王 銳，李建紅，肖崇業(yè)，王 成，謝敬波，龐雄斌，舒虹杰，彭紫恒

（1.武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，武漢 430065；2.武漢多倍體生物科技有限公司，武漢 430345；3.武漢中機(jī)星糧食機(jī)械股份有限公司，武漢 430079）

中國稻谷年加工量約1.3億t，約占全球稻谷年加工總量的1/4。稻谷加工是糧食工業(yè)的一個重要組成部分，優(yōu)質(zhì)高效的加工設(shè)備是稻谷質(zhì)量與品質(zhì)的重要保障。研究表明，多倍體水稻莖稈粗壯，葉片果實種子都比較大，稻米中糖類和蛋白質(zhì)含量較高，但子粒強(qiáng)度較低，如采用常規(guī)礱谷機(jī)和碾米機(jī)設(shè)備進(jìn)行加工，則加工后多倍體稻谷整米率低、碎米率高，高于現(xiàn)有早秈稻的碎米率，降低了多倍體水稻種植的經(jīng)濟(jì)效益，阻礙了多倍體水稻產(chǎn)業(yè)鏈的快速形成，對多倍體水稻的大面積推廣極為不利。因此，如何在現(xiàn)有設(shè)備上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，或是專門針對多倍體水稻稻谷加工設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計開發(fā)是目前亟待解決的問題。

1 多倍體稻谷的物理幾何特性研究

選用多倍體稻谷（T7）和早秈稻進(jìn)行對比，測量其基本物理特性，測量結(jié)果如表1所示。相比早秈稻而言，多倍體稻谷重量較大，千粒重是早秈稻的1.50倍，而其長寬比和長厚比分別比早秈稻小23.5%和4.3%，說明多倍體稻谷的重量和體積大，與早秈稻有較大差異。

表1 多倍體稻谷和早秈稻的物理特性

2 多倍體稻谷礱谷機(jī)優(yōu)化設(shè)計

2.1 礱谷設(shè)備選型

礱谷基本原理為依托物理方式，使稻谷谷殼與子粒分開。根據(jù)稻谷脫殼受力情況及脫殼方式，將稻谷脫殼方法劃分為3種：①擠壓搓撕脫殼；②端壓撕脫殼；③撞擊脫殼。中國主要采用的脫殼設(shè)備是雙輥脫殼機(jī)，其主要工作部件是一對平行的彈性滾子，以相同的速度反向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)谷物進(jìn)入雙滾筒工作區(qū)時，谷物兩側(cè)都會受到滾筒的擠壓力和摩擦力的作用而脫殼。雙輥脫殼機(jī)以其產(chǎn)量高、脫殼率高、粗糙度低等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)輥間壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的不同，對輥式破碎機(jī)可分為重力式、液壓式、氣動式緊輥。本研究選用LT36型氣動礱谷機(jī)進(jìn)行試驗。

2.2 礱谷試驗及設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化

使用LT36型氣動礱谷機(jī)，對1 000 g多倍體稻谷和早秈稻進(jìn)行對比加工，其特性如表2所示。在保證脫殼率達(dá)到100%的前提下進(jìn)行試驗，多倍體礱谷時糙出的整米率比早秈稻低21.7%，而糙出的碎米率比早秈稻高14.1%，其出糙率比早秈稻低7.6%。在礱谷階段，多倍體稻谷具備較高的糙出碎米率，表明該稻谷具有較低的子粒強(qiáng)度。

表2 礱谷試驗數(shù)據(jù)（膠輥軋距相同）

采用LT36型氣動礱谷機(jī)，通過調(diào)整緊輥壓力，膠輥采用白膠輥等方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化。在多次試驗中，T7樣品糙碎率可以達(dá)到3.51%，相比糙碎率30.39%，已經(jīng)大為改善，但相對應(yīng)的脫殼率也從100.0%下降到92.5%（表3）。

表3 礱谷試驗數(shù)據(jù)（進(jìn)行優(yōu)化試驗糙碎最小時）

基于多倍體稻谷加工的礱谷試驗，提升了多倍體稻谷的礱谷加工工藝性能，對礱谷機(jī)結(jié)構(gòu)采取改進(jìn)優(yōu)化措施：①對礱谷機(jī)的膠輥采用簡支支撐，提高膠輥在運(yùn)行期間的平穩(wěn)性；②膠輥采用壓鉈式緊輥，輥間壓力可調(diào)；③組配3組傳動帶輪，膠輥材質(zhì)采用丁腈橡膠（邵氏硬度為90A）。

3 多倍體稻谷碾米機(jī)優(yōu)化設(shè)計

3.1 碾米設(shè)備選型

碾米的基本原理是利用物理方法，通過砂輥的旋轉(zhuǎn)，糙米沿著砂輥表面螺旋運(yùn)動，受到很大的擠壓壓力和摩擦力，以一定的線速度旋轉(zhuǎn)的砂輥表面不斷摩擦糙米表面，使稻谷與稻谷、稻谷與米刀、稻谷與米篩相互摩擦，使糙米表面反復(fù)“切”和“磨”使其最終張開，通過砂輥上的螺旋槽，將米粒推到出口，從出料口流出。碾米機(jī)一般有橫式碾米機(jī)和立式碾米機(jī)兩大類?；诙啾扼w稻谷的幾何特性，選用橫式碾米機(jī)、型號為CFN1818B低溫升碾米機(jī)組進(jìn)行試驗（4機(jī)碾白）。

3.2 碾米設(shè)備參數(shù)優(yōu)化

為研究多倍體稻谷的碾米工藝特性，對1 500 g多倍體稻谷和類似的早秈稻進(jìn)行了對比加工，試驗結(jié)果見表4。結(jié)果表明，在30、60、90 s的加工時間下，多倍體稻谷具有較高的增碎率，早秈稻的增碎率在3%左右，而多倍體稻谷的增碎率則是14%～20%。多倍體稻谷子粒強(qiáng)度較低，碾白加工碎米率較高。

表4 碾白試驗結(jié)果

基于多倍體稻谷碾米加工試驗，提升了多倍體稻谷的碾米加工工藝性能對碾米機(jī)采取改進(jìn)優(yōu)化措施：①碾米機(jī)采用樹脂砂輥；②合理配備砂輥力度，由粗到細(xì)，碾米機(jī)砂輥粒度第一道為24#～30#、第二道為30#～36#、第三道為36#～46#、第四道為46#～60#；③碾白室采用“存氣”可調(diào)結(jié)構(gòu)；④碾米機(jī)存氣可調(diào)的米刀采用高硬度合金鋼。

4 多倍體稻谷試驗結(jié)果與分析

4.1 多倍體稻谷試驗方法

對礱谷機(jī)及碾米機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計后，為考察多倍體稻谷加工成精米的特性，對多倍體稻谷采用了1礱4碾的加工試驗，此次加工的成品米精度均為特級。

4.2 多倍體稻谷試驗結(jié)果

多倍體稻谷四道碾米的結(jié)果如表5所示。從感觀上，多倍體稻谷樣品子粒大、膠質(zhì)較高，到第四道碾白精度未達(dá)到特級米精度。為保證精度，在第四道碾白加壓過重，造成第四道增碎嚴(yán)重，總增碎率均值達(dá)29.78%，再加糙碎率3.51%，多倍體稻谷加工總體含碎率均值達(dá)到33.29%，遠(yuǎn)高于一般水稻的含碎率。

表5 多倍體稻谷碾白試驗結(jié)果

5 小結(jié)

針對多倍體稻谷子粒重量和體積大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低的特性，采用類似早秈稻進(jìn)行礱谷和碾米對比試驗，研究多倍體稻谷加工工藝，對現(xiàn)有礱谷機(jī)與碾米機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化，調(diào)整相應(yīng)參數(shù)降低碎米率，但相比一般水稻的含碎率仍有不小的差距，需要進(jìn)一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝優(yōu)化，或?qū)Χ啾扼w水稻稻谷加工設(shè)備進(jìn)行更加深入的研究。推測若通過進(jìn)一步的大規(guī)模生產(chǎn)測試，并對碾米機(jī)參數(shù)進(jìn)行修正，制定合理的碾米工藝，分配好各道碾白壓力（碾減率），采用新型低溫升智能碾米機(jī)，自動優(yōu)化各道的碾減率，多倍體稻谷加工到全整米一級精度大米的成品總碎或能低于22%。