第一章 稻谷制米工艺与设备technology and equipment of rice millingl第一节第一节 稻稻 谷谷 （paddy）l目前的栽培稻绝大多数属于禾本科稻属（Oryza），l普通栽培稻亚属（Oryza Sative L），谷粒长47mm，分布极广。l普通栽培稻可分为籼稻和粳稻两个亚种。1l籼稻粒形细长而稍扁平，稃毛短而稀，一般无芒，即使有芒也很短，稻壳较薄，腹白较大，耐压性差，易折断，加工时碎米多，米质胀性较大而粘性较弱，并且与野生稻易杂交结实。l粳稻则粒形短而宽厚，稃毛长而密，芒较长，稻壳较厚，腹白和心白较小，或者完全没有，耐压性强，加工时不易产生碎米，故出米率高，米质胀性较小而粘性较强。2l无论籼稻和粳稻，根据其淀粉的性质不同，可分为糯稻和非糯稻两类，l非糯稻又称粘稻，含直链淀粉1030%，色较深，呈半透明的角质状态，米质硬而脆，一般作主食之用。l糯米淀粉几乎全部为支链淀粉，色乳白，不透明，呈蜡状，米质较疏松，产量一般较低，适宜做糕点和酿酒之用。l根据其生长期的长短不同，可以分为早稻、中稻和晚稻，l另外，根据栽种地区土壤水分的不同，又可分为水稻和旱稻等。3l稻谷在收获时，粘附着稻壳，稻壳约占毛稻重量的20%，它是由花被（外稃和内稃）形成的，稻壳含有丰富的纤维素（25%），木质素（30%），戊聚糖（15%）和灰分（21%），灰分中含有大约95%的二氧化硅。l除去稻壳以后的稻谷称为糙米，它包括果皮、种皮、外胚乳、胚乳和胚各个部分，在其中，胚乳占到了米粒的最大部分，包括糊粉层和淀粉细胞。l糙米碾白时，米粒的果皮、种皮、外胚乳和糊粉层等被剥离而成为米糠。4l糙米出糠率的大小取决于米糠层的厚度和糠层的表面积。l在加工同一精度的大米时，品质优良的品种及成熟而饱满的稻谷，因其纵沟较浅，糠层较薄，表面积相对减小，出糠率较低，出米率较高。l此外，腹白和心白多的稻谷，结构疏松，硬度低，加工时易出碎米，品质较差，耐储性差。有爆腰的稻谷，加工时碎米多。l爆腰率与稻谷的晒干程度有关，稻谷晒得过干，爆腰率高，影响米的品质。l碾米时，除糠层被碾去外，大部分的胚也被碾下来。加工高精度的白米时，胚几乎全部脱落，进行米糠中。5l从理论上讲，白米应当是纯胚乳，但实际上，糠层和胚都不会完全被碾去。l因此，根据米粒留皮的程度和留胚的多少可以判断大米的精度。大米的精度愈高，除去的糠层和糊粉层愈多。l糠层和糊粉层中含有极丰富的维生素和蛋白质。从营养角度看，不宜追求过高的加工精度。6GB1350-1999l稻谷分为早籼稻谷、晚籼稻谷、粳稻谷、籼糯稻谷、粳糯稻谷五类。l籼稻谷质量指标等级出糙率,%整精米率,%杂质,%水分,%色泽、气味179.050.01.013.5正常277.050.0375.050.0473.050.0571.050.07等级出糙率,%整精米率,%杂质,%水分,%色泽、气味181.060.01.014.5正常279.060.0377.060.0475.060.0573.060.0粳稻谷质量指标8GB/T17891-1999 优质稻谷质量指标 类别等级出糙率%整精米率%垩白粒率%垩白度%直链淀粉(干基)%食味品质分胶稠度粒型(长宽比)不完善粒%异品种粒%黄粒米%杂技%水分%色泽气味籼稻谷179.056.0101.017.0-22.09702.82.01.00.51.013.5正常277.054.0203.016.0-23.08602.83.02.00.51.013.5正常375.052.0305.015.0-24.07502.85.03.00.51.013.5正常粳稻谷181.066.0101.015.0-18.0980-2.01.00.51.014.5正常279.064.0203.015.0-19.0870-3.02.00.51.014.5正常377.062.0305.015.0-20.0760-5.03.00.51.014.5正常籼糯稻谷-77.054.0-2.07100-5.03.00.51.013.5正常粳糯稻谷-80.060.0-2.07100-5.03.00.51.014.5正常9第二节 稻谷加工工艺概述introduction to the technology of rice millingl稻谷加工的目的l简单的加工工艺l完善的加工工艺10稻谷加工工艺流程的基本组成 l清理(包括通风除尘)l制取糙米 l去糠碾白 l成品精制l副产品收集及整理l米糠收集l糠粞分离 l计量与包装 l物料输送 l电器控制 l其它 l 凉米 l 缓冲仓11稻谷加工工艺流程图12第三节 砻谷shellingl1脱壳过程的力学描述l两胶辊按不同的转速相向转动，两胶辊之间的径向距离（轧距）小于稻谷的厚度，夹在两辊之间的稻谷，受到两胶辊的挤压力。相对慢辊来说，快辊要把稻谷往下拉，具有带动稻谷一起运动的趋势，实际上使稻谷受到一个向下的摩擦力；相对快辊来说，慢辊有阻止稻谷跟随快辊一起向下运动的趋势，也使稻谷受到一个向上的摩擦力。13l不在同一直线上（相差一个厚度）的方向相反的摩擦力同时作用在稻谷上，产生搓撕作用，即将谷粒两侧的谷壳朝相反方向撕裂，使稻谷脱壳。l进入工作区的瞬间，谷粒的运动速度小于两辊的线速度。谷粒被加速。l经过加速达到慢辊的线速度后，相当于谷粒被慢辊托住，快辊相对稻谷作运动。因为搓撕动摩擦系数小于搓撕静摩擦系数。14l随着两辊间距的减小，挤压力增大，摩擦力迅速增加。到达中心连线时，摩擦力达到最大值。当摩擦力大于稻壳的构合力时，稻壳就裂开。l在下段工作区内，稻壳与糙米分离。稻壳外表面与胶辊之间的摩擦力大于糙米与稻壳内表面之间的摩擦力。一边的稻壳被加速，与糙米脱离；但糙米比另一边的与慢辊接触的稻壳运动的快，所以，糙米与另一半稻壳也分离开。15脱壳过程示意图16l稻谷被对辊夹住进入工作区上段开始加工，稻谷受方向相反的力F1、F2的作用。F1使稻谷的半边颖壳加速，壳使糙米加速，糙米使另一半颖壳加速，但受到力F2的阻滞。力偶F1、F2结合辊压P使半边壳、糙米、另半边壳之间产生受力状态下的相对位移趋势，当超过稻谷薄弱部分的结构力时，稻壳被压裂、撕破、搓开而开始脱壳。17l当稻谷通过轧距处，稻谷的速度介于快、慢辊线速之间，稻谷两侧的颖壳同时被搓撕脱开，并分别与两辊一起前进达到脱壳的最大效果。与此同时，糙米开始和快辊接触。l稻谷进入工作区下段，稻壳被快辊加速离开糙米，最后以快辊线速1离开工作区。糙米开始被快辊加速，逐渐离开为慢辊所阻滞的另一半稻壳。完全离开时，力偶F1、F2对这一颗粒的作用完成，摩阻力F2的方向改变为和F1相同，推动稻壳。糙米和快辊脱离接触后离开工作区，糙米和快辊接触，加速时间短并为稻壳所阻滞。l糙米离开工作区时的速度在快、慢辊线速1、2之间。稻壳和糙米脱开后，以慢辊线速2离开工作区。l稻谷入辊的方向必须对准两辊轧距中点并位于两辊中心连接的垂直线上。18稻谷进入对辊起轧时的受力情况19l起轧时，快、慢辊的摩擦力方向相同，且2PGsinq2FcosqG0PG=PcosqF=f PcosqF为摩擦力，f为摩擦系数，G很小，略去，得sinq2Fcosq0tgqf f=tgql起轧角等于或小于稻谷和工作辊面之间外摩擦角，才能被夹住进入工作区。20l对辊工作时，从起轧点到终轧点的直线距离称为工作区直线长度S，由S1、S2组成。R：工作辊半径R：物料颗粒半径e：轧距的一半l工作辊直径越大，工作区长度越长。21对辊工作区直线长度22砻谷机l稻谷加工过程中剥去稻壳的工艺过程称为砻谷。砻谷后大部分稻谷变成了糙米和稻壳，也有一定比例的稻谷没有脱壳。所以，砻下物中包括糙米、稻谷、稻壳、糙碎米和毛糠等。23l砻谷是根据稻谷内壳与外壳互相钩合、外表面粗糙、质地脆弱、两顶端孔隙较大等构造特点，给稻谷籽粒施以一定的挤压、搓撕或撞击和摩擦等作用，使稻壳变形、破裂，达到使稻谷脱壳的目的。l现在使用最普遍的砻谷机是胶辊砻谷机(rubber roll sheller)。24胶辊砻谷机示意图25l主要工作部件是一对直径相同的橡胶或塑料辊筒。两辊以不同的转速相向旋转，稻谷在通过两辊之间的小于稻谷厚度的一段距离时，受到胶辊的挤压和搓撕作用，完成脱壳的过程。l两辊之间的压力可以调节。压力过大可使米粒变色，并缩短本来就很有限的辊筒寿命。压力过小，则不能达到脱壳目的。26胶辊硬度l主要有邵氏853、903两种。数值越大，胶辊越硬。冬季气温低，采用85的胶辊，夏季气温高，采用90的胶辊。l在相同气温条件下，加工较易脱壳的早、中籼稻谷和粳稻谷，可选用硬度较低的胶辊；加工较难脱壳的杂优籼及细小颗粒的粳稻谷，可选用硬度较高的胶辊，以保证砻谷机的工艺性能和减少胶耗。27胶辊有黑色、棕色和白色三种。l黑色橡胶的弹力较高，耐磨性良好，硬度受气温的影响较小，价格较低，但在高温下会降低弹力和耐磨性，还容易使糙米沾胶后发黑；l棕色橡胶可减少糙米染色，适用于各种气候下使用，性能较好，但价格较贵；l白色橡胶性能与棕色橡胶相仿。28主要技术参数l线速l线速指胶辊工作时的圆周速度。l线速高，则流量大、产量高。线速过高，则摩擦次数过多，胶辊会发热变软，脱壳率降低，胶耗增加，振动严重，增加碎米。l线速过低，受轧时间太长，胶辊表面会起槽，使脱壳率下降并影响产量。l一般情况下，快辊线速17m/s，不超过18m/s，夏季取低值。慢辊线速12。29线速差l线速差指快、慢辊的园周速度之差。它是胶辊对稻谷产生搓撕作用的主要原因之一。l在辊压一定的情况下，线速差大，搓撕作用强，脱壳率高；线速差过大，碎米增加，起毛、粘胶染黑。相对位移增大，摩擦作用加强，使胶辊发热。温度升高，胶耗增加，动力增加，引起振动。l线速差过小，脱壳率低，增加两，特别是慢辊的磨耗。l一般线速差为3ms。干燥、易脱壳的稻谷，壳薄而结构松散的早籼稻谷，取低值，壳薄而结构紧密的晚籼稻谷，取偏高值。30速差率l速差率是线速差与慢辊线速之比。l速差率的大小与稻谷在胶辊工作区内的位移长度有密切关系。l辊径不变，品种不变，位移长度主要决定于速差率。在线速差保持不变的情况下，速差率随慢辊线速的增减而增减，即调节慢辊的线速（实际上快辊的转速也变）就能调节相对位移长度。l随着胶辊的磨损，线速下降，只要线速差率保持不变，脱壳率不一定会下降，但产量会有所下降。31辊间压力l辊间压力的大小与搓撕力的大小有直接的关系。l谷粒接触胶辊后，胶面会产生弹性变形，使胶面产生压陷。l压陷的深度与轧距大小、谷粒的大小、橡胶的硬度和使两辊合拢的拉力有关。l使两辊合拢的拉力是辊间压力的重要组成部分。32l通过调节使两辊合拢的拉力可以调节辊间压力。l决定辊间压力大小的主要依据是压陷深度。物料颗粒在对辊间工作面之间受辊压P的作用，颗粒变形，辊面变形，特别是辊面材料为橡胶时，辊面较软并有弹性，稻谷对辊面的反作用力使辊面变形，稻谷的一部分被压入辊面，陷入辊面的深度称为压陷深度。33辊面压陷深度l辊间压力太小，即轧距过大，拉力太小（压砣太轻），脱壳率低；l辊间压力太大，即轧距过小，拉力太大（压砣太重），脱壳率高，但增加糙碎，糙米表面起毛、粘胶。l增加拉力（增加压砣重量）、减小轧距，挤压力增加，压陷较深，摩擦力大，搓撕作用增强，工作区长度增加，脱壳率提高。l辊间压力的大小应根据稻谷的品种、水分、籽粒大小姐适当选取，一般情况下，轧距为0.8 mm，辊压3055 N/cm（辊长）。34脱壳率l稻谷本身的化学、物理性质：品种，粒形，均匀性，整齐度，水分，饱满程度；l砻谷机的工作参数：辊间压力，线速度，线速差，轧距；l砻谷机的操作技术：胶辊安装的同心度，流量大小、稳定情况等会影响脱壳效率。l粳稻8090%，籼稻7585%,陈稻7075%，高水分稻谷6570%。35封闭功率l胶辊砻谷机上的一对工作辊（胶辊）是差动对辊。l差动对辊由空载转入负载的瞬间，具有足够运动刚性的快辊圆周力使传动出现“短暂的等速趋势”，即快辊力图通过物料推动慢辊加速，由于差速传动机构的传动副中存在间隙，使这种加速成为可能。l慢辊在瞬间加速过程中，慢辊传动轮必然对传动带（链）产生超前运动，直至带（链）的松边变成紧边，相应的紧边变成松边以后，差速传动机构又重新约束快、慢辊按设定的转速比转动。36l嗣后的继续运转中转化为传动带（链）后的E为紧的传递运动，慢辊的运动不再是通过差速传动机构得到，而是快辊通过物料直接驱动，转化为变相的单辊驱动，快辊既是工作构件，又是传动构件。l差速传动机构的功能已不是空载时那样传递运动和动力，转化为仅是使快、慢辊保持设定的转速比作相向运动，差速传动机构实质上已变为“定速机构”。37封闭回路l定速机构齿轮反面接触和慢辊传动带（链）的松边转变为紧边的瞬间，由于强制等速趋势和定速机构以转速比i约束慢辊使其不能加速，因此，在快、慢辊及传动件之间产生弹扭变形及相应的附加的弹扭力矩，导致在快辊慢辊定速机构快辊之间形成力的封闭回路。38l封闭系统一经形成，封闭功率值即与电动机功率无关。封闭功率的大小取决于辊面特性，加工物料的性质和要求，受力状态和运动状态等。l存在封闭功率时，电动机的输出功率应满足物料研磨或脱壳的功率要求，补偿封闭功率在系统中的摩擦损耗。39砻谷过程中的封闭回路砻谷过程中的封闭回路40