葛根淀粉生产关键技术设备应用分析.pdf
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1、第8期周玉姣 等:葛根淀粉生产关键技术设备应用分析1 0 3 D O I:1 0.1 3 7 3 3/j.j c a m.i s s n.2 0 9 55 5 5 3.2 0 2 3.0 8.0 1 4周玉姣,杜正志,阙春生,等.葛根淀粉生产关键技术设备应用分析J.中国农机化学报,2 0 2 3,4 4(8):1 0 3-1 0 9Z h o u Y u j i a o,D u Z h e n g z h i,Q u e C h u n s h e n g,e t a l.A p p l i c a t i o n a n a l y s i s o f k e y t e c h n i c
2、 a l e q u i p m e n t f o r P u e r a r i a s t a r c h p r o d u c t i o n J.J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n,2 0 2 3,4 4(8):1 0 3-1 0 9葛根淀粉生产关键技术设备应用分析*周玉姣1,杜正志1,阙春生1,谢金泉1,徐勋1,钟明1,2(1.江西省农业技术推广中心,南昌市,3 3 0 0 4 4;2.江西大创农牧科技有限公司,南昌市,3 3 0 0 1 3)摘要:葛根
3、的物理特性与薯类有较大的不同,外形粗大、纤维含量高、表皮粗糙夹砂多,葛根淀粉的机械化加工不能照搬薯类模式,关键设备有其特别之处。葛根淀粉企业规模小,大多数企业沿用薯类加工设备和工艺,专用设备配套少、结构不合理、生产效率低,不利于葛根淀粉产业的技术进步和发展。通过对国内薯类和葛根淀粉加工文献和工艺设备应用现状的分析,以5 0 0k g/h葛根淀粉加工工艺流程为例,简述加工工艺的基本要求、关键设备的结构原理、针对性的技术改进措施,指出当前行业内仍存在先进设备缺乏、耗能高、环境污染等问题,提出加强葛根加工及种植先进技术的研究、建立健全相关标准规范、提高综合开发利用等建议,为促进产业技术进步和规模化发
4、展提供参考。关键词:葛根淀粉;工艺流程;除净率;提取率;碎解机中图分类号:S 2 3 3.5 文献标识码:A 文章编号:2 0 9 5 5 5 5 3(2 0 2 3)0 8 0 1 0 3 0 7收稿日期:2 0 2 2年1月1 3日 修回日期:2 0 2 2年5月2 6日*基金项目:江西省葛产业技术体系专项(J X A R S1 6)第一作者:周玉姣,女,1 9 6 5年生,江西九江人,高级工程师;研究方向为农业机械化。E-m a i l:3 0 5 7 1 4 0 8 6q q.c o m通讯作者:杜正志,男,1 9 6 6年生,江西九江人,高级工程师;研究方向为农产品加工。E-m a
5、i l:1 5 2 1 7 9 0 8 8 3q q.c o mA p p l i c a t i o n a n a l y s i s o f k e y t e c h n i c a l e q u i p m e n t f o r P u e r a r i a s t a r c h p r o d u c t i o nZ h o u Y u j i a o1,D u Z h e n g z h i1,Q u e C h u n s h e n g1,X i e J i n q u a n1,X u X u n1,Z h o n g M i n g1,2(1.J i a n g
6、 x i A g r i c u l t u r a l T e c h n o l o g y E x t e n s i o n C e n t e r,N a n c h a n g,3 3 0 0 4 4,C h i n a;2.J i a n g x i D a c h u a n g A g r i c u l t u r e a n d A n i m a l H u s b a n d r y T e c h n o l o g y C o.,L t d.,N a n c h a n g,3 3 0 0 1 3,C h i n a)A b s t r a c t:T h e p
7、 h y s i c a l p r o p e r t i e s o f P u e r a r i a a r e q u i t e d i f f e r e n t f r o m o t h e r p o t a t o e s,s u c h a s l a r g e s h a p e,h i g h f i b e r c o n t e n t a n d s u r f a c e g r o o v e s w i t h s a n d i n e s s.T h e m e c h a n i z e d p r o c e s s i n g o f P u
8、 e r a r i a s t a r c h c a n n o t c o p y p o t a t o e s m o d e l,a n d t h e k e y e q u i p m e n t h a s i t s u n i q u e f e a t u r e s.M o s t P u e r a r i a s t a r c h e n t e r p r i s e s a r e s m a l l a n d u s e p o t a t o p r o c e s s i n g e q u i p m e n t a n d t e c h n o
9、 l o g y,w i t h f e w s p e c i a l e q u i p m e n t,u n r e a s o n a b l e s t r u c t u r e a n d l o w p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y,w h i c h i s n o t c o n d u c i v e t o t h e t e c h n o l o g i c a l p r o g r e s s a n d d e v e l o p m e n t o f P u e r a r i a s t a r c h i
10、 n d u s t r y.T h e a p p l i c a t i o n s c e n a r i o s o f P u e r a r i a s t a r c h p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t a r e s u mm a r i z e d b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e d o m e s t i c l i t e r a t u r e o n p o t a t o s t a r c h p r o c
11、e s s i n g a n d t h e a p p l i c a t i o n s t a t u s o f p r o c e s s i n g e q u i p m e n t.T a k i n g t h e 5 0 0k g/h P u e r a r i a s t a r c h p r o c e s s i n g p r o c e s s a s a n e x a m p l e,t h e s t r u c t u r e a n d p r i n c i p l e o f k e y e q u i p m e n t a n d t h e
12、 p r o b l e m s o f l a c k o f a d v a n c e d t e c h n o l o g y,h i g h e n e r g y c o n s u m p t i o n a n d s e r i o u s p o l l u t i o n i n p r o d u c t i o n a r e s u mm a r i z e d.S u g g e s t i o n s w e r e p u t f o r w a r d t o s t r e n g t h e n r e s e a r c h o n a d v a
13、n c e d t e c h n o l o g i e s f o r P u e r a r i a p r o c e s s i n g a n d p l a n t i n g,e s t a b l i s h r e l e v a n t s t a n d a r d s a n d r e g u l a t i o n s,a n d i m p r o v e c o m p r e h e n s i v e d e v e l o p m e n t a n d u t i l i z a t i o n,s o a s t o p r o v i d e r
14、e f e r e n c e f o r p r o m o t i n g i n d u s t r i a l t e c h n o l o g y p r o g r e s s a n d l a r g e-s c a l e d e v e l o p m e n t.K e y w o r d s:P u e r a r i a s t a r c h;p r o c e s s f l o w;c l e a n i n g r a t i o;e x t r a c t i o n r a t e;d i s i n t e g r a t o r0 引言葛根为豆科葛属
15、,是药食同源并易于生长的多年生植物,含有丰富的葛根素、氨基酸、维生素、黄酮类物质及铁、钙、硒、锌等微量元素,具有解肌退热、生津透疹,升阳止泻等作用,不仅对冠心病、心绞痛、肠癌等具有明第4 4卷 第8期2 0 2 3年8月中国农机化学报J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o nV o l.4 4 N o.8A u g.2 0 2 31 0 4 中国农机化学报2 0 2 3年显的疗效,还具有促进人脑的血液循环、增强记忆、降低血脂、减肥健美等功效。葛根经加工提取的葛根淀粉保留原有的
16、营养物质,口感好直接食用方便,还可加工成各类保健食品和创新食品,受到消费者的喜爱。我国葛根资源十分丰富,有1 4个葛属品种,是世界葛属植物的分布中心,葛根种质资源居世界第一,也是世界上葛类植物的主要生产地和最大的葛根生产消费出口国,葛根淀粉具有较高的经济价值,国内外市场潜力巨大12。葛根与木薯、甘薯、马铃薯的物理特性差别较大,一是纤维含量高、淀粉颗粒小、破碎强度大,特别是生长时间2年以上的葛根茎基部木质化;二是外形大,长度平均在3 0 07 0 0mm之间,直径平均在3 02 0 0mm之间;三是表面粗糙,硬质砂石夹杂多。目前,大部分企业沿用薯类淀粉的加工工艺和设备生产葛根淀粉,生产不稳定、综
17、合利用率低、资源浪费严重,不利于行业技术进步和发展。通过对国内葛根淀粉加工工艺和设备应用现状的分析,研究关键技术设备,提高葛根淀粉生产技术设备水平,对促进葛根淀粉产业发展很有必要。1 葛根淀粉生产工艺流程葛根种植分散,国内目前以中、小型企业,产量2 0 05 0 0k g/h(干粉)为主3,大多数是在传统工艺的基础上,以通用的薯类加工机械设备代替人工作业以提高效率,通过输送机、泵、储浆罐缓冲将各个设备连 接 成 生 产 线,主 要 工 段 包 括:葛 根 清 洗碎解浆渣分离除砂、蛋白分离脱水干燥、筛分、冷却、包装。以5 0 0k g/h葛根淀粉生产线为例,淀粉提取率9 4%、耗水1 0 t/t
18、原料、耗电6 0k W/t原料、设备投 资9 0万 元(5 0 0k g/h干 粉),其 工 艺 流 程 如图1所示。图1 葛根淀粉生产工艺流程F i g.1 P r o d u c t i o n p r o c e s s f l o w o f P u e r a r i a s t a r c h2 国内研究现状与应用分析2.1 国内研究现状国外对淀粉的工业化生产研究起步较早,欧美等西方国家早在2 0世纪4 0年代已经开始相关研究与探索,我国针对淀粉的 工业化研究 起步较晚,2 0世纪5 0年代最先从苏联引进了部分淀粉加工设备,虽陆续进行了改进和提高,但直到7 0年代后期,这些设备仍停
19、留在5 0年代水平。8 0年代以来,由于大量引进、吸收国外的先进技术和设备,极大地推动了国内淀粉工业的发展,进入9 0年代,我国淀粉产量以2 0%左右的速度增长,但就整体而言,我国在淀粉及其深加工的设备研制方面水平与先进国家还有一定的差距。近年来,国内对薯类淀粉的加工有了较多的研究,吴明华4对北大荒马铃薯集团引进的瑞典拉尔森淀粉机械公司的生产线,研究其旋流精制加工工艺、原理和关键设备;吕天使等5对甘薯淀粉加工机械的性能进行了分析研究;宋红军等6对木薯淀粉加工行业清洁生产进行研究,选择浓缩、回收、洗涤、多级淀粉回收与一体的旋流器,单位产品用水量削减3 6.0%,淀粉回收率从7 9%提高至9 3%
20、,耗水量大幅度降低的同时还可以提高淀粉的品质;王丰等7研究指出废水污染是甘薯淀粉加工行业目前存在的主要问题,且将成为影响产业发展的瓶颈,研发了基于逆向萃取原理的淀粉提取设备,经过对提取装置的改进,工艺条件的优化,淀粉提取率达9 0%以上;木泰华8研究了我国薯类加工产业现状指出,国产甘薯淀粉加工设备,耗水、耗电量高、平均淀粉提取率低于8 5%,综合利用率低,资源浪费严重,应加强研究与开发,建立和健全各项标准,加快与国际接轨的步伐;罗文征9研究了越南木薯淀粉加工设备的发展现状,对木薯淀粉生产工艺流程,关键设备进行了分析,指出中国木薯淀粉加工设备和世界先进设备相比,还存在一些技术缺陷,需要针对性的改
21、进;杨坡平研究了世界木薯淀粉加工设备的现状,荷兰的H o v e x和丹麦的I S I代表了世界木薯淀粉设备的先进技术,在水和动力消耗方面具有明显优势,在今后一段时期内,技术优势仍将成为影响投资者选择设备的主要因素;彭常安等采用锉磨机、高速碟片分离机、卧式刮刀离心机脱水、气流干燥加工葛根淀粉的提取率比传统加工方法提高3 0%以上;万凯1 0研究了班处理1 0 t鲜葛根加工厂的设计方案,优化工艺和设备,提出总体设计要求和企业管理规划。2.2 应用分析从文献分析,国内对葛根淀粉加工工艺和设备的相关研究较少,时间也比较旱,近十年来,葛根淀粉加工的规模和技术在不断进步,机械化水平已有较大的提高。本文结
22、合多年推广实践应用,借鉴文献研究1 1,总结葛根淀粉加工工艺设备的技术要求,通过对新技术的应用推广,推动葛根淀粉加工高质量的发展。2.2.1 清洗工段鲜葛根带有泥砂、杂草,加工前必须清洗,清洗的第8期周玉姣 等:葛根淀粉生产关键技术设备应用分析1 0 5 质量对淀粉的灰分指标影响较大,也是生产非连续稳定的重要因素。国内对葛根专用清洗机的研究不多,企业一般都是沿用薯类清洗机清洗葛根,而葛根表面粗糙、裂纹夹砂多,含砂量5%,薯类清洗机一次清洗葛根除净率远低于9 5%9 8%的工艺要求,如果后续碎解设备是锉磨机,除净率要求会更高一些。薯类(马铃薯、甘薯、木薯)清洗机基本形式有U型洗槽、滚筒清洗机。U
23、型洗槽:物料浸泡在水中,利用槽中带螺旋叶片的转轴进行输送,原料在水中被叶片搅拌、翻滚,薯类除净率8 0%以上。滚筒清洗机由清洗滚筒、托辊、螺旋导板、喷淋管等组成,清洗滚筒由扁钢或圆钢条焊制,内有螺旋导板,物料在水流的冲刷下,在筒内不断翻滚摩擦着向前运动被清洗,薯类除净率9 0%左右。冯卓然1 2针对滚筒清洗机的问题,设计了鼠笼式马铃薯清洗机,除净率可达9 5%;乔永钦等设计了Q X J-1 5 0型薯类清洗机,在滚筒式清洗设备上增加毛刷、喷淋,提高了清洗效果。国内对葛根清洗效果较好的是采用二次清洗工艺,初清洗采用改进后的U型洗槽将大的泥沙杂质清洗掉,二次清洗采用自主研发的毛刷卧式滚筒清洗机。通
24、过喷淋、滚筒转动摩擦,尼龙毛刷强力清洗掉葛根表面的夹带泥沙,除净率达到9 8%以上,实用效果很好。虽然增加了设备投资,但保护了后续设备,减少了除砂难度,生产的效率和连续稳定性得到提升,取得了较好的经济效益。2.2.2 碎解工段碎解的目的是尽可能使葛根的细胞破裂从中释放出淀粉颗粒,碎解设备是生产线的关键设备,其性能对连续稳定生产、耗能节水和淀粉提取率影响较大。葛根纤维含量高,碎解时尽量避免皮渣纤维破碎过度,便于淀粉分离又不降低淀粉的提取率。贺金卫以湖南薯类淀粉加工设备为例,介绍国内应用的碎解设备主要有薯类磨浆机、爪式碎解机、锤片式碎解机和锉磨机,简述部分设备的原理和结构;张清泉等研究指出,我国绝
25、大多数薯类淀粉加工厂普遍采用通用锤片式粉碎机和低速锉磨机,这些设备处理量小、淀粉游离率低、对淀粉颗粒和纤维结构破损严重、功耗高、噪声大、可靠性低,国产低速锉磨机淀粉游离率通常在9 2%左右,高效锉磨机经过消化吸收取得较大技术进步,淀粉游离率为9 8%,生产率也得到提高,高效锉磨机是目前薯类碎解效果最好的设备之一,是大、中型薯类淀粉加工企业碎解工段的首选机型。根据文献检索结果发现,当前关于葛根碎解设备的研究比较少。各种碎解设备的性能和适用范围是不同的,磨浆机淀粉游离率可达9 0%以上,但作业效率低,只适用于作坊式生产;爪式粉碎机的转子为悬臂式结构,当产能提高,转子线速度加大时振动剧烈、可靠性差,
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