刁斯琴 杜文亮 隋建民 趙衛(wèi)東

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

蕎麥（common buckwheat），屬蓼科屬雙子葉植物，俗稱甜蕎麥［1］。蕎麥的外形呈三棱錐形，蕎麥殼與蕎麥仁之間的間隙小，殼的韌性較大，而仁較脆［2］。由于蕎麥的特殊形態(tài)及結(jié)構(gòu)特性，取仁制米加工時(shí)剝殼去皮成為關(guān)鍵的工序。目前常用的蕎麥剝殼方式是將蕎麥放入平行的定砂盤(pán)和動(dòng)砂盤(pán)之間，通過(guò)搓擦原理將其剝離。剝殼間隙大時(shí)，砂盤(pán)對(duì)蕎麥的揉搓作用小，達(dá)不到剝殼目的；剝殼間隙較小時(shí)，砂盤(pán)對(duì)蕎麥的揉搓力較大，易使蕎麥仁破碎，所以剝殼間隙是影響整半仁率的主要因素之一［3－5］。實(shí)際生產(chǎn)中蕎麥剝殼機(jī)的剝殼間隙沒(méi)有規(guī)范合理的調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)，仍然靠工人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)操作。這種沒(méi)有理論依據(jù)來(lái)支撐的人工操作不僅缺少科學(xué)性，而且在很大程度上也影響了蕎麥剝殼的整半仁率和碎仁率。因此通過(guò)試驗(yàn)研究與分析尋找適合不同粒徑蕎麥剝殼時(shí)的最佳剝殼間隙，可提高蕎麥加工的整半仁率，降低碎米率和能耗，拓寬蕎麥的利用市場(chǎng)。

1 材料與方法

1.1 蕎麥分級(jí)

不同粒徑的蕎麥在剝殼時(shí)所要求的剝殼間隙不同，因此在剝殼前要對(duì)蕎麥進(jìn)行分級(jí)，使某一粒度范圍的蕎麥在一定的剝殼間隙中剝殼［6］。用不同的沖孔篩分別將蕎麥分成5組：4.0～4.2，4.2～4.4，4.4～4.6，4.6～4.8，4.8～5.0mm。

1.2 試驗(yàn)裝置的工作原理與剝殼過(guò)程

蕎麥剝殼機(jī)的工作原理是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的砂盤(pán)對(duì)蕎麥進(jìn)行揉搓使蕎麥仁和殼分離，從而達(dá)到剝殼的目的。蕎麥剝殼機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。工作過(guò)程中上砂盤(pán)靜止，下砂盤(pán)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)相連的變頻器來(lái)調(diào)節(jié)，通過(guò)改變頻率而調(diào)節(jié)動(dòng)砂盤(pán)的轉(zhuǎn)速；剝殼間隙由螺紋筒2和鎖緊裝置3來(lái)調(diào)節(jié)，螺紋筒2每轉(zhuǎn)一圈兩個(gè)砂盤(pán)間的剝殼間隙升高或下降3mm，鎖緊裝置在剝殼過(guò)程中保證剝殼間隙不變，剝完殼的蕎麥從出料口7排出［7，8］。蕎麥籽粒經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入定砂盤(pán)和動(dòng)砂盤(pán)的剝殼間隙中，動(dòng)砂盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力使蕎麥籽粒沿徑向向外運(yùn)動(dòng)，也使籽粒與定砂盤(pán)間產(chǎn)生方向相反的摩擦力；同時(shí)，砂盤(pán)不斷對(duì)外殼進(jìn)行切裂，在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂，并與蕎麥籽仁脫離，達(dá)到脫殼的目的［9，10］。

1.3 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所使用的試驗(yàn)材料是取自呼和浩特市清水河縣的甜蕎麥，不同粒徑的蕎麥千粒重在29.79～36.87g，含水率為10.32%～11.87%，容重在577～644g／L。

1.4 試驗(yàn)儀器

蕎麥剝殼機(jī)：6QB－150型，托克托縣農(nóng)機(jī)修造廠；

變頻器：VARISPEED616G5型，北京北科麥思科自動(dòng)化工程技術(shù)有限公司；

數(shù)字轉(zhuǎn)速表：EMT260A型，北京伊麥特科技有限公司；

電子天平：ACS－30A型，精諾爾電子設(shè)備有限公司；

電熱鼓風(fēng)干燥箱：DL104型，天津市實(shí)驗(yàn)儀器廠；

鋁盒：Φ55×35mm，上海豐行篩網(wǎng)制造有限公司；沖孔篩：天津市津樂(lè)機(jī)篩制品有限責(zé)任公司。

圖1 蕎麥剝殼機(jī)示意圖Figure 1 Buckwheat shucking diagram

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)流程

原料分級(jí)→物理參數(shù)測(cè)量→轉(zhuǎn)速標(biāo)定→某級(jí)蕎麥在不同剝殼間隙下的最佳轉(zhuǎn)速試驗(yàn)→較優(yōu)轉(zhuǎn)速下不同粒徑的蕎麥剝殼→整理、分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)→找出剝殼間隙對(duì)整半仁率的影響規(guī)律

2.2 試驗(yàn)方法

由整半仁率作為本次試驗(yàn)的衡量指標(biāo)，碎仁率作為本次試驗(yàn)的參考衡量指標(biāo)，測(cè)定方法參照文獻(xiàn)［11］。

式中：

W1—— 整半仁重量，g；W2—— 碎米重量，g；

A—— 碎米百分率，%；

B——整半仁百分率，%；

W—— 試樣重量，g。

2.3 動(dòng)砂盤(pán)轉(zhuǎn)速的確定

蕎麥剝殼機(jī)的剝殼間隙和動(dòng)砂盤(pán)轉(zhuǎn)速是影響蕎麥整半仁率的主要的因素。為了能準(zhǔn)確的研究剝殼間隙對(duì)整半仁率的影響規(guī)律，必須先確定其較優(yōu)轉(zhuǎn)速，所以利用變頻器對(duì)蕎麥剝殼機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。變頻器的頻率與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)Table 1 The relationship of the frequency and the rotational speed

選取Φ4.6～4.8mm的蕎麥進(jìn)行較優(yōu)剝殼轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)。在動(dòng)砂盤(pán)轉(zhuǎn)速641.59r／min時(shí)，調(diào)節(jié)不同剝殼間隙（4.5，4.4，4.3，4.2，4.1，4.0，3.9mm），尋找在該 轉(zhuǎn)速下的較優(yōu)剝殼間隙。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

圖2 整半仁率和碎仁率隨剝殼間隙變化關(guān)系Figure 2 The relationship between whole half kernel rate and broken kernel rate varies with shucking gap

由圖2可知，Φ4.6～4.8mm粒徑的蕎麥的最佳剝殼間隙是4.0mm，整半仁率為65.41%。視此剝殼間隙為較優(yōu)剝殼間隙。在此剝殼間隙下，調(diào)整不同的剝殼轉(zhuǎn)速，從而確定出在該剝殼間隙下的較優(yōu)剝殼轉(zhuǎn)速。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3。

圖3 整半仁率和碎仁率隨轉(zhuǎn)速變化關(guān)系Figure 3 The relationship between whole half kernel rate and broken kernel rate varies with rotational speed

由圖3觀察可知，變頻器的頻率為48.5Hz時(shí)，即下砂盤(pán)轉(zhuǎn)速為1 038.4r／min時(shí)整半仁率達(dá)到最高值為65.41%，碎仁率為6.32%。此時(shí)整半仁率與碎仁率的差值為最大。因此在后續(xù)的試驗(yàn)中，將動(dòng)砂盤(pán)的轉(zhuǎn)速確定為1 038.4r／min的條件下進(jìn)行。

2.4 剝殼間隙的變化對(duì)整半仁率的影響

利用上述最佳工作轉(zhuǎn)速對(duì)該組蕎麥進(jìn)行剝殼，調(diào)節(jié)不同的剝殼間隙，從而確定出適合該組蕎麥的最佳剝殼間隙。為避免蕎麥剝殼時(shí)在剝殼機(jī)內(nèi)滯留對(duì)后一次試驗(yàn)造成累計(jì)誤差，因此每組試驗(yàn)量取500g蕎麥進(jìn)行試驗(yàn)，剝殼時(shí)間為2min，并且每次試驗(yàn)開(kāi)始做之前要讓機(jī)器空轉(zhuǎn)20s。

研究剝殼間隙對(duì)整半仁率的影響，同時(shí)對(duì)確定工作轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行逆向驗(yàn)證，因此選用Φ4.6～4.8mm粒徑的蕎麥在轉(zhuǎn)速為1 038.4r／min進(jìn)行分組試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。

圖4 整半仁率和碎仁率隨剝殼間隙變化關(guān)系Figure 4 The relationship between whole half kernel rate and broken kernel with the shucking gap rate of change

由圖4可知，一定粒徑的蕎麥在轉(zhuǎn)速已定的條件下，隨著剝殼間隙的變小，整半仁率與剝殼間隙不是線性關(guān)系，到某一值有下降的趨勢(shì)，而碎仁率隨著剝殼間隙的變小則不斷上升，故對(duì)一定粒徑的蕎麥有著適合剝殼的較優(yōu)剝殼間隙。

為了能得到不同粒徑蕎麥剝殼時(shí)的最佳剝殼間隙，對(duì)其進(jìn)行如上所述的試驗(yàn)操作。得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。不同粒徑蕎麥與較優(yōu)剝殼間隙之間的曲線關(guān)系圖見(jiàn)圖5。

表2 蕎麥粒徑與較優(yōu)剝殼間隙的關(guān)系Table 2 The relationship between optimum shucking gap and Particle size of buckwheat ／mm

圖5 最佳剝殼間隙隨不同粒徑蕎麥的變化Figure 5 Optimum gap changes with different particle size buckwheat

由圖5可知，不同粒徑的蕎麥的最佳剝殼間隙是不一樣的，隨著粒徑的變大最佳剝殼間隙平滑上升。

3 剝殼間隙對(duì)整半仁率影響的討論

（1）對(duì)粒徑Φ4.6～4.8mm蕎麥在較優(yōu)剝殼轉(zhuǎn)速為1 038.4r／min的情況下，隨著剝殼間隙的變小，在剝殼間隙4.5～4.1mm區(qū)間段內(nèi)整半仁率明顯上升，碎仁率則平緩上升，在剝殼間隙4.1～3.9mm區(qū)間段內(nèi)整半仁率逐漸上升直到達(dá)到峰值然后逐漸下降，碎仁率有明顯的上升。這表明在同一粒徑的蕎麥其轉(zhuǎn)速確定的條件下，隨著剝殼間隙的變小，整半仁率逐漸上升，直至達(dá)到峰值再下降，而碎仁率則表現(xiàn)為逐漸上升的趨勢(shì)。

（2）對(duì)不同粒徑蕎麥在同一個(gè)剝殼轉(zhuǎn)速下調(diào)整剝殼間隙，尋找其較優(yōu)剝殼間隙的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：Φ4.0～4.2mm、Φ4.2～4.4mm、Φ4.4～4.6mm 3組蕎麥的粒徑與較優(yōu)剝殼間隙差值逐漸增大；Φ4.4～4.6mm、Φ4.6～4.8mm、Φ4.8～5.0mm 3組蕎麥的粒徑與較優(yōu)剝殼間隙差值呈平緩趨勢(shì)。

4 結(jié)論

選用Φ4.0～5.0mm粒徑的五級(jí)蕎麥為試驗(yàn)材料，在砂盤(pán)式蕎麥剝殼機(jī)上進(jìn)行剝殼試驗(yàn)。以蕎麥剝殼后整半仁率的大小為判別指標(biāo)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）在給定蕎麥粒徑和砂盤(pán)剝殼間隙的條件下，剝殼轉(zhuǎn)速對(duì)整半仁率有顯著影響，其最佳剝殼轉(zhuǎn)速為1 038.4r／min。在最佳剝殼轉(zhuǎn)速條件下，不同粒徑蕎麥的較優(yōu)剝殼間隙是不同的；隨著粒徑的增加，最佳剝殼間隙也增大。

（2）同一粒徑蕎麥在最佳剝殼轉(zhuǎn)速下剝殼時(shí)，隨著剝殼間隙的減小，整半仁率呈先升后降趨勢(shì)，碎仁率呈逐漸上升趨勢(shì)。即存在著較優(yōu)剝殼間隙。

（3）隨著蕎麥粒徑的增加，較優(yōu)剝殼間隙呈增大趨勢(shì)，但與粒徑的差值趨于平緩。

通過(guò)本試驗(yàn)研究，解決了蕎麥剝殼機(jī)的剝殼間隙靠工人經(jīng)驗(yàn)來(lái)操作的問(wèn)題，使蕎麥剝殼加工更加規(guī)范與合理。但試驗(yàn)過(guò)程中未考慮含水率變化對(duì)整半仁率的影響，希望在以后的研究中加以考慮。

1 林汝法，柴巖，廖琴，等.中國(guó)小雜糧［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2002：27～34.

2 李曼君.蕎麥的營(yíng)養(yǎng)及功用［J］.糧食與飼料工業(yè)，1986（6）：21～22.

3 孫曉靖.苦蕎麥剝殼工藝及剝殼部件的試驗(yàn)研究［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

4 劉平，肖詩(shī)明，鞏發(fā)永，等.新型碾搓式葵花籽脫殼機(jī)［J］.食品與機(jī)械，2010，26（3）：100～101，116.

5 何瑞銀，楊忠，駱?gòu)I君.經(jīng)濟(jì)作物剝殼加工技術(shù)［J］.糧油加工與食品機(jī)械，2005（6）：68～70.

6 劉艷輝.苦蕎麥脫殼工藝及主要參數(shù)的優(yōu)化［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

7 孫曉靖，杜文亮，趙士杰.苦蕎麥脫殼方法的試驗(yàn)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2007，12（12）：220～222.

8 李曉霞，郭玉明.帶殼物料脫殼方法及脫殼裝備現(xiàn)狀與分析［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊，2007（4）：83～86.

9 杜文華.帶殼物料脫殼技術(shù)研究初探［J］.太原師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，3（2）：58～60.

10 吳英思，杜文亮，劉飛.蕎麥剝殼機(jī)分離裝置的改進(jìn)試驗(yàn)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010（5）：127～131.

11 中華人民共和國(guó)商業(yè)部.GB 1354——86中國(guó)農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編糧油作物卷［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.