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日本稻谷烘干技术及节能措施
日期:2019-04-26 作者:未知 来源:农机参考 点击:
 

日本的主食是大米,稻谷是其主要作物。随着消费者对大米口感的追求,日本稻谷烘干技术已经从单纯的量多便宜,逐步转变为追求美观、美味和安全、放心。

烘干技术也随市场需求,从原来的只考虑烘干效率,发展到现在同时注重烘干品质、节能和智能化。

1  概述

日本只有12%土地是可耕地,为了弥补此缺点日本使用系统化耕作零碎地,使得日本有世界最高的精密农业成果也就是单位土地产量世界第一,达到粮食自给率50%只用了560万hm2农地。

农业在日本是高补助与保护产业,日本政府鼓励小规模耕作,而不是美国的大规模耕作。尤其稻米是高保护产业,采用超高的490%的关税阻挡外国米,1988年之前还限制进口配额为总消耗量的7.2%以下。新规则公布后,日本关税更是提高到了778%。但是小麦、黄豆之类还是依赖进口,日本是欧盟最大的粮食出口对象。

2016年日本人口总量为1.27亿,其中农林业劳动力268万人,占4.32%。当前,日本年稻谷产量约900万吨,按照WTO的协议,日本每年还需进口77万吨大米,被称为MA米。日本是世界上单位土地产出量第一的国家,水稻单产超过5000kg/hm2。

在日本,水稻收获含水率一般为18%~20%,储存的安全水分为15%。日本的烘干机是从20世纪60年代开始发展起来的,通过技术进步和政府补贴政策的推动,早在1998年每100个农户平均烘干机保有量就达到42.3台,全国烘干机保有量在110万台以上。

在机械烘干中,个体农户约占70%,其中大约10%是自然干燥,利用大型共同烘干储藏设施(CE)有近800处,普通共同烘干设施(RC)约3700处,共同烘干比率为30%。共同烘干设备由农协建立,收取烘干服务费运营。

2  研发模式

日本烘干机的发展从20世纪60年代至今,从技术发展角度讲,基本上经历了平床静置式烘干机、普通循环式烘干机和连续式烘干机几个阶段,目前小型烘干机以1~8吨循环式为主导,大型烘干设备多为连续式。

1998年远红外循环式烘干机械开发出来以后,逐年被大量使用,目前用户新上的烘干机70%左右都是远红外型。

但远红外发生器是日本专业化工厂制造,并非烘干机企业自己生产。各烘干机制造企业生产的远红外烘干机也有差异,主要是远红外发生器在烘干机内放置的位置不同。

日本烘干机企业主要有我们熟知的金子、山本和佐竹,此外静冈、井关和大岛也生产烘干机。

烘干机年产量约3万台。这些企业都有80年以上的历史,技术力量雄厚、管理水平高、注重新技术的开发应用,生产自动化程度高,下料、折弯等都采用数控设备,焊接、成型加工和喷涂基本都是采用机器人。生产的烘干机质量好、精度高、自动化程度也高。

日本的烘干机研究组织主要分农林水产省下属的农业机械研究所和烘干机生产企业。农林水产省主要负责研究制定烘干机等农业机械有效利用的指导性政策和急需解决的重大科研项目管理,农业机械研究所主要进行烘干机有关的基础研究和先进技术开发,生产企业则根据市场需求负责开发系列化的烘干机产品,既有分工侧重,更有密切合作。

1993—1997年,农林水产省提出的适应21世纪农业发展的需求,支出专项科研经费资助“农业机械紧急开发事业”项目,由农业机械研究所和生产企业对急需的农业机械进行研究开发,其中包括远红外稻谷烘干机。

远红外烘干机具有节能、低噪音等优点,代表了日本当今烘干机的发展方向,目前有超过3万台在使用。

在烘干机研究开发方面,日本十分重视技术创新,舍得投入经费。农业机械研究所设有稻谷烘干加工研究、实验室,而烘干机生产企业均有相应的技术开发部,配备了精干的技术力量和现代化的研究和试验手段。

如对远红外烘干机的研究,日本政府在1993—1997年每年提供8000万日元(约合人民币500万元),由农业机械研究所牵头研制开发,待产品推向市场并有效益后,再根据贡献大小和事先的约定,给农业机械研究所利润分成。

3  品质保障措施

稻谷烘干的目的在于提高储藏和加工品质,因此,烘干过程中,适时收获、减少爆腰率、防止褐变等非常关键。

在日本,水稻的收获最佳时期是出穗后40~45天,积温大约900~1000℃。如果过了适当的收获时期,在降雨和结霜等气象条件变化时,会使生长着的稻谷站秆爆腰率增加。站秆爆腰率不但影响机械干燥的质量,也影响精米成品率和口感。

干燥速度快也容易增加爆腰率。在干燥初期,稻谷水分越低越要降低干燥速度,一般认为干燥速度在0.8%~1.00%/h以下比较适宜。同时,在用热风干燥时,不导致发芽能力和食味下降的谷温,大约为35℃。

如果将收获后的高水分谷物堆积放置,由于稻谷的呼吸热和微生物产生的活动热等原因,稻谷层内部温度升高,此时容易产生褐变。对于20%以上的高水分稻谷,应在8小时以内进行干燥。

除了控制烘干过程,日本在品质检测和信息溯源方面,建设也相当完善。

共同烘干设备一般是以混合处理为前提,在混合前需检查每个农户的原料品质。检测流程为:进料粗选后在稻谷称重量时采样测定水分,用样品烘干机将稻谷样品烘干到15%后,用自动检查装备砻谷成糙米,同时去除掉末熟粒而得到每个样品的整糙米率。

此外,使用食味计测定蛋白质含量,颗粒评定仪测定每个米样的内在和外观品质,根据测定结果综合决定每个农户稻谷的价格。

消费者对食品的安全越来越重视,共同干燥设备不仅要追求高品质和高效益,还导入了稻谷信息溯源系统,将生产加工流通中的所有信息,通过多种方式提供给消费者。

利用品质检测仪是保证品质、建立品牌的有效方法之一。一般蛋白质含量低的大米味道好,近来利用蛋白质分析仪进行低蛋白稻谷的分类处理备受关注。利用水稻生育诊断系统,通过稻田的彩色图像来推测稻叶中的含氮量,通过施肥管理最终控制大米的蛋白质含量。

稻谷收获时用食味计等仪器测定稻谷中的蛋白质含量,根据蛋白质含量的多少进行分类后再混合烘干,有利于优良稻谷的加工。

4  节能减排措施

节减化石能源来削减CO2发生量,已成为全世界应该解决的课题,节能减排是日本农业生产的重要任务之一。日本农业生产所需化石能源已经非常少,只占全产业的百分之几,日本政府仍以农业中生产量和种植面积最多的大米生产为中心,实施农业方面的减排。

日本农民每生产1hm2水稻所消耗的能源是3948千kcal,其中烘干约占40%。在烘干设备的CE中,连续式烘干机烘干3000吨稻谷时的CO2排出量为401.5吨,按每吨糙米折算的话为0.136吨,而循环式烘干机烘干2500吨稻谷时则为184.8吨和0.092吨。 

为了降低环境负荷,日本采取了低水分收割技术、远红外烘干技术、太阳能利用技术和稻壳混合烘干技术等实用技术。

低水分收割技术是指在收割的最佳期内尽量在水稻水分下降时收割,这样能有效减少烘干负荷。以低于2%正常水分收获进入烘干机,能源消耗可以降低23%,而且水分差越大,其削减效果就越明显。所以,在水稻收割期内,尽量达到低水分收割是对节能有效的。

远红外烘干技术是对远红外放射体进行加热,利用放射出的远红外线和放射体加热的残热进行烘干。所以,大多被利用到循环式烘干机内,不同的烘干机厂家,其放射体设置、热风室和集谷室等的位置有所不同。

远红外烘干机的节能效果受机种、稻谷初期水分、进料量、周围气候条件等多种因素影响,参考根据烘干成本,间接进行节能评价。以初期水分25%为例计算,远红外烘干机的成本较低,但具体低多少,没有具体的数据。

太阳能利用技术,是在玻璃室内或透明温室内,设置纵向相连接的平面单元式烘干箱,利用旋转型自动反转移送装置,使谷物搅拌混合横向移送同时进行烘干。此烘干方式受天气影响较大,雨天时需要辅助热源,晴天时不需要化石燃料,是利用自然能源的节能系统。

稻壳混合干燥技术是将高水分稻谷和烘干后的稻壳混合,反复混合使稻谷的水分移至烘干后的稻壳,直到达到最终烘干水分的烘干方式。

此烘干方式与循环式烘干机相比,可以节省煤油约30%、节省电力约40%,节能效果较高。但是,存在稻壳烘干设备需要使用化石燃料,需要混合仓和混合烘干筒仓等设备体积较大等问题。

除上述4项节能技术,日本还使用生物质燃料炉和储藏中的冬季冷气通风技术,都能够有效降低能耗。同时,目前日本还在尝试糙米烘干技术、生物质煤油混合利用热风控制技术等,降低CO2排放。

5  结束语

在日本,为了确保烘干效率,确保烘干品质,达到节能减排的目的,不断引入新的干燥技术,并导入新的科技手段,值得中国的烘干机制造企业学习。

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