桑葚果糕制備裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李建鳳，廖立敏

1.內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院（內(nèi)江 641100）；2.四川省高等學(xué)?！肮悘U棄物資源化”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（內(nèi)江 641100）

桑椹為?？浦参锷涞墓?，又叫桑果、桑泡。桑葚有黑桑葚、白桑葚，黑桑葚花色苷含量高而外觀顯示黑色。研究表明桑葚具有增強(qiáng)免疫、延壽、抗誘變等作用。桑葚已被列為“既是食品又是藥品”的農(nóng)產(chǎn)品之一，既具較高的食用價(jià)值又具較高的藥用價(jià)值，是開發(fā)功能性食品、保健品、休閑食品的優(yōu)質(zhì)原料[1]。獅灣村是四川省內(nèi)江市市中區(qū)全安鎮(zhèn)最偏遠(yuǎn)的村。作為全市301個(gè)貧困村之一，獅灣村2015年年人均純收入位列全鎮(zhèn)倒數(shù)第一。桑葚是獅灣村重點(diǎn)扶植的產(chǎn)業(yè)，目前該村種植有20～26.67 hm2桑葚樹，果桑品種主要有無核大十、嘉陵30號等，采用全人工種植、監(jiān)控、施肥、除草、修枝等管理模式。該村所產(chǎn)的桑葚主要通過吸引附近少量的游客前來采摘和鮮銷獲得回報(bào)，增加了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民一時(shí)的收入。桑葚未進(jìn)行深加工，鮮銷為主，桑葚不易儲存，銷售期短，經(jīng)濟(jì)回報(bào)有限。僅靠賣桑葚鮮果，往往存在市場波動大、規(guī)避市場風(fēng)險(xiǎn)能力差的問題，一旦桑葚鮮果滯銷，貧困戶將損失嚴(yán)重。隨著居民收入的提高和健康知識的普及，人們越來越重視食品的營養(yǎng)和健康特性，桑葚是一種營養(yǎng)豐富、健康價(jià)值高、風(fēng)味獨(dú)特的食品原料[2-4]，將桑葚開發(fā)成桑葚果糕，存儲期長，可以進(jìn)行線上線下銷售[6]，極大地提高了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入。然而，目前在桑葚果糕制作過程中采用的是全人工操作，需要預(yù)先進(jìn)行榨汁，隨后在桑葚汁內(nèi)加入添加物，如水、糖、馬蹄粉等輔料；通過加熱熬制使其黏稠后，放鍋上進(jìn)行蒸糕；在熬制過程中需要進(jìn)行不斷的攪拌，盡量使其與添加劑充分混合，在制作過程中較為費(fèi)力，且攪拌效率低下，攪拌不均勻?qū)е律珴?、口感欠佳。農(nóng)用裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，可以大大提高農(nóng)民作業(yè)效率并且促進(jìn)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展[7-10]。為解決目前制備桑椹糕效率低下、產(chǎn)品顏色與質(zhì)地不均勻的問題，設(shè)計(jì)了一套桑葚果糕制備裝置，以實(shí)現(xiàn)制備過程的省時(shí)省力、提高桑葚果糕的制備效率。同時(shí)通過機(jī)械攪拌，提高產(chǎn)品的均勻性，以改善桑椹糕的色澤和口感。

1 設(shè)計(jì)思路

為使桑葚果糕制備的各過程中實(shí)現(xiàn)自動化、盡量減少人工操作，該果糕制備裝置應(yīng)當(dāng)包括制備桑葚所涉及的榨汁、加熱、攪拌等步驟所必需的功能部件，并且需要實(shí)現(xiàn)將榨汁以及加熱蒸煮桑葚汁進(jìn)行連貫運(yùn)行，機(jī)械式攪拌更加均勻，以實(shí)現(xiàn)制備過程省時(shí)省力、產(chǎn)品色澤均勻、軟硬適中、口感更佳的目標(biāo)。

2 設(shè)計(jì)過程

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了一套桑葚果糕制備裝置，如圖1所示。

圖1 制備桑葚果糕的裝置結(jié)構(gòu)示意圖

桑葚果糕制備的第一步是將新鮮洗凈的桑葚進(jìn)行榨汁，分離出殘?jiān)?，因而需要設(shè)計(jì)一個(gè)榨汁箱1。該榨汁箱1作為該設(shè)備的榨汁組件，用于將清洗干凈的桑葚進(jìn)行榨汁；在榨汁箱1的頂部設(shè)置有用于盛放桑葚的漏料斗2，榨汁箱1上開設(shè)有與漏料斗2連通的進(jìn)料口，使桑葚逐漸進(jìn)入榨汁箱1內(nèi)進(jìn)行榨汁作業(yè)，制備過程中用于加原料桑葚。桑葚具有外皮薄軟且圓滑的特點(diǎn)，以往多為使用高速旋轉(zhuǎn)的破碎刀進(jìn)行破碎，例如使用豆?jié){機(jī)或榨汁機(jī)進(jìn)行打碎，但出汁率低；該裝置采用對向擠壓的破碎輥進(jìn)行榨汁，從而加大外皮與桑葚汁融合；在具體設(shè)置時(shí)，為了防止桑葚圓滑的表面不易進(jìn)入相對轉(zhuǎn)動的破碎輥內(nèi)進(jìn)行擠壓，采用了分層式設(shè)置，上層兩個(gè)破碎輥4上交錯(cuò)設(shè)置有切割刀片5（見圖2），且漏料斗2通過導(dǎo)向板3與上層兩個(gè)破碎輥4之間銜接；漏料斗2內(nèi)的桑葚經(jīng)過導(dǎo)向板3下滑至上層兩個(gè)破碎輥4之間進(jìn)行破碎，切割刀片5將桑葚切割成不規(guī)則的形狀，并使果肉外露，提高出汁率。在榨汁箱1內(nèi)設(shè)置有相對轉(zhuǎn)動的下層兩個(gè)破碎輥6，下層兩個(gè)破碎輥6為光面，且下層兩個(gè)破碎輥6之間相距最小間隙，經(jīng)過上層兩個(gè)破碎輥4破碎后的桑葚塊，在自重力的作用下掉落在下層兩個(gè)破碎輥6之間，下層兩個(gè)破碎輥6對其進(jìn)行擠壓榨汁，從而進(jìn)一步提高榨汁率；并且在榨汁箱1內(nèi)設(shè)置有與下層兩個(gè)破碎輥6轉(zhuǎn)動接觸的刮板7，將下層兩個(gè)破碎輥6上殘留的汁液或是皮屑進(jìn)行刮除；為了增強(qiáng)效果，該榨汁箱1由透光的亞克力板制作而成，并且上層兩個(gè)破碎輥4和下層兩個(gè)破碎輥6之間機(jī)械式相對轉(zhuǎn)動，均采用驅(qū)動電機(jī)通過齒輪傳動來實(shí)現(xiàn)。

圖2 上層兩個(gè)破碎輥的結(jié)構(gòu)示意圖

在榨汁完成后，需向桑葚汁內(nèi)添加蔗糖、麥芽糖、凝膠劑等混合物進(jìn)行攪拌蒸煮，為此該裝置中設(shè)置加熱鍋12，該加熱鍋12由電加熱絲進(jìn)行加熱，榨汁箱1的底部設(shè)置有連接加熱鍋12的導(dǎo)流板8，該導(dǎo)流板8為傾斜向下銜接加熱鍋12，使榨好的桑葚汁自流進(jìn)加熱鍋12內(nèi)進(jìn)行加熱。桑葚汁加熱的同時(shí)，可以添加水、糖等添加物，隨后進(jìn)行加熱攪拌，以往為人工持續(xù)進(jìn)行攪拌，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且攪拌不均勻，為此該裝置通過行星齒輪裝置使攪拌端在加熱鍋12內(nèi)轉(zhuǎn)動方向相反進(jìn)行混合攪拌，從而使混合效果更佳。在具體設(shè)置時(shí)，攪拌裝置包括支架9、倒立式設(shè)置在支架9上的攪拌電機(jī)10以及連接攪拌電機(jī)10輸出軸的行星齒輪架11；其中，行星齒輪架11的輸出端設(shè)置有延伸至加熱鍋12內(nèi)部的第一攪拌槳13以及多個(gè)第二攪拌槳14，且第一攪拌槳13與多個(gè)第二攪拌槳14旋轉(zhuǎn)方向相反。第一攪拌槳13以及每個(gè)第二攪拌槳14上均設(shè)置有攪拌葉片15。通過一個(gè)第一攪拌槳13在加熱鍋12的中部進(jìn)行周向旋轉(zhuǎn)攪拌，例如第一攪拌槳13的轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針轉(zhuǎn)動，多個(gè)第二攪拌槳14位于第一攪拌槳13的外圈，多個(gè)第二攪拌槳14進(jìn)行移動攪拌，該移動方式為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，從而在加熱的同時(shí)不斷使桑葚汁與添加物混合，低速旋轉(zhuǎn)攪拌尤其針對添加使桑葚汁變黏稠的混合物效果更佳，增強(qiáng)制作成的桑葚果糕的口感。

在具體設(shè)置行星齒輪架11時(shí)，行星齒輪架11包括：連接攪拌電機(jī)10輸出軸的太陽齒輪16，太陽齒輪16外圈周向嚙合有多個(gè)行星齒輪17，多個(gè)行星齒輪17連接有固定架，以及多個(gè)行星齒輪17的外圈包裹與其相嚙合的內(nèi)齒輪圈18（見圖3）。第一攪拌槳13固定連接太陽齒輪16；多個(gè)第二攪拌槳14周向分布設(shè)置在內(nèi)齒輪圈18上。行星齒輪17設(shè)置有3個(gè)，且3個(gè)行星齒輪17為自轉(zhuǎn)，從而將力傳輸至內(nèi)齒輪圈18內(nèi)使其轉(zhuǎn)動。在將桑葚汁煮開，具有一定黏稠度后，隨后可在加熱鍋12上進(jìn)行蒸煮，期間可通過該攪拌裝置進(jìn)行勻速、連續(xù)攪拌，以免添加物沉底致使混合不均勻。

圖3 行星齒輪架的結(jié)構(gòu)示意圖

3 裝置的應(yīng)用

經(jīng)制備工藝優(yōu)化得桑葚果糕的最佳配方及工藝：以質(zhì)量計(jì)，24%的蔗糖、7%的麥芽糖、0.5%的檸檬酸、0.9%的果膠、0.7%的瓊脂、0.15%的黃原膠，其余為鮮桑葚。首先將新鮮桑葚放入裝置內(nèi)榨汁，待榨汁完后向裝置中加入配方中除檸檬酸外的其它成分，加熱攪拌均勻約25 min，加入檸檬酸繼續(xù)攪拌約5 min，將黏稠混合物注入事先準(zhǔn)備好的硅膠模具中，置于冰箱上層冷卻10 min，取出脫模得桑葚果糕（圖4）。

圖4 利用裝置制得的產(chǎn)品

此桑葚果糕顏色呈現(xiàn)質(zhì)地均勻、口感良好。在整個(gè)桑葚果糕的制備過程中，只需人工添加物料及判斷榨汁與攪拌加熱過程是否結(jié)束，與全人工制作相比，明顯省時(shí)省力，且物料攪拌更加均勻，產(chǎn)品外觀及口感更佳。

4 結(jié)論

通過分析桑葚果糕的手工制備過程及制備過程中存在的各種不足，設(shè)計(jì)了一種桑葚果糕制備裝置。利用設(shè)計(jì)的裝置制備桑葚果糕，可以達(dá)到省時(shí)省力的目的，并且制得的桑葚果糕色澤，質(zhì)地均勻，風(fēng)味獨(dú)特，軟硬適中，口感更好。通過設(shè)計(jì)的裝置實(shí)現(xiàn)桑葚榨汁、制備過程的連續(xù)化操作，在一定程度上提高了桑葚果糕的制備效率；采用機(jī)械攪拌代替人力攪拌，使得物料均勻度更高，在一定程度上改善了外觀和口感。此次設(shè)計(jì)的裝置在制備桑葚果糕中一定程度上減輕了人工的工作量，但是仍然需要人工控制各步驟的時(shí)間及添加物料，因而該裝置仍有較大的改進(jìn)空間。后續(xù)可以通過在裝置上設(shè)計(jì)微電腦，通過程序控制以使裝置朝著更加自動化和智能化方向改進(jìn)。