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面筋分离原理分析及新型全自动洗面机

作者:嘉数科技工程师 | 日期:2015/10/8

   

在凉皮生产工艺中,面筋淀粉分离机是关键设备,以面筋淀粉分离设备的不同形态,把淀粉工艺区分为马丁法(洗面机采用此方法)、水力旋流法以及三相卧螺分离法等;以进入分离工段物料的不同形态,分为面团法、面糊法等。近几年凉皮产业得到空前发展,而凉 皮生产过程中的小麦淀粉工艺设备——洗面机的开发,却远远落后于凉皮生产的现实需求。洗面机不是源于于凉皮生产,而是借鉴于工业小麦淀粉生产,工业小麦淀粉生产同样需要洗面。我国小麦淀粉生产的工业化始于上世纪30-40年代,兴盛于80-90年代。上世纪80年 代以来,我国先后有上海、河南、江苏及新疆等地,引进了国外一些小麦淀粉生产线,但大多因能耗过高、工艺繁杂而相继搁浅。近些年来,对于面筋淀粉分离机与小麦淀粉生产工艺的技术研究得到了广泛的重视。

1.现有面筋淀粉分离设备的性能、特点与存在的工艺缺陷

洗面机在金属容器的下部设1-2根Z形搅拌棒或螺旋,由轴向电机驱动。使用时,启动电机,将水和面粉倒人容器内,搅拌成面团,停顿一段时间,待其醒发后,再进行搅拌、翻动、冲洗,产出面筋和淀粉浆。由于开始洗筋时面团中面筋网络尚未完全形成,其间 又夹携许多淀粉颗粒,如果用机械搅拌棒连续快速搅拌,会破坏面筋网络。因此,搅拌棒只能缓慢搅拌,频繁开停,且主要靠人工多次翻动,捞、摆、淘、洗和至少4次以上冲水、放浆等多道工序才能完成。由于在同一容器内进行多种操作,设备功能难免顾此失彼。如果 偏于和面、醒发而设计为低转速大力矩,则洗筋效率较低,分离效果差;如果偏于考虑洗面,则只能设计为适合第一遍洗面的中转速,同时还应采用大功率电机来适应和面时的大力矩要求,但仍然不能满足后期洗面高速需要,且用电消耗功率过大。无论偏于哪种设计, 都不能全面照顾和面、洗面的各个阶段,工人劳动强度都很大,不能连续生产,用水量也大。

1.2 旋流器与水力旋流工艺

旋流器主要是由圆柱体和圆锥体两部分组成。圆柱体顶部装有深入至圆柱体内部的溢流排料管,旋流器的工作原理是在离心作用下,使颗粒大小和密度不同的物料得到分离。物料在输送泵的压力作用下,从进料管沿切线方向.,进入旋流器,然后沿圆周方向高速旋转 ,由于离心力的作用,密度较大的淀粉颗粒具有较快的沉降速度,被甩向旋流器壁随螺旋流下降。通过底流口排出.这部分物料称为底流物,而相对密度较小的蛋白颗粒(絮状面筋)则具有相对较慢的沉降速度,在内层中心轴线附近呈螺旋流上升至顶部溢流口排出,这部 分物料称为溢流物。10mm旋流器的分割点直径 为3~7um。荷兰的K·S霍尼公司提出的这种水力旋流法。用于从面粉中提取淀粉和面筋。

面粉与水按一定比例在混合器内充分混合成糊状。送入贮浆罐。然后用泵将面糊和水送入1组9级串联的直径为10mm的旋流分离器中进行分离,每级旋流液被分离成重相和轻相2部分,在最后一级输送清水进行洗涤。从一级分离出来的重相液被送到筛分设备去除麸皮; 而从多级旋流中分离出来的轻相液则被送到另一组3级旋流器中再进行分离,从而在溢流中得到团块状面筋、B淀粉及水溶性物质.再把它们送到面筋筛加水冲洗后得到湿面筋。

这种工艺设备由于采用多级输送能耗偏大,同时面筋在进入旋流分离过程中,容易断裂,混入浆水中。因而。其分离效果及单位能耗也不十分理想,这套工艺由上海某粮科所于上世纪80年代后期引进我国。在嘉定应用,随后停产。

1.3 三相卧螺分离机及其工艺

卧螺分离机是一种卧式离心机,内部装有螺旋.螺旋的转速与转鼓的转速不同,速差在60r/min左右可调。这种离心机的分离因数在2000~4000之间.同时在溢流出口端设有喷嘴,可以分离出第三相一一中相.三相卧螺分离机也因此而得名。

三相卧螺分离机对原料要求比较高.其面粉要求具有高出粉率、高面筋含量、低灰粉、低破损率,接近我国国标特制二级粉以上。面糊制成后要求作均质处理.均质熟化后的面糊用偏心螺杆泵输入三相卧螺分离机。

三相卧螺分离机分离出的底流淀粉呈固体状,由螺旋推进器排出。戊聚糖的密度较小。主要分布在溢流中,其面筋尚未完全形成,需再次加水送人揉合机中搅拌、揉和,产生水和作用,使其形成膏状的浆体,再经熟化,稀释、搅拌,游离出淀粉,形成丝状小面筋,然 后再将其输送到分离因数为3000一4000的卧式螺旋沉降机中进行分离。由于这种分离机分出的底流还需要稀释,进人多级旋流器洗涤,在洗涤前还要通过碟片喷嘴离心机处理.所以可制取出较高纯度的淀粉和面筋制品,但是工艺复杂,操作麻烦.能耗大,成本高。

综上所述.小麦淀粉生产工艺呈现两极化的趋势:① 多数中小淀粉企业和全部凉皮生产企业基本采用洗面机(面筋机)和马丁法生产工艺;② 一些致力于标新立异的大型淀粉、酒精、味精企业,为抢占技术前沿,往往从国外引进全套淀粉生产工艺设备。马丁法生产 工艺,工人劳动强度大,水耗、电耗高。国外设备则工艺复杂、价格昂贵。

2 从面团糊的特性看面筋淀粉分离机的发展趋势

2.1 面团形成的过程及原理

面团形成是一个复杂的物理和生物化学的变化过程。面糊与面团的区别在于加水量的多少,面粉加水量从35%到95%,其加水量低于35%时不能成团.加水60%左右时可调制成面团,而加水量在70%以上时.则可调制成面糊(一般为方便起见简称面糊)。面团调制过程 中其物性变化分为6个阶段:原料混合阶段、面筋形成阶段、面筋扩展阶段、搅拌完成阶段、搅拌过度阶段和破环阶段。

2.1.1 原料混合阶段

将各种配入的原料、辅料混合用水调湿,但并未形成一体,水化作用只在表面进行,原料、辅料形成分散的松散状。

2.1.2 面筋形成阶段

随着搅拌的进行,蛋白质大量吸水膨胀,淀粉粒吸水增加。继续搅拌,水分大部分渗到面筋网络内部。全部被吸收,面团成为一体,水化作用大致结束。一部分蛋白质形成了面筋,此时面团易断裂,缺少弹性.表面湿润。从胶体化学角度,面筋形成是蛋白质胶体(干 凝胶)有限溶胀(胀润)的过程。从微观上看是促进麦胶蛋白相互作用,形成面筋网状结构,其中二硫键起着重要作用。

2.1.3 面筋扩展阶段

随着面筋的形成。水分大量渗透到蛋白质胶粒内面筋的网状组织内部。面团表面逐渐趋于干燥,较光滑,有光泽,具有良好弹性和延伸性。

2.1.4 搅拌完成阶段

面筋已完全形成,外观干燥、柔软,具有良好的弹性和延伸性。表面均匀、平滑和光洁,无断裂痕迹,无明显筋络,无大气泡,手感柔和,软硬适中,是面团最好状态。

2.1.5 搅拌过度阶段

如面团已完全形成后还继续搅拌,面筋超过搅拌耐度,开始断裂。面筋胶团中的水分又溢出,面团表面再次出水,出现粘性,滚动性增强,失去良好的弹性。

2.1.6 破坏阶段

若继续搅拌,由于过度氧化而引起面筋质地脆弱。加上酶的不断作用,出现淀粉液化,蛋白质部分分解,这时面筋完全破坏,面团成为半透明并带有流动性,粘性非常明显。

2.2 面筋与淀粉分离的过程及原理

面团或面糊形成以后,要使面筋与淀粉实现分离,首先,应有水的介入,没有水无论如何也分离不出面筋和淀粉;其次,要有能量,如果面团或面糊若静置放在水中,同样不能实现面筋与淀粉的分离。

有水、有能量可以实现面筋和淀粉的分离,问题的关健在于应用水的多少和能量注入多寡。现实工艺存在两极的倾向,面团法将面团置于水中,水的张力和机械的搅拌力使面筋过度撕裂、破碎,混入淀粉浆中,致使淀粉中蛋白含量增加。在水力旋流工艺中,过程泵及 其压力将面筋撕成絮状乃至断裂同样存在此类弊端。在三相卧螺与旋流工艺中,则注入过量能耗,以三相卧螺法为例,每吨原料面粉可节水3 t,而耗电则达数十千瓦以上。最终反映在成本上则是得不偿失。

其实面团(糊)形成以后,其本身就蕴含有一定的能量,这就是面筋颗粒相互结合、凝聚、收缩的力,而淀粉颗粒吸水后也有从面筋网络中逃逸、脱离的趋势,不过它们都还需要借助于水的张力和某种动力,用水不必将其浸入水中,动力也无需太大的能量,在一定意义 上讲“冲洗”和“蠕动”就足够了。

3 新型全自动洗面机

基于对面团性能及内在动力的研究,对传统洗面机加以改进.设计出一种能提高洗面速度、用电脑控制连续作业代替人工间歇劳动、使面筋与淀粉分离更快、更加清爽的面筋淀粉分离机——嘉数科技全自动洗面机。

该新型全自动洗面机所采取的技术措施是:1.采用小功率大齿比减速电机加变频器的设计,既满足了和面低转速大转矩的需要,也能适应初期洗面中转速和后期洗面高转速的需要,洗面速度快且洗出面筋清爽,同时非常节能省电,对没有三相大功率工业电的小凉皮厂 非常实用,即便是一次洗10包面粉的全自动洗面机也只需使用220v 4.4kw的单相电源;2.采用电脑数字控制技术控制整个洗面过程,和面、洗面过程中加多少水、搅拌多长时间、出浆浓度都由电脑通过数字化测量控制实现,无需人工干预;3. 加水、搅拌换向、放浆、出 面筋等全部动作都由设计巧妙的自动化机电动作机构完成,完全无需人工动作。

这种采用马丁法工艺的全自动洗面机与传统的人工操作洗面机相比,具有可实现连续化作业,缩短洗面时间,完全避免了人工劳动,提高劳动生产力,增强面筋淀粉分离效果,节能省电等优点。与国外引进的生产线相比,工艺更加简捷实用,设备更易操作,电耗大大 降低,更适合凉皮生产过程中的小规模面筋淀粉分离工艺需求。

目前,嘉数科技全自动洗面机已申请并获得了国家发明专利。

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