1、第8期周玉姣 等:葛根淀粉生产关键技术设备应用分析1 0 3 D O I:1 0.1 3 7 3 3/j.j c a m.i s s n.2 0 9 55 5 5 3.2 0 2 3.0 8.0 1 4周玉姣,杜正志,阙春生,等.葛根淀粉生产关键技术设备应用分析J.中国农机化学报,2 0 2 3,4 4(8):1 0 3-1 0 9Z h o u Y u j i a o,D u Z h e n g z h i,Q u e C h u n s h e n g,e t a l.A p p l i c a t i o n a n a l y s i s o f k e y t e c h n i c
2、 a l e q u i p m e n t f o r P u e r a r i a s t a r c h p r o d u c t i o n J.J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n,2 0 2 3,4 4(8):1 0 3-1 0 9葛根淀粉生产关键技术设备应用分析*周玉姣1,杜正志1,阙春生1,谢金泉1,徐勋1,钟明1,2(1.江西省农业技术推广中心,南昌市,3 3 0 0 4 4;2.江西大创农牧科技有限公司,南昌市,3 3 0 0 1 3)摘要:葛根
3、的物理特性与薯类有较大的不同,外形粗大、纤维含量高、表皮粗糙夹砂多,葛根淀粉的机械化加工不能照搬薯类模式,关键设备有其特别之处。葛根淀粉企业规模小,大多数企业沿用薯类加工设备和工艺,专用设备配套少、结构不合理、生产效率低,不利于葛根淀粉产业的技术进步和发展。通过对国内薯类和葛根淀粉加工文献和工艺设备应用现状的分析,以5 0 0k g/h葛根淀粉加工工艺流程为例,简述加工工艺的基本要求、关键设备的结构原理、针对性的技术改进措施,指出当前行业内仍存在先进设备缺乏、耗能高、环境污染等问题,提出加强葛根加工及种植先进技术的研究、建立健全相关标准规范、提高综合开发利用等建议,为促进产业技术进步和规模化发
4、展提供参考。关键词:葛根淀粉;工艺流程;除净率;提取率;碎解机中图分类号:S 2 3 3.5 文献标识码:A 文章编号:2 0 9 5 5 5 5 3(2 0 2 3)0 8 0 1 0 3 0 7收稿日期:2 0 2 2年1月1 3日 修回日期:2 0 2 2年5月2 6日*基金项目:江西省葛产业技术体系专项(J X A R S1 6)第一作者:周玉姣,女,1 9 6 5年生,江西九江人,高级工程师;研究方向为农业机械化。E-m a i l:3 0 5 7 1 4 0 8 6q q.c o m通讯作者:杜正志,男,1 9 6 6年生,江西九江人,高级工程师;研究方向为农产品加工。E-m a
5、i l:1 5 2 1 7 9 0 8 8 3q q.c o mA p p l i c a t i o n a n a l y s i s o f k e y t e c h n i c a l e q u i p m e n t f o r P u e r a r i a s t a r c h p r o d u c t i o nZ h o u Y u j i a o1,D u Z h e n g z h i1,Q u e C h u n s h e n g1,X i e J i n q u a n1,X u X u n1,Z h o n g M i n g1,2(1.J i a n g
6、 x i A g r i c u l t u r a l T e c h n o l o g y E x t e n s i o n C e n t e r,N a n c h a n g,3 3 0 0 4 4,C h i n a;2.J i a n g x i D a c h u a n g A g r i c u l t u r e a n d A n i m a l H u s b a n d r y T e c h n o l o g y C o.,L t d.,N a n c h a n g,3 3 0 0 1 3,C h i n a)A b s t r a c t:T h e p
7、 h y s i c a l p r o p e r t i e s o f P u e r a r i a a r e q u i t e d i f f e r e n t f r o m o t h e r p o t a t o e s,s u c h a s l a r g e s h a p e,h i g h f i b e r c o n t e n t a n d s u r f a c e g r o o v e s w i t h s a n d i n e s s.T h e m e c h a n i z e d p r o c e s s i n g o f P u
8、 e r a r i a s t a r c h c a n n o t c o p y p o t a t o e s m o d e l,a n d t h e k e y e q u i p m e n t h a s i t s u n i q u e f e a t u r e s.M o s t P u e r a r i a s t a r c h e n t e r p r i s e s a r e s m a l l a n d u s e p o t a t o p r o c e s s i n g e q u i p m e n t a n d t e c h n o
9、 l o g y,w i t h f e w s p e c i a l e q u i p m e n t,u n r e a s o n a b l e s t r u c t u r e a n d l o w p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y,w h i c h i s n o t c o n d u c i v e t o t h e t e c h n o l o g i c a l p r o g r e s s a n d d e v e l o p m e n t o f P u e r a r i a s t a r c h i
10、 n d u s t r y.T h e a p p l i c a t i o n s c e n a r i o s o f P u e r a r i a s t a r c h p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t a r e s u mm a r i z e d b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e d o m e s t i c l i t e r a t u r e o n p o t a t o s t a r c h p r o c
11、e s s i n g a n d t h e a p p l i c a t i o n s t a t u s o f p r o c e s s i n g e q u i p m e n t.T a k i n g t h e 5 0 0k g/h P u e r a r i a s t a r c h p r o c e s s i n g p r o c e s s a s a n e x a m p l e,t h e s t r u c t u r e a n d p r i n c i p l e o f k e y e q u i p m e n t a n d t h e
12、 p r o b l e m s o f l a c k o f a d v a n c e d t e c h n o l o g y,h i g h e n e r g y c o n s u m p t i o n a n d s e r i o u s p o l l u t i o n i n p r o d u c t i o n a r e s u mm a r i z e d.S u g g e s t i o n s w e r e p u t f o r w a r d t o s t r e n g t h e n r e s e a r c h o n a d v a
13、n c e d t e c h n o l o g i e s f o r P u e r a r i a p r o c e s s i n g a n d p l a n t i n g,e s t a b l i s h r e l e v a n t s t a n d a r d s a n d r e g u l a t i o n s,a n d i m p r o v e c o m p r e h e n s i v e d e v e l o p m e n t a n d u t i l i z a t i o n,s o a s t o p r o v i d e r
14、e f e r e n c e f o r p r o m o t i n g i n d u s t r i a l t e c h n o l o g y p r o g r e s s a n d l a r g e-s c a l e d e v e l o p m e n t.K e y w o r d s:P u e r a r i a s t a r c h;p r o c e s s f l o w;c l e a n i n g r a t i o;e x t r a c t i o n r a t e;d i s i n t e g r a t o r0 引言葛根为豆科葛属
15、,是药食同源并易于生长的多年生植物,含有丰富的葛根素、氨基酸、维生素、黄酮类物质及铁、钙、硒、锌等微量元素,具有解肌退热、生津透疹,升阳止泻等作用,不仅对冠心病、心绞痛、肠癌等具有明第4 4卷 第8期2 0 2 3年8月中国农机化学报J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o nV o l.4 4 N o.8A u g.2 0 2 31 0 4 中国农机化学报2 0 2 3年显的疗效,还具有促进人脑的血液循环、增强记忆、降低血脂、减肥健美等功效。葛根经加工提取的葛根淀粉保留原有的
16、营养物质,口感好直接食用方便,还可加工成各类保健食品和创新食品,受到消费者的喜爱。我国葛根资源十分丰富,有1 4个葛属品种,是世界葛属植物的分布中心,葛根种质资源居世界第一,也是世界上葛类植物的主要生产地和最大的葛根生产消费出口国,葛根淀粉具有较高的经济价值,国内外市场潜力巨大12。葛根与木薯、甘薯、马铃薯的物理特性差别较大,一是纤维含量高、淀粉颗粒小、破碎强度大,特别是生长时间2年以上的葛根茎基部木质化;二是外形大,长度平均在3 0 07 0 0mm之间,直径平均在3 02 0 0mm之间;三是表面粗糙,硬质砂石夹杂多。目前,大部分企业沿用薯类淀粉的加工工艺和设备生产葛根淀粉,生产不稳定、综
17、合利用率低、资源浪费严重,不利于行业技术进步和发展。通过对国内葛根淀粉加工工艺和设备应用现状的分析,研究关键技术设备,提高葛根淀粉生产技术设备水平,对促进葛根淀粉产业发展很有必要。1 葛根淀粉生产工艺流程葛根种植分散,国内目前以中、小型企业,产量2 0 05 0 0k g/h(干粉)为主3,大多数是在传统工艺的基础上,以通用的薯类加工机械设备代替人工作业以提高效率,通过输送机、泵、储浆罐缓冲将各个设备连 接 成 生 产 线,主 要 工 段 包 括:葛 根 清 洗碎解浆渣分离除砂、蛋白分离脱水干燥、筛分、冷却、包装。以5 0 0k g/h葛根淀粉生产线为例,淀粉提取率9 4%、耗水1 0 t/t
18、原料、耗电6 0k W/t原料、设备投 资9 0万 元(5 0 0k g/h干 粉),其 工 艺 流 程 如图1所示。图1 葛根淀粉生产工艺流程F i g.1 P r o d u c t i o n p r o c e s s f l o w o f P u e r a r i a s t a r c h2 国内研究现状与应用分析2.1 国内研究现状国外对淀粉的工业化生产研究起步较早,欧美等西方国家早在2 0世纪4 0年代已经开始相关研究与探索,我国针对淀粉的 工业化研究 起步较晚,2 0世纪5 0年代最先从苏联引进了部分淀粉加工设备,虽陆续进行了改进和提高,但直到7 0年代后期,这些设备仍停
19、留在5 0年代水平。8 0年代以来,由于大量引进、吸收国外的先进技术和设备,极大地推动了国内淀粉工业的发展,进入9 0年代,我国淀粉产量以2 0%左右的速度增长,但就整体而言,我国在淀粉及其深加工的设备研制方面水平与先进国家还有一定的差距。近年来,国内对薯类淀粉的加工有了较多的研究,吴明华4对北大荒马铃薯集团引进的瑞典拉尔森淀粉机械公司的生产线,研究其旋流精制加工工艺、原理和关键设备;吕天使等5对甘薯淀粉加工机械的性能进行了分析研究;宋红军等6对木薯淀粉加工行业清洁生产进行研究,选择浓缩、回收、洗涤、多级淀粉回收与一体的旋流器,单位产品用水量削减3 6.0%,淀粉回收率从7 9%提高至9 3%
20、,耗水量大幅度降低的同时还可以提高淀粉的品质;王丰等7研究指出废水污染是甘薯淀粉加工行业目前存在的主要问题,且将成为影响产业发展的瓶颈,研发了基于逆向萃取原理的淀粉提取设备,经过对提取装置的改进,工艺条件的优化,淀粉提取率达9 0%以上;木泰华8研究了我国薯类加工产业现状指出,国产甘薯淀粉加工设备,耗水、耗电量高、平均淀粉提取率低于8 5%,综合利用率低,资源浪费严重,应加强研究与开发,建立和健全各项标准,加快与国际接轨的步伐;罗文征9研究了越南木薯淀粉加工设备的发展现状,对木薯淀粉生产工艺流程,关键设备进行了分析,指出中国木薯淀粉加工设备和世界先进设备相比,还存在一些技术缺陷,需要针对性的改
21、进;杨坡平研究了世界木薯淀粉加工设备的现状,荷兰的H o v e x和丹麦的I S I代表了世界木薯淀粉设备的先进技术,在水和动力消耗方面具有明显优势,在今后一段时期内,技术优势仍将成为影响投资者选择设备的主要因素;彭常安等采用锉磨机、高速碟片分离机、卧式刮刀离心机脱水、气流干燥加工葛根淀粉的提取率比传统加工方法提高3 0%以上;万凯1 0研究了班处理1 0 t鲜葛根加工厂的设计方案,优化工艺和设备,提出总体设计要求和企业管理规划。2.2 应用分析从文献分析,国内对葛根淀粉加工工艺和设备的相关研究较少,时间也比较旱,近十年来,葛根淀粉加工的规模和技术在不断进步,机械化水平已有较大的提高。本文结
22、合多年推广实践应用,借鉴文献研究1 1,总结葛根淀粉加工工艺设备的技术要求,通过对新技术的应用推广,推动葛根淀粉加工高质量的发展。2.2.1 清洗工段鲜葛根带有泥砂、杂草,加工前必须清洗,清洗的第8期周玉姣 等:葛根淀粉生产关键技术设备应用分析1 0 5 质量对淀粉的灰分指标影响较大,也是生产非连续稳定的重要因素。国内对葛根专用清洗机的研究不多,企业一般都是沿用薯类清洗机清洗葛根,而葛根表面粗糙、裂纹夹砂多,含砂量5%,薯类清洗机一次清洗葛根除净率远低于9 5%9 8%的工艺要求,如果后续碎解设备是锉磨机,除净率要求会更高一些。薯类(马铃薯、甘薯、木薯)清洗机基本形式有U型洗槽、滚筒清洗机。U
23、型洗槽:物料浸泡在水中,利用槽中带螺旋叶片的转轴进行输送,原料在水中被叶片搅拌、翻滚,薯类除净率8 0%以上。滚筒清洗机由清洗滚筒、托辊、螺旋导板、喷淋管等组成,清洗滚筒由扁钢或圆钢条焊制,内有螺旋导板,物料在水流的冲刷下,在筒内不断翻滚摩擦着向前运动被清洗,薯类除净率9 0%左右。冯卓然1 2针对滚筒清洗机的问题,设计了鼠笼式马铃薯清洗机,除净率可达9 5%;乔永钦等设计了Q X J-1 5 0型薯类清洗机,在滚筒式清洗设备上增加毛刷、喷淋,提高了清洗效果。国内对葛根清洗效果较好的是采用二次清洗工艺,初清洗采用改进后的U型洗槽将大的泥沙杂质清洗掉,二次清洗采用自主研发的毛刷卧式滚筒清洗机。通
24、过喷淋、滚筒转动摩擦,尼龙毛刷强力清洗掉葛根表面的夹带泥沙,除净率达到9 8%以上,实用效果很好。虽然增加了设备投资,但保护了后续设备,减少了除砂难度,生产的效率和连续稳定性得到提升,取得了较好的经济效益。2.2.2 碎解工段碎解的目的是尽可能使葛根的细胞破裂从中释放出淀粉颗粒,碎解设备是生产线的关键设备,其性能对连续稳定生产、耗能节水和淀粉提取率影响较大。葛根纤维含量高,碎解时尽量避免皮渣纤维破碎过度,便于淀粉分离又不降低淀粉的提取率。贺金卫以湖南薯类淀粉加工设备为例,介绍国内应用的碎解设备主要有薯类磨浆机、爪式碎解机、锤片式碎解机和锉磨机,简述部分设备的原理和结构;张清泉等研究指出,我国绝
25、大多数薯类淀粉加工厂普遍采用通用锤片式粉碎机和低速锉磨机,这些设备处理量小、淀粉游离率低、对淀粉颗粒和纤维结构破损严重、功耗高、噪声大、可靠性低,国产低速锉磨机淀粉游离率通常在9 2%左右,高效锉磨机经过消化吸收取得较大技术进步,淀粉游离率为9 8%,生产率也得到提高,高效锉磨机是目前薯类碎解效果最好的设备之一,是大、中型薯类淀粉加工企业碎解工段的首选机型。根据文献检索结果发现,当前关于葛根碎解设备的研究比较少。各种碎解设备的性能和适用范围是不同的,磨浆机淀粉游离率可达9 0%以上,但作业效率低,只适用于作坊式生产;爪式粉碎机的转子为悬臂式结构,当产能提高,转子线速度加大时振动剧烈、可靠性差,
26、适用于小规模半机械化生产;专用锤片式碎解机或高效锉磨机生产效率高、产量大,适用于中等规模生产配套。锤片式碎解机如图2(a)所示。使用通用锤片式粉碎机碎解葛根存在振动大、能耗高、效率低等问题,针对葛根的纤维含量高的特点,通过对锤片式粉碎机锤片数量及筛片结构的研究1 3,在通用锤片式粉碎机上进行技术改进,一是增加0.51倍的锤片数量,提高物料打击效率;二是筛片由普通圆孔筛改为长孔筛,加大筛片开孔率提高物料过筛效率;三是加大锤筛间隙到91 0mm,减少物料的过度破碎,经对比实测可提高锤片式碎解机生产率2 0%,获得9 5%的淀粉游离率,取得了较好的使用效果,且具有通用性强、过度粉碎低、利于浆渣分离、
27、结构简单、使用成本低等优点,有必要进一步研究。新型高效锉磨机如图2(b)所示。碎解马铃薯淀粉游离率达9 8%,碎解葛根淀粉游离率达9 5%以上,具有较高的碎解效率和碎解质量。其转鼓线速度高达7 09 0m/s,运动工作部为众 多厚1.2 5mm、齿 高2mm的锯齿。清洗后的葛根含砂量和夹石较其他薯类高得多,难免会有少量硬物进入后续工序,选择锉磨机碎解葛根时,工作部碰到硬物易折断,停机维修耗时长,故障频率较薯类高,连续稳定工作性差,使用成本高,整体性能远不如锤片式碎解机,因此,大多数企业都是采用锤片式粉碎机碎解葛根。(a)锤片式碎解机(b)锉磨机图2 葛根碎解机原理图F i g.2 P r i
28、n c i p l e d i a g r a m o f P u e r a r i a d i s i n t e g r a t o r葛根尺寸较大,直接进入碎解机易发生卡阻和剧烈振动,是生产非连续稳定生产的重要原因,某企业针对性研发了葛根粗破碎机,先将葛根初破碎成较小的块,使物料能顺利进入碎解机,能够保证碎解机连续稳定工作。其结构原理如图3所示,主要由壳体、主轴、螺旋体、动刀块、定刀块组成。完整葛根进入后,在螺旋体与定刀块剪切作用下形成初级破碎,并在螺旋体的推动下向后运动,旋转的螺旋动刀块与定刀块配合对物料进行剪切撕裂破碎并向后运动,反角度的尾板1 0 6 中国农机化学报2 0 2 3
29、年控制物料流动速度和粒度,破碎形成1 03 0mm的物料从尾部排出。图3 粗破碎机结构原理图F i g.3 P r i n c i p l e d i a g r a m o f c o a r s e c r u s h e r s t r u c t u r e1.定刀块 2.壳体 3.主轴 4.螺旋体 5.动刀块粗破机与锤片式碎解机或锉磨机配套,进料顺利、工作平稳,能节水、节能、降噪声。经生产测试可提高碎解工段效率3 0%以上,淀粉游离率更加稳定。2.2.3 浆渣分离工段葛根经碎解后得到的是淀粉、纤维、蛋白质等的混合物,进入后续浆渣分离工段。浆渣分离效率直接影响淀粉的提取率。国内用于淀粉
30、浆渣分离设备主要是曲筛、锥筛、连续离心筛。曲筛筛面呈弧形,由梯形不锈钢条拼制而成,利用钢条间构成细长的筛缝和高速液流冲刷,分离淀粉和浆渣,在玉米淀粉加工上效果较好;锥筛有双层筛网,淀粉乳原液进入内外筛之间,对固相含量较高、颗粒较大的悬浮液分离较好,能将淀粉乳中的淀粉和纤维分离。曲筛和锥筛结构简单、投资少,但分离效率低、容易堵塞、自动化程度不高,从实际生产效果来看,曲筛和锥筛分离葛根浆渣容易堵塞、清理麻烦、效率低下,基本被先进的连续离心筛替代。连续离心筛主要由一个高速旋转的锥形筛胆组成,筛胆开有筛孔并在内壁装置筛网,利用离心力,浆水不断地通过筛网而被收集,不能过筛的浆渣则在离心力作用下不断地被推
31、向大端的筛胆口而排出,根据锥形筛 胆 的 装 置 方 式,有 卧 式 和 立 式 两 种 类 型 如图4所示,立式的锥形筛胆开口向上,卧式离心筛适合玉米、马铃薯淀粉的浆渣分离。(a)卧式离心筛(b)立式离心筛图4 离心筛原理图F i g.4 P r i n c i p l e d i a g r a m o f c e n t r i f u g a l s c r e e n连续离心筛具有动力小、分离效果好、处理量大、设备体积较小等优点,在淀粉行业得到了广泛的应用,筛网目数为8 01 6 0目,浆渣淀粉含量可降到3 2%(干基)以下,其中游离淀粉含量在5%以下,串联可形成连续多级分离,能有效
32、提高木薯淀粉的提取率和白度1 4。葛根浆渣中纤维含量较其他薯类高得多,筛网表面上的滤层较厚,浆水通过筛网时的阻力比薯类的大,分离时间需要更长。在卧式离心筛中,重力和离心力都在助推滤渣向筛胆口运动,其锥角略大于立式离心筛,使浆渣在筛胆停留时间比立式短,因此,立式离心筛在葛根淀粉加工中分离效果更好,应用较多。在应用中需对立式离心筛的筛网口结构进行针对性的改进,减少出渣阻力,保证出渣畅通。葛根碎解后纤维素破碎程度小,粒度较大,一次离心分离难达到工艺要求,一般都需要二级分离。某企业采用立式离心筛和卧式振动筛串联工艺,先将大的浆渣离心分离出来,再利用粒度大小经卧式振动筛(2 0 0目)筛分,去掉细微的纤
33、维渣,经过筛分的乳浆纤维杂质一般低于0.0 2%,乳浆浓度能达到56 B,投资成本低、效果较好。2.2.4 除砂、蛋白分离浆渣分离纤维后的浆液中还含有细小的砂粒和重杂,对产品灰分指标和后续工艺有影响,一般采用多级旋流除砂器,除砂效率大于9 9%,能够满足工艺的要求。蛋白分离是通过离心力,把不溶性蛋白质、残余的可溶性蛋白质和细微杂质,从淀粉乳浆中分离出来,从而达到淀粉乳洗涤、精制、浓缩的目的,在薯类淀粉加工中,应用广泛的是碟片分离机,在引进的大型企业中有旋流分离或二者联合应用。碟片分离机如图5所示。设备高速旋转产生离心力,重质的淀粉沉降到碟片上形成液层,沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径
34、最大的鼓壁部位排出机外,含有较多蛋白质、细纤维、果胶的轻相液沿碟片外锥面向轴心流动至上部经轻液向心泵,由轻液口排出机外,从而达到淀粉与蛋白质、细纤维、果胶的分离目的。具有结构简单、分离能力强的优点。范会平等1 5研究了高速碟片分离装置对红薯淀粉产品中灰分、蛋白质和细度的影响,经两级高速碟片分离机后,淀粉产品中蛋白质的质量分数不高于0.1 5%。李树君研究指出,旋流分离技术与传统的离心分离技术相比是一种高效节能的分离技术,在欧美国家已成为三大机械分离技术(包括过滤、离心分离和旋流分离)之一,其工作原理是基于物料中淀粉颗粒在旋流管中的离心沉降作用和液体的上浮效果实现物料的分离。旋流管是全旋流分离系
35、统的核心工作部件。国外采用第8期周玉姣 等:葛根淀粉生产关键技术设备应用分析1 0 7 直径1 0mm或1 5mm的旋流管组合连接而成的系统回收清洗玉米、小麦、马铃薯后水中的淀粉,可连续得到波美度达2 2的淀粉乳,淀粉回收率高达9 8%9 9%。图5 碟片分离机原理图F i g.5 P r i n c i p l e d i a g r a m o f c e n t r i f u g a l s c r e e n1.碟片 2.离心轴国内马铃薯淀粉的全旋流系统是由1 5级旋流器混联而成的逆流洗涤装置,马铃薯糊浆经过全旋流系统分离,可直接得到精制淀粉乳,分离效率高达9 0%,一次可完成淀粉液
36、蛋白分离除杂工艺。用于薯类淀粉分离的单个水力旋流管的直径一般为2.51 2mm,被分离的固体颗粒直径为2 2 5 0 u m(马铃薯1 5 1 0 0 u m,葛根1 2.2 2 4.0 8u m),采用全旋流分离技术可以达到节水4 0%、减少占地5 8%、淀粉提取率提高到9 5%以上,淀粉的质量得到稳定提高。“马铃薯淀粉全旋流关键技术与装备”是国家“九五”攻关项目,在山西、青海和新疆等地推广应用,达到了国际先进水平1 6。目前,没有旋流分离技术应用于葛根淀粉加工的实例,究其原因,一是其在葛根分离领域的应用研究缺乏;二是多级旋流器系统设计较为复杂,自动化控制高,葛根生产企业技术水平和管理能力达
37、不到要求;三是葛根淀粉加工都是中、小规模,其投资占比大,成本高。葛根淀粉加工企业大多采用立式碟片分离机,其能将蛋白质和细微杂质有效分离,乳浆浓度能达到1 62 0 B,能够满足生产需要。碟片分离机前应配套过滤器(2mm筛孔)来保证碟片分离机正常工作。2.2.5 脱水工段葛根淀粉乳含水6 0%7 0%,不能直接干燥,必须经脱水处理,传统工艺采用布包空沥,企业广泛使用的是三足离心机、真空脱水机、刮刀型离心机。贺金卫研究了三足离心机在薯类淀粉加工中的应用;陈维章研究了马铃薯淀粉加工中应用滚筒式真空脱水机脱水后淀粉含水4 0%左右;谢长虹1 7研究了离心机的分类和选型,指出刮刀型离心机是适应性最强的脱
38、水设备,分离因数可达到6 0 0以上;彭常安研究了卧式刮刀离心机脱水葛根1 0m i n,淀粉乳浆水分含量小于4 0%,脱水效果好,效率高;林延彬等1 8研究指出,卧式刮刀离心机非常适合淀粉乳的机械脱水,适合分离0.0 15mm中等颗粒或细微颗粒,尤其是对物料的适应性强,进料浓度(1 0%6 0%)和进料量变化不敏感,过滤循环周 期 根 据 物 料 的 特 性 和 分 离 要 求 调 节,可 通过P L C实现全自动控制;脱水机的工作情况取决于淀粉乳的质量、浓度、滤网的过滤效果,脱水后的葛根淀粉含水率为4 0%左右进入后续干燥为宜1 9。卧式刮刀离心机如图6所示,生产测试表明,对葛根淀粉乳脱水
39、效果好,含水率可达3 8%,且生产稳定性好。图6 卧式刮刀离心机结构原理图F i g.6 P r i n c i p l e d i a g r a m o f h o r i z o n t a l p e e l e r c e n t r i f u g e s t r u c t u r e1.刮刀 2.机体 3.通气口 4.滤布5.转鼓 6.出料口 7.进浆口离心机非常适合葛根淀粉的脱水,配套选型可根据生产规模选择,小规模生产(小于2 0 0k g/h)可用三足离心机间歇操作,含水率可达3 8%4 0%,投资少,生产率 和 自 动 化 程 度 较 低;中 等 规 模 生 产(2 0
40、05 0 0k g/h)可用真空脱水机,自动化程度较高、设备投资较 少、含 水 率4 2%4 3%;大 规 模 生 产(大 于5 0 0k g/h)可用卧式刮刀离心机,含水率3 8%4 0%,生产稳定、自动化程度高。2.2.6 干燥、筛分、冷却、包装王蕾等2 02 1研究了葛根全粉的干燥工艺,干燥方法有气流干燥、真空干燥、冷冻干燥、微波干燥和喷雾干燥等,而其中以真空干燥、冷冻干燥和气流干燥应用最为广泛。真空干燥具有干燥温度低、效率高、速度快、环保等优点,对热敏性成分有一定的保护作用,但使用成本和投资要高于气流干燥;冷冻干燥温度低、食品营养和风味保存良好、具有较好的复水性,但设备价格贵,耗能巨大
41、,效率较低;气流干燥是以热空气和固体颗粒直接混合接触,并使固体颗粒悬浮于介质中,两相接触面积大,强化了传热传质过程,热效率高、干燥强度大、时间短;梁卫2 2设计了一套葛粉正压气流干燥设备,对干燥管,热量、风量和风机功率进行了计算,并投入了使用;冯新伟等2 3用F l u e n t软件模拟研究了淀粉气流干燥系统,探讨了各参数对管内气固两相间传热效果的影响;常寨成等2 4研究了气流干燥设备的工作原理1 0 8 中国农机化学报2 0 2 3年和结构形式及几种产品形式的应用;赖谱富等2 5优选葛渣干燥模式,选用热风干燥、真空冷冻干燥两种工艺对新鲜葛渣进行干燥处理,分析不同干燥方式对葛渣主要营养成分、
42、功能成分和氨基酸组成的影响,综合考虑各项营养和功能成分指标检测结果,同时考虑生产成本,建议制备葛渣适宜采用热风干燥。葛根淀粉干燥工艺主要考虑成本和品质要求,以气流干燥应用最为广泛。按干燥管内部压力分为三种:正压气流干燥、负压气流干燥、正负压气流干燥。正压干燥结构简单,高温气体和物料经过风机,容易跑冒漏,使用维护麻烦;负压干燥结构简单,高温气体和物料不经过风机,使用维护方便,装机容量稍高;正负压干燥是将干燥管经风机分为正压干燥段和负压干燥段,两级干燥节能效果好、安装高度低。负压干燥和正负压干燥在生产中应用较多。葛根淀粉气流干燥时热风入口温度一般为1 3 51 5 0,尾气温度5 07 0,干燥时
43、间12s,其自动化程度高,干燥后葛根淀粉含水1 4%,经筛分机筛分过1 0 0目筛,冷却至室温后包装出厂。3 存在问题改革开放以来,人民富裕促进了保健产品市场快速扩张,葛根产品市场需求越来越大,科技水平的不断提高和工业化生产的迅速发展给葛根淀粉设备的技术进步提供了良好的环境和有力支撑。我国葛根淀粉设备取得了长足的进步,但在发展过程中还面临一些问题,需要共同研究解决。1)产业发展不平衡。葛根淀粉设备制造门槛低、配套能力强、能迅速满足淀粉加工企业产能扩张需求,但葛根种植规模和水平发展较缓,品种良莠不齐,一些地区葛根原料供应不足。2)结构不合理。我国葛根淀粉设备起步较晚,还保留着传统的粗放型加工模式
44、,以淀粉初级产品为主,对葛根淀粉的高价值深加工和附产品开发较少,资源浪费严重,葛根加工综合利用水平不高。3)关键工艺设备研发不足。企业大多沿用薯类淀粉加工工艺和设备配套,葛根淀粉的专用加工设备缺乏,比如,葛根清洗采用二次清洗工艺除净率虽可达9 8%以上,但因其含砂总量大,依然存在设备安全和质量隐患,且耗水量大;锤片式碎解机或是新型高效锉磨机碎解葛根时存在皮渣纤维破碎过度、能耗高,不利于淀粉分离提取,行业迫切需要更多高效、节能、节水型设备。4)行业经济效益不高。葛根淀粉加工具有单产量投资大、耗能高、耗水多,废渣排放量大特点,环保压力较大,企业多选址在偏僻的地方,交通运输成本居高不下,行业经济效益
45、不高,设备制造企业对先进设备研发资金投入不足,阻碍了行业先进技术研究和规模化发展。5)市场管理不规范。葛根加工企业分散、规模小,品质参差不齐,市场上商品以次充好、以假代真的情况经常发生。市场管理不规范,影响消费者对葛根产品的信任和需求。4 发展建议葛根淀粉设备的技术进步离不开葛根淀粉加工企业的健康发展、科技工作者的基础研究和产品开发、政府相关政策的扶持,需要相关从业人员多方面的共同努力,逐步克服存在的问题,实现行业的快速发展。1)适度规模、因地制宜。葛根淀粉加工企业,应根据当地种植水平,适度规模化生产,以提高设备的利用率,通过加强管理来降低损耗。在厂址选择上应考虑交通方便、水资源丰富、利于环保
46、。企业应加强葛根综合开发利用,发展产品深加工和利用浆渣和废水提取有益物质,提升产品质量管控和自动化生产水平,保证葛根淀粉加工具有较高的经济效益。2)加强葛根品种、种植技术的研究。新技术的应用能够提高葛根的产量和质量,通过农机农艺融合推广先进农业机械,提升机械化种植水平从而降低种植成本。在有种植优势的地方集中种植、收购、储藏、加工,扩大生产规模,延长生产周期,降低加工成本。3)加强关键技术设备研发。制造企业应针对葛根清洗机、碎解机、分离等关键设备组织攻关,研发高效率、低耗能、节水型的先进设备。研究回收废水、葛渣再利用等先进工艺,降低对环境的污染。积极引进消化吸收国外先进技术设备,加快设备的升级换
47、代。4)建立健全相关标准规范。相关部门应建立健全葛根淀粉质量评价、设备推广鉴定大纲等标准规范,让先进适用的加工设备尽快进入农机补贴,通过标准化生产模式争取农业优惠扶持政策,引导葛根淀粉生产企业,加大研发力度,提高配套能力,生产高质量产品。5)加强市场管理和质量监督。政府应加强市场管理和质量监督,按照质量评价标准奖优罚劣,对达不到质量和环保要求的加工企业要坚决整改,积极扶持优质龙头企业做好绿色有机农产品品牌建设和宣传,为葛根产品的健康发展保驾护航。5 结语葛根淀粉是一种健康食品,具有较高的经济价值和社会效益,市场潜力巨大。通过对加工现状的研究分析,国内对葛根淀粉加工工艺和设备研究不足,大多第8期
48、周玉姣 等:葛根淀粉生产关键技术设备应用分析1 0 9 数企业生产技术还比较落后,虽然企业通过不断探索和改进,使部分问题得到改善,但进步缓慢,缺乏突出的创新成果,特别是对节水节能、减排、环保、先进技术的基础研究,行业的相关标准规范,需要学者和机构参与研究制订。本文介绍的工艺设备,基于对国内中、小型葛根淀粉加工应用分析,期待更多学者参与葛根淀粉工艺和设备的讨论研究,促进行业技术进步和规模化健康发展。参 考 文 献1 付旭冉,叶永丽,赵晓联,等.葛根功效活性及其在食品中的应 用 进 展 J.食 品 研 究 与 开 发,2 0 2 1,4 2(1 3):1 9 7-2 0 5.F u X u r a
49、 n,Y e Y o n g l i,Z h a o X i a o l i a n,e t a l.R e s e a r c h p r o g r e s s i n t o m u l t i p l e u s e s f o r P u e r a r i a e L o b a t a e a n d i t s a p p l i c a t i o n i n f o o d J.F o o d R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t,2 0 2 1,4 2(1 3):1 9 7-2 0 5.2 黄建明.广西葛根产业现状及发展对
50、策研究D.南宁:广西大学,2 0 1 9.H u a n g J i a n m i n g.S t u d y o n t h e s t a t u s a n d d e v e l o p m e n t a l c o u n t e r m e a s u r e s o f P u e r a r i a i n d u s t r y i n G u a n g x i D.N a n n i n g:G u a n g x i U n i v e r s i t y,2 0 1 9.3 吴鹏辉,付捷,邱瑜.江西葛根粉成套加工工艺及产业形势分析J.南方农机,2 0 2 1,5
