揭露碾米機脫糠機理|適度加工

大米是世界上一半以上人口的主食，在去除麩皮層（碾米）后食用。雖然麩皮層僅占糙米總質(zhì)量的 10%，但麩皮層富含對人體健康有益的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、酚類化合物和抗氧化劑。其中，酚類化合物和抗氧化劑已被證明有助于預(yù)防冠心病和減緩糖尿病和阿爾茨海默病的發(fā)作。麩層對整個糙米的總酚含量為 50.3%，總酚含量為 69.5%。

以往對麩皮層去除機理的研究只是分別考慮了這兩個因素，導(dǎo)致對麩皮層去除機制缺乏深入和完整的了解。這種認識的缺乏不利于優(yōu)化適度碾磨工藝和改進碾米機的設(shè)計。因此，系統(tǒng)地研究谷物水平的麩皮去除機制，同時考慮到稻谷和碾米機的特性是本文的重點。

使用伊紅 Y-亞甲藍染色法對摩擦碾米機中麩皮層去除的模式進行了定性和定量研究。通過分析米粒在米篩上的運動特性，研究米粒不同部位米糠層的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，闡明了米糠有序去除的機理。

麩皮度用來描述碾米后米粒表面的麩皮殘留量，它可以直接反映麩皮層去除的程度。為了更好地觀察稻谷表面殘留的麩皮層，對稻米樣品進行伊紅Y-亞甲藍染色。

獲取大米的運動狀態(tài)：為了觀察米粒在米篩上的運動，搭建了如圖2所示的實驗平臺。實驗平臺由碾米系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)三部分組成（Dell，G3 3579；Phantom Multicam；Phantom Video player; PCCC 2.8). 碾米系統(tǒng)包括碾米機、電機和變頻器。為了便于觀察米粒在篩子上的運動情況，將原來的不銹鋼米篩換成了透明的亞克力米篩，形狀和大小都與原來的米篩完全相同。圖像采集系統(tǒng)包括高速相機（Phantom V5.1-4G Vision Research，Wayne，NJ，USA）和光源（XSJ2X1300-2，Seagull，中國上海）。

為了便于米粒的固定，將糙米的兩端切掉。一個研磨單元，由 1000目組成直徑為 50 毫米的圓形砂紙和一個底座，被放置在下剪切盒中。上剪箱固定，下剪箱在手輪的轉(zhuǎn)動下可靠滾珠向前移動. 法向加載裝置用于為米粒提供恒定的法向力。當下剪切箱移動時，上剪切箱內(nèi)的米粒相對于下剪切箱內(nèi)的砂紙滑動，使米粒的麩皮層磨損。

3.1 去糠層圖

通過對不同碾磨度的米粒進行染色，獲得了麩皮層的去除過程。如圖所示，根據(jù)麩皮的排列順序和特點，可將麩皮層的去除過程分為糙米階段、初級損傷階段、腹側(cè)損傷階段、背側(cè)損傷階段和拋光階段5個階段層去除。

為了定量分析麩皮層的去除過程，首先根據(jù)我們研究組開發(fā)的方法將稻谷分為三個不同的區(qū)域。無論碾磨時間長短，稻谷側(cè)面的麩皮度總是最低的，其次是稻谷腹側(cè)，背面是稻谷的麩皮度。米?？偸亲疃嗟?。這表明米粒側(cè)面的麩皮層先被去除，而背面的麩皮層最后被去除。

3.2 麩皮有序去除機理

去除麩皮層發(fā)生在碾磨室的中下部，室壓較高，而輸送室用于確保料斗中的米粒被連續(xù)輸送到碾磨室不參與麩皮層的去除。這意味著麩皮層初級損傷的發(fā)生僅取決于米粒與碾磨室中下部米篩的接觸。然而，上述結(jié)果表明，在碾磨室的中下部，米篩上的米粒幾乎總是以橫向與米篩接觸。這導(dǎo)致主要損害幾乎完全發(fā)生在稻谷的側(cè)面。

麩皮層的初級損傷幾乎完全發(fā)生在米粒的側(cè)面，因此當去除側(cè)面的麩皮層時，剩余的麩皮層幾乎只能從側(cè)面的邊緣開始逐漸去除。米粒之間的接觸造成的損壞。這是去除麩皮層的低效方法，不利于降低能耗或減少碎米。而且，在這個碾磨過程中，剛好出現(xiàn)了腹側(cè)麩皮層先于背側(cè)去除的現(xiàn)象。

在摩擦碾米機中，麩皮層按一定順序被去除。具體來說，先從米粒的側(cè)面去除麩皮層，然后沿著側(cè)面損傷的邊緣逐漸去除，然后在去除背麩層之前先去除腹麩層。此外，隨著研磨時間的增加，麩皮層的去除效率降低。由于在碾室中，米篩上的米粒幾乎總是通過側(cè)面與米篩接觸，所以在碾米時首先去除側(cè)面的麩皮層。大米和米篩之間的這種接觸方式導(dǎo)致初級損傷幾乎只出現(xiàn)在米粒的側(cè)面，這進一步導(dǎo)致米粒之間的接觸，僅使米粒剩余的麩皮層逐漸從橫向損傷的邊緣去除。這降低了碾磨效率，不利于減少碾磨過程中的能耗和碎米。背麩層的力學(xué)性能和組織結(jié)構(gòu)比腹麩層強，這導(dǎo)致在碾磨過程中腹麩層先于背麩層被去除。