米糠湿法挤压膨化保鲜工艺发展现状

傅山铖，相 海，陈作江，闫雪峰，郭金强

(1.中国农业机械化科学研究院，北京 100083； 2.浙江三中粮油科技有限公司，浙江 德清 313000)

0 引言

我国是粮食生产大国，稻米种植面积自2008年开始呈现迅速增长的趋势。2016—2019年，我国水稻种植面积保持在3 000万hm2左右。1949—2018年，我国水稻种植面积增加了17%，单产量提高了2.72倍，总产增长了3.36倍[1]。以2018年为例，我国稻谷产量为21 213万t。米糠作为大米加工的最重要副产物，其所占比例为6%～8%，而同年我国大豆产量为1 596.71万t，大豆在油脂提取方面的利用率为30%～40%[2]。目前，大豆油作为我国食用油消费的主力油种，所占比例常年居首。尽管如此，我国油脂自给率在近年却呈现持续走低的趋势，2017年的食用油自给率只有32.2%。而用于油脂加工的米糠利用率却与一些发达国家有着明显的差距。根据世界粮农组织的报告，米糠在一些发达国家的利用率要远远领先我国。在日本，米糠的利用率可以达到99%，而在印度米糠的利用率为60%～70%。

提高米糠的利用率对于我国食用油供应有着举足轻重的作用。此外，米糠营养丰富，稻谷中多达64%的营养汇聚在其中。米糠不仅含有脂肪、蛋白质、糖类、维生素、膳食纤维和矿物质等营养成分，同时还有生育酚、生育三烯酚、脂多糖和r-谷维醇等多种生物活性物质和天然抗氧化剂，这些营养物质对人体健康和现代文明病的预防和治疗具有重要的意义[3]。

在当前形势下，如何提高资源的利用率成为各行各业亟待解决的重要问题。自20世纪90年代起，我国针对稻米油生产技术瓶颈问题，总结出“分散保鲜”和“集中榨油”，以及“分散榨油”和“集中精炼”的成功经验，使我国稻米油在2018年的产量达到50万t以上。支撑稻米油发展的是米糠制油设备的快速发展，本文旨在介绍目前我国主要的米糠保鲜膨化工艺及理论。

1 米糠湿法膨化

1.1 湿法膨化原理

当物料被挤出膨化机的液压模头时，压力骤降，瞬间从高压转变为常压，造成水分迅速地从物料组织结构中蒸发出来，从而得到具有无数个微小孔道的膨化料。

高压和湿热作用可以有效抑制及钝化米糠中解脂酶等酶类物质活性，抑制米糠酸价上升，延长了米糠的保鲜期[4]。同时，膨化米糠的疏松结构在浸出时，溶剂渗透性好，缩短浸出时间，油脂浸得率高。

1.2 挤压膨化工艺

米糠湿法膨化工艺流程如图1所示。米糠先经振动筛和糠粞分离筛等清理设备清理原料米糠中诸如麻绳、编织袋及稻秆等杂物，同时实现米糠及米粞的彻底分离，也避免因异物堵塞及损伤膨化机而影响膨化效果及膨化机寿命。

图1 米糠湿法膨化工艺流程Fig.1 Technological process of rice bran wet expansion

经过糠粞分离器分离后的米糠会进入到立式蒸炒锅中进行软化，软化过程是在米糠进入膨化机之前调节米糠水分，使其达到膨化机需要的水分要求，同时可将米糠进行预热，使米糠在膨化过程中快速达到膨化温度。

软化处理后的米糠水分控制在13%左右。温度一般控制在70 ℃左右。另外，经过软化后的米糠在膨化过程中粉末度也可降低。软化后的米糠由提升机输送至螺旋定量喂料器，再经过磁选后(清理铁质物)进入到膨化机内，与此同时高压蒸汽通过蒸汽喷射系统注入膨化机腔体内，在膨化机腔体内米糠受到挤压、混合、剪切和蒸煮的作用，并且随着螺杆的强制输送，米糠不断地将膨化机腔体充满，最终使腔体内的压力、温度不断升高。

当物料从机筒末端模孔中挤出时，压力骤降至常压，水分急剧汽化而产生巨大膨胀力，米糠瞬间膨化，形成多孔状产品，一般呈柱状[5]。膨化后的米糠经过提升刮板的作用被送入逆流冷却干燥器的干燥器中进行干燥除湿，再进入冷却器中冷却最终形成温度<40 ℃且水分含量8%～9%的膨化料，并经过刮板的运输作用被送入存料箱中进行贮藏，或者直接输送至浸出车间进行浸出。

1.3 挤压膨化关键设备

1.3.1 米糠膨化机

以YJP系列米糠挤压膨化机为例，其主要由传动系统、挤压膨化系统、直接蒸汽注入系统和模板系统组成，如图2所示[6]。

5.试着将《北京城的中轴线》一文改编成《内九外七皇城四》一文的风格。想一想改编前后的文本各自有什么特点。

(1)传动系统。

膨化机以电机驱动，经三角带传动一次减速到位，省去了复杂且昂贵的减速机，明显减少设备的维护工作量与费用。另一方面，大带轮在运行中充当飞轮，减少了膨化机工作时受到的负载冲击，起到过载保护的作用。

(2)挤压膨化系统。

挤压膨化系统由两部分构成，分别为机筒和挤压螺杆。其中机筒水平放置，一般分为4段，分别是进料段、压缩段、调质段和出料段。进料口设置在进料段上。挤压螺杆贯穿整个机筒，采用特殊的螺旋结构和最佳的螺杆长径比，使得能量消耗最低。螺旋本身采用独特的高铬高耐磨材料，其耐磨部件的工作寿命明显提高；螺杆采用螺旋套与芯轴组装的结构，方便维护和更换，降低运行成本。

1.胶带轮 2.轴承箱 3.进料口 4.螺旋轴 5.螺旋筒体 6.蒸汽包 7.料模头 8.机架 9.胶带罩 10.电机机座 11.驱动电机图2 YJP系列米糠挤压膨化机Fig.2 YJP series rice bran extruder

(3)直接蒸汽注入系统。

直接蒸汽注入系统又由分气缸、金属软管和蒸汽阀构成，在每根金属软管上均配有一个蒸汽阀。在机筒上则配有蒸汽注射销钉，以侧喷的方式向机筒内直接注入蒸汽，使蒸汽有效地与物料均匀混合，不仅能平滑地调节蒸汽流量，而且还能有效避免物料堵塞蒸汽喷嘴。

(4)模板系统。

模板结构是位于多圈不同尺寸的圆上的开孔结构，膨化料为圆柱状。根据不同产量和原料改变开孔数量和开孔尺寸，使其与膨化机的产量和压力相匹配。

(5)液压模头系统。

液压模头系统主要由液压模头、模头框架、液压站和液压缸组成。液压模头由锥模和环模组成，锥模和环模之间的缝隙为模头缝隙，其大小是可以通过移动锥模来调节，锥模是由液压缸驱动。调节模头缝隙目的是根据不同原料和产量的要求，使其与膨化机的产量和压力相匹配。

1.3.2 逆流冷却干燥器

以NLG系列逆流冷却干燥器为例，其具有干燥去水能力强、冷却效果好的特点，主要用于残留水分高的膨化物料和颗粒饲料的先干燥后冷却的工艺流程。干燥器采用逆流干燥工艺，由蒸汽对设备两侧的散热片进行加热，进入干燥器的空气经过散热片后形成热气流对进入的膨化米糠进行烘干除湿。冷却器采用逆流冷却工艺，在冷却过程中冷空气由底部全方位进入，采用逆流工作的方式。冷空气首先冷却即将排出的已逐步降温的物料，形成了冷风与冷料接触，热风与热料接触，避免了物料的淬冷，不会造成颗粒表层硬化和开裂及内部水分、热量散发不出的现象。

1.关风器 2.机盖 3.物料均布器 4.冷却箱体 5.液压驱动装置 6.卸料翻板 7.支架 8.料斗图3 NLG系列逆流冷却干燥器Fig.3 NLG series counter current cooling dryer

2 湿法膨化理论研究现状

目前，针对米糠的湿法膨化，刘文生等[7]针对米糠的研究发现，与干法膨化相比，湿法膨化的米糠结构性更好，油脂外露明显，并且不容易产生粉末，对米糠进行湿法膨化不仅能有效减少生产成本，降低能源消耗，而且能明显提高产能，进而满足市场需求。王烈喜等[8]通过试验发现，挤压膨化对米糠在短时间内保鲜的效果要好于其他米糠稳定化方法。李少华等[5]研究了小型米糠湿法膨化保鲜关键技术，开发出适用于小型碾米厂且日处理量达20 t/d的米糠设备。李凡姝等[9]通过将挤压稳定化米糠分别置于40、50和60 ℃的环境中加速贮藏，并测定各个温度下贮藏的挤压稳定后的米糠过氧化物酶残余酶活和脂肪酸值等指标，发现挤压稳定化的米糠在室温下的贮藏时间较长，但贮藏温度越高，其酸败越快越明显。罗舜菁等[10]通过对米糠与过热蒸汽进行研究认为，采用130 ℃的过热蒸汽处理米糠4 min的效果最好，此时米糠营养性能提高幅度较大且贮藏性好。池晓亮等[11]从生产实际的角度将危害分析关键控制点与米糠挤压稳定化相结合，提出3个关键控制点，即原料验收、挤压调质和成品包袋，并据此建立了一种应用于实际生产中的可用来确保米糠稳定性和安全性，延长米糠保质期的程序。朱文鑫等[12]提出，膨化过程中应根据米糠品种的不同调换出料嘴的规格和数量。当膨化籼稻糠和杂交稻糠时，应选用小口径的膨化机出料嘴，此时出料嘴数量较多。而当膨化粳稻糠时，应当选用大口径的膨化机出料嘴，此时出料嘴数量较少。高洋等[13]认为，影响米糠膨化挤压效果的因素按重要性由大到小依次为机筒温度>物料含水率>螺杆转速>模孔直径。

3 结束语

在米糠提取米糠油的工艺过程中，控制米糠酸败的程度极为关键。如夏季市面上新鲜的米糠酸度为7～8 mgKOH/g，而经过近10 h的运输到加工厂的米糠酸价普遍升高到17～18 mgKOH/g。因此，根据我国稻米加工数量多、分散广的特点，结合米糠湿法膨化技术发展趋势，开发以下设备显得尤为迫切。①高湿米糠膨化保鲜设备，在米糠进入膨化前进行(蒸汽湿度18%～19%和蒸汽温度90 ℃)湿热处理，进一步提升脂肪酶钝化效果，延长保鲜周期，米糠水分可达到18%左右，不过高湿水分米糠的膨化和冷干设备国内研究较少，需要进一步研究。②小型模块化米糠成套保鲜设备，以小型膨化机、冷干机为关键单机集成以生物质或电加热锅炉，同时系统需具备高度模块化和集成化甚至移动化，主要满足产能<50 t/d的米厂的新鲜米糠实时处理。

开发上述关键设备，满足国内目前米糠膨化保鲜需求，仍是国内粮油机械加工企业的主要工作，相关的米糠膨化设备仍具有较大的市场潜力，也是我国米糠油快速发展的关键支撑。