碾米特性研究3：大米拋光技術?

英國于1860年開發出了第一臺立式研磨碾米機。這些機器包括一個帶有研磨輥的絲網研磨室。糙米從上部入口進入，精米從下部出口離開。麩皮通過絲網排出。這項技術很快傳播到緬甸，因為總部位于倫敦的鋼鐵兄弟股份有限公司擁有緬甸80%的碾米廠（1871年建立了緬甸第一家碾米廠），并采用了英國技術。

到第二次世界大戰期間，緬甸在熱帶地區擁有最先進的碾米技術。

19世紀70年代，美國發展了砂漿式碾米。谷粒是通過下拉產生的摩擦接觸進行研磨。

低速水平研磨技術于1890年在美國發展起來，最初設計用于去除咖啡豆的果皮。它代表了現代拋光技術的開端，但效率低下，且導致大量米粒破碎。

1920年：日本在這項技術上取得了進步，其主要提高負載穩定性，使機器能夠以更高的處理量運行。增加了轉子和滾筒之間的軋距，導致篩網需要更大的空間才能發揮作用去除麩皮。為了提高機器效率，通常會在糙米中添加石粉，通過控制設備出口大米流量來改變機器碾磨作用。

1955年，日本出現了一種新設備，具有鋼制篩網和通風功能。現代拋光技術就是圍繞這一概念發展起來的。

1975年發明了現代加濕拋光機。它能比干法加工更有效地去除谷物縱向凹槽中的灰塵、麩皮和糊粉層。大米分兩個階段拋光。首先，通過進料螺桿進入室中的大米通過水霧加濕。加濕水平可以由機器操作員基于離開機器的產品的質量來設置。根據正在加工的大米品種和所需的加濕水平，流速可變化至約40升/小時。過度加濕會導致谷物表面退化。一旦加濕，大米就會隨著旋轉凸輪軸移動谷粒而產生珍珠般的光澤。

凸輪輥分為兩部分。在第一階段，四個葉片略微傾斜，以便于米粒過渡運動。

在機器的后半部分，葉片與軸平行運行，更有利于拋光作用。

凸輪輥上的孔能夠提供負壓，這是為了去除麩皮。如果沒有負壓，麩皮會留在機器內部并堵塞機器。吸氣的第二個功能是冷卻作用，因為米粒通過摩擦作用加熱，高溫波動會導致其破裂。

在拋光過程中，谷粒外觀更光滑。沒有任何方法可以描述真正的拋光程度，而是依靠經驗來確保產品的質量。然而，已經有一些嘗試來量化特定的研磨性能，例如白度。

拋光機使用一些可更換的部件，以最大限度地延長機器壽命。定期更換的主要部件是篩網。

兩個篩網一起形成一個完全圍繞中心旋轉葉片的八角形圓柱體。兩半安裝在兩側，并相互折疊，以便更快地更換。

篩網材質是經過處理的鋼板。鋼的氮/碳化合物會使鋼表面更堅硬。氮化是一種最早發展于20世紀初的工藝。它涉及通過將氮熱化學擴散到表面來對含鐵金屬進行表面硬化。氮碳共滲是這一過程的延伸，包括氮和碳向表面的擴散，以提高鋼的硬度。除了提高耐磨性外，經過處理的表面還提高了疲勞性能和耐腐蝕性。此外。氮碳共滲可以增加工具鋼的摩擦系數和耐磨性以及表面粗糙度和硬度。

流入拋光室的流量通過改變大米流動的入口間距來控制。還有一個預進口截止閥，用于完全停止流量。在現代研磨中，可以通過調節機器的輸出來實現負載的自動控制。流量被覆蓋在出口上的加重板阻擋，從而在機器中形成壓力。

通過觀察電機的電流來監測流量（對于滿室，通常在40A和70A之間）。這不是流量的直接測量，因為電機的電流也因大米的各種特性、體積特性和水分的添加而變化。

拋光度可以通過兩種方式改變。首先，在阻止顆粒流出的過程中，顆粒被認為在拋光室中停留的時間更長，從而導致更大程度的拋光，盡管存在更高的破碎顆粒百分比的風險。

其次，水霧的加入大大提高了拋光的程度，盡管過多的水霧會降低顆粒質量，在極端情況下會在機器內造成堵塞。

可以說，迄今為止最全面的碾米技術文獻來自日本發明家和開發商Toshihiko Satake。自1928年以來，他花了60多年的時間開發、設計和改進研磨機。關于拋光技術，Satake列出了四個主要作用，有助于顆粒的平滑和白化，包括摩擦作用、剪切作用、沖擊作用和磨削作用。

（1）摩擦作用

在一定水平以上，碾米過程中產生的動摩擦表現為大摩擦力撕裂大米，但在該水平以下，摩擦表現為熱。也就是說，這種摩擦作用可以有效地分為有效摩擦（撕裂）或無效摩擦（加熱）。撕裂作用是低速研磨中的基本作用，并且效率極低。

撕裂發生在100g/cm2或更高的平均壓力和600m/min或更低的速度下，并在麩皮上產生深而長的切口。

（2）剪切行為

剪切是低速研磨機中的另一種典型動作，通常與撕裂動作結合發生。它發生在100g/cm2或更高的平均壓力和600m/min或更低的速度下。它包括使用邊緣或刀片去除麩皮，例如拋光機篩網中的槽邊緣。在低速系統中，麩皮被切得又長又深，形成大塊的麩皮。

（3）研磨作用

研磨是在速度超過600m/min和壓力低于50g/cm2時發生的高速作用。在研磨過程中，麩皮被淺切并研磨成小塊。它是一種剪切作用，結合了沖擊和摩擦以更高的速度沖擊。

（4）沖擊作用

沖擊是以600m/min或更高的速度發生的高速作用。較低的速度會造成無效的沖擊。由于沖擊過程中的次要作用往往成為有效作用，因此很難對沖擊作用進行實驗。

（5）攪拌

均勻研磨需要攪拌。麩皮不是一次從整個谷物表面去除的，因此需要攪拌以確保麩皮在整個谷物上被去除并抹平。

為了使顆粒的光澤比標準拋光更高，可以使用增白機（圖24）將顆粒打磨成光滑的珍珠狀表面。

大米增白使用了一種自上而下的立式研磨機，與大米拋光機的工作原理相似，但使用的不是凸輪輥，而是磨石。立式增白機具有圓柱形研磨室，包括具有與拋光機中類似構造的槽的篩網。空氣抽吸有助于確保有效去除麩皮。大米通過進給螺桿進給，白化強度通過配重和擋圈控制，配重和擋圈可用于增加腔室中的壓力。

考慮到產量，谷物研磨是一個相對便宜的過程，但由于其磨損快，對可更換部件的要求可能會提高研磨機的財務成本。這可能導致磨坊主尋求比同類更換部件更便宜的替代品，這可能會導致部件過早失效。雖然這是一個已知的問題，但成本始終是主要驅動因素，因此更便宜和質量較差的部件的貿易將繼續。然而，這確實突出了對研磨機進行獨立分析的必要性，而不是依賴于磨坊主的證據。