花生仁光電色選工藝條件的研究

袁婷蘭，張友峰，曹佳茜，王珊珊，金青哲

(1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122； 2.阜新市食品檢驗(yàn)檢測(cè)所，遼寧 阜新 123000； 3.山東魯花集團(tuán)有限公司，山東 萊陽(yáng) 265200)

我國(guó)是世界花生生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國(guó)，花生總產(chǎn)量和出口量均位居世界第一。目前國(guó)內(nèi)花生產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)[1-2]。隨著花生精深加工業(yè)的發(fā)展和出口貿(mào)易的要求，對(duì)花生仁進(jìn)行快速分級(jí)，以提高花生仁質(zhì)量和加工品質(zhì)，已成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

油料清理時(shí)，對(duì)于比重、大小與正常物料相似的霉變粒、受損粒等，傳統(tǒng)的精選工藝常不能滿足要求。色選工藝可根據(jù)受損粒、霉變粒與正常物料的顏色不同，而獲得應(yīng)用[3]。色選機(jī)是集光、機(jī)、電一體化的高科技產(chǎn)品，是根據(jù)不同物料的光學(xué)特性差異，采用光電探測(cè)技術(shù)原理，將物料中顏色異常的或受病蟲害的物料、雜質(zhì)檢測(cè)出來(lái)，并利用高速氣流將其分離剔除的分揀設(shè)備。花生仁色選機(jī)是在大米色選機(jī)的基礎(chǔ)上研制而成的，可將花生仁中的霉變粒、異色病斑粒、破損粒等異色花生仁剔除，提高花生仁品質(zhì)，具有自動(dòng)化程度高、靈敏度高、穩(wěn)定、可靠等特點(diǎn)[4-5]。經(jīng)過(guò)色選后的花生仁，在品相、食用和加工特性上都具有很大提高。目前花生仁色選主要集中于色選機(jī)的設(shè)計(jì)與研發(fā)[6-9]，而針對(duì)花生仁色選機(jī)的工藝條件研究甚少。本文通過(guò)研究色選機(jī)不同性能參數(shù)對(duì)花生仁選凈效果的影響，采用正交試驗(yàn)確定色選機(jī)的最佳工藝條件，為花生加工提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

去殼花生仁，含水率為8%。

CF7+色選機(jī)，合肥美亞光電技術(shù)股份有限公司；ME3002E電子天平，梅特勒-托利多國(guó)際有限公司；白瓷盤；鑷子。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 色選工藝流程

試驗(yàn)地點(diǎn)為萊陽(yáng)魯花濃香花生油有限公司低溫壓榨花生油車間。花生仁經(jīng)過(guò)滾筒篩篩選、分級(jí)篩篩選、去石機(jī)去石后，從色選機(jī)上部的儲(chǔ)料箱進(jìn)入設(shè)備，通過(guò)振動(dòng)裝置，沿著給料分配槽下滑，進(jìn)入通道的頂部，沿通道下滑后進(jìn)入分選室內(nèi)觀察區(qū)，從背景板與監(jiān)測(cè)器間穿過(guò)。在光源的作用下，光電傳感器接收來(lái)自被選物料的合成光，使系統(tǒng)產(chǎn)生輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)噴射器，噴射出高速、短促和細(xì)束氣流將其中的異色粒吹至接料斗的廢料倉(cāng)內(nèi)排出。優(yōu)質(zhì)的成品花生仁繼續(xù)下落至出料口，然后輸送至下一加工工序[5,10]。

1.2.2 選凈率的測(cè)定

色選機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)0.5 h后，在合格品出料口接取樣品，共取4次，每隔10 min取1次，每次不少于500 g，將4次樣品合并后，按GB 5491—1985《糧食、油料檢驗(yàn) 扦樣、分樣法》分樣，至少取500 g樣品，參照GB/T 5494—2008《糧油檢驗(yàn) 糧食、油料的雜質(zhì)、不完善粒檢驗(yàn)》揀出異色粒，用0.01 g的天平稱重，然后按下式計(jì)算選凈率。

式中：η為選凈率，%；W1為色選樣品中異色粒質(zhì)量，g；W為色選樣品質(zhì)量，g。

1.2.3 帶出比的測(cè)定

色選機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)0.5 h后，從剔除物出料口接取樣品，共取4次，每隔10 min取1次，每次取樣0.5 min。將4次樣品合并摻勻后，按GB 5491—1985《糧食、油料檢驗(yàn) 扦樣、分樣法》分樣，至少取500 g樣品，參照GB/T 5494—2008《糧油檢驗(yàn) 糧食、油料的雜質(zhì)、不完善粒檢驗(yàn)》揀出異色粒，用0.01 g的天平稱重，然后按下式計(jì)算帶出比。

X=M1∶M

式中：X為帶出比；M1為剔除物中異色粒質(zhì)量，g；M為剔除物中正常粒質(zhì)量，g。

1.2.4 霉變率測(cè)定

按照GB 5491—1985《糧食、油料檢驗(yàn) 扦樣、分樣法》，取色選前后的花生仁樣品各500 g，觀察花生仁樣品是否有霉菌感染跡象，凡肉眼清晰看出有霉菌感染、帶霉斑的籽粒定為霉變粒，霉變率為生霉花生仁質(zhì)量占檢驗(yàn)樣品花生仁質(zhì)量的百分比。

1.2.5 純質(zhì)率檢驗(yàn)

純質(zhì)率為凈花生仁質(zhì)量(其中不完善粒折半計(jì)算)占試樣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。純質(zhì)率的測(cè)定按GB/T 5494—2008執(zhí)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 花生仁清理工序

進(jìn)入色選機(jī)的花生仁中不應(yīng)有石子、金屬等物質(zhì)，這就要求在初篩工序安裝合理的滾筒篩、分級(jí)篩、去石機(jī)、吸塵裝置等，一方面盡量清除編織袋布條、石子、塵土、碎小破瓣粒、紅衣等顆粒；另一方面減輕色選機(jī)的工作壓力，最大程度減少進(jìn)入色選機(jī)的異色粒含量，提高色選效率?；ㄉ试辖?jīng)過(guò)滾筒篩篩選、分級(jí)篩篩選、去石機(jī)去石后，進(jìn)入色選機(jī)篩選。滾筒篩可將花生仁原料分為大、中、小3類：小類主要為碎花生仁和一些輕質(zhì)的塵雜；中類主要是大小適宜的物料；大類主要為大顆粒的花生仁、石子、編織袋線、布條等雜質(zhì)。滾筒篩篩出的中類物料進(jìn)入分級(jí)篩中進(jìn)行篩選。分級(jí)篩一定孔徑的篩網(wǎng)可將碎小的雜質(zhì)(主要是破瓣花生仁和雜質(zhì))被篩出，篩選出來(lái)的大小適宜的花生仁被輸送到重力分級(jí)去石機(jī)進(jìn)行去石，去石機(jī)主要將物料中的石子剔除，同時(shí)通過(guò)排風(fēng)抽走輕質(zhì)雜質(zhì)和紅衣。經(jīng)過(guò)初步篩選后的物料進(jìn)入色選機(jī)，進(jìn)行色選。

2.2 花生仁光電色選工藝參數(shù)優(yōu)化

色選過(guò)程中，振動(dòng)頻率與色選機(jī)供料量有關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)喂料器的振動(dòng)頻率，可以改變色選機(jī)流量。流量過(guò)大，通道內(nèi)的料層過(guò)厚，影響光電探測(cè)器對(duì)異色顆粒信號(hào)的正常捕捉，色選的選凈率降低，帶出比?。涣髁窟^(guò)小，物料不能鋪滿整個(gè)通道，使物料在通道內(nèi)出現(xiàn)翻滾跳動(dòng)，同樣影響色選精度，同時(shí)料層太薄，產(chǎn)品的出率低，影響產(chǎn)量。一個(gè)色選機(jī)有上百的通道，要保證各通道內(nèi)料層厚薄均勻，就必須要求喂料器工作條件適宜，否則將影響色選效果。工廠一般在色選機(jī)前加裝儲(chǔ)料箱，保證色選機(jī)能連續(xù)進(jìn)料30 min以上。通過(guò)儲(chǔ)存物料起到緩沖調(diào)節(jié)作用，保證色選機(jī)進(jìn)料均勻，不受前道流量變化的影響，也保證了物料供給的穩(wěn)定性。

病斑值定義的是物料上的壞點(diǎn)面積。隨著色選機(jī)設(shè)定的病斑值的增大，色選效果下降。大部分花生仁異色面積相對(duì)較小，病斑值設(shè)定偏高后，病斑面積小的花生仁就會(huì)被漏選，影響色選效果。

靈敏度的調(diào)節(jié)范圍為0～100范圍內(nèi)，0是不剔除，靈敏度越大，剔除的異色粒越多，選凈率越高。靈敏度為100時(shí)，所有物料都被剔除。

色選機(jī)的選凈率、帶出比與成品花生仁的質(zhì)量是密切相關(guān)的。為了達(dá)到較好的色選效果及經(jīng)濟(jì)效益，就必須要求色選的選凈率高、帶出比大。由于各因素對(duì)色選效果影響不一致，因此必須綜合考慮。根據(jù)工廠生產(chǎn)條件和預(yù)試驗(yàn)，固定吹氣時(shí)間為10 ms，選取影響色選效果的色選機(jī)的振動(dòng)頻率、靈敏度、病斑值為考察因素，以花生仁選凈率和帶出比(以帶出比比值的形式表示，下同)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用三因素三水平的正交試驗(yàn)研究色選機(jī)不同工藝參數(shù)對(duì)花生仁選凈效果的影響。正交試驗(yàn)因素和水平見(jiàn)表1，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 正交試驗(yàn)因素和水平

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表2可知，各因素對(duì)選凈率影響的主次因素為C>A>B，表明病斑值是影響選凈率的主要因素。各因素對(duì)帶出比影響的主次因素為B>C>A，表明靈敏度是影響帶出比的主要因素。選凈率最高時(shí)工藝條件為A1B3C2，而帶出比最大時(shí)工藝條件為A3B2C2。根據(jù)這兩組最優(yōu)組合條件再次試驗(yàn)，得到在A1B3C2和A3B2C2條件下選凈率和帶出比分別為99.87%、99.50%和18、42。綜合考慮能源、成本及設(shè)備損耗等因素，最終選擇最優(yōu)工作參數(shù)為振動(dòng)頻率50 Hz、靈敏度10、病斑值120，此條件下選凈率為99.84%、帶出比為41。

色選后的花生仁成品和廢品見(jiàn)圖1。

圖1 色選后的花生仁成品(左)和廢品(右)

由圖1可以看出，花生仁廢品中有較多的霉變、帶霉斑的花生仁?；ㄉ谑斋@、貯藏、加工等過(guò)程中容易發(fā)生霉變，正常的花生仁外觀色澤鮮艷，呈淡紅色，內(nèi)部為白色。發(fā)生霉變后，表皮有一層黑色或黃褐色的細(xì)菌孢子菌絲，外皮會(huì)發(fā)暗、呈褐色或黃色或有霉斑，果實(shí)內(nèi)呈部分或全部黃色。在上述最優(yōu)工作參數(shù)下，花生仁的純質(zhì)率由色選前的94.22%提高至97.99%，色選工序能有效地將發(fā)霉粒、發(fā)黑粒、未剝殼粒、未成熟粒等異色物料，及與花生仁大小差異不大且密度相同的雜質(zhì)剔除。色選前后花生仁的霉變率分別為0.85%和0.04%，色選進(jìn)一步提高了霉變漏選率，降低了待加工花生仁感染黃曲霉毒素的風(fēng)險(xiǎn)，大大提高了食用安全性。色選工藝可從源頭上保障花生仁的食品安全，為花生的精準(zhǔn)適度加工創(chuàng)造了條件。

另外，除了振動(dòng)頻率、靈敏度和病斑值，色選效果還與色選機(jī)的其他因素如吹氣時(shí)間[11]等有關(guān)，而且與進(jìn)入色選機(jī)的花生仁的質(zhì)量如水分、異色粒含量及種類、異色程度等[12]有關(guān)。因此，必須視不同情況對(duì)色選機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以獲得最佳色選效果。

3 結(jié) 論

通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)色選機(jī)振動(dòng)頻率、病斑值、靈敏度對(duì)選凈率、帶出比的影響進(jìn)行分析，得到花生色選機(jī)最優(yōu)參數(shù)組合為振動(dòng)頻率50 Hz、靈敏度10、病斑值120，在此條件下選凈率達(dá)到99.84%、帶出比為41，花生仁的純質(zhì)率由色選前的94.22%提高到97.99%，霉變率由色選前的0.85%大幅度降低至0.04%，大大提高了花生仁食用安全性。

將色選與其他清理工序有機(jī)結(jié)合，可以提高花生仁原料的品質(zhì)和安全性，為花生的精準(zhǔn)適度加工創(chuàng)造了條件。