胡椒酶法與機(jī)械法聯(lián)合脫皮試驗(yàn)及結(jié)果分析

張 園，鄧怡國※，李明福，韋麗嬌，張曉紅，王業(yè)勤，李玉林，葛 暢

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，湛江 524091；2.湛江市一兀農(nóng)業(yè)科技有限公司，湛江 524088）

0 引言

在胡椒鮮果脫皮的眾多加工方法中，占據(jù)主導(dǎo)地位的水浸法脫皮浸泡時(shí)間約需5～7 d，加工周期過長，還存在水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，勞動強(qiáng)度大，白胡椒有異味等不足；化學(xué)脫皮法，成本較高，廢液污染環(huán)境，同時(shí)存在一定的安全隱患；酶法脫皮雖可縮短脫皮周期，但酶制劑成本較高，培育適用于胡椒脫皮更短周期的酶系也較復(fù)雜，目前技術(shù)還停留在實(shí)驗(yàn)室階段；機(jī)械脫皮可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成，但過程涉及的設(shè)備較多，工況復(fù)雜，同時(shí)機(jī)械缺陷也會導(dǎo)致脫皮不徹底、果核破損率高和浪費(fèi)較嚴(yán)重等問題，亦未能推廣應(yīng)用[1-3]。胡椒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展急需一種更加簡化的工藝和高效的脫皮設(shè)備以滿足市場發(fā)展的更高要求。

縱觀胡椒加工現(xiàn)狀，酶法、生物法以及水浸法等，拋開加工成本、周期、成品質(zhì)量等因素，完成最終的脫皮仍需人工進(jìn)行輔助。但隨著近年農(nóng)村勞動力的逐步匱乏，基本無人愿意繼續(xù)從事農(nóng)業(yè)一線生產(chǎn)工作，農(nóng)村面臨無勞動力可用的現(xiàn)狀，人成為發(fā)展農(nóng)業(yè)的最大瓶頸。而機(jī)械脫皮方式在緩解農(nóng)村勞動力緊缺方面雖有一定的幫助，但無論龐大的機(jī)組還是產(chǎn)品質(zhì)量、原料利用等方面依然制約其機(jī)械化發(fā)展的步伐。

基于胡椒加工規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展要求，胡椒鮮果脫皮的關(guān)鍵技術(shù)還難以符合相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，胡椒產(chǎn)品缺乏足夠的市場競爭力現(xiàn)狀并未根本解決，較大程度制約著胡椒產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，加強(qiáng)胡椒鮮果脫皮關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，著力開展高效、高品質(zhì)、無污染、低成本的新型加工工藝研究和配套設(shè)備研究意義顯著。

1 試驗(yàn)測試

1.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

胡椒鮮果酶法與機(jī)械法聯(lián)合脫皮作業(yè)的實(shí)施按照工藝試驗(yàn)方案開展，其中，胡椒鮮果預(yù)處理機(jī)（擊打式水域環(huán)境）的試驗(yàn)按照農(nóng)業(yè)部熱帶作物機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心樣機(jī)檢測試驗(yàn)大綱進(jìn)行，胡椒鮮果脫皮機(jī)的試驗(yàn)按照中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所發(fā)布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/RJ04—2015《胡椒鮮果脫皮機(jī)》（備案號：QB/440800651153—2015）的技術(shù)要求進(jìn)行。整體作業(yè)質(zhì)量與理論設(shè)計(jì)指標(biāo)和現(xiàn)有技術(shù)情況進(jìn)行比對分析評定。

1.2 試驗(yàn)方案及要求

1）試驗(yàn)用樣機(jī)技術(shù)狀況符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/RJ04—2015《胡椒鮮果脫皮機(jī)》的相關(guān)技術(shù)要求。

2）試驗(yàn)測試工作由操作熟練的專職技術(shù)人員負(fù)責(zé)，配備輔助人員進(jìn)行操作。

3）試驗(yàn)用動力設(shè)備初測能滿足試驗(yàn)要求。

4）試驗(yàn)用原料（胡椒鮮果）應(yīng)有代表性并能滿足試驗(yàn)要求。

5）選擇有代表性并符合工藝布局的場地，測時(shí)間不少于3 h，并留有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定區(qū)。

6）試驗(yàn)方案按照總體脫皮工藝流程進(jìn)行，詳細(xì)步驟見試驗(yàn)方法。

1.3 技術(shù)性能指標(biāo)

按照能量遞減規(guī)律和初步的工藝經(jīng)濟(jì)性分析，胡椒鮮果脫皮工藝及配套設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)需滿足表1的參數(shù)值范圍。

表1 脫皮工藝及主要參數(shù)設(shè)定指標(biāo)

1.4 試驗(yàn)項(xiàng)目與方法

1.4.1 胡椒鮮果表皮預(yù)處理試驗(yàn)

1）試驗(yàn)所需材料。胡椒鮮果穗采摘于廣東省湛江市徐聞縣廣東五一農(nóng)場的胡椒種植基地，采摘后8h內(nèi)運(yùn)達(dá)試驗(yàn)地中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，隨即開展試驗(yàn)。

2）試驗(yàn)用設(shè)備。胡椒鮮果表皮預(yù)處理機(jī)開展試驗(yàn)時(shí)，配套4.7 kW的可調(diào)速電機(jī)和旋鈕式指針顯示調(diào)速器，其它相關(guān)的儀器設(shè)備有：分揀平臺、漏/控水臺、乘水桶、水（軟）管、電子稱、紙筆等。

3）工序簡介。具體工藝步驟為：整穗胡椒鮮果篩分→按照試驗(yàn)方案分類稱量→開始入料試驗(yàn)（人工或傳送帶）→標(biāo)記分類乘裝→控水→分揀→脫粒率和預(yù)破損率測試。整個(gè)試驗(yàn)過程中為實(shí)現(xiàn)柔性擊打環(huán)境和稀釋胡椒表皮化學(xué)成分需注入一定的水量。

4）脫皮試驗(yàn)。胡椒鮮果的表皮預(yù)處理破損試驗(yàn)主要按照以下步驟：

工序a——胡椒整穗果篩分。采摘的胡椒果穗中有紅果或80%以上的黃果為合格果穗，試驗(yàn)用胡椒鮮果穗，需表皮沒有腐爛跡象，先除去采摘過程中的雜質(zhì)，再人工進(jìn)行篩分鮮果穗，等待試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所需的稱重分類[5,6]。

工序b——標(biāo)準(zhǔn)分類稱重。完成工序a的鮮果穗經(jīng)分類后，使用電子稱以25 kg為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位進(jìn)行稱重，依次乘裝為8份，準(zhǔn)備為試機(jī)及分類試驗(yàn)使用準(zhǔn)備。

工序c——入料試驗(yàn)。胡椒鮮果預(yù)處理機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程后，運(yùn)行10 min后確保機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，即開始準(zhǔn)備試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)將乘裝好的試驗(yàn)用鮮果經(jīng)人工或傳送帶喂入至進(jìn)料口，同時(shí)從注水孔注水。

手動調(diào)整水龍頭旋鈕，分別改變注水量大小2次，再利用調(diào)速器調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速2次，主軸轉(zhuǎn)速選取100 r/min和300 r/min兩檔，注水量以流量表閥門進(jìn)行控制，保持喂入速度均勻，每個(gè)試驗(yàn)方案胡椒鮮果用量為25 kg。

工序d——標(biāo)記乘裝。將承裝桶分別用號碼筆標(biāo)記記錄與試驗(yàn)記錄薄一并對應(yīng)，試驗(yàn)結(jié)束后的物料從出料口排出，人工對應(yīng)分類分別乘裝，待后續(xù)清洗控水用。

工序e——控水。對已乘裝在編號桶內(nèi)的胡椒果物料分別進(jìn)行獨(dú)立清洗，清洗后的胡椒鮮果依次放入控水臺進(jìn)行自然控水，待分揀和后續(xù)測試使用。

工序f——分揀結(jié)果及指標(biāo)測試（脫粒率和預(yù)處理率）。依據(jù)試驗(yàn)方案將控水完成后的胡椒果按照編號，隨機(jī)抽取，每份100粒，每次10份，使用器皿定量乘裝，分別清洗后肉眼觀察或觸摸觀察實(shí)際預(yù)破損情況，并對應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。過程中同時(shí)記錄每個(gè)器皿中未脫粒果穗數(shù)。

測試材料取材后，其余預(yù)處理鮮果投入復(fù)合酶浸泡池待酶制劑處理。

1.4.2 復(fù)合酶制劑處理試驗(yàn)

將胡椒鮮果表皮預(yù)處理試驗(yàn)后得到的預(yù)處理鮮果投入至已配比好的3%濃度，pH值7.0的復(fù)合酶恒溫水域中浸泡，根據(jù)后續(xù)工藝需要浸泡10～24 h后乘裝，以備脫皮試驗(yàn)用。同時(shí)做分類計(jì)時(shí)工作。

1.4.3 胡椒鮮果脫皮試驗(yàn)

1）試驗(yàn)用材料。經(jīng)復(fù)合酶制劑浸泡的預(yù)處理鮮果，分類乘裝待試驗(yàn)。

2）試驗(yàn)所需設(shè)備。胡椒鮮果脫皮機(jī)采用摩擦式工作原理，試驗(yàn)過程中配套2.2 kW的空調(diào)速電機(jī)和指針顯示調(diào)速器進(jìn)行，其它相關(guān)儀器設(shè)備有：分揀平臺、電子稱、乘水桶、漏/控水臺、水（軟）管、紙筆等。

3）工藝簡介。因脫皮后的胡椒鮮果表皮中有大量的果膠、糖類、胡椒堿、胡椒油等成分，粘性較大，因此整個(gè)試驗(yàn)過程中需在接觸水域模式下進(jìn)行，水流通在摩擦輪心上，水量可調(diào)。具體工藝為：復(fù)合酶制劑浸泡的預(yù)處理果分類→稱重標(biāo)記→入料試驗(yàn)→分裝→控水→分揀（測試脫皮率等）。

4）脫皮試驗(yàn)。胡椒鮮果的脫皮試驗(yàn)主要按照以下步驟進(jìn)行：

工序a——分類。經(jīng)復(fù)合酶制劑不同浸泡時(shí)間的預(yù)處理果，分類及編號。

工序b——稱重。完成工序a之后的胡椒鮮果，使用電子稱進(jìn)行分類稱重，25 kg為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位，乘裝為8份，待試機(jī)及分類試驗(yàn)時(shí)使用。

工序c——入料試驗(yàn)。將乘裝好的標(biāo)準(zhǔn)分類試驗(yàn)用胡椒物料，投入到脫皮機(jī)進(jìn)料口，均勻階段性調(diào)速注水并保持機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)，待試運(yùn)行一段時(shí)間后，各項(xiàng)指標(biāo)均勻，且確保機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，即可開始試驗(yàn)。

分別調(diào)整脫皮間隙卡位和使用調(diào)速器改變脫皮機(jī)主軸轉(zhuǎn)速2次（100～150 r/min），利用導(dǎo)料槽均勻控制進(jìn)料量，每次試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)單位為25 kg。

工序d——分裝。將脫皮試驗(yàn)完成的物料從出料口排出，分別用桶分類乘裝，并使用號碼筆記錄與試驗(yàn)記錄薄一并對應(yīng)，待清洗控水及后續(xù)流程用。

工序e——控水。將已編號的乘裝在桶內(nèi)的胡椒物料分別進(jìn)行獨(dú)立清洗，清洗后的胡椒鮮果放入控水臺進(jìn)行自然控水或風(fēng)干。

工序f——分揀（測試脫皮率）。將控水結(jié)束的胡椒果使用燒杯定量乘裝，每個(gè)編號（每種方案）隨機(jī)抽取10份，每份100粒，清洗后分別肉眼觀察（果膜損傷/脫皮不徹底等指標(biāo)）各方案實(shí)際脫皮情況，并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄；隨機(jī)定量乘裝后，再分別進(jìn)行果核損傷率和含雜率測試。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在相應(yīng)的工況下，胡椒鮮果表皮預(yù)處理率、試驗(yàn)生產(chǎn)率、單位時(shí)間耗水量、單位時(shí)間耗電量、脫皮及損傷數(shù)據(jù)測定，見表2—6。

表2 胡椒鮮果表皮預(yù)破損數(shù) 個(gè)

表3 純工作小時(shí)生產(chǎn)率 kg/h

表4 單位小時(shí)耗電量 kW/h

表5 單位小時(shí)耗水量 t/h

表6 胡椒鮮果脫皮率結(jié)果測定

通過表2—6試驗(yàn)測定數(shù)據(jù)，計(jì)算可得出該工藝各相關(guān)測定項(xiàng)目結(jié)果。各檢測指標(biāo)和參照指標(biāo)數(shù)值見表7所示。

表7 胡椒鮮果脫皮工藝試驗(yàn)項(xiàng)目檢測結(jié)果

3 結(jié)果分析及結(jié)論

通過試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析知：

1）胡椒鮮果脫皮機(jī)試驗(yàn)工作過程中，預(yù)處理及脫皮機(jī)整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作安全可靠，喂出料順暢，該胡椒脫皮配套裝備可較好的完成脫皮工作，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。當(dāng)脫皮裝置的間隙調(diào)整為2～3倍胡椒果直徑時(shí)，控制主軸轉(zhuǎn)速為100 r/min時(shí)，胡椒鮮果脫皮率可達(dá)到95%以上，同時(shí)，測得的果核破損率低于3%，采用接觸式水域工作原理，在確保脫皮效果的同時(shí)，可以較好的排出雜質(zhì)。

2）胡椒鮮果表皮破損預(yù)處理與復(fù)合酶試劑酶解處理聯(lián)合機(jī)械脫皮，可在24 h內(nèi)達(dá)到95%以上的脫皮效果，顯著縮短脫皮周期。

3）該胡椒鮮果脫皮總體工藝純工作小時(shí)生產(chǎn)率為153 kg/h，從試驗(yàn)情況來看，生產(chǎn)率大小主要取決于脫皮工藝技術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)性，并與操作人員熟練度、場地配套等因素有關(guān)。如實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，或配套設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容或性能提升，則生產(chǎn)率更高，反之則低。

4）整個(gè)工藝的最優(yōu)脫皮效率可達(dá)95.3%以上，果核破損率和含雜率可控制在3%和2%以內(nèi)，原料的損失浪費(fèi)還有進(jìn)一步減少的空間[7,8]。同時(shí)，脫皮率、果核破損率等與胡椒鮮果表皮預(yù)破損處理方式、酶制劑的選擇及作用時(shí)間、機(jī)械原理與機(jī)構(gòu)、操作方式、及配套設(shè)備可靠性等多個(gè)因素相關(guān)，本文的研究還有待進(jìn)一步精深化。