对当前面粉工程技术研发设计理念及其变化的思考

杨 磊 刘 江 王威杰

1.郑州华森粮食工程有限公司 郑州 450006

2.河南工业大学小麦和玉米深加工国家工程实验室 郑州 450000

从引进消化吸收国际面粉加工技术已近20多年，国内粮食工程装备技术和加工工艺并没有重大突破，仍停留在模仿及局部改进阶段。小麦制粉工艺更是简单的复制、成比例的放大，这几年又有重返引进消化吸收时的工艺设计路线“轻碾细磨”、“重质量轻电耗”趋势。现有的“心磨出粉”工艺造成全国各地面粉厂工艺技术严重同质化，所生产的产品也严重同质化，竞争手段也只是向产品的“好”→“稳定”→“特色”的路线发展，其中特色产品是指产品的内在品质和特殊针对性，然而相同的制粉工艺做出有特色的产品需要付出巨大的成本。另外，因目前新建或改建的粉厂大都采用同样的“心磨出粉”工艺，在生产通用等级粉时（部分专业粉厂也只是生产相对精度高的等级粉）会产生大量的后路粉，面临很大的销路问题。近两年日本日清富滋公司开发的针对后路粉湿热处理工艺加工烘焙类低筋粉和裹糊粉技术，尚无普及应用，在面粉加工市场过渡饱和的状态下，各地面粉厂开工率很低，部分甚至停产。

为了最大限度满足市场经济发展要求，增强面粉企业可持续发展动力，作为面粉企业无论是老工艺系统改造升级，还是新工艺系统设计，采用怎样的理念，来引导技术研发设计，提高系统的技术性能，最大限度地提高工艺系统的适应性和利用率，发挥其应有的作用。这些是本文要讨论的问题，其关键在于引导面粉工程技术研发设计理念的更新。

1 面粉工程技术研发设计理念及其变化

1）打造以“收储项目”为基础的小麦产业链区域合作模式 保证原粮的源头控制

在小麦全产业链中，面粉加工环节的竞争力在于市场细分和面粉定位。稳定的原粮供应是保证加工产品品质的前提。通过与加工环节“无缝对接”，面粉加工厂在粮食采购环节运用多种贸易手段进行规模采购，保障面粉加工厂加工原粮的品质和数量，同时规避加工环节由于原粮市场价格波动带来的成本压力。

“区域合作模式”指在某一区域内有共同需求的企业以粮食收储项目为支点，以股份形式成立的独立粮食收储公司。在粮食主产区或物流较为便利地区设立物流和配麦中心，拉动上游的种植环境和下游的加工环节，以贸易为载体，独立结算，为入股企业的原粮需求提供授信和原粮配送。

这种合作模式主要以订单农业为基础，主要采用的是“企业+种子+基地+农户”的模式。建立以物流和配麦中心库为基础，粮食产区收储点为支撑的物流模式。即，粮食收储与生产基地供种企业签订优质小麦种植回收合同，供种企业再与生产基地乡签订供种及小麦种植回收合同，生产基地乡负责安排基地农户种植订单小麦。

物流和配麦中心是在传统粮食仓储物流形式上加上配麦功能，根据面粉加工企业对小麦的品种质量要求，将同一地区同一品种的小麦进行搭配，还可以将不同地区的优质小麦、进口小麦与国产小麦、期货交割小麦进行搭配，从原来的贩卖小麦品种到提供品质规格符合客户加工需要的小麦，配制质量稳定、品质统一、价格合理的标准小麦，为小麦加工企业提供符合质量要求的稳定粮源，提供和国际市场接轨的中国标准小麦，为入股企业减负并提供原粮技术支持。

例如河南省农发行通过建立的面粉行业促进会，号召在农发行贷款的面粉加工企业联合成立统一的购销公司，集中授信10个亿，积极参与土地流转，种子加工，统一种植收储，建立统一的小麦物流配麦交易中心，为入股参加的企业根据企业股份额配送原粮。这种模式得到河南省的面粉企业家的一致赞同。

2）原粮混配技术。

小麦搭配是针对专用面粉品质的特殊需求，以一个主要指标进行配麦，主要指标具体可分为湿面筋含量指标、湿面筋质量指标（包括粉质曲线的稳定时间、评价值、吸水率和拉伸曲线的延伸性、抗延伸阻力、粉力）以及降落值指标等，包括AACC新推出的溶剂保持率方法《AACC谷物检测方法书籍第二版》。限于篇幅，本文以评价值和降落值两个例子介绍计算方法。

①评价值指标：

评价值表示粉质曲线12 min后面粉阻力下降的对数函数,表示的是湿面筋的筋力强度。评价值指标与搭配比例呈正比线性关系。

例：成品面粉要求评价值为60，现有麦源A和B，将小麦A和小麦B用实验磨制成粉后测得评价值分别为75和50，求配麦比例。

设A 麦比例为X，B麦比例为（100-X）。75X+50×（100-X）=60×100，计算得 X=40%。

这样，40%的评价值75的小麦与 60%的评价值为50的小麦混合加工制成的面粉其评价值指标为60，符合成品要求。

②降落值指标：

降落值是衡量面粉α淀粉酶含量以及破损淀粉含量的一项重要指标。在进行小麦搭配降落值计算时，要首先把降落值转化为液化值，然后进行计算，液化值计算公式如下（该公式适合于降落数值80～500 s范围）：

例：成品面粉要求降落值为 300 s，现有基本麦源A和B，将小麦A和小麦B用实验磨磨制成面粉后测得降落值分别为400 s和250 s，求配麦比例。

设 A麦比例为 X，B麦比例为（100-X）。17.11X+30×（100-X）=24×100，计算得 X=46.5%。

这样46.5%的降落值为400 s的小麦与53.5%的降落值为250 s的小麦混合加工制成的面粉其降落值指数为300 s，符合成品要求。对于面粉吸水率、稳定时间、延伸性也可跟实验逐步求的。

3）原粮适应型向工艺系统适应型转变是设计理念变化的必然趋势

原粮适应型指的是严格控制原粮的品质，根据专用面粉指标通过混合搭配以适应固定不变的工艺系统；而工艺系统适应型指的是尽可能拓展工艺系统技术性能，以适应各种品质指标、各地域的原粮，如一条生产线经过简单的局部调整可以加工软麦，硬麦和混合麦。两种理念形成两种不同工艺系统，其区别在于适应不同品质原粮的能力强弱。生产实践证明，不同企业在生产同一标准的产品时，会因原粮的不同品质指标造成产品质量偏差，纵然通过搭配混合，添加剂修饰也会有偏差。一方面限制了原粮利用率的进一步提高，另一方面也给受原粮支配的企业带来了一些利益限制。因此，拓宽工艺系统的适应能力，降低原粮控制底限，有利于原粮利用率的提高和企业的发展。原粮适应型向工艺系统适应型的转变，是可持续发展观在技术研发活动中的反映，也是研发设计理念变化的必然趋势，必将带来方法的创新和技术的进步。

在2014年的iaom国际制粉协会上，某公司针对南美地区推出的一种通用制粉工艺，在通过轻微脱皮简化清理工艺，改进磨辊参数，改进筛理路线，磨粉机模块化快速换装等技术，做出了一种低成本多适应型的制粉工艺（图1）。

图1 巴西某面粉厂清理工艺图

①合理控制工艺系统的各项指标是保证工艺系统长效性的有效方法。

技术指标按其控制性质分为两类：一类是以约束和控制一次性投资的技术经济指标；另一类是以约束和控制后期运行效益的技术经济指标。在新工艺系统研发中，如何把握两类技术经济指标，在质量、产量、电耗等成本其间寻求一个合理的平衡点，使工艺系统具有长效性。技术经济指标的比较、选择，其原则是在不增加总投资的情况下，以提高工艺系统适应能力为目的，满足企业可持续发展的技术要求。生产实践证明，为了提高工艺系统对原粮及其变化的适应性，除了设计出合理的工艺外，适当降低对单位耗电量的要求是十分必要的。相比国内制粉工艺路线，日韩制粉工艺路线较长，多采用轻碾细磨的工艺，磨粉机节长流量和高方筛的筛理面积等指标的配备上超出国内，产品种类多，产品类比细分，质量好，电耗高。

②提高工艺系统的适应能力，放宽原粮要求，以适应市场变化的需要。

原粮的短缺，地域的限制势必给原粮消耗量大、附加值低的面粉工业带来不利影响，而解决影响的唯一有效办法就是提高工艺系统的适应能力，满足原粮资源利用范围的拓展。因此，作为生产企业，应寻求合适的技改方案，通过技改提高系统对原粮及加工控制放宽后的适应能力，以满足市场变化。作为工程技术提供方，在技术研发设计过程中，要有意识地去改变传统设计理念，积极开拓研究，使新研发设计的工艺系统尽可能宽地适应各种可能的原粮（小麦、大麦、青稞等）资源及其变化，为降低企业生产成本创造出更大空间。

4）打破套用的传统观念是实现个性化设计的先决条件

过去一套工艺系统装备从研发到应用，要花费众多资金、时间、资源和人力，因此在技术应用方面，不可能过多地改变工艺以适应原粮（软麦、硬麦和混合麦）变化的需要。随着计算机辅助设计等技术的进步，研究方法和研发过程发生了重大变化，打破了一套工艺系统装备套用天下的传统观念，为快速实现个性化设计创造条件。

①澄清基本概念是正确实现个性化设计的途径。

在技术研发设计过程中，往往遇到诸如：优化与放大、复用或套用与继承、个性与共性、非标与标准、严控与拓展等关系。正确理解其内涵，分析与处理好之间的相互关系，是实现个性化设计的途径。如在标准化、模块化设计（指根据产量和软硬麦原粮分类设计）的基础上，对于不同的客户需求进行特殊设计。这一点值得国内的制粉工程技术提供方学习和借鉴。

②技术软件化工作是快速实现个性化设计的关键。

过去由于工程计算和制图工具落后，难于快速实现工程的个性化设计。随着计算机及软件技术的发展和性能的提高，为快速实现个性化设计奠定了基础。作为工程技术提供和服务方，理应结合行业要求组织完成相应的技术软件化工作，为快速实现个性化设计奠定基础。目前AUTODESK等国际软件公司纷纷开发出电气、机械、化工等行业的专业设计软件，国内的中望公司、浩辰公司亦如此，如水泥、化工行业等流程工业在工程设计更是采用三维工厂设计软件，更加直观表达整个工厂的设计，减少在工厂建设和设备安装方面的损失。布勒公司更是走在面粉工程技术设计的前列（图2）。

图2 布勒公司制粉工厂设计图

③系统研发设计，既要突出个性，又要延伸共性。

作为工程技术提供和服务方，在承担工程项目时，应该结合各种条件和要求，在快速优化系统设计基础上，使工程技术具有突出的个性，以满足业主需求。拓展系统适应范围，是针对原粮及其变化的适应性而言，不是单纯性的系统放大，而是技术研发者的策略和理念的体现，也是企业实现可持续发展的要求，这是技术的共性。这种既突出个性化特点，又展现共性化特征的设计是现代工业技术研发设计的理念，也是技术追求的目标。

5）优化设计方法是技术研发工作中不可缺少的控制手段

众所周知，在工程建设过程中，为了确保技术的合理性，从技术研发到装备设计，从过程控制到生产管理，均离不开系统的优化。优化是工业化过程中不可缺少的重要方法和控制手段。从优化的层面看，优化又分为局部优化和全局优化；从优化过程的性质看，又分为动态优化和静态优化。因此，如何有效利用优化方法去实现理想的工程目标，是研发设计的重要内容。

①局部优化服从全局优化是工程优化控制的基本原则。

在研发设计过程中，局部优化固然重要，但全局优化更重要，如何在局部优化的基础上，协调系统的功能实现全局优化，是优化成败的关键。众所周知，面粉生产是“磨一筛一磨”过程。在不影响面粉成品质量情况下，为了使投资最少，过分追求产量的最大化，电耗最低化，势必给原粮、制粉工艺系统设计和自动化控制提出更高要求，不利于总体投资和运行成本控制。相反，如在工艺优化过程中，充分考虑局部优化和全局优化的关系，适当放宽优化控制目标，降低产量要求，提高质量要求，合理要求电耗等成本指标，给工艺系统设计和控制选择留有余地，有利于全系统的优化控制。

②超前优化控制模式也是提高系统能力的一项技术措施。

一项工业工程的建设及技术装备的采用，仅仅反映现阶段的经济技术状态和需求是不够的。如何根据社会的发展趋势，去预测未来若干年后可能出现的需求和变化，提高技术对未来发展的兼顾性。这就需要高等科研院所、工程装备方具有超前意识，根据发展的需求提出指标要求，开发相应的工艺系统，然后根据工艺系统的具体指标要求，开发产业需求的机械装备。

6）与专用粉产品开发配套的技术研发

研究传统主食专用粉在加工过程的防止反色技术，通过面粉湿热处理技术和低筋面粉调质技术（图3、图4），开发“热量杀虫技术”，避免采用熏蒸杀虫等传统杀虫技术，保证食品安全（图5）。研究面粉品质改良剂，生物改良剂是面粉品质改良剂的发展方向，紧紧跟进国际食品改良剂厂家如muhlenchmie等公司的研发方向和技术，采用复配技术研发多功能的面制食品改良剂，攻克面粉品质改良剂生产的核心技术，改变目前依赖国外产品和技术的局面。

图3 面粉热处理工艺技术和设备

图4 针对软麦面粉调质与工艺设备

图5 面粉厂热处理杀虫的数据和现场照片

7）与生产线配套的加工设备与检化验仪器的研发

在粮食机械设备的开发方面，大产量清理装备，检化验装备和智能检测装备已经局部消化吸收并应用，部分厂家虽然不能完全创新开发新装备，但在局部创新，节约式创新方面有很大提升。如全麦磨粉设备，轻微脱皮设备、组合筛（图6～图8）等简化生产工艺的设备国内粮食机械厂家相继开发并应用。

图6 全麦磨粉设备和及其应用工艺图

图7 轻微脱皮设备和及其应用工艺图

图8 MTVA型清理筛和简化清理的工艺图

另外工艺过程的监测和生产质量的控制方面，如采用激光衍射原理，整合全自动取样和干法分散系统的工业在线粒度分析系统、在线麸星检测系统（图9、图10）；基于x射线分析原理的在线近红外控制系统等检化验仪器等。

图9 在线粒度检测仪

图10 在线麸星检测仪

2 结束语

当前国内各家面粉厂工艺设计厂家众多，专业知识多来自各自的工作经验，所设计工艺技术路线基本相同，会设计的不懂生产，懂生产的不会设计，缺乏从原粮、加工、品质等面粉生产的全过程专业知识，更无心开发设计新的工程技术，无法适应当前面粉加工市场过度饱和的现状。迫切需要面粉加工整个产业链达成共识，学习先进的技术研发思想和路线，为中国的面粉加工工艺技术、设备、控制系统、检化验设备的研发再上新台阶。

[1]姚惠源.世界粮油工业现状和发展趋势[J].黑龙江粮食，2006

[2]中谷集团科技总公司.发展战略报告，2013

[3]国家粮食局.粮油十三五科技规划草案，2015

[4]蔡玉良.对水泥工程技术研发设计理念及其变化的思考[J].中国水泥，2005