一种葛根粉加工成套机械系统及方法与流程

本发明涉及的是农产品加工的技术领域，尤其涉及的是一种葛根粉加工成套机械系统及方法。

背景技术：

葛根是传统的药食同源类原料，为藤本植物的肥大块根，按照不同年份和野葛、粉葛的区别，含有约20-30％的淀粉，同时含有12％的黄酮类化合物，如葛根素、大豆黄酮苷、大豆素、刺芒柄花素等营养成分，还有蛋白质、氨基酸、糖、和人体必需的铁、钙、铜、硒等矿物质，是老少皆宜的名贵滋补品，具有一定的防癌抗癌之功效，有“千年人参”之美誉，既有药用价值，又有营养保健之功效。

在人类发展过程中，葛根除作为中药材使用外，普及和食用最广泛的就是葛根粉。目前现有的葛根粉加工技术设备单一陈旧，长期处于原始加工状态，人工较多，费工费力，安全性能低，成本较高，生产效率低下，不能实现连续生产，清洗、生产用水量大、排放多，污染环境。

清洗是所有葛粉加工中第一个环节，其质量直接关系到产品的品质和后续程序。野生和栽培葛根表面凹凸不平，形状各异，大小不一，重量从几公斤到几十公斤重，造成目前在前期葛根表面清洗困难，目前使用的基本上市马铃薯或者甘薯泥沙清洗设备，一般为滚筒式，通过旋转去除葛根表面的泥沙，有以下几个缺陷：一是对葛根缝隙中的微小泥沙清洗不干净，二是对湿润的泥沙不能有效清除，三是非连续作业，提高劳动成本，四是较大的滚筒对劳动者有一定的危险，安全性不高。目前，常规的葛根清洗耗水量巨大，平均每吨葛根需要耗水1.8吨左右，而且泥沙清洗不干净，还会影响葛粉的出粉率和出粉效果。中国专利文献公开了“一种葛根清洗装置”(专利号：201220516800.5)，该装置虽然一定程度上节约了水资源，但由于葛根外形和大小的不规则性特点，其清洗效果并不理想。

葛根的粉碎是葛粉加工中最重要的一个环节，直接关系到出粉率和经济效益。目前粉碎主要使用刀片式切割，锯齿式刮销，或者锤式粉碎，因为葛根富含纤维素、木质素等纤维，以上设备效果均不理想，刀片式、锤式容易纤维缠绕卡死电机，锯齿式效率太低，并且人工成本高、安全性能低。作坊式的葛根淀粉加工以手工为主，2012年以来机械化程度也在不断提高，孙庆杰等采用集薯机、输送机、滚筒式清洗机、飞锤式碎解机、120℃压力曲筛、立式离心筛，蝶式分离机研究了葛根淀粉工业连续化生产工艺，通过筛分、离心等工艺，将葛根中的淀粉与纤维、蛋白及其它杂质分开制取葛粉，但是飞锤式对木质素和纤维素破碎粉碎效果不是很理想，导致出粉率较低。对辊破碎机是一种广泛用于各种物料的破碎，为了进一步推动葛粉加工的自动化、系统化、产业化、规模化生产和加工，降低人工的劳动强度和提高安全性能，设计一种双对辊粉碎设备,以利于葛根破碎。

为了进一步推动葛根的产业化、系列化生产和加工工业的规模化经营,降低人工清洗的劳动强度，提高资源的利用率,节约水资源，实现节能减排等前提下生产高品质的葛根粉，急需要设计一种新的葛根粉加工成套机械系统和工艺。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种葛根粉加工成套机械系统及方法，已解决葛根清洗不彻底、浪费水资源、粉碎效果不理想、出粉率低等技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种葛根粉加工成套机械系统，包括超声波辅助清洗机、上下双对辊葛根粉碎机、超声波震荡葛粉提取机、旋流除沙离心机、三足吊袋卸料固液离心脱水机和热泵低温干燥房，所述超声波辅助清洗机的出料口设于上下双对辊葛根粉碎机的喂料口上方，所述上下双对辊葛根粉碎机内设有冲水装置，其出料口通过一运输管道与超声波震荡葛粉提取机的进料口连接，所述超声波震荡葛粉提取机的出料口通过另一运输管道与旋流除沙机，其出料口与三足吊袋卸料固液离心脱水机的进料口连接，经三足吊袋卸料固液离心脱水机脱水后的葛粉进入热泵低温干燥房内干燥。

进一步地，所述超声波辅助清洗机包括清洗槽、超声波发生器、运输带，喷淋装置、支座和电机，其中：

所述清洗槽设置在支座上，所述清洗槽的底面分为呈漏斗状的漏斗区和向槽口倾斜的斜坡区，所述清洗槽的漏斗区的底端为清洗槽的最低点，并开设有出沙口；

所述清洗槽的内侧壁和底部均匀分布有若干超声波发生器；

所述运输带贯穿整个清洗槽，分为设于清洗槽漏斗区的水平段和设于清洗槽斜坡区的倾斜段，所述运输带的水平段浸没在清洗槽的水面下，所述运输带的倾斜段向上倾斜伸出清洗槽的水面外；

所述运输带的表面排列设有若干竖立的挡板，所述挡板上开设有圆形通孔；

所述喷淋装置设于运输带倾斜段的伸出清洗槽水面部分的上方，喷淋装置包括输水管道和三根喷淋管，三根喷淋管并列设置且均与输水管道连通，喷淋管上连接有喷淋头；

所述电机设置在清洗槽的外侧，电机与运输带通过联轴器连接，驱动运输带运动。

进一步地，所述上下双对辊葛根粉碎机包括上对辊组、下对辊组、支架、壳体和冲水装置，所述壳体固定在支架的一对立柱之间，包括上壳体和下壳体，上下双对辊葛根粉碎机的喂料口设于上壳体的顶部，其中：

所述上壳体底部呈锥形溜槽并与下壳体连通，主要用于收集物料和为下对辊组喂料，所述上对辊组设于上壳体内，包括具有连续波浪式咬合齿的同速滚轴的一对辊轮；上对辊组的破碎方式以挤压作用为主，可使圆柱状或类似圆柱状的葛根由弹性变形、塑性变形而至破碎压扁，用于对葛根等富含纤维物料进行粗破碎；

所述下壳体底部也呈锥形溜槽并与出料口连通，所述下对辊组设于下壳体内，包括具有断点波浪式细齿咬合齿的非同速滚轴的一对辊轮；下对辊组的破碎方式以挤压、锯切碎、剪切作用为主，用于对葛根等富含纤维物料进行进一步粉碎；

所述冲水装置设于下壳体的锥形溜槽上，为一排带压力的冲水口；冲水装置用于冲走粉碎后的物料，并减少物料与空气的接触，避免物料氧化，在水流作用下，粉碎后的物料通过运输管道运送至下一工序。

进一步地，所述上对辊组和下对辊组上均设有一调整装置，所述调整装置包括辊轮滑座、顶紧螺母、锁紧螺母和调节螺栓，上下对辊组中的调节辊轮设于辊轮滑座上，调节螺栓依次套设顶紧螺母、锁紧螺母，并穿过支架立柱与辊轮滑座连接，所述辊轮滑座与支架立柱之间的调节螺栓上还套设有弹簧，弹簧的两端分别与辊轮滑座和支架立柱抵接；调整装置用于调节上下对辊组辊轮之间的咬合距离，以控制粉碎物料的粒度大小。

进一步地，所述上壳体和/或下壳体上开设有透明材质的防堵塞观察门，由上至下依次为第一道防堵塞观察门和第二道防堵塞观察门，用于观察壳体内部粉碎状况，以及时排除障碍，避免堵塞。

进一步地，所述超声波震荡葛粉提取机包括超声波震荡仪和葛粉分离离心机，所述超声波震荡仪包括一封闭的腔室，腔室内壁设有若干超声波发生器，超声波震荡葛粉提取机的进料口设于腔室上端，腔室最低端设有出料口，该出料口通过运输管道与葛粉分离离心机连接。

进一步地，所述葛粉分离离心机由两台依次串联的60-80目和100-120目滤布的三足离心机组成，或为一台200目滤布的压力离心机，用于将葛粉和葛渣分离。

本发明还提供了一种利用上述葛根粉加工成套机械系统的葛根粉加工方法，包括以下步骤：

(1)将葛根放入超声波辅助清洗机中清洗；

(2)将清洗的葛根置于上下双对辊葛根粉碎机中进行粉碎，粉碎过程中间歇打开冲水装置进行冲洗，收集粉碎料液；

(3)将粉碎料液通过运输管道运输到超声波震荡葛粉提取机中，经超声提取处理，获得葛粉料液；

(4)将葛粉料液依次用葛粉去沙离心机和脱水机进行去沙和脱水，获得湿葛粉；

(5)将湿葛粉置于55-65℃的热泵低温干燥房内干燥，获得干葛粉。

进一步地，所述步骤(2)中，上下双对辊葛根粉碎机的上对辊组的咬合距离大于下对辊组，上对辊组的辊轮速度低于下对辊组。

进一步地，所述步骤(2)中，通过调节上下双对辊葛根粉碎机的上对辊组的咬合距离，控制上对辊组破碎的葛根成条状或扁饼状，且纤维长度不超过2-3cm；通过调节上下双对辊葛根粉碎机的下对辊组的咬合距离，控制下对辊组破碎的葛根成丝发状，且纤维长度不超过1-1.5cm，为后续出粉率提供保障。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供了一种葛根粉加工成套机械系统及方法，该设备自动化程度高，降低了人工清洗的劳动强度，收料方便，提高了资源的利用率，节约水资源，实现了在节能减排的前提下生产出高品质的葛根粉的目的，利于工业自动化生产的需要；整个设备从粉碎到脱水阶段处于封闭状态，大大减少了物料与空气接触而氧化的机会，从而减少了葛根的营养成分的流失，提取的葛粉外观洁白，品质佳。

附图说明

图1为超声波辅助清洗机的结构示意图；

图2为上下双对辊式葛根破碎机的结构示意图；

图3为上下双对辊式葛根破碎机中上对辊组的结构示意图；

图4为上下双对辊式葛根破碎机中下对辊组的结构示意图；

图5为上下双对辊式葛根破碎机中调整装置的结构示意图；

图6为超声波震荡仪的结构示意图；

图7为葛根粉加工方法的步骤流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种葛根粉加工成套机械系统，具有如图1-6所示的结构，包括超声波辅助清洗机、上下双对辊葛根粉碎机、超声波震荡葛粉提取机、旋流除沙离心机、三足吊袋卸料固液离心脱水机和热泵低温干燥房，下面结合附图对该葛根粉加工成套机械系统进行详细阐述。

如图1所示为超声波辅助清洗机的结构，包括清洗槽11、超声波发生器12、运输带13，喷淋装置14、支座15和电机16，其中：

所述清洗槽11设置在支座15上，所述清洗槽11的底面分为呈漏斗状的漏斗区11-1和向槽口倾斜的斜坡区11-2，所述清洗槽漏斗区11-1的底端为清洗槽11的最低点，并开设有出沙口11-3；

所述清洗槽11的内侧壁和底部均匀分布有若干超声波发生器12；

所述运输带13贯穿整个清洗槽11，分为设于清洗槽漏斗区11-1的水平段13-1和设于清洗槽11斜坡区11-2的倾斜段13-2，所述运输带13的水平段13-1浸没在清洗槽11的水面下，所述运输带13的倾斜段13-2向上倾斜伸出清洗槽11的水面外；

所述运输带13的表面排列设有若干竖立的挡板13-3，所述挡板13-3上开设有圆形通孔；

所述喷淋装置14设于运输带13倾斜段13-2的伸出清洗槽11水面部分的上方，喷淋装置14包括输水管道和三根喷淋管，三根喷淋管并列设置且均与输水管道连通，喷淋管上连接有喷淋头；

所述电机16设置在清洗槽11的外侧，电机16与运输带13通过联轴器连接，驱动运输带13运动。

如图2-5所示为上下双对辊葛根粉碎机的结构，具体为：

如图2所示，所述上下双对辊式葛根破碎机包括上对辊组21、下对辊组22、支架23、壳体24、调整装置25和冲水装置26，所述壳体24固定在支架23的一对立柱之间，包括上壳体24-1和下壳体24-2，所述上壳体24-1和下壳体24-2分别固定在一根水平柱上，其上分别设有一透明材质制成的防堵塞观察门27，由上至下依次为第一道防堵塞观察门和第二道防堵塞观察门，用以观察壳体24内部破碎机的工作状况。所述上壳体24-1顶部设有喂料口24-3，底部呈锥形溜槽并与下壳体24-2连通，主要用于收集物料和为下对辊组22喂料，所述上对辊组21设于上壳体24-1内，包括上a辊轮21-1、上b辊轮21-2和上电机21-3，所述上电机21-3通过传动带与上a辊轮21-1连接，驱动上a辊轮21-1转动，上a辊轮21-1与上b辊轮21-2为具有同速滚轴的一对相互咬合的辊轮，在上电机21-3驱动下，上a辊轮21-1带动上b辊轮21-2以相同的线速度转动，实现物料的粗破碎。所述下壳体24-2底部也呈锥形溜槽并与收料装置27连通，所述下对辊组22设于下壳体24-2内，包括下a辊轮22-1、下b辊轮22-2和下电机22-3，所述下电机22-3通过传动带与下a辊轮22-1连接，驱动下a辊轮22-1转动，下a辊轮22-1与下b辊轮22-2为具有非同速滚轴的一对相互咬合的辊轮，在下电机22-3驱动下，下a辊轮22-1带动下b辊轮22-2以不同的线速度转动。所述冲水装置26设于下壳体24-2的锥形溜槽上，为一排带压力的冲水口；冲水装置26用于冲走粉碎后的物料，并减少物料与空气的接触，避免物料氧化，在水流作用下，粉碎后的物料通过出料口，由运输管道输送到下一工序；

如图3所示，所述上a辊轮21-1、上b辊轮21-2为均一体成型有连续波浪式咬合齿的一对相互咬合的辊轮；上对辊组21的破碎方式以挤压作用为主，可使圆柱状或类似圆柱状的葛根由弹性变形、塑性变形而至破碎压扁，用于对葛根等富含纤维物料进行粗破碎；

如图4所示，所述下a辊轮22-1、下b辊轮22-2为具有断点波浪式细齿咬合齿的一对相互咬合的非同速滚轴辊轮；下对辊组22的破碎方式以挤压、锯切碎、剪切作用为主，用于对葛根等富含纤维物料进行进一步粉碎；

上对辊组21和下对辊组22上均设有各自的调整装置25，用于调节辊轮之间的咬合距离，以控制粉碎物料的粒度大小。调整装置25的结构如图5所示，包括辊轮滑座25-1、顶紧螺母25-2、锁紧螺母25-3和调节螺栓25-4，其中，上b辊轮21-2和下b辊轮22-2作为上对辊组21和下对辊组22的调整辊轮，分别固定在各自的辊轮滑座25-1上，调节螺栓25-4依次套设锁紧螺母25-3、顶紧螺母25-2，并穿过支架23立柱与辊轮滑座25-1连接。辊轮滑座25-1与支架23立柱之间的调节螺栓25-4上还套设有弹簧25-5，弹簧25-5的两端分别与辊轮滑座25-1和支架23立柱抵接。

所述超声波震荡葛粉提取机包括超声波震荡仪和葛粉分离离心机，所述超声波震荡仪如图6所示，包括一封闭的腔室31，腔室31内壁设有若干超声波发生器32，超声波震荡葛粉提取机的进料口33设于腔室31上端，腔室31最低端设有出料口34；所述葛粉分离离心机由两台依次串联的60-80目和100-120目滤布的三足离心机组成，腔室31的出料口34通过运输管道与60-80目滤布的三足离心机的进料口33连接，100-120目滤布的三足离心机的出料口通过输管道与旋流除沙机连接，用于将葛粉和葛渣分离。葛粉分离离心机也可用一台200目滤布的压力离心机代替，用于将葛粉和葛渣分离。

所述旋流除沙离心机为南阳市固德威机械装备有限公司生产的型号为gd-cs-3的旋流离心淀粉除沙设备，该设备利用离心分离和重力沉降的原理，当水流在一定的压力从除砂器进口以切向进入设备，会产生强烈的旋转运动，由于砂水密度不同，在离心力、向心浮力、流体曳力作用下，使密度低的清水上升，由溢流口排出，密度大的泥沙、金属物、污物在流体惯性离心力和自身重力作用下，沿锥体壁面落入设备下部锥形渣斗中，当累积在渣斗中的杂物达到一定程度时，只需开启，杂物即可在水流作用下流出旋流除砂器，从而达到除砂的目的。具有结构简单，安装方便，操作简单，可将淀粉中的泥沙去除，有效保证了淀粉的质量。

所述三足吊袋卸料固液离心脱水机为江苏牡丹离心机制造有限公司生产的型号为sd800或sd1000的吊袋卸料离心机，最高转速1500r/min，特点：除沙后的葛粉浆由管道从离心机上部加入转鼓，在离心力场的作用下，水相穿过过滤介质排出机外，葛粉截留在转鼓内，停机后用吊具将拦液板和滤袋一同吊出，在指定地点卸料，再进入低温热泵干燥房进行干燥。

所述热泵低温干燥房为内部设有热泵的封闭房间，其中设有温控系统，可控制热泵的温度，以保持干燥房内温度始终处于设定温度范围内。

本发明还提供了利用上述葛根粉加工成套机械系统进行葛根粉加工的方法，如图7所示，包括以下步骤：

步骤s1：将葛根放入超声波辅助清洗机中清洗。

步骤s2：清洗的葛根进入上下双对辊葛根粉碎机中进行粉碎，其中：

粉碎前对上下双对辊葛根粉碎机进行参数设置，包括：根据破碎要求，利用调整装置25调整上下对辊组21、22辊轮之间的咬合距离，所述咬合距离满足：上对辊组21的咬合距离大于下对辊组22；利用上下电机22-3控制上下对辊组22的辊轮转速，所述辊轮转速满足：上对辊组21的辊轮速度低于下对辊组22，可保证最佳破碎效果，且能够防止堵塞；

粉碎时，通过防堵塞观察门27观察壳体24内的破碎情况：

(i)通过第一道防堵塞观察门27观察壳体24内的葛根破碎情况，要求：葛根破碎成条状或扁饼状，并且纤维长度不超过2-3cm，如果达不到要求，调整上对辊组21辊轮之间的咬合距离；

(ii)通过第二道防堵塞观察门27观察壳体24内的葛根破碎情况，要求：葛根破碎成丝发状，并且纤维长度不超过1-1.5cm，保证淀粉充分游离，又避免将纤维过分破碎；如果达不到要求，调整下对辊组22辊轮之间的咬合距离；

(iii)若发现堵塞现象，则关闭系统，打开防堵塞观察门27清理堵塞物，然后关闭防堵塞观察门27，启动葛根粉碎机电机16反转，直至堵塞物完全清除；

粉碎过程中间歇打开冲水装置26进行冲洗，收集粉碎料液；

如果出料口的粉碎情况达不到破碎的要求，则单独容器接收，重新投入葛根破碎机进行再次加工，并调整上下对辊组21，22辊轮之间的咬合距离。

步骤s3：将粉碎料液通过运输管道运输到超声波震荡仪中，经超声提取处理后，依次通过60-80目和100-120目滤布的三足离心机进行离心分离，获得含淀粉浆液和葛渣，其中含淀粉浆液通过出料口进入下一处理环节，葛渣粘黏在滤布上，经吊袋卸料装置将其连同滤布一起吊出。

步骤s4：葛根表面粗糙，不光滑平整，无论如何清洗，都很难将泥沙去除干净，特别是细微的泥沙更难去除，是葛粉行业的一大瓶颈，而细微泥沙的存在极大影响了葛粉的基本品质。本发明利用旋流除沙离心机对葛粉料液进行去沙，可充分去除细微泥沙，保证除泥必尽。去沙后的葛粉料液进入三足吊袋卸料固液离心脱水机中进行脱水，获得湿葛粉；脱除后的液体中还含有一定比例浓度(0.2-0.5％质量比)的柠檬酸和水溶性黄酮等成分，收集后一定程度上与清水混合，可以成为冲洗用水再次利用，降低无水排放；

步骤s5：把脱水后的湿葛粉块取出，采用节能、低温的热泵干燥方式进行干燥，温度控制在55-65℃之间，烘干时间为6-12h；热泵低温干燥能够减少日晒等其它干燥方法促进葛粉颜色变深的问题，保证葛粉外观洁白，品质佳。

步骤s6：最后，将干燥的洁白的葛根粉进行分装，遮光常温保存、出售或留待深加工。

以上为本发明一种详细的实施方式和具体的操作过程，是以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。