王洪福

鄭州市鴻力農(nóng)業(yè)科技有限公司　鄭州　450000

現(xiàn)代小麥制粉工藝以輥式磨粉機(jī)誕生為標(biāo)志，已有一百五十多年歷史。資料記載，20世紀(jì)60年代，粉路4皮4心制粉生產(chǎn)線出粉率為85%左右，噸粉電耗34～40 kw·h；20世紀(jì)80年代引進(jìn)的4皮8心2渣2尾制粉生產(chǎn)線出粉率為72%～73%，噸粉電耗72～78 kW·h。后者粉間設(shè)備和土建投資比前者增加近1倍。近年來(lái)，我國(guó)制粉工藝中粉路普遍加長(zhǎng)加寬，皮磨加長(zhǎng)到6～8道，心磨加寬增加1/2以上磨輥，同時(shí)大幅度增加清粉機(jī)和高方篩數(shù)量。如此，我國(guó)現(xiàn)在通行的小麥制粉工藝（簡(jiǎn)稱“傳統(tǒng)粉路”），其發(fā)展走的是越來(lái)越復(fù)雜、投資和能耗越來(lái)越高的路線。這種高能耗低效率的工藝顯然不是最完善合理的，本人孤軍奮戰(zhàn)近二十年，研究探尋出一種高效率低能耗生產(chǎn)高品質(zhì)面粉的工藝與設(shè)備，以下介紹其研究的收獲及新設(shè)備、新工藝的研發(fā)成果，供同行專家參考。

小麥制粉的本質(zhì)就是剝離麥皮、胚芽，把純凈胚乳粉碎成粉，小麥制粉工藝的終極目標(biāo)是多產(chǎn)出滿足市場(chǎng)需求的優(yōu)質(zhì)面粉。目前輥式磨粉機(jī)是小麥制粉傳統(tǒng)粉路的核心設(shè)備。“傳統(tǒng)粉路”設(shè)置皮磨、渣磨、心磨，皮磨的作用是破碎麥粒、造渣和刮凈麥皮上胚乳，渣磨的作用是進(jìn)一步造渣，心磨的作用是研磨胚乳顆粒成粉。通過(guò)深入分析研究，我認(rèn)為目前輥式磨粉機(jī)的功能欠佳，皮磨、渣磨和心磨的工藝的效果不夠理想。

胚芽占小麥籽粒2.6%，而“傳統(tǒng)粉路”最高提取率只有0.2%左右，顯然提胚率太低（以下稱“提胚失敗”），這是“傳統(tǒng)粉路”最大的缺憾。“傳統(tǒng)粉路”中清粉機(jī)的作用是把純凈胚乳與帶皮胚乳、胚芽和麥皮分離開，實(shí)現(xiàn)分級(jí)提純。而有些場(chǎng)合由于清粉機(jī)使用不當(dāng)，對(duì)工藝效果產(chǎn)生負(fù)面影響、危害較大。

總之，“傳統(tǒng)粉路”發(fā)展的瓶頸是“麥皮進(jìn)入心磨”和“胚芽提取率太低”。產(chǎn)生的重要原因是輥式磨粉機(jī)功能欠佳、提胚技術(shù)和工藝路線不太合理以及清粉機(jī)使用方法欠妥等。

1　輥式磨粉機(jī)功能欠佳是導(dǎo)致“麥皮進(jìn)入心磨”的根源

在粉體工程學(xué)領(lǐng)域，輥式磨粉機(jī)的研磨是“擠壓、剪切”粉碎方式，磨輥研磨粉碎的機(jī)理如圖1所示，當(dāng)快慢磨輥對(duì)物料顆粒產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)（圖1中V1、V2，其實(shí)質(zhì)是快慢輥速度）時(shí)，物料顆粒承受正壓力（圖1中F1、F2，即由磨輥軋距決定的碾壓力）,同時(shí)承受快慢輥對(duì)物料顆粒施加的摩擦力（圖1中F3、F4）。在解釋粉碎機(jī)理時(shí)，摩擦力就是磨輥對(duì)物料顆粒施加的剪切力。顯然，剪切力伴隨著正壓力的生成和消失，也隨同正壓力增大和減小。對(duì)磨輥研磨來(lái)說(shuō)，正壓力的有無(wú)和大小取決于磨輥軋距和物料顆粒粒徑；剪切力的有無(wú)和大小取決于由磨輥軋距決定的碾壓力和兩磨輥與物料顆粒相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦系數(shù)有無(wú)和大小。從摩擦系數(shù)角度分析，齒輥研磨過(guò)程中剪切力的作用遠(yuǎn)比光輥研磨大得多，表面粗糙的磨輥研磨過(guò)程中剪切力的作用比表面光滑的磨輥大，這正是齒輥磨比光輥磨取粉率高和高效低耗優(yōu)勢(shì)的理論依據(jù)，也是輥式磨粉機(jī)工藝效果隨使用時(shí)間長(zhǎng)而下降（大多數(shù)使用1000～2000小時(shí)需修一次磨輥）的原因。

圖1　磨輥研磨粉碎的機(jī)理

1.1　齒輥磨粉機(jī)功能欠佳——刮不凈胚乳、造渣功能欠佳、產(chǎn)出大量帶皮胚乳

根據(jù)輥式磨工作原理分析，粗皮磨用齒輥磨研磨，軋距調(diào)節(jié)得當(dāng)時(shí)，磨輥碾壓的正壓力能把大麩片壓在一個(gè)磨輥上不動(dòng)（麥皮面積大決定它與磨輥之間的摩擦力遠(yuǎn)比粘附在麥皮上的小胚乳粒與磨輥之間的摩擦力大）。此時(shí)，另一磨輥相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的剪切力即產(chǎn)生剝刮效果。如果軋距過(guò)大，磨輥壓不到顆粒，磨輥必定空轉(zhuǎn)無(wú)效。如果軋距過(guò)小，顆粒承受的剪切力隨正壓力增大到一定程度，即可把胚乳連同麥皮一起撕碎。齒輥軋距過(guò)小取粉率提高、大麩片減少和細(xì)小顆粒產(chǎn)出率提升。

齒輥磨粉機(jī)的另一粉碎功能是垂直剪切。由于齒輥磨齒拉絲具有一定的斜度，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)快慢輥磨齒交叉形成夾角（夾角只有5°左右）。研磨時(shí)軋距小到一定程度，快慢輥齒鋒對(duì)物料顆粒產(chǎn)生垂直于磨輥表面方向的剪切力，將物料顆粒剪碎。1B、2B軋距大，垂直剪切發(fā)生的幾率很小，后路粗皮磨垂直剪切發(fā)生的幾率大幅增加。垂直剪切可產(chǎn)出大量細(xì)小顆粒，特別是產(chǎn)出大量帶皮細(xì)小胚乳，這是麥皮進(jìn)入心磨的重要原因。另外，根據(jù)齒輥齒鋒表面積總和最多只占磨輥總面積1/5和快慢輥磨齒交叉分析，齒輥磨研磨過(guò)程中只有快慢輥磨齒的交叉點(diǎn)能同時(shí)接觸麥皮和胚乳，也只有在這些交叉點(diǎn)碾壓到胚乳粒才有粉碎和剝刮效果，但這些交叉點(diǎn)面積總和估計(jì)最多只有磨輥表面積的數(shù)十分之一，顯然，這是齒輥磨刮不凈胚乳的根本原因。依據(jù)上述輥式磨研磨工作原理，分析細(xì)皮磨研磨1mm以下（檢測(cè)細(xì)皮磨來(lái)料粒徑大都通過(guò)20W篩網(wǎng)）的細(xì)小物料，磨齒交叉點(diǎn)只能壓住來(lái)料中數(shù)十分之一顆粒，顯然，這是細(xì)皮磨工藝效果差的根本原因。

小麥籽粒中麥皮平均含量為13%，但傳統(tǒng)粉路面粉廠總?cè)》勐?8%左右，由于面粉中含麩皮極少，分析推算，商品麩皮中胚芽和胚乳的含量應(yīng)占40%。顯然，麩皮中仍然含有較多面粉，齒輥磨剝刮功能欠佳毋庸置疑。

造渣無(wú)疑是皮磨磨粉機(jī)最主要和最重要的任務(wù)，評(píng)價(jià)造渣功能優(yōu)劣有數(shù)量（麥渣、麥心和粗粉的總量）和質(zhì)量（純凈胚乳在混合物中占的比例）兩項(xiàng)指標(biāo)。1B、2B產(chǎn)出大量帶皮大粒胚乳，后路皮磨產(chǎn)出大量帶皮細(xì)小胚乳，采用齒輥磨把這些帶皮胚乳顆粒的胚乳與麥皮分開，其效果較差，這是目前齒輥磨粉機(jī)功能的重大缺欠。

1.2　1S磨用光輥的功能缺欠——產(chǎn)出粘附細(xì)小胚乳的麥皮和壓扁胚芽

1S磨用光輥能出色完成造渣任務(wù)并產(chǎn)出稍高精度的面粉，但光輥在壓碎麥皮上胚乳同時(shí)，把少量細(xì)小胚乳壓實(shí)在麥皮上，這是進(jìn)入心磨麥皮的一個(gè)重要來(lái)源。此外，1S磨用光輥研磨會(huì)壓扁胚芽進(jìn)入后道皮磨和進(jìn)入尾磨，在1T提胚時(shí)，很難把薄片狀胚芽與麩片分離開。1S用光輥磨研磨的這一負(fù)面效應(yīng)是傳統(tǒng)粉路提胚失敗的最重要原因。

1.3　心磨用光輥的功能缺欠——低效率高能耗（如：取粉率低、溫升高、破損淀粉值高等）

根據(jù)輥式磨工作原理分析，光輥研磨磨輥與物料顆粒之間摩擦系數(shù)遠(yuǎn)比齒輥研磨低，心磨光輥磨快慢輥速比是1.25∶1，所以研磨過(guò)程中剪切作用很小。理論上分析，在產(chǎn)能相同的前提下，光輥磨研磨要擴(kuò)大粉碎比（指粉碎加工前后物料粒徑之比）和本道取粉率就必須用減小軋距的方法增大碾壓力，減小軋距的正面效應(yīng)是粉碎比增大和本道取粉率提高，但其負(fù)面效應(yīng)是能耗增大，面粉溫升高、破損淀粉值增加、灰分增大等，因此減小軋距的措施并不合理。

光輥研磨還有一個(gè)特殊的狀況，這個(gè)狀況對(duì)進(jìn)一步粉碎胚乳顆粒影響很大。光輥研磨時(shí)，只要有一兩片厚度超過(guò)面粉粒徑的麩片墊在兩磨輥之間，磨輥就會(huì)空轉(zhuǎn)無(wú)效，這與齒輥研磨軋距過(guò)大工藝效果一模一樣。據(jù)資料介紹，完整麥皮的總厚度是0.09～0.13mm，用千分尺檢測(cè)1S光輥磨研磨產(chǎn)出的麩片的厚度80%以上都在0.2～2.5mm。如果分級(jí)提純不清，厚度大于面粉粒徑的麩片墊在兩磨輥之間必定是相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。光輥研磨無(wú)力破碎麥皮，也無(wú)力剝刮掉麥皮上的胚乳，充其量也最多能把粘附胚乳的麥皮壓薄點(diǎn)。據(jù)此分析，“麥皮進(jìn)入心磨”是把光輥磨的功能缺欠高倍放大的關(guān)鍵因素。試驗(yàn)證明8M來(lái)料含純胚乳顆?？隙ǔ^(guò)50%（高速擠切粉碎機(jī)兩次撞擊取粉率之和超過(guò)60%），但8M采用光輥磨本道取粉率大多在10%以內(nèi)，顯然，對(duì)后路心磨使用光輥，取粉率低是先天不良的痼疾，輥式磨粉機(jī)無(wú)力救治。

加長(zhǎng)加寬粉路實(shí)質(zhì)上就是在皮磨系統(tǒng)用增加研磨道數(shù)方法減輕齒輥磨功能缺欠的影響，提高后路粉出率；前路心磨系統(tǒng)橫向增加磨輥的方法，只是減少單機(jī)產(chǎn)能，減輕光輥磨功能缺欠的影響，提高前路好粉出率。事實(shí)證明，加長(zhǎng)加寬粉路的上述目標(biāo)都能實(shí)現(xiàn)，但能耗增大，設(shè)備和土建投資大幅度增加也會(huì)引發(fā)加工成本增加，“何時(shí)能收回投資”問(wèn)題也不容忽視。

2　提胚失敗——傳統(tǒng)粉路最大的缺憾

高校教科書記載：被營(yíng)養(yǎng)學(xué)家譽(yù)為“人類生命之源”的小麥胚芽在麥粒中的平均含量為2.6%。麥胚中營(yíng)養(yǎng)價(jià)值優(yōu)于牛奶蛋白和雞蛋蛋白的蛋白質(zhì)的含量達(dá)30%～33%。麥胚中市場(chǎng)公認(rèn)的“珍貴的高級(jí)營(yíng)養(yǎng)保健油“的小麥胚芽油含量在10%左右。國(guó)際市場(chǎng)小麥胚芽油的價(jià)格是每千克30美元左右，膠丸制品每千克達(dá)3000美元。在發(fā)達(dá)國(guó)家小麥胚芽油已成許多消費(fèi)者的必需保健品。在我國(guó)小麥胚芽油開發(fā)處于剛剛起步階段，小麥中每年可供開發(fā)的胚芽達(dá)300萬(wàn)噸。此外，教科書中還記載，胚芽的平均灰分為6%，胚芽混入面粉的主要負(fù)面效應(yīng)是面粉精度降低和安全貯存期縮短。據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)粉路小麥胚芽的提取率只有0.2%。上述資料從正反兩方面證明開發(fā)小麥胚芽資源具有異常巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，同時(shí)也證明“提胚失敗”是“傳統(tǒng)粉路”最大缺憾。

實(shí)物檢測(cè)，小麥胚芽是粘附在麥皮外表面直徑1～1.5mm的圓狀顆粒。潤(rùn)麥后胚芽含水率最高，胚芽與麥皮的結(jié)合力弱。磨輥碾壓可把胚芽顆粒壓成尺寸增大50%左右的圓片狀（這是粉路提胚工藝原理的依據(jù)）。根據(jù)上述資料和1B、2B軋距大分析，經(jīng)1B、2B研磨后，胚芽必定從麥粒和麥皮上脫落下來(lái)。這些胚芽中有些能保持完整，破碎的胚芽粒徑也不會(huì)很小。按粒度大小分析，這些胚芽大部分（以下按80%估算）會(huì)存留在1B、2B產(chǎn)出的麥渣和粗麥心中。其余（以下按20%估算）主要存留在3B來(lái)料中。根據(jù)“傳統(tǒng)粉路”圖分析，所有進(jìn)入3B的胚芽必定被反復(fù)研磨變成小顆粒，喪失被提取出的機(jī)會(huì)。

根據(jù)高校教科書上記載布勒公司流量和質(zhì)量平衡表（見表1，以下簡(jiǎn)稱“平衡表”）分析，“傳統(tǒng)粉路”1B、2B產(chǎn)出的麥渣和粗麥心（1P來(lái)料）占1B流量31%（以下涉及來(lái)料、出料的百分?jǐn)?shù)均指占1B流量）。1P清粉機(jī)篩選出8%送3B，18%送1M，4%送1S。按1M來(lái)料不含胚芽和其余物料胚芽含率相同分析，1S來(lái)料所剩胚芽只有27%（送3B的物料又帶走53%胚芽）?！皞鹘y(tǒng)粉路”1B、2B粗篩用20W～24W篩網(wǎng)，意味著1P來(lái)料必定有20W～24W帶皮胚乳粒，同時(shí)意味著1S磨下和1T來(lái)料中必定有20W～24W的大麩片。1T篩用18W篩提胚顯然難保胚芽純度，加大篩孔雖可提純但提胚量必定進(jìn)一步降低。顯然，這是“傳統(tǒng)粉路”提胚量只有0.2%左右的重要原因，同時(shí)，它證明沒有清除來(lái)料中大麩片也是“傳統(tǒng)粉路”提胚失敗的重要原因。另外，胚芽延展性有限，來(lái)料粒度差異大，必然導(dǎo)致小粒胚芽因“碾不大”提不出來(lái)，所以，來(lái)料粒度差異大也是提胚率低的重要原因。

表1　傳統(tǒng)粉路流量與質(zhì)量平衡表

續(xù)表　傳統(tǒng)粉路流量與質(zhì)量平衡表

綜合分析，“傳統(tǒng)粉路”提胚失敗的原因包括：①70%以上胚芽送后路皮磨。②1S光輥把胚芽碾壓成片狀后，高方篩、清粉機(jī)都不能有效把相同粒徑的麥皮和胚芽片分離開。③沒有分離和清除麩片的工藝措施。④來(lái)料粒度差異大，一對(duì)磨輥提胚不夠。

3　清粉機(jī)使用方法欠妥——麥皮進(jìn)心磨另一重要原因

忽略其它雜質(zhì)影響，1M來(lái)料不純的原因不外乎含帶皮胚乳、麥皮和胚芽三項(xiàng)。把純凈胚乳與帶皮胚乳、麥皮、胚芽分離開是清粉機(jī)的任務(wù)。筆者認(rèn)為“傳統(tǒng)粉路”清粉機(jī)應(yīng)用上有如下兩處問(wèn)題：

3.1　麥渣和粗麥心用清粉機(jī)篩選——得不償失

根據(jù)“平衡表”分析，1P清粉機(jī)只能把來(lái)料分成三組，分別送 3B（灰分 2.9%）、1S（灰分 1.94%）和1M（灰分0.65%）。僅用灰分對(duì)比分析，清粉機(jī)工藝效果甚佳。但1S（磨后粉灰分0.44%）和1M（磨后粉灰分0.41%）磨后粉灰分差只有0.03個(gè)百分點(diǎn)，而且兩種粉肯定都在1號(hào)粉檔內(nèi)，證明對(duì)這些物料清粉沒有實(shí)用價(jià)值。特別是1P送3B的物料帶走53%胚芽（見前條）證明先清粉得不償失。粉路創(chuàng)新應(yīng)考慮先入渣后清粉（“傳統(tǒng)粉路”即使先入渣后清粉也于事無(wú)補(bǔ)）。

3.2　清粉機(jī)上層篩篩上物再加工和反復(fù)加工——后患無(wú)窮

根據(jù)清粉機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理和制粉實(shí)踐分析推斷，適當(dāng)調(diào)配篩網(wǎng)即可確保除了篩選“傳統(tǒng)粉路”中1S后物料的清粉機(jī)外，其它清粉機(jī)上層篩篩上物都應(yīng)是基本純凈的麥皮。筆者查看過(guò)許多面粉廠，大部分清粉機(jī)上層篩篩上物都是根本沒有再加工價(jià)值的、基本純凈的麥皮，同時(shí)筆者查閱數(shù)十份國(guó)內(nèi)外粉路圖，發(fā)現(xiàn)所有粉路圖中所有清粉機(jī)最上層篩的篩上物都送皮磨、渣磨或尾磨再加工，基本純凈的麥皮再次和多次加工必定會(huì)被研磨成細(xì)小顆粒進(jìn)入心磨或成為面粉，導(dǎo)致麥皮進(jìn)入后路心磨和面粉灰分升高，顯然，此舉有百害無(wú)一利。