青核桃脫皮技術及其裝備

黃 波，樊學良，陳 鵬，汪小名，張文佳

（成都大學機械工程學院，四川成都 610106）

青核桃脫皮技術及其裝備

黃 波，樊學良，陳 鵬，汪小名，張文佳

（成都大學機械工程學院，四川成都 610106）

核桃的價值越來越得到市場的認可，采摘后的青核桃必須及時高效地脫去青果皮，否則易導致青果皮腐壞、果仁霉變，因此青核桃脫皮是核桃加工最重要的工序之一。通過總結(jié)國內(nèi)現(xiàn)有的青核桃脫皮技術與工藝，分析概述青核桃脫皮裝備的研究現(xiàn)狀，提出我國青核桃脫皮裝備發(fā)展的方向及趨勢，為青核桃脫皮裝備的進一步改進和研制提供參考。

青核桃；脫皮技術；裝備

0 引言

核桃具有較高的食用價值、藥用價值和經(jīng)濟價值，國內(nèi)、國際市場需求不斷擴大，核桃加工業(yè)隨之興旺，青核桃脫皮便是核桃加工中最重要的工序之一。我國作為核桃生產(chǎn)和消費大國，核桃種植面積和產(chǎn)量均居世界第1位，傳統(tǒng)脫皮技術（人工脫皮、堆漚脫皮、藥劑脫皮和凍融脫皮）的脫皮效率和效果已經(jīng)不能滿足核桃加工的需求，發(fā)展機械脫皮技術，研制青核桃脫皮裝備是目前核桃加工業(yè)提高青核桃脫皮效率、提升核桃品質(zhì)的必經(jīng)之路。

我國青核桃脫皮技術起步較晚，在2002年國內(nèi)才首次提出關于青核桃脫皮裝備的專利申請，從2007年開始，國內(nèi)關于青核桃脫皮裝備的研制才逐漸興起。目前，我國核桃加工業(yè)規(guī)模較小、技術水平較低，遠遠落后于發(fā)達國家，青核桃脫皮裝備存在著能耗大、適應性差、不能兼顧脫凈率和破碎率等問題。優(yōu)化現(xiàn)有青核桃脫皮裝備，進一步提升核桃的食用價值、藥用價值和經(jīng)濟價值，能有效促進我國核桃產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化、現(xiàn)代化發(fā)展。

1 青核桃脫皮工藝研究

1.1 脫皮理論

青核桃由外層的青果皮和內(nèi)層的核桃堅果組成，成熟的青核桃，外層的青果皮和內(nèi)層的核桃堅果彼此不再黏連，與核桃堅果相比，青果皮的脆性大、抗壓強度小。脫皮就是借助機械外力將青果皮與核桃堅果分離的一種工藝。當青核桃同時受到擠壓力和摩擦力時，擠壓力會迫使青果皮產(chǎn)生裂縫，而摩擦力則會迫使裂縫沿破裂方向延伸，在擠壓力和摩擦力的共同作用下，最終迫使青果皮與核桃堅果分離。青核桃外形呈橢圓形，分長軸和短軸2個方向，通過試驗對比，沿青核桃短軸方向施力，破損率更低、脫皮效果更好[1]。青核桃脫皮工藝的選擇，其主要依據(jù)包括脫皮成本、外形尺寸、核桃堅果殼厚和成熟度等。

青核桃脫皮原理見圖1。

1.2 脫皮技術

圖1 青核桃脫皮原理

目前，按照脫皮機械外力的施加方式不同，現(xiàn)有的脫皮技術主要有刮削脫皮、擠壓脫皮、切割脫皮和碰撞脫皮。

1.2.1 刮削脫皮

刮削脫皮是通過青核桃與刮削部件之間的相對運動，借助刮削部件對青果皮的刮削和摩擦作用，逐漸使青果皮與核桃堅果分離的一種脫皮技術。根據(jù)刮削部件的不同，分為鋼絲刷刮削和刀片刮削（柵條刮削）。與刀片相比，鋼絲刷彈性和撓性更好，因此鋼絲刷刮削破碎率更低，對青核桃成熟度、外形尺寸和殼厚等因素適應性相對較好。刮削脫皮的優(yōu)點在于，在脫皮過程中，青果皮裂痕的產(chǎn)生和青果皮與核桃堅果的脫離同時進行，對成熟度不高的青核桃也能進行脫皮。刮削脫皮的缺點在于，青核桃在脫皮過程中是沿長軸方向轉(zhuǎn)動，會出現(xiàn)長軸兩端青果皮未脫干凈的現(xiàn)象，脫皮效率較低。

刮削脫皮原理見圖2。

圖2 刮削脫皮原理

1.2.2 擠壓脫皮

擠壓脫皮是利用滾筒與壓板形成的擠壓腔，當青核桃處在擠壓腔時，通過滾筒與壓板對青核桃的擠壓作用，先將青果皮擠破，再利用摩擦作用使青果皮與核桃堅果分離的一種脫皮技術。擠壓腔的尺寸小于青核桃外形尺寸而大于核桃堅果尺寸。擠壓脫皮技術的優(yōu)點在于脫皮行程短、效率高、核桃污染程度低、果殼質(zhì)量和色澤良好。擠壓脫皮技術的缺點在于脫凈率受青核桃成熟度影響較大、破碎率受擠壓腔精度和殼厚度影響較大。另外，采用擠壓脫皮技術脫去的青果皮尺寸較大，造成核桃堅果與青果皮篩分困難。

擠壓脫皮原理見圖3。

圖3 擠壓脫皮原理

1.2.3 切割脫皮

切割脫皮是利用滾刀對青核桃的切割作用，先將青果皮割破，再利用摩擦作用使青果皮與核桃堅果逐漸分離的一種脫皮技術。切割脫皮技術具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、對青核桃外形尺寸適應性較好等優(yōu)點。切割脫皮技術的缺點在于脫凈率受核桃成熟度影響較大，核桃堅果容易被割刀割破果殼，致使破碎率較高。

切割脫皮原理見圖4。

圖4 切割脫皮原理

1.2.4 碰撞脫皮

碰撞脫皮是通過滾筒的高速旋轉(zhuǎn)，迫使青核桃繞長軸方向轉(zhuǎn)動，在受到相鄰青核桃擠壓力、摩擦力和離心力的作用下，逐漸使青果皮與核桃堅果分離的一種脫皮技術。滾筒旋轉(zhuǎn)的時間越長，青核桃的脫凈率越高，但時間過長，會影響脫皮效率，并且致使已脫去青果皮核桃堅果的果殼破裂。碰撞脫皮技術的優(yōu)點在于，其機具大都結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，并且能夠?qū)崿F(xiàn)不同外形尺寸青核桃的脫皮作業(yè)。碰撞脫皮技術的缺點在于，機具為間歇式作業(yè)，一次脫皮作業(yè)完成后，需要停機卸料才能進行下一次脫皮作業(yè)，因此不能連成生產(chǎn)線。

碰撞脫皮原理見圖5。

2 青核桃脫皮裝備研究

目前，我國青核桃脫皮裝備類型主要為刮削式脫皮裝備、擠壓式脫皮裝備、切割式脫皮裝備和碰撞式脫皮裝備。

2.1 刮削式脫皮裝備

刮削式脫皮裝備根據(jù)刮削部件與青核桃相對運動方式不同分為滾筒式刮削和鏈板式刮削。

圖5 碰撞脫皮原理

由劉東琴等人[2]設計的滾刷型青核桃脫皮機（圖6），集脫皮、清洗一體化，可連續(xù)脫皮作業(yè)。下柵板與螺旋毛刷輥偏心安裝形成楔形脫皮空間，且空間間隙可調(diào)節(jié)，適用于不同外形尺寸、不同成熟度的青核桃；配置4 kW電機，青果皮脫凈率可達到98%，破碎率1%。滾筒式刮削裝備的相關研究還有劉西寧等人[3]研制的6TXH-3600型青核桃脫皮清洗機，王合等人[4]研制的5T-70型青核桃脫皮機，此類裝備的滾筒轉(zhuǎn)速對脫皮作業(yè)有重要影響，轉(zhuǎn)速過高，破碎率增加，轉(zhuǎn)速太低時脫皮效率降低。另外，脫皮效率又受滾筒直徑限制，脫凈率受滾筒軸向尺寸的限制。

滾刷型青核桃脫皮機見圖6。

圖6 滾刷型青核桃脫皮機

由楊忠強等人[5]設計的核桃脫青皮機（圖7），該脫皮裝備可連續(xù)脫皮作業(yè)，通過間隙調(diào)整裝置和角度調(diào)整裝置可調(diào)整板刷與鏈板輸送帶之間的距離和角度，適用于不同外形尺寸、不同成熟度的青核桃脫皮作業(yè)。該脫皮裝備脫皮效率為3～5 t/h，青果皮脫凈率可達到93.2%，破碎率最低為1.4%。鏈板式刮削裝備的相關研究還有李忠新等人[6]設計的連續(xù)式青核桃脫皮機，此類裝備占地面積較大，結(jié)構(gòu)相對較復雜，加工制造成本相對較貴。

核桃脫青皮機見圖7。

2.2 擠壓式脫皮裝備

由王亞妮等人[7]設計的青核桃去皮機（圖8），該脫皮裝備由壓板和主動棍筒構(gòu)成的脫皮區(qū)域為楔形空間，壓板通過彈簧預緊力靠在主動輥筒表面，可以擺動，對青核桃外形尺寸的適應性較好。配置1.5 kW的電機，對于成熟的青核桃，脫凈率最高為95%，破碎率最低為1.5%。擠壓式脫皮裝備的相關研究還有陜西科技大學梁金生等人[8]設計的一種揉搓擠壓式核桃脫青皮機，楊家杰[9]設計的核桃青皮脫離機等，此類裝備脫下的青果皮尺寸較大，青果皮和核桃堅果的篩分效果不理想，需要人工分撿，不能用作自動化大規(guī)模脫皮作業(yè)。

青核桃去皮機見圖8。

圖7 核桃脫青皮機

圖8 青核桃去皮機

2.3 切割式脫皮裝備

由帕合爾鼎等人[10]設計的6TXH-600型青核桃脫皮清洗機（圖9），該脫皮裝備配置0.75 kW電動機，能二次脫皮，并且脫皮、清洗一體化，脫凈率95%，洗凈率 95%，脫皮效率為600 kg/h；固定柵條的螺栓上套有彈簧，通過調(diào)節(jié)彈簧的預緊力，可實現(xiàn)對不同外形尺寸、不同品種青核桃的脫皮作業(yè)，破碎率1%；滾刀在旋切滾筒外圓柱面上呈螺旋線分布，在切割青果皮的同時向前輸送脫皮中的青核桃，可連續(xù)脫皮作業(yè)形成生產(chǎn)線。馮宏波等人[11]研制的5QHT-500型青核桃脫皮清洗機等。此類裝備機械結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，對于農(nóng)戶、經(jīng)銷商和小型核桃加工企業(yè)均適用，市場需求潛力較大。

6TXH-600型青核桃脫皮清洗機見圖9。

2.4 碰撞式脫皮裝備

圖9 6TXH-600型青核桃脫皮清洗機

由王維等人[12]設計的齒輪齒圈式青核桃去皮機（圖10），該脫皮裝備可適用于不同外形尺寸、不同品種青核桃的脫皮作業(yè)，配置3 kW電機，脫皮效率500 kg/h，脫凈率95%，破碎率1%；在脫皮作業(yè)工程中，可通過支撐噴淋管外接供水裝置對脫去青皮的核桃堅果進行初步清洗，核桃堅果外觀色澤和品質(zhì)良好。碰撞式脫皮裝備的相關研究還有亓立峰[13]設計的青核桃脫皮離機，張增建等人[14]研發(fā)的一種桶式脫核桃青皮機等，此類裝備脫皮效率往往都不高，僅有500～1 000 kg/h，且都為間歇式脫皮作業(yè)，不能連續(xù)脫皮作業(yè)形成生產(chǎn)線。

齒輪齒圈式青核桃去皮機見圖10。

圖10 齒輪齒圈式青核桃去皮機

3 青核桃脫皮技術發(fā)展方向與趨勢

我國地理環(huán)境差異大，規(guī)?；N植的核桃品種超過400種。青核桃脫皮裝備要根據(jù)當?shù)赜脩粜枨?，結(jié)合區(qū)域發(fā)展實際，在滿足用戶需求的同時注重產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全，逐步向通用化、自動化和智能化方向發(fā)展。

目前應解決以下幾個矛盾：

（1）有效解決脫凈率與破碎率之間的矛盾。通過將刮削、擠壓、切割和碰撞脫皮技術進行有效組合，充分利用各類脫皮技術的優(yōu)勢，發(fā)展組合式脫皮裝備，使整機脫凈率最大化，同時破碎率最小化。

（2） 有效解決專用功能與多功能之間的矛盾。針對農(nóng)戶、小企業(yè)等發(fā)展通用性強的小型化專用脫皮裝備，針對大型企業(yè)發(fā)展集青核桃脫皮、清洗、烘干、分選等多個作業(yè)于一體的多功能連續(xù)作業(yè)裝備。

（3）有效解決智能化與低成本之間的矛盾?，F(xiàn)有青核桃脫皮裝備大多采用手動喂料，人工整理脫下的青果皮，嚴重阻礙了核桃加工業(yè)的發(fā)展。因此對自動化、智能化青核桃脫皮裝備的研究，有助于加速核桃加工業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。

4 結(jié)語

我國核桃資源豐富，要將豐富的資源轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，就必須大力發(fā)展核桃加工業(yè)。青核桃脫皮作為核桃加工最重要的環(huán)節(jié)之一，必須重視青核桃脫皮技術的理論創(chuàng)新，重視青核桃脫皮裝備的設計創(chuàng)新，優(yōu)化現(xiàn)有青核桃脫皮裝備，發(fā)展組合式脫皮裝備。根據(jù)不同區(qū)域的種植特點和農(nóng)戶需求，發(fā)展通用化、自動化和智能化脫皮裝備，以促進我國核桃產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；同F(xiàn)代化發(fā)展。

[1]江林曦.青核桃脫皮機的設計與試驗研究 [D].烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學，2013.

[2]劉東琴，盧軍黨，王維，等.滾刷型青核桃脫皮機的研制 [J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2016（12）：63-64.

[3]劉西寧，程明.6TXH-3600型青核桃脫皮清洗機的研制 [J].新疆農(nóng)機化，2012（1）：23-24.

[4]王合，張靜.5T-70型青核桃脫皮機的研究設計 [J].農(nóng)業(yè)機械，2011（36）：45-46.

[5]楊忠強，李忠新，楊莉玲，等.核桃脫青皮機的設計與試驗 [J].中國農(nóng)機化學報，2013，34（5）：190-194.

[6]李忠新，楊莉玲，楊忠強，等.連續(xù)式青核桃脫皮機：中國，201120227794.7[P].2011-06-30.

[7]王亞妮，盧軍黨，王維，等.一種青核桃去皮機的設計與試驗研究 [J].包裝與食品機械，2014，32（1）：32-34.

[8]梁金生，宋智超，張威.核桃擠壓揉搓脫青皮方式研究及機器設計 [J].南方農(nóng)機，2016，47（4）：12，26.

[9]楊家杰.核桃青皮脫離機：中國，200720105163.1[P].2008-08-20.

[10]帕合爾鼎，楊莉玲，楊忠強，等.6TXH-600型青核桃脫皮清洗機的研制 [J].新疆農(nóng)機化，2010（5）：11-12.

[11]馮宏波，史毅偉.5QHT-500型青核桃脫皮清洗機的研制 [J].農(nóng)業(yè)機械，2012（20）：67-68.

[12]王維，劉東琴，王亞妮，等.一種實用型青核桃去皮機的設計與試驗 [J].包裝與食品機械，2014，32（3）：14-16.

[13]亓立峰.青皮核桃脫皮機：中國，200720027957.0[P].2007-09-19.

[14]張增建，宋俊杰，程素杰，等.一種桶式脫核桃青皮機：中國，201320812568.4[P].2013-12-12.◇

PeelingTechnique and Equipment ofGreen Walnut

HUANG Bo，F(xiàn)AN Xueliang，CHEN Peng，WANG Xiaoming，ZHANG Wenjia
（School of Mechanical Engineering，Chengdu University，Chengdu，Sichuan 610106，China）

The value of walnut is getting more and more recognized by the market， the post-harvest green walnut must be peeled timely and efficiently，otherwise easily lead to green peel rot and the nuts mildew，so green walnut peeling is one of the most important steps in walnut processing.The paper summarized the existing peeling technology of green walnut and expounded the status quo of green walnut peeling equipment and pointed out development direction and tendency of green walnut peeling equipment.This text provided references and suggestions for further improvement and development of green walnut peeling equipment.

green walnut；peeling technology；equipment

S226.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.040

1671-9646（2017） 12b-0046-04

2017-09-15

黃 波（1991— ），男，在讀碩士，研究方向為農(nóng)業(yè)機械化。