统发酵工艺的繁杂、减少了环节浪费；利用智能发酵面浆，不添加其它添加剂，可以快速、便捷制备大量发酵面浆，满足了大批量连续化工业化生产。馒头产品质量稳定、卫生安全、营养丰富、口感、气味和酵香味十足，符合广大人民消费需求。

对于发酵剂的种类、发酵过程中菌群成长规律的在线检测以及面浆成熟度的精确控制还需要进一步地试验和研究。