糙米发芽设备及控制系统的研究

【摘要】糙米是稻谷经过砻谷去稻壳后而得到的一种全谷粒大米。由于糙米保留了皮层、糊粉层和胚芽,因而口感差、蒸煮费时,但与精大米相比,其营养更丰富。有关研究表明,将糙米在一定条件下培养和催芽,得到由幼芽和带糠层的胚乳组成的发芽糙米,其营养价值更高。而且经过发芽后,糙米糠层的纤维被软化,使糙米容易蒸煮,口感改善,更易被消化并被人们所接受。因此,研究和开发糙米发芽加工装备,实现发芽糙米的工业化生产,对推动稻谷深加工技术和装备的发展、提高稻谷产品的附加值和营养价值,具有重要的研究意义和实际应用价值。本文在已有的糙米发芽工艺研究基础上,应用现代装备设计制造和控制技术,研究开发一种发芽糙米加工系统,主要研究内容包括：1.根据糙米发芽的工艺要求,设计开发了一种2000kg/批次、带搅拌装置的夹套式糙米发芽系统。系统结构部分主要由立式发芽罐、热水循环装置、通风装置、搅拌装置、喷淋装置和出料装置等组成。发芽罐采用立式夹套结构,糙米置于罐内,夹套中通入热水,以确保罐内糙米的发芽温度保持在一个恒定范围；搅拌装置为一立式螺旋搅拌器,由一台电机驱动,通过对糙米进行定时翻动搅拌,以保证罐内糙米受热均匀；通风装置主要由1台风机和置于发芽罐内的通风管组成,通过风机的定时工作,向罐内补充糙米发芽所消耗的氧气；热水循环装置包括储水罐、循环水泵、电加热器和温度传感器,其主要功能是为发芽罐提供循环热水以维持发芽罐内的发芽温度,同时也分别为糙米浸泡加工和灭酶提供40℃和85℃的工艺热水。2.根据糙米发芽工艺以及技术参数要求,设计开发了糙米发芽系统的控制系统,控制风机、电机、水泵、开关电磁阀、流量调节阀和电热器或水蒸气阀等共10个执行机构。控制系统的硬件部分主要由PLC、触摸屏、温度传感器以及各种电磁阀等组成。PLC采用西门子S7-200系列的继电器输出式CPU224XP,触摸屏采用能提供人机界面标准功能的Smart700IE,发芽罐和循环水中的温度由温度传感器进行实时采集并反馈给PLC。根据工艺要求和要实现的功能,编写开发了系统控制程序。程序分为主程序和子程序两部分,主程序主要实现工艺参数赋值,自动运行或手动运行的选择、暂停、结束以及读取模拟量输入信号等功能；子程序主要完成自动控制、手动控制、系统初始化、清洗、浸泡、发芽和灭酶等具体功能。3.根据现有的糙米发芽加工工艺,首先在实验室中用培养箱进行糙米发芽试验。通过正交试验设计和分析,确定了糙米发芽加工的4个关键参数：浸泡温度、浸泡时间、发芽温度以及发芽时间的最佳工艺参数组合为,浸泡温度30℃,浸泡时间18h,发芽温度35℃和发芽时间24h。在选择的4组较好的工艺条件下,糙米平均发芽率为78%。然后用所开发的糙米发芽系统进行糙米发芽加工的验证性试验,结果显示,在所选的4组工艺参数条件下,糙米平均发芽率为70%。上述研究表明,所设计开发的的糙米发芽加工系统,通过夹套式带搅拌结构、热水循环保温和喷淋保湿,可以使罐内温度和湿度分布均匀、满足糙米发芽对温度、湿度和含氧量的工艺要求,系统能够完成除了进料和出料以外整个糙米发芽加工过程的自动控制,实现发芽糙米的自动化生产。
【作者】邹俊；
【导师】陈坤杰；
【作者基本信息】南京农业大学，农业机械化工程，2013，硕士
【关键词】发芽糙米；发芽罐；PLC；自动控制；发芽率；工业化生产；

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