传统小磨香油自动化生产车间设计探讨

时间：2024-08-31

李瑞国，韩延雷，徐慧，田延军

(齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省食品发酵工业研究设计院，济南 250013)

小磨香油是传统地方名产，在皖、冀、鲁、豫等地至今沿用着“小磨盘”和祖传技法酿制，讲究“淘、炒、磨、烫” 纯手工、无添加制作工艺，学名“水代法”。小磨香油采用石磨研磨，水代法提油(100℃以下)，属于纯物理方法制油，与压榨法、溶剂法等现代制油工艺相比具有操作温度低、营养成分及香味物质损失少的优点，产品呈琥珀色、香味浓郁、口感绵长，深受百姓喜爱。

目前，国内小磨香油大多以手工作坊生产为主，加工点众多，缺乏可靠的工艺参数标准，造成产品质量良莠不齐，影响了小磨香油的声誉。因此，在继承传统小磨香油工艺精髓的基础上，与现代加工技术装备紧密结合，大胆创新，采用机械化、自动化生产线升级改造现有手工生产方式，改善车间的生产环境和卫生条件，扭转小磨香油小、乱、差的市场现状，是确保我国传统名产小磨香油持续健康发展的有效途径。

本文重点讨论小磨香油的自动化生产工艺技术路线设计和车间布局设计，践行传统食品“秉承特色，升华传统”的发展理念。

1 传统小磨香油工艺技术的优化升级

1.1 传统小磨香油工艺的精髓

芝麻含油54%～58%，含蛋白质25%左右[1]，还含有粗纤维、维生素、芝麻素等。传统手工小磨香油技法的原理是：将芝麻炒熟磨细后兑入热水，利用油料中非油成分对水和油亲和力的不同以及油、水之间的密度差，经过适当搅动振荡，使油和亲水性的蛋白质、碳水化合物等分开，将油撇出。传统小磨香油制作流程：芝麻→清理→漂洗→炒籽→扬烟→吹净→磨浆→兑浆分油→过滤→沉淀→小磨香油[2]。

炒籽是小磨香油关键控制点。芝麻在焙炒过程中发生美拉德反应，使油脂产生浓郁的香味和诱人的色泽，但过高的焙炒温度会产生苯并芘。人工炒籽往往依靠手捻和看芝麻色泽控制火候。

石磨研磨是小磨香油的特色。好的石磨选用绿色砂岩，经过修型錾刻、套接、调整制得，研磨时转速低(30 r/min)、加工温度低(60～65℃)，能减少芝麻营养成分及抗氧化物质(芝麻木酚素类化合物、维生素E)的损失。

兑浆分油是小磨香油的关键环节。芝麻坯在晃油锅中兑入其质量70%～75%[3]的沸水，沸水分4次(总水量的60%、20%、15%、5%)加入，每次加水后控制相应的搅拌(或墩油)速度和时间，待油脂浮到表面后分几次将油撇出，完成以水代油的过程。芝麻含油量、兑水量以及兑浆温度与出油率有很大关系，手工生产时全靠操作师傅掌握。

1.2 继承和创新传统小磨香油工艺技术的自动化生产线

通过对传统小磨香油的工艺技术进行分析，提炼出传统小磨香油工艺精髓主要体现在：炒籽、石磨研磨、兑浆分油3个重点环节，在最大限度地保留其工艺特色的基础上，提出工艺自动化升级方案。

(1)自动恒温炒籽替代人工平底锅炒籽。引入在颗粒物料炒制或烘干领域广泛使用的燃气加热自动控温转筒式炒籽机，全程数字控制烘炒温度、烘炒时间及物料流量，实现闭式烘炒、负压排气，达到节能、环保要求以及连续生产的标准。

(2)采用电动石磨替代胶体磨或传统石磨。石磨连续运行2 h会起热，应停止2 h再恢复运行，可将电动石磨成组布置并配合自动泵料系统，实现连续生产。

(3)采用机械振荡分油替代传统大锅晃油。新型双锅机械振荡墩油机将搅油、墩油操作于一体并根据工艺随时转换，墩油机成组布置并设计真空出料管路系统实现连续生产。

其他工艺环节可大幅引进粮油加工成套装备，自动化升级方案包括粮食自动清理生产线替代手工筛分芝麻，芝麻自动清洗浸润生产线替代人工泡洗操作，熟芝麻风冷回凉筛替代人工扬烟除杂工序，负压输送分配系统替代人工推运熟芝麻，芝麻油控温充氮沉淀罐替代自然沉淀，自动灌装线替代手工灌装等，从而实现大规模、机械化、自动化连续生产。

经改进的小磨香油自动化生产工艺流程见图1。

2 小磨香油自动化生产车间设计

2.1 生产规模及产品方案

以设计年加工4 800 t芝麻的生产车间为例，单班制生产，年加工天数300 d计。具体产品方案为：

(1)小磨香油1 000 t/年。包装形式：玻璃瓶200～500 mL/瓶或PET瓶1～5 L/桶。

(2)芝麻酱1 000 t/年。包装形式：玻璃瓶200～500 mL/瓶或PET瓶1～5 L/桶。

(3) 熟芝麻1 000 t/年。包装形式：50 g/袋或25 kg/袋。

2.2 主要工艺设备选型

炒籽能力设计：为便于调控产能，可选择两条处理能力1 t/h的调质烘干炒籽成套设备，可年加工芝麻1×8×300×2=4 800(t/年)(年生产300 d，每天8 h)。

研磨能力设计：选择40台产能75 kg/h的电动石磨，年可研磨芝麻0.075×40×4×300=3 600 (t/年)(石磨研磨2 h歇2 h降温，计每天工作4 h)。约有2 600 t芝麻坯进入提油工序，约1 000 t芝麻坯经调配灌装为成品芝麻酱。

兑浆分油能力设计：兑浆时加入沸水的量=(1-芝麻坯含油率)×芝麻坯质量×2=(1-50%)×2 600×2=2 600(t/年)(芝麻坯含油率按50%计)，兑浆后物料的质量为2 600+2 600=5 200(t/年)。选择20台双锅墩油机，年兑浆分油20×0.24×2×2×300=5 760(t/年)(单锅有效容量240 kg，双锅型，4 h完成1锅，计每台设备每班提油2次)，能满足生产需求。

主要工艺设备选型见表1。

2.3 车间布局设计

车间建筑设计：小磨香油加工车间为丙类生产装置，东西长99 m，南北宽51 m，建筑面积5 742 m2。车间的主要加工区域A-G轴至13轴采用跨距为42 m的大跨度屋面，仅D轴保留一趟柱子，层高9 m，大空间便于生产线的布局。车间的辅助生产区域G-H轴至9轴以及8-9轴至G轴处做局部二层，两层层高均为4.5 m，一层作为人员更衣及动力等附房使用，二层作为参观通道及机房使用。车间平面设计详见图2。

区域划分设计：根据生产工艺和食品GMP要求对车间进行区域划分，以芝麻生、熟为工艺分界点，芝麻原料清理、原辅料暂存等划为一般生产区；炒制、熟芝麻包装、熟芝麻研磨制油等划为IV级洁净生产区；过滤精制后的香油灌装等划为III级洁净生产区。不同等级洁净区之间保持大于小于5 Pa的静压差[4]。

图1 小磨香油自动化生产工艺流程图

表1 主要工艺设备选型

图2 车间平面布置图

车间物流设计：芝麻原料从车间西北部进入，经清理、炒制、制油、灌装后从车间东部成品暂存区出货，辅料进、出集中在车间北部货厅区域。内包材从车间东部进入包材暂存间，经清包、缓冲、消毒后进入灌装间。

车间人流设计：生芝麻清理属前处理阶段，单独设置一个更衣间，与后续洁净区域的生产人员严格分开。主要生产人员从车间南部经门厅集中进入，设置一套总更衣系统，人员经脱鞋-脱外衣-洗手-穿工作服工作鞋(进入二次更衣的穿大褂)-手消毒-风淋，进入烘炒、制油等IV级洁净生产区；同时为进入III级洁净生产区的人员设计了二次更衣系统，即人员从总更衣系统出来后再经脱鞋-脱白大褂-洗手-穿洁净工作服工作鞋-手消毒-风淋进入小磨香油灌装区。在洗瓶间、灌装间等不能直接对外开门的封闭房间分别设置了面向逃生通道的安全门，保障紧急情况下人员可以及时疏散。

公用工程设计：在附房区域集中布置了配电、空压、制氮、自控、风机、空调等公用工程，靠近加工区的负荷使用中心，同时便于洁净空气、压缩空气和氮气的输送，降低生产能耗。