面粉工业新技术之超微粉碎机

2017-07-18

  小麦制粉业是古老的行业,百多年来所形成的以磨、筛、清为主机的制粉设备和工艺传统基本上得以延续;但随着世界经济发展科技进步的历史进程,许多高科技手段已成功应用于这一传统工业。世纪之交,各大洲相继新建或技改的面粉厂,采用了新设备、新技术,特别是对成品面粉的安全卫生要求更加严格。通过先容、观察和分析这些新技术的特点,有助于推动我国小麦制粉工业的技术进步和缩小与国际先进科技水平的差距。

  20世纪末期,在展望新世纪科技发展趋势的热潮中,也有多篇关于小麦制粉新技术方面的文章发表,其中之一是《世界谷物》杂志。杂志文章认为:“八辊磨、小麦剥皮制粉和小型组合加工机组”是“新世纪面粉工业的三项技术”;更富影响力的是美国AACC出版的专著 《小麦制粉学》《Wheat Flour Milling》一书的有关章节,该书 于 1997 年 和 2004年先后出第一、二版,编辑阐述了对当今世界面粉工业技术发展趋势的观点。

  1 面粉工业技术发展趋势

  (1)新粉厂设计将减少人员和设备,降低投资和加工成本;辊式磨粉机将继续是碾磨小麦的基础设备,但会有更多辅助设备做为补充;撞击磨和小麦剥皮与磨粉机相结合,将减少磨粉机台数;八辊磨由于占地面积小,减少溜管和筛理面积,降低投资而进一步得到应用;磨粉机将由料位反馈控制喂料流量、磨辊轧距和研磨强度 。

  (2)小型机组(Compact mill)将因特殊用粉市场(Speciality flour market)的需要而增加,用于产能低(60~120 t/d)流程短的小型粉厂。由于操作简单仅需1或2个制粉工;接近消费者,以低廉成本提供良好服务。

  (3)高方平筛将有更多仓数,节省占地面积,降低投资,目前最多达10仓,这是公认的最大限度。有可能在风运卸料器中筛分或取粉,节省平筛面积 。

  (4)新粉厂清粉机台数将会减少,因其缺点是需要人员现场检查操作,投资大且运营成本高,单位面积产能低,不适合计算机控制;剥皮制粉技术将减少清粉机台数,但生产颗粒粉时仍然适用。

  (5)粉厂建筑新概念是采用滑升模板的密闭厂房,减少窗口和缩小气孔;集风管道收集空气,再循环到内部的若干部位;计算机 PLC 控制粉厂因无须人员的现场观察监控,成为“交钥匙 ”(“Turn Key)工程。

  (6)面粉厂自动化和工艺过程控制将会比任何其它变化都要快得多,在线仪器仪表(On-lineinstrument)的开发将更加精确地检测小麦和面粉的物理、流变学和化学特性。

  21世纪的第一个10年过去了,通过观察近年来亚、欧、南北美、非洲以至俄罗斯、中东地区等一些相继新建和技改面粉厂的图片及所展示的面貌,可以说对面粉工业技术发展趋势的预测,都已在不同程度上成为现实。

  2 世界上3个典型的面粉厂

  简单先容 3 个典型的新厂,观察他们的特点,对大家会有所启发。

  2.1日本日清制粉(大东京地区) 面粉厂

  日清制粉是大型面粉加工企业之一 ,现在日本国内外共有 13 条生产线。地处大东京地区 Tsurumi的厂原有6条线,近来新增的1条 500 t/d 的生产线,采用布勒企业设备;主机有MDDM磨粉机35台(按每部接长1000mm×2计,比接长约 14mm/(100kg·24 h)),是新型的防震防噪音设备。

  该厂的特点:

  ① 采用了双重撞击(Double Sterilator System)的杀虫卵设备,分别用于面粉入粉仓前和出粉仓后(装散车前/打包前),特别是在湿热的夏季。

  ② 线仪全天候监测面粉质量

  ③ 建立了成品面粉直到原料的计算机追溯系统,存储大量信息;

  ④ 该厂全部采用不锈钢溜管。此外还据称,新的气力输送系统降低能耗达 25% 。

  2.2 美国印第安纳州 ADM 面粉厂

  ADM 是全球经营粮食食品的大型跨国企业之

  该企业印地安纳州Beech Grove市的面粉厂位于4条高速公路交汇处,有铁路专用线,日产面粉18000包 (注:每包重100英磅≈45kg),折合日产810t面粉(以70%出粉率计,约折合日加工小麦1160 t/d左右)。工厂有软麦和硬麦加工线各1条,名为软麦加工线实际上70%工时仍加工硬麦;另还有全麦粉加工线,产品以面包粉为主和其它多品种面粉。软麦线安装有撞击磨,用于加工超细蛋糕粉。占总量90%面粉由散粉车运输,其余为袋装,还配有大容量原料仓和散粉仓。该厂由 EcomoFlo企业总承包,主机采用美国产设备:Nordyke企业磨粉机60台(估算比接长约10mm/100kg·24h左右)和Great Western企业木结构高方平筛。

  该厂的特点 :

  ①采用无窗建筑加空气质量调节设施

  ②全不锈钢结构润麦仓和溜管

  ③散车装车时车库前后门紧闭防止外部污染

  该厂是高度自动化的厂,每班仅有粉师1人和操作工2人,各楼层设有内线电话,可互相对话联系。职工总数 50人,另季节工 10 人左右 。

  2.3 瑞典 Cerealia Mills 面粉厂

  Cerealia Mills企业在欧洲共有11个厂,其中4家在瑞典国内,由于欧洲面粉出口量下降,粉厂数量急剧减少。位于瑞典Malmo的厂进行了技术改造,增加产能并设定产品质 量高标准;改造卫生和电器系统、防火系统;改善环境和安全条件,满足更加严格的各项法规 ;同时改造计算机系 统和增加在线NIR 监测面粉质量 。

  新建的软硬麦加工500t/d生产线,由意大利GBS提供工程设计和设备。17台磨粉机 (其中八辊磨台数不详)均带喂料及高料位控制和遥控轧距调节;流量计配麦;在线NIR 连续检测(蛋白、灰分、水分、粉色);失重式微量添加喂料器;自清式面粉加水设定并调控面粉水分;在线实时连续检测出粉率App等。

  瑞典地处高纬度地区,冬季须防止结露现象发生。工厂采用热空气收集系统,避免了热量滞留,特别是溜管、筛箱等易结露的部位 。

  面粉厂实行欧洲和斯堪的纳维亚法规,面粉成品的可追溯系统成为食品安全的重要保证。由原料供应商提供小麦产地和化肥农药使用信息,对各种辅料进行追溯,并在面粉包装袋上标注,全部信息由计算机系统控制和储存。采用移动式热风杀虫装置灭虫,避免杀虫剂污染。

  3 当今面粉加工业的特点

  3.1 对面粉安全卫生状况强烈关注,采取措施保障面粉的安全性

  作为食品加工基本主料的面粉,其安全卫生程度直接关系食品工业制成品的安全、质量和消费者的健康,绝对不容忽视。国际上,卫生安全法规和食品企业承担的法律义务日益加强,面粉产品须满足更高卫生标准、极高的纯度和质量稳定性才会被市场接受。因此,要求面粉厂食品厂厂房建筑严格按照HACCP和 GMP 进行设计和建设;对各关键点,如所采用的原料小麦和各种辅料、添加剂等的质量控制,工艺参数的控制,加工生产设备的卫生条件以及加工场所所处的气候条件和环保要求等等,每一细节都成为 HACCP 的监督内容。

  3.1.1 厂房条件是最受关注的基本条件之一

  欧美发达国家新建厂已经有相当一部分只留门不留窗的全密闭建筑形式,采用人工调节气候恒温恒湿,创造必要的可控空气平衡条件,不受外部温湿度和环境因素变化的影响 , 始终保持内部无尘和卫生,并防止结露现象的发生。这样的厂房要求会增加能耗,因此有些厂利用内部热量的循环气流节约能源,当前在发展中国家的厂尚难于普及这样的高标准。如瑞士布勒企业(以下简称BUHLER)在越南胡志明市附近新建的头顿面粉厂,意大利吉必圣企业(以下简称:GBS)在印尼、德国威腾堡企业(以下简称:MMW)、叙利亚所建的面粉厂等,还都是利用自然采光的有窗厂房。

  3.1.2 普遍加强小麦清理

  采用强力擦刷,甚至轻剥外果皮设备大力去除粘附在麦粒外表面的尘埃、菌群、真菌毒素和其它有毒有害物质,同时降低入磨麦灰分含量,这对成品面粉的纯度和精度至关重要。当前,国际上也还有观点认为,水洗小麦对保证清洁卫生和降低灰分起了重要作用,但在节约水源和防止排水污染两方面措施不到位的条件下,洗麦机在全球范围内尚没能恢复应用。

  3.1.3 采用不锈钢管道和刹克龙技术

  部分新厂已全部采用不锈钢管道和刹克龙,有的甚至采用不锈钢的散粉仓,这就与食品厂的设备卫生条件接轨,保证从食品原料面粉开始就不会受管道锈蚀的污染。

  3.1.4 采用创新型的杀虫卵技术

  对全部成品面粉采用创新型的“双重撞击”杀虫卵技术和设备,以及无毒无害的厂内灭虫技术,在防止面粉贮存期内的虫害孳生的同时,防止农药对面粉的污染,这对地处湿热地区的面粉厂尤为重要。

  3.1.5 建立从成品面粉反向追溯到原料小麦的计算机系统

  建立从成品面粉反向追溯到原料小麦、以及各种辅料/添加剂的计算机管理系统,储存大量原始信息并追溯监督各个环节,保障产品质量,维护企业信誉。

  3.2 开发出一系列新型清麦、制粉设备

  全球制粉业科技进步的总趋势,可以概括为“传统+创新”(Tradition +Innovation )。一方面,百年来以磨、筛、清(提纯)的主体设备以及由这些主机组成的制粉工艺的传统技术(或称“常规”技术)没有改变 ;另一方面,随着时代的进步,计算机及其他高科技手段应用于制粉工业,创新技术、工艺、设备也不断涌现。

  近年来,欧洲各制粉设备主要制造厂家,如瑞士BUHLER 、意大利 GBS、奥克利姆 (以下简称 :OCRIM)和德国MMW等企业都在全球面粉工业建设的市场竞争中,加大研发投入力度,相继推出一系列新技术和新装备 。

  3.2.1 清麦设备

  (1)强力打/擦麦机新型打麦机加强了打板和麦粒间、麦粒和麦粒间以及麦粒和机筒内壁间的相互挤压摩擦甚至撞击,目的是使麦粒表面更加光洁,去除麦毛、尘埃、杂质外,更能去除对面粉的污染源。

  美国InnovativeMagnetics企业研发一种小机型,的自清式螺旋擦麦磁选机,可以保证相同的麦粒和磁极的接触,磁性金属接触螺旋辊状磁力最强的区域将被吸引后及时排除。

  (2)小麦剥皮机业内对日本佐竹(SATAKE)企业多年来研发的剥皮制粉技术已十分熟悉。但无庸讳言,经过近年来的实践对该技术与常规制粉工艺的结果对比,尚存在不同看法,特别是能耗问题仍有待进一步研究解决。GBS开发的专利技术是利用撞击机撞剥麦皮,通过撞击强度的不同调整剥皮程度,达到缩短简化制粉工艺的目的。粉技术有相似之处,但剥皮机的原理和设计完全不同,是剥皮技术的另一种尝试。GBS 的小麦剥皮机也可用于轻剥麦皮,清理麦粒表面的污物。

  BUHLER 新研制的小麦剥皮机(Peeler)则与剥皮制粉的概念有所不同,其主要目的并不在于剥皮后制粉并简化流程,而仅剥去麦粒的外果皮,使表面更清洁卫生。

  3.2.2 制粉设备

  (1)磨粉机布勒企业在世纪之交推出以“Newtronic”命名的新一代磨粉机,除保持 MDDK/L的原有特点外,最大改变是快慢辊之间也采用了带传动代替原有的齿轮传动。OCRIM推出不锈钢机身的磨粉机,GBS、OCRIM 和MMW企业也都有新机型问世。虽然新型机的基本原理和设计没有质的改变,但各厂家还是采用了有其共同点的新技术:①均有四辊磨和八辊磨两种型号,分别用于不同产能和厂房面积的需要;②上入料口均有料位控制,可随入磨物料流量变化控制喂料辊转速;③单机配备PLC控制,还可根据客户需要加配遥控调节两辊间轧距系统。此外,都在方便拆装更换磨辊和缩短维修时间下功夫。

  (2) 筛粉机 高方筛的应用仍然是面粉厂的首选, 单台最多已有10仓式,如 BUHLER MDA型。MMW企业的平筛外形仍有原来“挑担筛”的特色;而美国的GreatWestern企业则在保留木结构高方平筛传统的基础上,也开发出了钢结构的筛体。筛粉机的筛面张紧程度和清理装置对筛理效率影响极大,一家美国企业已经开发出气压张紧式筛网机具,结合速干胶的使用,可以缩短更换筛绢的时间。

  (3)清粉机从20世纪70年代,清粉机筛面加宽并增加到3层以来,其机型结构并没有显著变化。对于清粉机的使用历来存在争论,一般说来,加工硬麦和杜仑麦时,要求纯净的麦心颗粒,使用台数较多;加工软麦或面粉精度要求不高时就减少台数。《小麦制粉学》的编辑,对于清粉机“逐渐减少”的论点,实际上目前在新建或技改的新生产线上尚未能看到。清粉机的技术特点注定其操作点多,提纯效率易受原料软硬及水分波动的影响,即使有人监督操作时,始终保持高效率尚有一定难度。对于追求全自动“无人”厂,保持清粉机提纯效率确实是一个难点。

  (4)撞击磨是常用的谷物粉碎机的一种,它不同于面粉厂常规的撞击松粉机,而是与辊式磨(rollmill)、碟片磨(disc mill)、锤片粉碎机(hammer mill)等并列的撞击粉碎机(pin mill)或称撞击磨。撞击磨因其构造简单,占地小,粉碎谷物时无需分离皮壳,多用于发酵工厂或饲料厂粉碎玉米、大麦、高粱等。国外面粉厂也有用撞击粉碎机加工全麦粉的。

  随着人们健康意识的增强,全谷物面粉在以烘焙食品为主的西方国家消费量增加。加工全麦粉简单粗放,不但撞击磨,而且碟片磨、锤片磨,甚至新型石磨都有“用武之地”。

  近年来,GBS 对撞击磨的课题进行重点研究并尝试缩短粉路。以撞击替代部分辊式磨,就是我国称为磨撞结合的技术,其优点是:撞击磨比辊式磨造价低投资少,电机容量低,占地面积小,无需重复提升等,但目前在国际上普及程度并不高。还有一系列课题,如定子/转子柱销形状数量排列方式;转子线速度与取粉量的关系;撞击与辊式磨的单位电能取粉量的比较;入机物料粒度与最大流量和取粉量的关系;以及对淀粉损伤程度的影响等均有待进一步研究。

  3.2.3其它设备

  (1)色选机是优质大米加工的必备设备,但小麦或杂粮加工的精选工序也开始应用,现已有单通道至多通道的色选机,满足不同产量需求。小麦中草籽含量较多对粉色产生影响的面粉厂,也会逐步采用,以保证粉色和加工精度。

  (2)超微粉碎机是BUHLER开发出的新型辊式超微粉碎机(Micromill),有3对辊连续碾磨 , 用于大豆、杂粮杂豆及高纤维含量的粮谷,如黑麦、大麦或麦麸等的粉碎。超微粉碎后的粉是原粮粒的全价营养粉,可直接用于饮料及其它食品,而且易于消化,麦麸及糊粉层也能粉碎到10~50μm的粒度。

  3.3 面粉后处理新技术

  3.3.1 面粉冷却系统(Flour Cooling System-FCS)

  发达国家的大型面包厂,对面粉质量指标和稳定性要求非常严格。通常采用预设参数控制全自动生产线。除了面团吸水率等流变学特性外,对面粉温度要求在 24~28 ℃之间,显然炎热的夏季难于达到。经冷却处理后的面粉的优点是能增加吸水量,提高质量均衡性;低温可降低酶活性及搅拌时的面团黏度,防止配方中的油脂过早溶化,减少面粉结露和在细菌下暴露,实现四季控制面粉温度稳定。

  工作原理很简单,与通常的热风干燥系统相反,是冷风降温系统。面粉通过一关风器喂入冷却气流的风运料管,在运送到目的地的过程中冷却,因此,可安装在工艺流程中的任何需要风运管道的地方,无须增加输送次数。空气从大气引入,经过滤/冷却器降到大约 6 ℃,然后通过一水雾捕捉器(Droplettrap)与从喂料器进入输送管的面粉混合,在气-粉两相混合流的输送过程中,二者的热量平衡使面粉冷却。

  如果冷却的目的仅是为安全贮藏,面粉应在总粉入仓前尽快直接冷却;如果目的是要求面粉降温,应尽量在交付客户之前冷却。

  3.3.2 面粉热处理技术(Flour Heat Treatment-FHT)

  与冷却系统不同,热处理是一种面粉改性技术,适用于一定的目标市场,其工艺分为两步: 第一步是面粉定量喂料进入FHT系统,在搅拌机中与水和蒸汽混合升温至约 100 ℃ ,并在搅拌中持续2~10min;第二步是将面粉经热风干燥后冷却,经筛理粉碎并进行均质化。

  处理后的面粉面筋改性,部分淀粉糊化黏度值大幅度提高,降落数可达 500 s,菌群数降低,淀粉酶失活。热处理后的面粉用途广泛,可用于煎炸粉、浓汤芡粉、婴儿食品,可添加到蛋糕粉、威化饼干和肉制品及做增稠剂及药片、预混合的载体,特种配方预拌粉等。

  4 自动化面粉厂及人工智能控制

  《小麦制粉学》的编辑认为,面粉厂的技术创新最多可能是在自动化方面;论述了计算机控制无人操作面粉厂的现实。实际上,无人操作,夜间关灯锁门,完全由计算机控制的面粉厂已经实现了。

  制粉工艺是小麦组分的物理分离,其控制的主要内容:一是质量,即以灰分含量控制为主的加工精度;二是各系统的流量。

  20 世纪 80 年代后期,在线近红外仪连续监测面粉蛋白、灰分、水分含量甚至其它指标的仪器和失重式称重设备的出现,已经可以实现对成品面粉的质量和流量控制。种形式料位器和磨粉机轧距控制技术也已出现,现已发展到多种一次仪表、传感器,如在面粉压运线至粉仓前有定时自动采样器、转盘式样品存贮盒来检查面粉质量;安全装置,如防绞龙管道憋堵的接近开关、关风器轴旋转传感器和压运管压力指示器等;还在平筛下布筒安装电眼(opti-cal devise)监视憋堵情况,布袋除尘器安装数字压力开关和布筒破口时的专用传感器。

  面粉厂全面自动化已从可编程控制 (PLC)发展到计算机代替人的操作,出指令进行下一步的操作,即使无人在现场,面粉厂也能按照计算机设定的程序正常运行。

  即使是“无人” 粉厂,粉师技艺的作用也不容忽视。从小麦制粉行业初始阶段,从业人员就有了一个全球共有的职业名称—粉师。粉师是主要依靠自己长期积累的经验而身怀技艺、能取得好的制粉效果的手艺人。今天,在制粉工业科技进步 “传统+创新” 的大格局下,粉师仍在实际工作中控制制粉过程,如研磨程度,粉筛分离的流程,清粉机的筛网配备及风量等。所以,制粉是一门艺术,也是科学,而“技艺多于科学”的观念,至今仍是全行业的共识。自动化面粉厂的指令,仍然是把粉师的经验和技艺设定为电脑程序才能实现。当然,现代制粉也在应用其它学科—机械学、化学和工业工程学以及计算机控制学、经济学和管理学,未来的粉师必然是一个非常独特的依靠不同学科信息和常识的专家。

来源:面粉信息交流网

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