剥壳间隙对荞麦整半仁率的影响规律

2013-09-11刁斯琴杜文亮隋建民赵卫东

食品与机械 2013年3期

刁斯琴杜文亮隋建民赵卫东

（内蒙古农业大学机电工程学院，内蒙古呼和浩特 010018）

荞麦（common buckwheat），属蓼科属双子叶植物，俗称甜荞麦［1］。荞麦的外形呈三棱锥形，荞麦壳与荞麦仁之间的间隙小，壳的韧性较大，而仁较脆［2］。由于荞麦的特殊形态及结构特性，取仁制米加工时剥壳去皮成为关键的工序。目前常用的荞麦剥壳方式是将荞麦放入平行的定砂盘和动砂盘之间，通过搓擦原理将其剥离。剥壳间隙大时，砂盘对荞麦的揉搓作用小，达不到剥壳目的；剥壳间隙较小时，砂盘对荞麦的揉搓力较大，易使荞麦仁破碎，所以剥壳间隙是影响整半仁率的主要因素之一［3－5］。实际生产中荞麦剥壳机的剥壳间隙没有规范合理的调整标准，仍然靠工人的经验来操作。这种没有理论依据来支撑的人工操作不仅缺少科学性，而且在很大程度上也影响了荞麦剥壳的整半仁率和碎仁率。因此通过试验研究与分析寻找适合不同粒径荞麦剥壳时的最佳剥壳间隙，可提高荞麦加工的整半仁率，降低碎米率和能耗，拓宽荞麦的利用市场。

1 材料与方法

1.1 荞麦分级

不同粒径的荞麦在剥壳时所要求的剥壳间隙不同，因此在剥壳前要对荞麦进行分级，使某一粒度范围的荞麦在一定的剥壳间隙中剥壳［6］。用不同的冲孔筛分别将荞麦分成5组：4.0～4.2，4.2～4.4，4.4～4.6，4.6～4.8，4.8～5.0mm。

1.2 试验装置的工作原理与剥壳过程

荞麦剥壳机的工作原理是通过高速旋转的砂盘对荞麦进行揉搓使荞麦仁和壳分离，从而达到剥壳的目的。荞麦剥壳机结构如图1所示。工作过程中上砂盘静止，下砂盘做旋转运动，转速由电动机相连的变频器来调节，通过改变频率而调节动砂盘的转速；剥壳间隙由螺纹筒2和锁紧装置3来调节，螺纹筒2每转一圈两个砂盘间的剥壳间隙升高或下降3mm，锁紧装置在剥壳过程中保证剥壳间隙不变，剥完壳的荞麦从出料口7排出［7，8］。荞麦籽粒经进料口进入定砂盘和动砂盘的剥壳间隙中，动砂盘转动的离心力使荞麦籽粒沿径向向外运动，也使籽粒与定砂盘间产生方向相反的摩擦力；同时，砂盘不断对外壳进行切裂，在摩擦力与剪切力的共同作用下使外壳产生裂纹直至破裂，并与荞麦籽仁脱离，达到脱壳的目的［9，10］。

1.3 试验材料

本试验所使用的试验材料是取自呼和浩特市清水河县的甜荞麦，不同粒径的荞麦千粒重在29.79～36.87g，含水率为10.32%～11.87%，容重在577～644g／L。

1.4 试验仪器

荞麦剥壳机：6QB－150型，托克托县农机修造厂；

变频器：VARISPEED616G5型，北京北科麦思科自动化工程技术有限公司；

数字转速表：EMT260A型，北京伊麦特科技有限公司；

电子天平：ACS－30A型，精诺尔电子设备有限公司；

电热鼓风干燥箱：DL104型，天津市实验仪器厂；

铝盒：Φ55×35mm，上海丰行筛网制造有限公司；冲孔筛：天津市津乐机筛制品有限责任公司。

图1 荞麦剥壳机示意图Figure 1 Buckwheat shucking diagram

2 试验内容

2.1 试验流程

原料分级→物理参数测量→转速标定→某级荞麦在不同剥壳间隙下的最佳转速试验→较优转速下不同粒径的荞麦剥壳→整理、分析试验数据→找出剥壳间隙对整半仁率的影响规律

2.2 试验方法

由整半仁率作为本次试验的衡量指标，碎仁率作为本次试验的参考衡量指标，测定方法参照文献［11］。

式中：

W1—— 整半仁重量，g；W2—— 碎米重量，g；

A—— 碎米百分率，%；

B——整半仁百分率，%；

W—— 试样重量，g。

2.3 动砂盘转速的确定

荞麦剥壳机的剥壳间隙和动砂盘转速是影响荞麦整半仁率的主要的因素。为了能准确的研究剥壳间隙对整半仁率的影响规律，必须先确定其较优转速，所以利用变频器对荞麦剥壳机的转速进行控制。变频器的频率与转速对应关系见表1。

表1 频率与转速的关Table 1 The relationship of the frequency and the rotational speed

选取Φ4.6～4.8mm的荞麦进行较优剥壳转速的试验。在动砂盘转速641.59r／min时，调节不同剥壳间隙（4.5，4.4，4.3，4.2，4.1，4.0，3.9mm），寻找在该转速下的较优剥壳间隙。试验数据见图2。

图2 整半仁率和碎仁率随剥壳间隙变化关系Figure 2 The relationship between whole half kernel rate and broken kernel rate varies with shucking gap

由图2可知，Φ4.6～4.8mm粒径的荞麦的最佳剥壳间隙是4.0mm，整半仁率为65.41%。视此剥壳间隙为较优剥壳间隙。在此剥壳间隙下，调整不同的剥壳转速，从而确定出在该剥壳间隙下的较优剥壳转速。试验数据见图3。

图3 整半仁率和碎仁率随转速变化关系Figure 3 The relationship between whole half kernel rate and broken kernel rate varies with rotational speed

由图3观察可知，变频器的频率为48.5Hz时，即下砂盘转速为1 038.4r／min时整半仁率达到最高值为65.41%，碎仁率为6.32%。此时整半仁率与碎仁率的差值为最大。因此在后续的试验中，将动砂盘的转速确定为1 038.4r／min的条件下进行。

2.4 剥壳间隙的变化对整半仁率的影响

利用上述最佳工作转速对该组荞麦进行剥壳，调节不同的剥壳间隙，从而确定出适合该组荞麦的最佳剥壳间隙。为避免荞麦剥壳时在剥壳机内滞留对后一次试验造成累计误差，因此每组试验量取500g荞麦进行试验，剥壳时间为2min，并且每次试验开始做之前要让机器空转20s。

研究剥壳间隙对整半仁率的影响，同时对确定工作转速参数进行逆向验证，因此选用Φ4.6～4.8mm粒径的荞麦在转速为1 038.4r／min进行分组试验。试验数据见图4。

图4 整半仁率和碎仁率随剥壳间隙变化关系Figure 4 The relationship between whole half kernel rate and broken kernel with the shucking gap rate of change

由图4可知，一定粒径的荞麦在转速已定的条件下，随着剥壳间隙的变小，整半仁率与剥壳间隙不是线性关系，到某一值有下降的趋势，而碎仁率随着剥壳间隙的变小则不断上升，故对一定粒径的荞麦有着适合剥壳的较优剥壳间隙。

为了能得到不同粒径荞麦剥壳时的最佳剥壳间隙，对其进行如上所述的试验操作。得到试验数据见表2。不同粒径荞麦与较优剥壳间隙之间的曲线关系图见图5。

表2 荞麦粒径与较优剥壳间隙的关系Table 2 The relationship between optimum shucking gap and Particle size of buckwheat ／mm

图5 最佳剥壳间隙随不同粒径荞麦的变化Figure 5 Optimum gap changes with different particle size buckwheat

由图5可知，不同粒径的荞麦的最佳剥壳间隙是不一样的，随着粒径的变大最佳剥壳间隙平滑上升。

3 剥壳间隙对整半仁率影响的讨论

（1）对粒径Φ4.6～4.8mm荞麦在较优剥壳转速为1 038.4r／min的情况下，随着剥壳间隙的变小，在剥壳间隙4.5～4.1mm区间段内整半仁率明显上升，碎仁率则平缓上升，在剥壳间隙4.1～3.9mm区间段内整半仁率逐渐上升直到达到峰值然后逐渐下降，碎仁率有明显的上升。这表明在同一粒径的荞麦其转速确定的条件下，随着剥壳间隙的变小，整半仁率逐渐上升，直至达到峰值再下降，而碎仁率则表现为逐渐上升的趋势。

（2）对不同粒径荞麦在同一个剥壳转速下调整剥壳间隙，寻找其较优剥壳间隙的试验数据表明：Φ4.0～4.2mm、Φ4.2～4.4mm、Φ4.4～4.6mm 3组荞麦的粒径与较优剥壳间隙差值逐渐增大；Φ4.4～4.6mm、Φ4.6～4.8mm、Φ4.8～5.0mm 3组荞麦的粒径与较优剥壳间隙差值呈平缓趋势。