苦荞麦脱壳工艺及主要参数的优化

苦荞麦脱壳工艺及主要参数的优化
刘艳辉;杜文亮;吴英思
【摘要】为了提高苦荞产品脱壳的成品率,采用砂盘式、蒸汽润湿-砂盘式和蒸汽润湿-橡胶盘式脱壳方法,就影响脱壳的因素进行了试验对比.试验结果表明,在室温条件下,润湿时间为40s,磨盘间隙为2.4mm,转速为1311r/min,工作面宽度为5cm,对苦荞进行脱壳,整半仁率可达到37.6%.
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2008(000)012
【总页数】3页(P131-133)
【关键词】苦荞麦;脱壳工艺;润湿;整仁和半仁率
【作者】刘艳辉;杜文亮;吴英思
【作者单位】内蒙古农业大学,呼和浩特,010018;内蒙古农业大学,呼和浩
特,010018;内蒙古农业大学,呼和浩特,010018
【正文语种】中文
【中图分类】S226.4
0 引言
苦荞麦(tartarian buckwheat)简称苦荞。

随着人民生活水平的提高，食品结构呈现多样性的趋势，对保健食品及其食疗作用日益重视，苦荞仁作为保健食品越来越受到人们的青睐[1]。

但苦荞固有的壳仁特性，决定了其脱壳的难度较大，影响了
苦荞产品的综合利用。

为了提高苦荞后续深加工的品质，拓宽苦荞产品的用途，在苦荞脱壳研究的基础上，对苦荞的脱壳工艺及主要因素进行了优化。

1 苦荞的物理特性及脱壳工艺
1.1 物理特性
苦荞属蓼科，为一年生或多年生宿根性植物。

苦荞仁与荞壳间隙小，苦荞仁被荞壳紧紧地包围，而且荞壳韧性很强，用现有的脱壳加工工艺很难对其进行有效的脱壳。

2 脱壳工艺
苦荞脱壳的传统工艺流程主要为：毛粮→清理→去石→分级→脱壳→筛分→风选→成品[2]。

此脱壳加工工艺流程中苦荞的破碎率很高，产生大量的苦荞粉，远达不
到苦荞仁的质量要求。

这主要是因为苦荞壳的韧性强而仁的脆性大，脱壳机中的脱壳部件-砂盘产生撕破荞壳的揉搓力所需的挤压力接近甚至超过了仁的可承受压力，使得苦荞的整仁率和半仁率很低，远远达不到使用要求。

因此，传统的脱壳工艺不适合苦荞的脱壳。

经过对苦荞物理特性的观察和实验，得出苦荞的工艺流程为：毛粮→清理→去石→分级→润湿→静置→脱壳→筛分→风选→成品。

润湿后的苦荞，其壳仁特性得到改善，在仁的可承受压力增强的同时，荞壳的韧性亦有明显下降。

此工艺与传统工艺进行试验对比，其脱壳率有了一定的提高。

2 脱壳方案的试验验证
本试验在对苦荞的物理特性进行了观察后，采用两种脱壳方案，并且进行了对比脱壳试验。

试验样品及仪器为：苦荞(直径为3.4～3.6mm)，脱壳机、变频调速仪、圆孔筛、温度计、秒表、容器(4 000mL)、转速仪、卡尺、天平和塑料袋。

该试验的指标为整仁和半仁率。

试验装置如图1 所示[3]。

1.锁紧装置
2.进料斗
3.内螺纹筒
4.上盘架
5.上砂盘
6.下砂盘
7.下盘架
8.出料口
9.带轮 10.转动轴 11.轴承 12.装置外壳 13.胶带 14.电动机 15. 外螺纹筒图1 脱壳装
置示意图
每次脱壳试验前，保证脱壳机内无任何杂物，机器运转30s后喂料，并且每次试
验喂完苦荞后，机器应继续运转20s后方可停机。

整仁和半仁率的测量方法为：
脱壳后用2mm孔径的筛子对脱完壳的苦荞进行筛分并记录筛上物和筛下物的质量，定义筛下的苦荞仁为破碎仁，筛上的为整仁和半仁，计算出本次试验的整仁和半仁率。

计算公式为
式中 m1—脱了壳的整仁和半仁的质量；
m—脱壳前苦荞籽粒的质量。

2.1 蒸汽润湿-砂盘式脱壳
要达到较好的脱壳效果，必须通过一些外部手段来改变苦荞的物理特。

解决脱壳问题的主要方法为使苦荞壳的韧性变小，既减小苦荞壳的韧性，又增大仁的可承受压力。

本试验就是针对苦荞自身的特性来寻求提高整仁和半仁率的办法。

蒸汽润湿后的苦荞，其水分的主要存在形式有两种：一是吸着在细胞壁内，称为结合水；二是呈游离状态，存在于细胞腔或间隙之中，称为自由水或游离水。

当苦荞壳的含水率高于纤维饱和点(自由水蒸发完毕，纤维的结合水呈饱和状态，即将蒸
发时的含水率)时，体积膨胀，抗拉力和抗压力等力学性能降低，硬度变小；反之，当苦荞壳的含水率低于纤维饱和点时，体积萎缩，抗拉力和抗压力等力学性能提高，硬度增加。

通过初步试验也证实：蒸汽润湿后的苦荞，苦荞壳会变软，而且壳与仁的间隙增大，解决了苦荞壳的韧性问题。

经蒸汽润湿后的苦荞，水分润入壳中不会发生苦荞粉粘盘现象。

该试验方案的工艺流程为：分级→润湿→静置→脱壳→筛分→风选→成品。

苦荞粒度均匀一致,脱壳工艺参数易掌握和调控,其脱壳效果也明显优于粒度不均的苦荞，
因此在对苦荞进行脱壳前要对苦荞进行分级；润湿是利用蒸汽改变苦荞的壳仁物理
特性；静置是使蒸汽充分进入苦荞壳仁之间，这样既可以使壳仁之间留有足够的空隙，又可以减少苦荞壳外表面的水分；脱壳采用砂盘式脱壳机如图1所示；筛分
是通过适当孔径的振动筛将脱壳后的苦荞仁与苦荞和荞壳分离，并筛分出整仁和半仁与碎仁；风选是利用悬浮速度的不同，将未脱壳的苦荞与荞壳分离，未脱壳的成品苦荞继续脱壳。

由初步试验可知，蒸汽润湿—砂盘式脱壳法与传统的砂盘式脱壳法相比，其整仁
和半仁率有了较大的提高。

这说明，蒸汽浸润法对改变苦荞壳的物理特性是有效的。

但是在不同的砂盘间隙和砂盘转速下进行试验后，脱壳的整仁和半仁率仍达不到要求，其主要原因是砂盘有刚性尖锐的砂粒，极易破坏苦荞仁的完整性。

2.2 蒸汽润湿-橡胶盘式脱壳
本方案依然采用蒸汽润湿法，并对图1所示的装置进行改进，用橡胶盘代替砂盘。

因为橡胶是柔性元件，没有刚性尖锐的颗粒，所以采用橡胶盘可有效地避免强硬的机械挤压，减少了苦荞仁的破碎[4]。

试验中，浸润时间、磨盘间隙、磨盘转速和上磨盘工作面宽度(如图2所示)是影响整仁和半仁率的主要因素，为此设计四因素三水平进行正交试验，使用L9(34)正
交表。

在进行正交试验之前，先对各因素做单因素试验，用以确定各因素的水平值，其结果如表1所示。

分别对润湿时间、磨盘间距以及磨盘转速进行单因素试验，
结果如图3、图4及图5所示。

在做正交试验中，每个试验点重复做5次，求取
整仁和半仁率的平均值R0作为试验结果，正交试验结果如表2所示。

图2 上磨盘示意图表 1 正交试验的因素与水平表
水平因素润湿时间A/min 磨盘转速B/r·min-1磨盘间隙C /mm 工作面宽度D/cm 13510922.4324012012.5534513112.67
图3 浸润时间对整仁和半仁率的影响
图4 磨盘间距对整仁和半仁率的影响
图5 磨盘转速对整仁和半仁率的影响表2 正交试验设计L9(34)与结果
试验号润湿时间A磨盘转速B磨盘间隙C工作面宽D整、半仁率R0/% 1111113.12122225.5313337.64212310.2522316.86231235.4731
3223.78321312.7933217.3K146.2 47.051.827.2K252.444.643.084.6K343.3 50.338.130.1 k115.415.717.39.1k217.514.914.328.2 k314.416.812.710.0最优水平A2B3C1D2R2.11.94.419.1
表2表明，影响整仁和半仁率的因素主次顺序为工作面宽、磨盘间隙、润湿时间
和磨盘转速。

脱壳工艺的最优水平组合为D2A3C1B2，即工作面宽为5cm，磨盘间隙为2.4mm，润湿时间为40min，磨盘转速为1 311r/min。

此时，整仁和半仁率R0达35.4%。

工作面宽度的大小直接影响苦荞进入脱壳工作区的数量。

工
作面窄时，进入脱壳区的苦荞数量少；而工作面过宽时，又会导致脱壳机转速下降，从而影响脱壳率。

磨盘间隙主要影响脱壳后苦荞仁的完整性。

在一定磨
盘间隙内，磨盘间隙减小, 整仁和半仁率相对减小，破碎率相对增加。

浸润时间主要影响苦荞壳的力学性能，润湿时间短，苦荞壳的力学性能的变化较小；润湿时间长，水蒸气渗透苦荞壳进入了仁中，使仁的体积开始膨胀，从而壳与仁的间隙减小，影响了脱壳效果。

磨盘转速对苦荞的揉搓力有直接影响。

当转速低时，揉搓力达不到脱壳要求，故整仁和半仁率较低；当转速过高时，揉搓力增大易使苦荞仁破碎。

为了验证这一最佳组合的正确性，重复做了5次平行试验，平均整仁和半仁率较高，为37.6%，进一步表明了该工艺流程的可行性。

另外，由于苦荞壳亦有很好的利用价值，因此对苦荞脱壳加工时，既要追求苦荞仁的整仁和半仁率，也应保证苦荞壳的整壳率。

通过对脱壳后的苦荞壳进行观察，发现绝大部分苦荞壳都是从其生物纹处破裂，其完整性能够满足利用苦荞壳的要求。

3 结论
1) 通过与润湿-砂盘式脱壳法进行对比，润湿-橡胶盘式脱壳法是一种可行的苦荞
脱壳法。

2) 在工作面宽为5cm、磨盘间隙为2.4mm、润湿时间为40min以及磨盘转速为1 311r/min时，用此方法对苦荞进行脱壳，整仁和半仁率达到37.6%。

3) 目前，试验的整仁和半仁率结果还与生产要求有一定的距离，有待今后进一步提高。

【相关文献】
[1] 姜忠丽,赵永进 .苦荞麦的营养成分及其保健功能[J].粮食与食品工业,2003(4):33-35.
[2] 胡志超 .加强荞麦脱壳加工设备研究开发促进荞麦加工产业化发展[J].中国农机化,2004(3):11-13.
[3] 吉平,陈杰,吴华,等.沙棘籽脱壳方法及装置的试验研究[J].农业工程学报,1999,15(4):258-263.
[4] 孙晓靖,杜文亮,赵士杰,等 .苦荞麦脱壳方法的试验研究[J].农业机械学报,2007(12):220-222.。