歐陽(yáng)健安，曾尚浩，吳 晏

（佛山市豐川節(jié)能科技有限公司，廣東佛山 528000）

0 引言

方便面因其便宜、方便、保存時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，成為流行的快消食品。隨著人們生活水平的不斷提高，方便面除了方便和填飽肚子以外，對(duì)其口感和味道也有了更高要求，促使生產(chǎn)廠家對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝不斷改良，提高產(chǎn)品質(zhì)量以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。

1 方便面生產(chǎn)工藝

方便面以面粉為主要原料，通過(guò)面團(tuán)調(diào)制、熟化、復(fù)合壓延、切條折花成型、蒸煮（淀粉高度糊化、蛋白質(zhì)變性）、脫水干燥（油炸或熱風(fēng)）等工序制成。方便面生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 方便面生產(chǎn)工藝流程

方便面生產(chǎn)工藝看似簡(jiǎn)單，但要生產(chǎn)出一袋優(yōu)質(zhì)方便面需要應(yīng)用很多科學(xué)的方法。如蒸煮工藝運(yùn)用了傳熱學(xué)知識(shí)，溫度、濕度、時(shí)間都需要嚴(yán)格把控。方便面生產(chǎn)過(guò)程中的蒸煮溫度必須＞98℃，但時(shí)間一般≤2 min。在一定的時(shí)間、溫度下，通過(guò)蒸汽將面條加熱蒸熟，實(shí)際上是淀粉糊化的過(guò)程。糊化程度好的方便面無(wú)論是沖泡或是水煮，面條仍能保持較大的彈性和延伸性。

2 面條蒸煮（糊化）

2.1 蒸煮的目的

蒸煮是方便面生產(chǎn)過(guò)程中極為關(guān)鍵的一道工序，它影響著沖泡或水煮后面條的口感、復(fù)水性、色澤、透明度等。蒸煮的主要目的是使面粉中的淀粉吸收一定量的水分后，經(jīng)高溫蒸煮促使淀粉α化。α化程度越高，面條的粘彈性越好，復(fù)水性好，無(wú)論是沖泡還是水煮，面條都能恢復(fù)較好的彈性和延伸性。

2.2 蒸煮設(shè)備

2.2.1 加壓蒸煮設(shè)備

加壓蒸煮設(shè)備是一個(gè)密閉容器，面條放入后通入蒸汽，蒸汽壓力接近0.2 MPa。由于蒸煮溫度高，有利于淀粉糊化，但不能連續(xù)化生產(chǎn)，產(chǎn)量低、勞動(dòng)強(qiáng)度高，目前幾乎沒(méi)有廠家使用。

2.2.2 常壓蒸煮設(shè)備

常壓蒸面設(shè)備一般稱為蒸箱，有單層和多層（3～5層），主要由網(wǎng)帶、鏈條、蒸汽噴管、排汽管等部分組成。連續(xù)輸送帶一般用不銹鋼絲編織的網(wǎng)帶，用不銹鋼鏈條傳動(dòng)。蒸汽噴管用不銹鋼制造，兩端堵死，管上鉆有許多小孔。蒸面過(guò)程網(wǎng)帶在蒸箱內(nèi)運(yùn)行，面條在網(wǎng)帶上面隨網(wǎng)帶一起運(yùn)動(dòng)，由蒸汽噴管?chē)姵龅恼羝ㄟ^(guò)網(wǎng)帶對(duì)面條加熱使其糊化。多余的蒸汽從蒸箱兩端溢出，通過(guò)煙囪排放。

2.3 蒸煮工藝

2.3.1 蒸面溫度

蒸箱內(nèi)的蒸汽溫度主要由進(jìn)汽量決定，蒸汽溫度高，即面條內(nèi)外的傳熱溫差大，蒸汽的熱能更容易傳到面條內(nèi)部，有利于加快面條的糊化。但蒸箱為常壓設(shè)備，對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度在100℃左右，因此蒸汽過(guò)量對(duì)糊化并沒(méi)有太大的幫助，反而會(huì)造成能源的浪費(fèi)。

2.3.2 面條水分

在蒸面溫度和時(shí)間不變的情況下，生面條的含水量愈高，面條的糊化程度愈高，面條含水量與糊化程度成正比。

2.3.3 蒸面時(shí)間

淀粉糊化需要一定時(shí)間，縮短蒸煮時(shí)間，會(huì)降低產(chǎn)品的糊化率，但延長(zhǎng)蒸面時(shí)間必然降低速度，影響產(chǎn)能，且能源消耗也高，因此需要綜合考慮。

2.3.4 蒸汽濕度

蒸汽濕度對(duì)蒸面也有較大的影響，若蒸汽過(guò)熱，會(huì)奪走生面條表面的水分，使生面條含水量降低而影響面條的糊化，因此蒸面適合使用飽和蒸汽或濕飽和蒸汽。

3 蒸箱節(jié)能

3.1 蒸箱能效分析

以某大型方便面生產(chǎn)企業(yè)東京420生產(chǎn)線蒸箱設(shè)備為例進(jìn)行用熱分析。該生產(chǎn)線產(chǎn)量為420塊面餅/min，每塊面餅成品87.5 g，面餅含水率為2.5%；面條進(jìn)入蒸箱前的平均溫度為35℃，含水率33.5%；蒸箱進(jìn)汽壓力0.025 MPa，蒸汽用量1200 kg/h。

3.1.1 進(jìn)入蒸箱熱量

已知蒸箱的平均進(jìn)汽壓力P1=0.025 MPa，對(duì)應(yīng)飽和蒸汽的焓值h1=2685 kJ/kg，流量m1=1200 kg/h。蒸箱為常壓設(shè)備，蒸煮過(guò)程要求控制內(nèi)部溫度＞98℃，實(shí)際上前、中、后各部測(cè)點(diǎn)溫度均達(dá)100℃。100℃熱水的焓值h2=419 kJ/kg。假設(shè)進(jìn)入蒸箱的蒸汽全部放熱冷凝成100℃的飽和水，則進(jìn)入蒸箱蒸汽可釋放的熱量 Q1=m1×（h1-h2）=2 719 200 kJ/h 。

3.1.2 面條吸收熱量

已知每塊面餅成品（油炸后）的重量b=87.5 g，含水率a1=2.5%。進(jìn)入蒸箱前面條的含水率a2=33.5%，生產(chǎn)線產(chǎn)量n=420塊/min，計(jì)算得每小時(shí)進(jìn)入蒸箱的面條總重量B=b（1-a1）/（1-a2）×n×60×103=3232.9 kg。

已知面粉的比熱容c1=1.3 kJ·kg-l·K-1，水的比熱容c2=4.2 kJ·kg-l·K-1，進(jìn)蒸箱面條從溫度t1=35℃到完全蒸熟后溫度t2=100 ℃需要的熱量 Q2=〔c1（1-a2）+c2a2〕×B×（t2-t1）=477 330 kJ/h。進(jìn)入蒸箱面條對(duì)蒸汽釋放熱量的有效利用率θ=Q2×100%/Q1=17.6%。

3.1.3 煙囪排走熱量

計(jì)算結(jié)果顯示蒸箱的熱效率很低，生產(chǎn)車(chē)間相對(duì)密封，設(shè)備散熱損失有限，可以推斷進(jìn)入蒸箱的絕大部分蒸汽從接口處溢出和從煙囪排走。表1、表2為蒸箱前、后煙囪排走蒸汽量測(cè)算結(jié)果。從測(cè)算結(jié)果得出，前煙囪排走蒸汽量M1=241 kg/h，后煙囪排走蒸汽量M2=372 kg/h，前、后煙囪排走的蒸汽總量M=M1+M2=613 kg/h，具有很大的熱回收價(jià)值。

表1 前煙囪排放情況測(cè)算

表2 后煙囪排放情況測(cè)算

3.2 節(jié)能改造措

3.2.1 生產(chǎn)線冷凝水閃蒸汽回收

方便面生產(chǎn)線除蒸箱用蒸汽外，后序的油炸鍋（或烘爐）也使用蒸汽加熱，只是蒸箱使用的是直噴蒸汽，油炸鍋加熱釜（或烘爐換熱器）使用蒸汽間接加熱。以東京420生產(chǎn)線為例，油炸鍋加熱釜使用0.8 MPa的蒸汽，將油溫提高到160℃左右，消耗的蒸汽量m2=2800 kg/h。加熱釜蒸汽側(cè)為冷凝換熱，疏水閥前的冷凝水飽和溫度t3=175℃，對(duì)應(yīng)焓值h3=743 kJ/kg，常壓排放會(huì)產(chǎn)生大量蒸汽。

3.2.1.1 閃蒸汽回收節(jié)能改造措施

（1）改造流程（圖2）

圖2 閃蒸回收改造

（2） 改 造 說(shuō)明。蒸箱分汽缸改造前是生蒸汽直接供汽，并維持分汽缸一定的壓力；改造后增加一個(gè)閃蒸罐，將生產(chǎn)線油炸鍋加熱釜疏水器排出的高溫冷凝水先排到閃蒸罐進(jìn)行降壓閃蒸，產(chǎn)生的閃蒸汽通過(guò)管道送到蒸箱分汽缸使用，減少蒸箱分汽缸的生蒸汽用量，剩下的低壓冷凝水再回收利用。

3.2.1.2 閃蒸汽回收節(jié)省蒸汽量

已知油炸鍋耗汽量m2=2800 kg/h，放熱后析出蒸汽冷凝水焓值h3=743 kJ/kg。蒸箱分汽缸進(jìn)汽壓力0.025 MPa，管道輸送過(guò)程有一定的管阻，閃蒸壓力為0.035 MPa，對(duì)應(yīng)飽和蒸汽冷凝水焓值為h4=455 kJ/kg，汽化潛熱r=2234 kJ/kg，則冷凝水產(chǎn)生的閃蒸汽量m3=（h3-h4）×m2/r=361 kJ/h。即加熱釜冷凝水閃蒸回收改造后可減少生蒸汽用量361 kg/h。

3.2.2 蒸箱尾氣回收

根據(jù)測(cè)算結(jié)果，從蒸箱前、后煙囪排走的蒸汽量為613 kg/h，超過(guò)蒸箱總進(jìn)汽的50%。排走的熱量雖多，但品位不高，且含有大量空氣，不能直接回收利用。如果將從煙囪排走的廢蒸汽先經(jīng)純化處理，產(chǎn)生潔凈再生蒸汽再經(jīng)壓縮升壓、升溫后返回蒸箱循環(huán)使用，是比較合理的回收利用。

3.2.2.1 蒸箱尾氣回收節(jié)能改造措施

（1）改造流程（圖3）

圖3 尾氣回收改造

（2）改造說(shuō)明。在蒸箱旁邊增加一套WSR（廢熱蒸汽純化增壓裝置），將蒸箱前、后端排放的廢蒸汽從WSR吸氣口引入；廢蒸汽首先進(jìn)入WSR的純化系統(tǒng)，去除空氣和液滴產(chǎn)生潔凈再生蒸汽，空氣排回?zé)焽璩樽?，水滴收集循環(huán)利用；純化系統(tǒng)輸出的潔凈再生蒸汽輸出至WSR膨脹壓縮機(jī)，利用生蒸汽（＞0.4 MPa）為動(dòng)力，經(jīng)過(guò)膨脹做功后將潔凈再生蒸汽壓縮升溫；做功降壓后生蒸汽和被壓縮再生蒸汽混合等壓后一起輸送到蒸箱分汽缸。

3.2.2.2 尾氣回收節(jié)省蒸汽量

WSR的能效比P=2，已知蒸箱節(jié)能改造前用汽量m1=1200 kg/h，加熱釜冷凝水閃蒸回收改造后減少生蒸汽用量m3=361 kg/h，蒸箱尾氣回收節(jié)省的蒸汽量 m4=（P-1）×（m1-m3）/P=420 kg/h。

3.3 節(jié)能效果

改造前蒸箱消耗生蒸汽1200 kg/h，節(jié)能改造后，加熱釜冷凝水閃蒸減少生蒸汽用量361 kg/h，蒸箱尾氣回收節(jié)省生蒸汽量420 kg/h，綜合節(jié)能65.1%

4 蒸煮工藝優(yōu)化

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，面條的蒸煮質(zhì)量主要取決于蒸面溫度、面條水分、蒸面時(shí)間和蒸汽濕度。

（1）蒸面溫度取決于蒸箱的進(jìn)汽量，但蒸箱為常壓設(shè)備，飽和蒸汽溫度100℃左右，過(guò)大的蒸汽對(duì)蒸煮效果沒(méi)有太大好處，只是浪費(fèi)蒸汽，因此蒸汽量能維持蒸箱內(nèi)部溫度100℃即可。

（2）水的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于比面粉，蒸面過(guò)程中面條的糊化度與面條中的水分成正比，但面條中的水分還會(huì)影響到后序的油炸或者烘干，一次也要有合適的范圍。

（3）面條達(dá)到一定的糊化度需要一定時(shí)間，延長(zhǎng)蒸面時(shí)間雖然可以提升蒸煮質(zhì)量，但必然降低速度影響產(chǎn)能，一次也需要平衡考慮。

（4）過(guò)熱干蒸汽不利于面條的糊化，因此蒸面需要使用飽和蒸汽，如果是濕飽和蒸汽則更佳。

綜合分析，通過(guò)提高蒸面溫度，增加面條含水，延長(zhǎng)蒸煮時(shí)間提升蒸煮質(zhì)量都會(huì)受到一定限制，可以通過(guò)增加蒸汽濕度來(lái)優(yōu)化蒸煮工藝。

4.1 現(xiàn)有加濕辦法

蒸面不能使用過(guò)熱蒸汽，盡管外供蒸汽為飽和蒸汽，但蒸箱設(shè)備使用的蒸汽壓力比較低，一般≤0.05 MPa，經(jīng)過(guò)節(jié)流減壓會(huì)變成過(guò)熱蒸汽，消除蒸汽的過(guò)熱度，增加蒸汽濕度是各面條生產(chǎn)企業(yè)一直致力解決的問(wèn)題，雖有一些措施，但效果不佳或是濕度不可控。

4.1.1 蒸汽提前降壓

生產(chǎn)車(chē)間蒸箱采用單獨(dú)供汽管道，蒸汽輸送到蒸箱前提前減壓，利用長(zhǎng)距離輸送蒸汽散熱冷凝消除蒸汽減壓帶來(lái)的過(guò)熱度和增加蒸汽濕度。但該方法受天氣和環(huán)境溫濕度影響很大，蒸汽濕度不穩(wěn)定。

4.1.2 增加飽和罐

在蒸汽進(jìn)入蒸箱前先經(jīng)過(guò)飽和罐，飽和罐是一個(gè)水罐，蒸汽管埋在水面之下，使蒸汽從水底冒出與水接觸增加蒸汽濕度。但由于蒸汽與水的接觸面積有限，加濕效果不理想。

4.1.3 往蒸箱分汽缸加水

為讓蒸箱各進(jìn)汽管進(jìn)汽均勻，蒸箱進(jìn)汽一般都由分汽缸來(lái)緩沖和分配，一些企業(yè)把蒸汽冷凝水加到分汽缸進(jìn)行增濕，但經(jīng)常出現(xiàn)蒸汽把大量的水帶入蒸箱，水直接噴到面條上，后面的油炸或烘干無(wú)法將水分去除，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

4.2 霧化精控加濕

4.2.1 實(shí)施方案（圖4）

圖4 蒸汽加濕改造

（1）在飽和蒸汽輸送到蒸箱分汽缸的管道上加裝3D加濕器，3D加濕器主要由霧化噴頭和縮放加速管組成，水霧與加速蒸汽形成一定的夾角，在加濕器的出口充分混合。

（2）3D加濕器使用熱水霧化，盡量減少吸收蒸汽熱量，熱水管道設(shè)置流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥，加濕量可以通過(guò)PID（Proportion Integration Differentiation，比例積分微分）控制精確調(diào)節(jié)。

4.2.2 實(shí)施效果

（1）糊化度提高。通過(guò)蒸汽均勻加濕后，面條的蒸煮效果大大提高，加濕量通過(guò)PID控制，連續(xù)穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。當(dāng)面粉等外部因素變化時(shí)，可根據(jù)口感隨時(shí)精確調(diào)整加濕量，找到最佳口感對(duì)應(yīng)的加濕參數(shù)。

（2）蒸汽用量減少。因?yàn)檎羝訚窈竺鏃l的糊化度提高，在滿足產(chǎn)品口感的前提下，適當(dāng)降低蒸汽進(jìn)量，同樣能保證優(yōu)化前的蒸煮質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高溫冷凝水閃蒸汽回收和蒸箱尾氣回收可以大幅降低蒸箱能耗，通過(guò)蒸汽加濕可以有效提高蒸煮質(zhì)量。后面的油炸或烘干工序消耗的蒸汽量更大，而且對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量也是至關(guān)重要，值得繼續(xù)深入研究。