周玉姣，杜正志，闕春生，謝金泉，徐勛，鐘明，2

(1. 江西省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,南昌市,330044; 2. 江西大創(chuàng)農(nóng)牧科技有限公司,南昌市,330013)

0 引言

葛根為豆科葛屬,是藥食同源并易于生長的多年生植物,含有豐富的葛根素、氨基酸、維生素、黃酮類物質(zhì)及鐵、鈣、硒、鋅等微量元素,具有解肌退熱、生津透疹,升陽止瀉等作用,不僅對(duì)冠心病、心絞痛、腸癌等具有明顯的療效,還具有促進(jìn)人腦的血液循環(huán)、增強(qiáng)記憶、降低血脂、減肥健美等功效。葛根經(jīng)加工提取的葛根淀粉保留原有的營養(yǎng)物質(zhì),口感好直接食用方便,還可加工成各類保健食品和創(chuàng)新食品,受到消費(fèi)者的喜愛。我國葛根資源十分豐富,有14個(gè)葛屬品種,是世界葛屬植物的分布中心,葛根種質(zhì)資源居世界第一,也是世界上葛類植物的主要生產(chǎn)地和最大的葛根生產(chǎn)消費(fèi)出口國,葛根淀粉具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,國內(nèi)外市場潛力巨大[1-2]。

葛根與木薯、甘薯、馬鈴薯的物理特性差別較大,一是纖維含量高、淀粉顆粒小、破碎強(qiáng)度大,特別是生長時(shí)間2年以上的葛根莖基部木質(zhì)化;二是外形大,長度平均在300～700 mm之間,直徑平均在30～200 mm之間;三是表面粗糙,硬質(zhì)砂石夾雜多。目前,大部分企業(yè)沿用薯類淀粉的加工工藝和設(shè)備生產(chǎn)葛根淀粉,生產(chǎn)不穩(wěn)定、綜合利用率低、資源浪費(fèi)嚴(yán)重,不利于行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。通過對(duì)國內(nèi)葛根淀粉加工工藝和設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀的分析,研究關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備,提高葛根淀粉生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備水平,對(duì)促進(jìn)葛根淀粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展很有必要。

1 葛根淀粉生產(chǎn)工藝流程

葛根種植分散,國內(nèi)目前以中、小型企業(yè),產(chǎn)量200～500 kg/h(干粉)為主[3],大多數(shù)是在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上,以通用的薯類加工機(jī)械設(shè)備代替人工作業(yè)以提高效率,通過輸送機(jī)、泵、儲(chǔ)漿罐緩沖將各個(gè)設(shè)備連接成生產(chǎn)線,主要工段包括:葛根清洗—碎解—漿渣分離—除砂、蛋白分離—脫水—干燥、篩分、冷卻、包裝。以500 kg/h葛根淀粉生產(chǎn)線為例,淀粉提取率94%、耗水10 t/t原料、耗電60 kW/t原料、設(shè)備投資90萬元(500 kg/h干粉),其工藝流程如圖1所示。

圖1 葛根淀粉生產(chǎn)工藝流程

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用分析

2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國外對(duì)淀粉的工業(yè)化生產(chǎn)研究起步較早,歐美等西方國家早在20世紀(jì)40年代已經(jīng)開始相關(guān)研究與探索,我國針對(duì)淀粉的工業(yè)化研究起步較晚,20世紀(jì)50年代最先從蘇聯(lián)引進(jìn)了部分淀粉加工設(shè)備,雖陸續(xù)進(jìn)行了改進(jìn)和提高,但直到70年代后期,這些設(shè)備仍停留在50年代水平。80年代以來,由于大量引進(jìn)、吸收國外的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備,極大地推動(dòng)了國內(nèi)淀粉工業(yè)的發(fā)展,進(jìn)入90年代,我國淀粉產(chǎn)量以20%左右的速度增長,但就整體而言,我國在淀粉及其深加工的設(shè)備研制方面水平與先進(jìn)國家還有一定的差距。

近年來,國內(nèi)對(duì)薯類淀粉的加工有了較多的研究,吳明華[4]對(duì)北大荒馬鈴薯集團(tuán)引進(jìn)的瑞典拉爾森淀粉機(jī)械公司的生產(chǎn)線,研究其旋流精制加工工藝、原理和關(guān)鍵設(shè)備;呂天使等[5]對(duì)甘薯淀粉加工機(jī)械的性能進(jìn)行了分析研究;宋紅軍等[6]對(duì)木薯淀粉加工行業(yè)清潔生產(chǎn)進(jìn)行研究,選擇濃縮、回收、洗滌、多級(jí)淀粉回收與一體的旋流器,單位產(chǎn)品用水量削減36.0%,淀粉回收率從79%提高至93%,耗水量大幅度降低的同時(shí)還可以提高淀粉的品質(zhì);王豐等[7]研究指出廢水污染是甘薯淀粉加工行業(yè)目前存在的主要問題,且將成為影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸,研發(fā)了基于逆向萃取原理的淀粉提取設(shè)備,經(jīng)過對(duì)提取裝置的改進(jìn),工藝條件的優(yōu)化,淀粉提取率達(dá)90%以上;木泰華[8]研究了我國薯類加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀指出,國產(chǎn)甘薯淀粉加工設(shè)備,耗水、耗電量高、平均淀粉提取率低于85%,綜合利用率低,資源浪費(fèi)嚴(yán)重,應(yīng)加強(qiáng)研究與開發(fā),建立和健全各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),加快與國際接軌的步伐;羅文征[9]研究了越南木薯淀粉加工設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀,對(duì)木薯淀粉生產(chǎn)工藝流程,關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了分析,指出中國木薯淀粉加工設(shè)備和世界先進(jìn)設(shè)備相比,還存在一些技術(shù)缺陷,需要針對(duì)性的改進(jìn);楊坡平研究了世界木薯淀粉加工設(shè)備的現(xiàn)狀,荷蘭的Hovex和丹麥的ISI代表了世界木薯淀粉設(shè)備的先進(jìn)技術(shù),在水和動(dòng)力消耗方面具有明顯優(yōu)勢(shì),在今后一段時(shí)期內(nèi),技術(shù)優(yōu)勢(shì)仍將成為影響投資者選擇設(shè)備的主要因素;彭常安等采用銼磨機(jī)、高速碟片分離機(jī)、臥式刮刀離心機(jī)脫水、氣流干燥加工葛根淀粉的提取率比傳統(tǒng)加工方法提高30%以上;萬凱[10]研究了班處理10 t鮮葛根加工廠的設(shè)計(jì)方案,優(yōu)化工藝和設(shè)備,提出總體設(shè)計(jì)要求和企業(yè)管理規(guī)劃。

2.2 應(yīng)用分析

從文獻(xiàn)分析,國內(nèi)對(duì)葛根淀粉加工工藝和設(shè)備的相關(guān)研究較少,時(shí)間也比較旱,近十年來,葛根淀粉加工的規(guī)模和技術(shù)在不斷進(jìn)步,機(jī)械化水平已有較大的提高。本文結(jié)合多年推廣實(shí)踐應(yīng)用,借鑒文獻(xiàn)研究[11],總結(jié)葛根淀粉加工工藝設(shè)備的技術(shù)要求,通過對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用推廣,推動(dòng)葛根淀粉加工高質(zhì)量的發(fā)展。

2.2.1 清洗工段

鮮葛根帶有泥砂、雜草,加工前必須清洗,清洗的質(zhì)量對(duì)淀粉的灰分指標(biāo)影響較大,也是生產(chǎn)非連續(xù)穩(wěn)定的重要因素。

國內(nèi)對(duì)葛根專用清洗機(jī)的研究不多,企業(yè)一般都是沿用薯類清洗機(jī)清洗葛根,而葛根表面粗糙、裂紋夾砂多,含砂量>5%,薯類清洗機(jī)一次清洗葛根除凈率遠(yuǎn)低于95%～98%的工藝要求,如果后續(xù)碎解設(shè)備是銼磨機(jī),除凈率要求會(huì)更高一些。

薯類(馬鈴薯、甘薯、木薯)清洗機(jī)基本形式有U型洗槽、滾筒清洗機(jī)。U型洗槽:物料浸泡在水中,利用槽中帶螺旋葉片的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行輸送,原料在水中被葉片攪拌、翻滾,薯類除凈率80%以上。滾筒清洗機(jī)由清洗滾筒、托輥、螺旋導(dǎo)板、噴淋管等組成,清洗滾筒由扁鋼或圓鋼條焊制,內(nèi)有螺旋導(dǎo)板,物料在水流的沖刷下,在筒內(nèi)不斷翻滾摩擦著向前運(yùn)動(dòng)被清洗,薯類除凈率90%左右。馮卓然[12]針對(duì)滾筒清洗機(jī)的問題,設(shè)計(jì)了鼠籠式馬鈴薯清洗機(jī),除凈率可達(dá)95%;喬永欽等設(shè)計(jì)了QXJ-150型薯類清洗機(jī),在滾筒式清洗設(shè)備上增加毛刷、噴淋,提高了清洗效果。

國內(nèi)對(duì)葛根清洗效果較好的是采用二次清洗工藝,初清洗采用改進(jìn)后的U型洗槽將大的泥沙雜質(zhì)清洗掉,二次清洗采用自主研發(fā)的毛刷臥式滾筒清洗機(jī)。

通過噴淋、滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦,尼龍毛刷強(qiáng)力清洗掉葛根表面的夾帶泥沙,除凈率達(dá)到98%以上,實(shí)用效果很好。雖然增加了設(shè)備投資,但保護(hù)了后續(xù)設(shè)備,減少了除砂難度,生產(chǎn)的效率和連續(xù)穩(wěn)定性得到提升,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.2 碎解工段

碎解的目的是盡可能使葛根的細(xì)胞破裂從中釋放出淀粉顆粒,碎解設(shè)備是生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備,其性能對(duì)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)、耗能節(jié)水和淀粉提取率影響較大。葛根纖維含量高,碎解時(shí)盡量避免皮渣纖維破碎過度,便于淀粉分離又不降低淀粉的提取率。

賀金衛(wèi)以湖南薯類淀粉加工設(shè)備為例,介紹國內(nèi)應(yīng)用的碎解設(shè)備主要有薯類磨漿機(jī)、爪式碎解機(jī)、錘片式碎解機(jī)和銼磨機(jī),簡述部分設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu);張清泉等研究指出,我國絕大多數(shù)薯類淀粉加工廠普遍采用通用錘片式粉碎機(jī)和低速銼磨機(jī),這些設(shè)備處理量小、淀粉游離率低、對(duì)淀粉顆粒和纖維結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重、功耗高、噪聲大、可靠性低,國產(chǎn)低速銼磨機(jī)淀粉游離率通常在92%左右,高效銼磨機(jī)經(jīng)過消化吸收取得較大技術(shù)進(jìn)步,淀粉游離率為98%,生產(chǎn)率也得到提高,高效銼磨機(jī)是目前薯類碎解效果最好的設(shè)備之一,是大、中型薯類淀粉加工企業(yè)碎解工段的首選機(jī)型。根據(jù)文獻(xiàn)檢索結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)前關(guān)于葛根碎解設(shè)備的研究比較少。

各種碎解設(shè)備的性能和適用范圍是不同的,磨漿機(jī)淀粉游離率可達(dá)90%以上,但作業(yè)效率低,只適用于作坊式生產(chǎn);爪式粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子為懸臂式結(jié)構(gòu),當(dāng)產(chǎn)能提高,轉(zhuǎn)子線速度加大時(shí)振動(dòng)劇烈、可靠性差,適用于小規(guī)模半機(jī)械化生產(chǎn);專用錘片式碎解機(jī)或高效銼磨機(jī)生產(chǎn)效率高、產(chǎn)量大,適用于中等規(guī)模生產(chǎn)配套。

錘片式碎解機(jī)如圖2(a)所示。使用通用錘片式粉碎機(jī)碎解葛根存在振動(dòng)大、能耗高、效率低等問題,針對(duì)葛根的纖維含量高的特點(diǎn),通過對(duì)錘片式粉碎機(jī)錘片數(shù)量及篩片結(jié)構(gòu)的研究[13],在通用錘片式粉碎機(jī)上進(jìn)行技術(shù)改進(jìn),一是增加0.5～1倍的錘片數(shù)量,提高物料打擊效率;二是篩片由普通圓孔篩改為長孔篩,加大篩片開孔率提高物料過篩效率;三是加大錘篩間隙到9～10 mm,減少物料的過度破碎,經(jīng)對(duì)比實(shí)測可提高錘片式碎解機(jī)生產(chǎn)率20%,獲得95%的淀粉游離率,取得了較好的使用效果,且具有通用性強(qiáng)、過度粉碎低、利于漿渣分離、結(jié)構(gòu)簡單、使用成本低等優(yōu)點(diǎn),有必要進(jìn)一步研究。

圖2 葛根碎解機(jī)原理圖

新型高效銼磨機(jī)如圖2(b)所示。碎解馬鈴薯淀粉游離率達(dá)98%,碎解葛根淀粉游離率達(dá)95%以上,具有較高的碎解效率和碎解質(zhì)量。其轉(zhuǎn)鼓線速度高達(dá)70～90 m/s,運(yùn)動(dòng)工作部為眾多厚1.25 mm、齒高2 mm的鋸齒。清洗后的葛根含砂量和夾石較其他薯類高得多,難免會(huì)有少量硬物進(jìn)入后續(xù)工序,選擇銼磨機(jī)碎解葛根時(shí),工作部碰到硬物易折斷,停機(jī)維修耗時(shí)長,故障頻率較薯類高,連續(xù)穩(wěn)定工作性差,使用成本高,整體性能遠(yuǎn)不如錘片式碎解機(jī),因此,大多數(shù)企業(yè)都是采用錘片式粉碎機(jī)碎解葛根。

葛根尺寸較大,直接進(jìn)入碎解機(jī)易發(fā)生卡阻和劇烈振動(dòng),是生產(chǎn)非連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的重要原因,某企業(yè)針對(duì)性研發(fā)了葛根粗破碎機(jī),先將葛根初破碎成較小的塊,使物料能順利進(jìn)入碎解機(jī),能夠保證碎解機(jī)連續(xù)穩(wěn)定工作。其結(jié)構(gòu)原理如圖3所示,主要由殼體、主軸、螺旋體、動(dòng)刀塊、定刀塊組成。完整葛根進(jìn)入后,在螺旋體與定刀塊剪切作用下形成初級(jí)破碎,并在螺旋體的推動(dòng)下向后運(yùn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)的螺旋動(dòng)刀塊與定刀塊配合對(duì)物料進(jìn)行剪切撕裂破碎并向后運(yùn)動(dòng),反角度的尾板控制物料流動(dòng)速度和粒度,破碎形成10～30 mm的物料從尾部排出。

圖3 粗破碎機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

粗破機(jī)與錘片式碎解機(jī)或銼磨機(jī)配套,進(jìn)料順利、工作平穩(wěn),能節(jié)水、節(jié)能、降噪聲。經(jīng)生產(chǎn)測試可提高碎解工段效率30%以上,淀粉游離率更加穩(wěn)定。

2.2.3 漿渣分離工段

葛根經(jīng)碎解后得到的是淀粉、纖維、蛋白質(zhì)等的混合物,進(jìn)入后續(xù)漿渣分離工段。漿渣分離效率直接影響淀粉的提取率。國內(nèi)用于淀粉漿渣分離設(shè)備主要是曲篩、錐篩、連續(xù)離心篩。

曲篩篩面呈弧形,由梯形不銹鋼條拼制而成,利用鋼條間構(gòu)成細(xì)長的篩縫和高速液流沖刷,分離淀粉和漿渣,在玉米淀粉加工上效果較好;錐篩有雙層篩網(wǎng),淀粉乳原液進(jìn)入內(nèi)外篩之間,對(duì)固相含量較高、顆粒較大的懸浮液分離較好,能將淀粉乳中的淀粉和纖維分離。曲篩和錐篩結(jié)構(gòu)簡單、投資少,但分離效率低、容易堵塞、自動(dòng)化程度不高,從實(shí)際生產(chǎn)效果來看,曲篩和錐篩分離葛根漿渣容易堵塞、清理麻煩、效率低下,基本被先進(jìn)的連續(xù)離心篩替代。

連續(xù)離心篩主要由一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的錐形篩膽組成,篩膽開有篩孔并在內(nèi)壁裝置篩網(wǎng),利用離心力,漿水不斷地通過篩網(wǎng)而被收集,不能過篩的漿渣則在離心力作用下不斷地被推向大端的篩膽口而排出,根據(jù)錐形篩膽的裝置方式,有臥式和立式兩種類型如圖4所示,立式的錐形篩膽開口向上,臥式離心篩適合玉米、馬鈴薯淀粉的漿渣分離。

(a) 臥式離心篩

連續(xù)離心篩具有動(dòng)力小、分離效果好、處理量大、設(shè)備體積較小等優(yōu)點(diǎn),在淀粉行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,篩網(wǎng)目數(shù)為80～160目,漿渣淀粉含量可降到32%(干基)以下,其中游離淀粉含量在5%以下,串聯(lián)可形成連續(xù)多級(jí)分離,能有效提高木薯淀粉的提取率和白度[14]。

葛根漿渣中纖維含量較其他薯類高得多,篩網(wǎng)表面上的濾層較厚,漿水通過篩網(wǎng)時(shí)的阻力比薯類的大,分離時(shí)間需要更長。在臥式離心篩中,重力和離心力都在助推濾渣向篩膽口運(yùn)動(dòng),其錐角略大于立式離心篩,使?jié){渣在篩膽停留時(shí)間比立式短,因此,立式離心篩在葛根淀粉加工中分離效果更好,應(yīng)用較多。在應(yīng)用中需對(duì)立式離心篩的篩網(wǎng)口結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn),減少出渣阻力,保證出渣暢通。

葛根碎解后纖維素破碎程度小,粒度較大,一次離心分離難達(dá)到工藝要求,一般都需要二級(jí)分離。某企業(yè)采用立式離心篩和臥式振動(dòng)篩串聯(lián)工藝,先將大的漿渣離心分離出來,再利用粒度大小經(jīng)臥式振動(dòng)篩(200目)篩分,去掉細(xì)微的纖維渣,經(jīng)過篩分的乳漿纖維雜質(zhì)一般低于0.02%,乳漿濃度能達(dá)到5～6°Bé,投資成本低、效果較好。

2.2.4 除砂、蛋白分離

漿渣分離纖維后的漿液中還含有細(xì)小的砂粒和重雜,對(duì)產(chǎn)品灰分指標(biāo)和后續(xù)工藝有影響,一般采用多級(jí)旋流除砂器,除砂效率大于99%,能夠滿足工藝的要求。

蛋白分離是通過離心力,把不溶性蛋白質(zhì)、殘余的可溶性蛋白質(zhì)和細(xì)微雜質(zhì),從淀粉乳漿中分離出來,從而達(dá)到淀粉乳洗滌、精制、濃縮的目的,在薯類淀粉加工中,應(yīng)用廣泛的是碟片分離機(jī),在引進(jìn)的大型企業(yè)中有旋流分離或二者聯(lián)合應(yīng)用。

碟片分離機(jī)如圖5所示。設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力,重質(zhì)的淀粉沉降到碟片上形成液層,沿碟片表面滑動(dòng)而脫離碟片并積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)直徑最大的鼓壁部位排出機(jī)外,含有較多蛋白質(zhì)、細(xì)纖維、果膠的輕相液沿碟片外錐面向軸心流動(dòng)至上部經(jīng)輕液向心泵,由輕液口排出機(jī)外,從而達(dá)到淀粉與蛋白質(zhì)、細(xì)纖維、果膠的分離目的。具有結(jié)構(gòu)簡單、分離能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。范會(huì)平等[15]研究了高速碟片分離裝置對(duì)紅薯淀粉產(chǎn)品中灰分、蛋白質(zhì)和細(xì)度的影響,經(jīng)兩級(jí)高速碟片分離機(jī)后,淀粉產(chǎn)品中蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.15%。

圖5 碟片分離機(jī)原理圖

李樹君研究指出,旋流分離技術(shù)與傳統(tǒng)的離心分離技術(shù)相比是一種高效節(jié)能的分離技術(shù),在歐美國家已成為三大機(jī)械分離技術(shù)(包括過濾、離心分離和旋流分離)之一,其工作原理是基于物料中淀粉顆粒在旋流管中的離心沉降作用和液體的上浮效果實(shí)現(xiàn)物料的分離。旋流管是全旋流分離系統(tǒng)的核心工作部件。國外采用直徑10 mm或15 mm的旋流管組合連接而成的系統(tǒng)回收清洗玉米、小麥、馬鈴薯后水中的淀粉,可連續(xù)得到波美度達(dá)22的淀粉乳,淀粉回收率高達(dá)98%～99%。

國內(nèi)馬鈴薯淀粉的全旋流系統(tǒng)是由15級(jí)旋流器混聯(lián)而成的逆流洗滌裝置,馬鈴薯糊漿經(jīng)過全旋流系統(tǒng)分離,可直接得到精制淀粉乳,分離效率高達(dá)90%,一次可完成淀粉液蛋白分離除雜工藝。用于薯類淀粉分離的單個(gè)水力旋流管的直徑一般為2.5～12 mm,被分離的固體顆粒直徑為2～250 um(馬鈴薯15～100 um,葛根12.2～24.08 um),采用全旋流分離技術(shù)可以達(dá)到節(jié)水40%、減少占地58%、淀粉提取率提高到95%以上,淀粉的質(zhì)量得到穩(wěn)定提高?！榜R鈴薯淀粉全旋流關(guān)鍵技術(shù)與裝備”是國家“九五”攻關(guān)項(xiàng)目,在山西、青海和新疆等地推廣應(yīng)用,達(dá)到了國際先進(jìn)水平[16]。

目前,沒有旋流分離技術(shù)應(yīng)用于葛根淀粉加工的實(shí)例,究其原因,一是其在葛根分離領(lǐng)域的應(yīng)用研究缺乏;二是多級(jí)旋流器系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜,自動(dòng)化控制高,葛根生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)水平和管理能力達(dá)不到要求;三是葛根淀粉加工都是中、小規(guī)模,其投資占比大,成本高。

葛根淀粉加工企業(yè)大多采用立式碟片分離機(jī),其能將蛋白質(zhì)和細(xì)微雜質(zhì)有效分離,乳漿濃度能達(dá)到16～20°Bé,能夠滿足生產(chǎn)需要。碟片分離機(jī)前應(yīng)配套過濾器(2 mm篩孔)來保證碟片分離機(jī)正常工作。

2.2.5 脫水工段

葛根淀粉乳含水60%～70%,不能直接干燥,必須經(jīng)脫水處理,傳統(tǒng)工藝采用布包空瀝,企業(yè)廣泛使用的是三足離心機(jī)、真空脫水機(jī)、刮刀型離心機(jī)。賀金衛(wèi)研究了三足離心機(jī)在薯類淀粉加工中的應(yīng)用;陳維章研究了馬鈴薯淀粉加工中應(yīng)用滾筒式真空脫水機(jī)脫水后淀粉含水40%左右;謝長虹[17]研究了離心機(jī)的分類和選型,指出刮刀型離心機(jī)是適應(yīng)性最強(qiáng)的脫水設(shè)備,分離因數(shù)可達(dá)到600以上;彭常安研究了臥式刮刀離心機(jī)脫水葛根10 min,淀粉乳漿水分含量小于40%,脫水效果好,效率高;林延彬等[18]研究指出,臥式刮刀離心機(jī)非常適合淀粉乳的機(jī)械脫水,適合分離0.01～5 mm中等顆?；蚣?xì)微顆粒,尤其是對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng),進(jìn)料濃度(10%～60%)和進(jìn)料量變化不敏感,過濾循環(huán)周期根據(jù)物料的特性和分離要求調(diào)節(jié),可通過PLC實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制;脫水機(jī)的工作情況取決于淀粉乳的質(zhì)量、濃度、濾網(wǎng)的過濾效果,脫水后的葛根淀粉含水率為40%左右進(jìn)入后續(xù)干燥為宜[19]。臥式刮刀離心機(jī)如圖6所示,生產(chǎn)測試表明,對(duì)葛根淀粉乳脫水效果好,含水率可達(dá)38%,且生產(chǎn)穩(wěn)定性好。

圖6 臥式刮刀離心機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

離心機(jī)非常適合葛根淀粉的脫水,配套選型可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模選擇,小規(guī)模生產(chǎn)(小于200 kg/h)可用三足離心機(jī)間歇操作,含水率可達(dá)38%～40%,投資少,生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度較低;中等規(guī)模生產(chǎn)(200～500 kg/h)可用真空脫水機(jī),自動(dòng)化程度較高、設(shè)備投資較少、含水率42%～43%;大規(guī)模生產(chǎn)(大于500 kg/h)可用臥式刮刀離心機(jī),含水率38%～40%,生產(chǎn)穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高。

2.2.6 干燥、篩分、冷卻、包裝

王蕾等[20-21]研究了葛根全粉的干燥工藝,干燥方法有氣流干燥、真空干燥、冷凍干燥、微波干燥和噴霧干燥等,而其中以真空干燥、冷凍干燥和氣流干燥應(yīng)用最為廣泛。

真空干燥具有干燥溫度低、效率高、速度快、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),對(duì)熱敏性成分有一定的保護(hù)作用,但使用成本和投資要高于氣流干燥;冷凍干燥溫度低、食品營養(yǎng)和風(fēng)味保存良好、具有較好的復(fù)水性,但設(shè)備價(jià)格貴,耗能巨大,效率較低;氣流干燥是以熱空氣和固體顆粒直接混合接觸,并使固體顆粒懸浮于介質(zhì)中,兩相接觸面積大,強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)過程,熱效率高、干燥強(qiáng)度大、時(shí)間短;梁衛(wèi)[22]設(shè)計(jì)了一套葛粉正壓氣流干燥設(shè)備,對(duì)干燥管,熱量、風(fēng)量和風(fēng)機(jī)功率進(jìn)行了計(jì)算,并投入了使用;馮新偉等[23]用Fluent軟件模擬研究了淀粉氣流干燥系統(tǒng),探討了各參數(shù)對(duì)管內(nèi)氣固兩相間傳熱效果的影響;常寨成等[24]研究了氣流干燥設(shè)備的工作原理和結(jié)構(gòu)形式及幾種產(chǎn)品形式的應(yīng)用;賴譜富等[25]優(yōu)選葛渣干燥模式,選用熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥兩種工藝對(duì)新鮮葛渣進(jìn)行干燥處理,分析不同干燥方式對(duì)葛渣主要營養(yǎng)成分、功能成分和氨基酸組成的影響,綜合考慮各項(xiàng)營養(yǎng)和功能成分指標(biāo)檢測結(jié)果,同時(shí)考慮生產(chǎn)成本,建議制備葛渣適宜采用熱風(fēng)干燥。

葛根淀粉干燥工藝主要考慮成本和品質(zhì)要求,以氣流干燥應(yīng)用最為廣泛。按干燥管內(nèi)部壓力分為三種:正壓氣流干燥、負(fù)壓氣流干燥、正負(fù)壓氣流干燥。

正壓干燥結(jié)構(gòu)簡單,高溫氣體和物料經(jīng)過風(fēng)機(jī),容易跑冒漏,使用維護(hù)麻煩;負(fù)壓干燥結(jié)構(gòu)簡單,高溫氣體和物料不經(jīng)過風(fēng)機(jī),使用維護(hù)方便,裝機(jī)容量稍高;正負(fù)壓干燥是將干燥管經(jīng)風(fēng)機(jī)分為正壓干燥段和負(fù)壓干燥段,兩級(jí)干燥節(jié)能效果好、安裝高度低。負(fù)壓干燥和正負(fù)壓干燥在生產(chǎn)中應(yīng)用較多。

葛根淀粉氣流干燥時(shí)熱風(fēng)入口溫度一般為135～150 ℃,尾氣溫度50～70 ℃,干燥時(shí)間1～2 s,其自動(dòng)化程度高,干燥后葛根淀粉含水≤14%,經(jīng)篩分機(jī)篩分過100目篩,冷卻至室溫后包裝出廠。

3 存在問題

改革開放以來,人民富裕促進(jìn)了保健產(chǎn)品市場快速擴(kuò)張,葛根產(chǎn)品市場需求越來越大,科技水平的不斷提高和工業(yè)化生產(chǎn)的迅速發(fā)展給葛根淀粉設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步提供了良好的環(huán)境和有力支撐。我國葛根淀粉設(shè)備取得了長足的進(jìn)步,但在發(fā)展過程中還面臨一些問題,需要共同研究解決。

1) 產(chǎn)業(yè)發(fā)展不平衡。葛根淀粉設(shè)備制造門檻低、配套能力強(qiáng)、能迅速滿足淀粉加工企業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)張需求,但葛根種植規(guī)模和水平發(fā)展較緩,品種良莠不齊,一些地區(qū)葛根原料供應(yīng)不足。

2) 結(jié)構(gòu)不合理。我國葛根淀粉設(shè)備起步較晚,還保留著傳統(tǒng)的粗放型加工模式,以淀粉初級(jí)產(chǎn)品為主,對(duì)葛根淀粉的高價(jià)值深加工和附產(chǎn)品開發(fā)較少,資源浪費(fèi)嚴(yán)重,葛根加工綜合利用水平不高。

3) 關(guān)鍵工藝設(shè)備研發(fā)不足。企業(yè)大多沿用薯類淀粉加工工藝和設(shè)備配套,葛根淀粉的專用加工設(shè)備缺乏,比如,葛根清洗采用二次清洗工藝除凈率雖可達(dá)98%以上,但因其含砂總量大,依然存在設(shè)備安全和質(zhì)量隱患,且耗水量大;錘片式碎解機(jī)或是新型高效銼磨機(jī)碎解葛根時(shí)存在皮渣纖維破碎過度、能耗高,不利于淀粉分離提取,行業(yè)迫切需要更多高效、節(jié)能、節(jié)水型設(shè)備。

4) 行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不高。葛根淀粉加工具有單產(chǎn)量投資大、耗能高、耗水多,廢渣排放量大特點(diǎn),環(huán)保壓力較大,企業(yè)多選址在偏僻的地方,交通運(yùn)輸成本居高不下,行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不高,設(shè)備制造企業(yè)對(duì)先進(jìn)設(shè)備研發(fā)資金投入不足,阻礙了行業(yè)先進(jìn)技術(shù)研究和規(guī)?；l(fā)展。

5) 市場管理不規(guī)范。葛根加工企業(yè)分散、規(guī)模小,品質(zhì)參差不齊,市場上商品以次充好、以假代真的情況經(jīng)常發(fā)生。市場管理不規(guī)范,影響消費(fèi)者對(duì)葛根產(chǎn)品的信任和需求。

4 發(fā)展建議

葛根淀粉設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步離不開葛根淀粉加工企業(yè)的健康發(fā)展、科技工作者的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)品開發(fā)、政府相關(guān)政策的扶持,需要相關(guān)從業(yè)人員多方面的共同努力,逐步克服存在的問題,實(shí)現(xiàn)行業(yè)的快速發(fā)展。

1) 適度規(guī)模、因地制宜。葛根淀粉加工企業(yè),應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植水平,適度規(guī)?；a(chǎn),以提高設(shè)備的利用率,通過加強(qiáng)管理來降低損耗。在廠址選擇上應(yīng)考慮交通方便、水資源豐富、利于環(huán)保。企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)葛根綜合開發(fā)利用,發(fā)展產(chǎn)品深加工和利用漿渣和廢水提取有益物質(zhì),提升產(chǎn)品質(zhì)量管控和自動(dòng)化生產(chǎn)水平,保證葛根淀粉加工具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

2) 加強(qiáng)葛根品種、種植技術(shù)的研究。新技術(shù)的應(yīng)用能夠提高葛根的產(chǎn)量和質(zhì)量,通過農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合推廣先進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械,提升機(jī)械化種植水平從而降低種植成本。在有種植優(yōu)勢(shì)的地方集中種植、收購、儲(chǔ)藏、加工,擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,延長生產(chǎn)周期,降低加工成本。

3) 加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備研發(fā)。制造企業(yè)應(yīng)針對(duì)葛根清洗機(jī)、碎解機(jī)、分離等關(guān)鍵設(shè)備組織攻關(guān),研發(fā)高效率、低耗能、節(jié)水型的先進(jìn)設(shè)備。研究回收廢水、葛渣再利用等先進(jìn)工藝,降低對(duì)環(huán)境的污染。積極引進(jìn)消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)設(shè)備,加快設(shè)備的升級(jí)換代。

4) 建立健全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。相關(guān)部門應(yīng)建立健全葛根淀粉質(zhì)量評(píng)價(jià)、設(shè)備推廣鑒定大綱等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,讓先進(jìn)適用的加工設(shè)備盡快進(jìn)入農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼,通過標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模式爭取農(nóng)業(yè)優(yōu)惠扶持政策,引導(dǎo)葛根淀粉生產(chǎn)企業(yè),加大研發(fā)力度,提高配套能力,生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品。

5) 加強(qiáng)市場管理和質(zhì)量監(jiān)督。政府應(yīng)加強(qiáng)市場管理和質(zhì)量監(jiān)督,按照質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)獎(jiǎng)優(yōu)罰劣,對(duì)達(dá)不到質(zhì)量和環(huán)保要求的加工企業(yè)要堅(jiān)決整改,積極扶持優(yōu)質(zhì)龍頭企業(yè)做好綠色有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品品牌建設(shè)和宣傳,為葛根產(chǎn)品的健康發(fā)展保駕護(hù)航。

5 結(jié)語

葛根淀粉是一種健康食品,具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益,市場潛力巨大。通過對(duì)加工現(xiàn)狀的研究分析,國內(nèi)對(duì)葛根淀粉加工工藝和設(shè)備研究不足,大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)還比較落后,雖然企業(yè)通過不斷探索和改進(jìn),使部分問題得到改善,但進(jìn)步緩慢,缺乏突出的創(chuàng)新成果,特別是對(duì)節(jié)水節(jié)能、減排、環(huán)保、先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)研究,行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,需要學(xué)者和機(jī)構(gòu)參與研究制訂。本文介紹的工藝設(shè)備,基于對(duì)國內(nèi)中、小型葛根淀粉加工應(yīng)用分析,期待更多學(xué)者參與葛根淀粉工藝和設(shè)備的討論研究,促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化健康發(fā)展。