根據營養學家的研究,米的胚芽中含有多種對人體有益的微量元素和多種維生素及不飽和脂肪酸,可謂米的精華所在。目前普遍存在的腳氣病、口腔潰瘍等維生素B1缺乏癥,主要是由于長期主食碾去胚芽的精白米引起的。維生素B1主要存在于谷類胚芽中。在通常的碾米機碾米過程中,隨著碾白作用的進行,胚芽被碾除。這就大大浪費了維生素B1良好營養,從而導致了維生素B1缺乏,進而誘發更嚴重的疾病[1,2]。因而如何充分利用大米胚芽,提高精米的留胚率,是一項有意義的工作。研究表明,礱谷過程對胚芽的損傷極小,提高精米留胚率的關鍵是提高碾白過程的留胚率。
日本規定,留胚率在80 %以上的精米可稱為胚芽精米[3]。胚芽精米是利用特殊的碾米設備,按特殊的碾白工藝進行碾白的[4]。本課題對加工胚芽精米過程進行了大量試驗研究,分析了碾輥轉速、碾白間隙、碾輥結構等結構參數,及碾白次數、出口壓力、糙米含水率等工藝參數對留胚率的影響,得到了參數的優化組合。經研制的立式胚芽精米機加工出的胚芽精米能達到普通大米的碾白精度,適口性好,又富含豐富的維生素、膽堿和肌醇等多種營養元素[5],營養價值遠遠大于一般精米,所以胚芽精米是一種純天然的營養保健食品,值得大力開發。
1　試驗材料與指標
1.1　試驗設備
　　kett適正干燥用水分計、立式胚芽精米機(自制)、烘箱、礱碾組合米機、PMEI—數粒儀。
1.2　試驗材料
本試驗所用稻谷為蘇-22梗稻,而糙米是在礱碾組合機上進行礱谷再分選而得。
1.3　試驗指標
1)留胚率:留胚米粒數與式樣米粒數之比。
2)碾白精度:指大料的留皮程度,由鎮江市糧食局中心化驗室檢測。
2　試驗及其分析
2.1　碾輥轉速的影響
     為了使碾米機獲得不同的轉速,采用不同直徑的皮帶輪組合,共試驗了9種轉速。試驗表明,轉速為745、874、977、1090 r/min時碾米效果較好,其余轉速在其它試驗項目中均不再采用。
表1　碾米機主軸與電機的皮帶輪組合關系
Tab.1　    Relationship between rotational speed of rollerand rate of unstripped germ
           碾輥轉速/r·min-1617 754 874 977 1090
           留胚率/% 62.3 74.7 85.7 82.0 70.5
　　采用循環碾白法,碾輥長度為200 mm,碾白精度達標一米時,碾輥轉速對留胚率的影響如表1所示。當轉速較低時,雖然每次碾白對大料胚芽損傷較小,但因達到標一料所需的碾白次數較多,多次輕微撞擊導致胚芽的脫落。隨著碾輥轉速的增加,達到一定碾白精度所需的碾白次數明顯減少,說明轉速對碾白作用的影響是很大的,并且試驗證明,當轉速超過1000 r/min時,對提高粳稻留胚率是不適宜的。。
表2　碾輥長度對留胚率的影響
Tab.2　Relationship between length of roller andrate of unstripped germ
       碾輥長度/mm 110 140 170 200 280
       留胚率/% (轉速977 r·min-1) 50.0 67.5 78.4 83.2 61.4
       留胚率/% (轉速874 r·min-1) 49.6 68.2 72.3 81.3 70.1
2.2　碾輥長度對留胚率的影響
     根據碾輥轉速對留胚率的影響,選用轉速為874和977 r /min時,試驗碾輥長度對留胚率的影響,其結果見表2。碾輥長度在一定的范圍內(140 mm,170 mm, 200 mm),隨著碾輥長度的增加,在同轉速下達到一定碾白精度所需的碾白次數變化并不大,這說明在上述輥長范圍內,碾輥長度對碾白作用的影響不是很明顯,但是其他結果證明110 mm和280mm的輥長與上述情況有明顯不同。當碾白精度達標準一等,使用110 mm輥長的碾輥時,碾白次數太多(超過8次),使最終留胚率降低,從節省能源的角度看,110 mm輥長是不適合的。使用280 mm輥長行試驗時,當達到規定碾白精度時,留胚率偏低,這說明在較大輥長范圍內,碾米輥長度對留胚率的影響還是相當大的。設計時碾輥長度需與其它參數匹配。
表3　正交試驗因素與水平
Tab.3　 Experimental factors andlevels in orthogonal test
        因　　素1 2 3
        輥長/mm 200 170 140
        轉速/r·min-1874 977 1090
        碾白間隙/mm 8 10 12
2.3　碾白間隙的影響
    碾白間隙大,米粒在碾白室內翻滾的可能性增大,間隙小,限制了米粒翻滾,米粒易呈有序運動。根據正交試驗結果,小型立式精米機的碾白間隙取8 mm為宜。
　　按上述試驗數據和原則,對不同輥長和轉速對留胚率的影響進行了大量的試驗,并優選出下列幾組較好的配合,進行了正交試驗,試驗因素與水平見表3。在碾白精度達到標準一等時,梗米的留胚率在80 %以上,經數據處理作成圖1。

2.4　砂輥金剛砂粒度對留胚率的影響碾輥用的金剛砂一般為多角顆粒狀。采用40#、46#、60#、80#金剛砂進行對比,金剛砂粒度細,則碾削精度均勻損傷胚乳少,出米率高,成品大米的表面較光滑,但碾削能力低,生產率低。金剛砂的粒度過大,碾削作用加強,但容易損傷胚乳,成品大米表面過分粗糙。不同粒度金剛砂的試驗證明,80#金剛砂的碾輥表面易產生“起光”現象,最終失去了碾白作用,而40#,60#金剛砂試驗說明,它們對留胚率的影響沒有明顯差別。因而得出結論,80#金剛砂碾輥對該種精米機是不適合的。試驗表明,對于4臺或5臺米機組成的串聯機組,碾輥金剛砂粒度可“前粗后細”,即第一臺米機采用36#砂,后面的米機可采用40#或46#,最后一臺米機可采用40#或60#。
2.5　砂輥直徑對留胚率的影響
     從試驗的兩個直經(130 mm、150 mm)相比較,轉速取值合理時,碾輥直徑對留胚率無影響。碾輥直徑主要影響精米機產量。試驗表明立式胚芽精米機的碾輥上應開有螺旋槽。
2.6　篩面形狀的影響
     六角形篩面的試驗(轉速745 mm,輥長280 mm)結果證明,使用六角形篩面產生的碎米較多,因而是不適用的。分析其原因是由于六角篩的碾白間隙不一致,在碾白間隙小的位置對糙米產生了過分的擠壓,以致應力超過了稻米的生物屈服強度,在碾白間隙大的地方,稻米又受到劇烈的碰撞,因而產生了大量的碎米。立式胚芽精米機宜采用圓型篩面。
2.7　篩板成形方式的影響
     從排除糠粞的情況看,篩板成形方式也有很大關系。當篩面的毛面向外時,由于篩孔錐度的影響,排糠不暢容易產生篩孔堵塞現象,如果毛面改為里面,則情況明顯好轉。
2.8　刷米鐵輥對留胚率的影響
     試驗結果表明,刷米鐵輥對留胚率有相當大的影響。例如,對于碾輥長度為110 mm與140 mm相比,由于刷米鐵輥和碾輥的長度比增大,以至于碾米機更接近鐵輥米機,所以,最終的試驗結果不理想。因而胚芽精米機中應有一個適當的碾輥與刷米鐵輥的長度比。
2.9　噴風試驗
     對噴風與不噴風情況下的碾米效果進行了對比試驗,噴風條件下米糠容易排出,米溫低,因此留胚率提高,而且米糠不會堵塞篩孔,使胚芽精米機能長時間連續工作。
2.10　碾白次數對留胚率的影響
     根據上面圖表中留胚率變化情況,可得出如下規律:第一次碾白時碾白效果不明顯,主要起到開糙作用,留胚率為99 %左右。從第二次碾白開始,隨著碾白次數的增加留胚率基本呈線性關系降低,并且隨著轉速的增加,這種變化更加劇烈,說明隨著轉速的增加,研削作用加強,去皮能力也相應加強,對胚芽的損傷也在增加。正常情況下,一般經4次碾白,留胚率應在80 %以上,且達到碾白要求。
2.11　喂入量對留胚率的影響
     按設計的喂入量進行作業時留胚率最高,隨著喂入量減少,留胚率逐步降低。其原因是喂入量減少后,碾白腔內填充系數降低,米粒在腔內碰撞激烈,且米粒在腔內停留時間延長,被碾輥碾削機會增多,導致留胚率降低,但每碾一次的碾白效果有所提高。
2.12　含水率對留胚率的影響
     樣本含水率分別為12.0%、13.0%、14.5%、15.5%、17.0%。其它參數值為:碾輥轉速745 r/min ,碾輥直徑150 mm,碾輥長度280 mm,金剛砂粒度46#,碾白間隙8 mm。在試驗的含水率范圍內,已經可以判斷含水率對留胚率的影響,試驗結果見圖2。試驗結果表明,糙米含水率對留胚率有明顯的影響,含水率低時留胚率高。含水率17.0 %時經4次碾白,留胚率為80 %,含水率≤14.5 %時經5次碾白留胚率仍大于80 %。

2.13　新米與陳米的碾白效果對比新米是指當年生產的稻谷所得的糙米,陳米是指已在糧庫保存了3年的稻谷所得的糙米。由圖3可見,采用陳米試驗,碾白4次其留胚率即略低于80 % ,采用當年新米試驗,碾白5次其留胚率仍高于80%。分析其原因,是由于胚芽和胚乳部分的溫度與水分膨脹系數不同,受一年四季溫度和水分變化的影響,陳米的胚芽和胚乳的結合強度會下降,故陳米的留胚率低于新米。建議胚芽米加工時應采用新米作原料。
2.14　出口壓力對留胚率的影響
     試驗中對比方案如下,出口處配重(g):175、175、67、67、67、67;108、67、67、67、67、67;108、108、67、67、67、67。出口處配重質量大,即出口壓力大,使碾白腔內壓力增大,有利提高碾白效果,但會降低留胚率。出口壓力小則效果相反。試驗中第一次、第二次碾白時配重采用175 g,后幾次碾白時配重采用67 g,總體效果較好。
3　結　論
1)胚芽精米機的設計參數中影響留胚率最主要的參數是:碾輥長度、碾輥轉速、碾白間隙。
2)操作運用中最主要的工藝參數是:碾白次數、出口壓力(配重)、糙米含水率。
3)對于小時產量為600 kg的小型胚芽精米機,其最優參數組合為:碾輥長度200 mm,碾輥轉速977 r/min,碾白間隙8 mm。碾白次數為4次時,留胚率可達80 %以上,精度達標準一等以上。

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