坚果类剥壳机具的现状及效果改进方法的探讨

1剥壳机具的现状及效果改进方法的探讨Status Quo about Shelling Machine and Discussing about Improving Methods张林泉 龚 丽ZHANG Lin-quan GONG Li（广东省农业机械研究所，广东 广州 510630）（Institute of Agricultural Machine of Guangdong Province， Guangzhou， Guangdong 510630， China）摘要：介绍了国内几种典型的坚果剥壳机具的结构特点与工作原理，并对其现状与存在问题进行了分析，探讨改进方法，并结合试验得出结论：对果实进行切槽、干燥预处理，可改善剥壳效果。关键词：坚果；剥壳；现状；改进方法Abstract: This paper introduce structural characteristic and work principle of some typical nut-shellers made by China, analyse study status quo and questions existed, then discusses about the improving methods of the machine. From the matter mentioned above and shelling experiments below conclusion was given: effect of shelling can be improved if nut is slotted on the rind or dried before shelling.Keywords: nut; shelling; status quo; improving method 剥壳是带壳的物料如坚果、油料、谷物在深加工之前必须进行的一道工序，坚果剥壳在农产品加工中相当重要但难度很大，因此，在此只探讨坚果的剥壳。坚果主要是指具有坚硬外壳的果实。我国产的最有代表性的坚果有核桃、杏仁、白果和松子等，类似的还有板栗等，为方便研究，在这里我们统称这些果实为坚果类。这些果实营养丰富，口味独特，并具有一定的药用价值，正日益受到人们的欢迎和喜爱，其生产量逐年大幅作者简介: 张林泉 (1960-),男,广东省农业机械研究所高级工程师。E-mail:收稿日期：度增加。因此，这类坚果深加工的研究也提到议事日程，而在进行深加工的过程中，原料的剥壳处理是一道重要而又困难的工序，因为这类坚果的壳重量占的比重较大，其营养素含量较低，直接加工食用可取成分很少，且壳的存在严重地阻碍了加工过程中有效组分的提取。而这类果实的壳主要由木素、纤维素和半纤维素组成，外形不规则，坚硬，难以剥离 1-3。近几年来国内有些加工企业和科研院所已逐步研制开发出一些坚果类剥壳加工设备，但多数剥壳机具一次性剥壳率偏低，碎仁率偏高，致使生产效率低，加工损失大。本文着重介绍国内几种典型的坚果剥壳机具的结构特点与工作原理，并通过分析其现状与存在问题，结合实验探讨改进方法，以期改善坚果剥壳效果，为坚果的加工提供性能可靠的剥壳机具。1 几种典型的剥壳机具目前，国内常见的剥壳加工设备按剥壳方法分类可分为：挤压法、撞击法、剪切法和碾搓法 4。(a) 挤压法 5：借助轧辊的挤压作用使壳破碎，如核桃剥壳机等。(b) 撞击法 6：借助打板或壁面的高速撞击作用使皮壳变形直至破裂，适用于壳脆而仁韧的物料如用离心式剥壳机剥松子2壳等。(c) 剪切法 7：借助锐利面的剪切作用使壳破碎，如板栗剥壳机等。(d) 碾搓法 8：即借助粗糙面的碾搓作用使皮壳疲劳破坏而破碎。除下的皮壳较为整齐，碎块较大。这种方法适用于皮壳较脆的物料 9。1.1 挤压式剥壳机挤压式剥壳常见有核桃剥壳机，结构见图 1，主要由分级滚筒、导向机构、破壳机构、传动机构和动力所组成，它们依靠物料自身的重力自上而下形成一个系统作业流水线。工作时，核桃从料斗进入锥形分级滚筒，不同尺寸大小的核桃经锥形分级滚筒分级，核桃按从大到小沿锥体轴线从小锥向大锥排列，随锥形滚筒旋转落到导向辊，然后进入挤压滚筒，经挤压滚筒挤压破壳后排出机外。1 料斗 2 分级滚筒 3 传动链条4 导向辊5 传动齿轮 6 挤压滚筒 7 凹板8 传动链条9 电机减速器图 1 6HP-150 型核桃破壳机简图图 2 6HP-150 型核桃破壳机原理图挤压式核桃剥壳机的剥壳原理见图 2，齿盘和弧齿板的斜面倒角为 45，间距为L=8mm，在倒角面上分布着一定尺寸的小齿。当核桃进入挤压滚筒中，齿盘的旋转带动核桃边旋转边向下挤入，一定间距的齿尖不断地沿着壳表面滚压，随着挤压变形量的增加，壳表面变平甚至出现凹坑，核桃接触的齿数由 1 个增加到 2、3 个甚至4、5 个。这样在接触处产生的初始裂纹不断扩展，裂纹条数变得又多又长，由于核桃的旋转使整个圆周都产生裂纹，使壳完全均匀地破裂。最后壳基本上完全破裂，碎壳和仁通过最小间隙向下掉出来 10。1.2 撞击式剥壳机撞击式剥壳机，结构见图 3，工作部件是转盘（甩盘）和挡板。果实一般以0.037m/s 的速度通过可调节料门落下，从转盘中心进入后，经高速转盘的挡块或叶片的导向及加速作用，高速脱离转盘。当果实以较大的离心力撞击壁面时，壁面对果实产生一个同样大小的反作用力，使果实外壳产生变形和裂纹。外壳弹性变形的恢复使果实离开壁面，而果仁因惯性力的作用继续向前运动，并在紧靠外壳变形处产生了弹性变形。当果实离开壁面时，由于外壳与果仁具有不同的弹性，其运动速度也不同，果仁将阻止外壳迅速向回移动致使外壳在裂纹处拉开破裂，完成外壳的剥离。这种撞击式剥壳机，当转盘外缘圆周线速为 3038m/s 时，适宜于进行松子的剥壳 11。31 料斗 2 调节手轮 3 检修门4 可调节料门5 挡板 6 打板7 转盘8 卸料斗 9 机架10 转动轴 11 传动带轮图 3 撞击式剥壳机简图1.3 剪切式剥壳机图 4 为笔者主持研究的国家星火计划项目中的离心剪切式板栗剥壳机结构简图，双工位结构。图 5 是该板栗剥壳机刀盘结构图。板栗被提升机构从料斗装入后，提升至分料管，分别被导入两个刀盘。在刀盘上，板栗受旋转刀盘离心力的作用，向边缘高速滚动。安装在盘面成轮辐状的锯齿刀对板栗外壳进行不断的钩削、剪切，最终把壳剥离。一定的时间间隔后，出料口开启，壳和仁从出料口排出，从而完成一个剥壳循环（提升、导料、剥壳和出料） 。紧接着由电气控制自动进行第二循环、第三循环，达到分批连续生产。1 料斗 2 提升斗 3 出料口 4 刀盘 5 分料管图 4 6BB-500 型板栗剥壳机简图1 刀具锁紧螺钉 2 锯齿刀图 5 6BB-500 型板栗剥壳机刀盘结构图2 现状分析国外早在 20 世纪 60 年代初，就着手研制坚果剥壳机具，至 80 年代初，美国、意大利、法国等已相继推出了各种坚果剥壳机，如夏威夷果剥壳机、杏仁剥壳机等。经过数十年的发展，坚果剥壳机具已日趋成熟，目前，正朝着机电一体化方向发展。但我国坚果剥壳机具发展缓慢，远远落后于种植业的发展，在一些生产应用的机具中，存在如下几个突出的问题，因而，难以推广应用。 剥壳率低。不少剥壳机漏剥或剥壳4不完全，果仁去净率不高，有些剥壳机剥壳率只有 50。这是坚果剥壳机推广使用的最大障碍。 损失率高。由于参数选择不合理，造成剥壳不完全现象严重，碎仁夹带在碎壳中难以回收而被弃除。有些机具果仁损失率高达 20。 果仁完整性差。有些机具的设计，为了减少漏剥或剥壳不完全现象，一味追求剥壳率的提高，导致高的破碎率，从而降低了产品的商品价值。 通用性差。一般剥壳机仅能用于某一品种坚果的剥壳作业，对于不同品种的坚果，不能通过更换主要零部件来实现一机多用。 机具性能不稳定，适应性差。为某类坚果专门开发的专用机型，在该坚果品种、大小规格、外壳形状和含水量等因素出现变化时，剥壳机具剥壳性能就变差。 作业成本偏高。我国坚果剥壳机具尚未形成规模和系列，多数是单机制造，制造的工艺水平低，成本高；也因为通用性差，不能一机多用，使得生产企业设备配置的成本高，致使加工坚果的作业成本增加。3 效果改进方法的探讨相比种植业蓬勃发展的今天，我国果品加工业的发展明显落后，不少加工厂的前处理（清洗、剥壳等）仍采用手工作业，生产效率低，产品质量档次参差。因此，开发适用的剥壳机具，取代手工作业，将是一种必然趋势。为寻求解决目前剥壳机具普遍存在的突出问题的方法，研制开发出适用的剥壳机具，我们进行了改进剥壳方法的探讨。美国有一家研究机构对夏威夷果的剥壳进行研究时发现，在对这类坚果进行破壳取仁时，则坚果外壳必然受到一个足够使其破碎的力的作用，在该力作用下，其外壳将产生变形，这个变形被称之为失效变形。研究发现，在保证能破壳的前题下，失效变形越小，破碎时获得的整仁就越大。通过减少失效变形，将明显提高坚果的破壳质量和果仁的回收率。在此基础上，通过试验发现破壳前若在坚果上沿着厚度方向切上一圈 V 型凹槽，则将明显地减少果壳的强度，从而减少失效变形，可使获得的整仁和半仁率从 75提高到 88，未破壳果仁比例从 14降低至 6。除此之外，他们对破壳前的果实进行冷冻预处理后再进行剥壳，经过这种处理后，可使整仁和半仁率从 75提高到 90，未破壳果仁比例从 14降低至 10。若在破壳前，同时对果实进行切槽和冷冻预处理，则整仁和半仁率会上升到 97，未破壳果仁比例则降低至 3.2 12。至。美国这家研究机构的研究为改进坚果的剥壳效果从工艺上提供了一种有效的方法，但切槽这种预处理只能对夏威夷果以及板栗等这些较大的果实具有可用性，而对于杏仁、白果、松子等相对较小的果实则难以实现，对这些较小的果实只能用冷冻或以下介绍的干燥预处理。参照这些方法，我们以板栗为原料，剥壳前分别将其进行切槽和干燥加工预处理，以期通过切槽和干燥来减小板栗的失效变形。在处理时，一组用气垫式切口机进行切口 13，另一组置于烘箱中在4245温度下干燥至果仁含水率4042，第三组则不经过任何预处理，作为对照组。对这三组物料在我们研制的BL-0.2 独立滚道搓压式剥壳机上进行试验，试验得出切槽后的板栗与对照组相比剥壳率由 60提高到 75，碎仁率则从 8减少到 4；干燥预处理的板栗与对照组相比剥壳率由 60提高到 85，碎仁率从 8减少到 5（见对照表） 。由此可见，通过切槽或干燥预处理，可明显地改善板栗乃至其它坚果的剥壳效果。三组效果对照表剥壳率 碎仁率切口处理 75 4干燥处理 85 5不处理 60 85参考文献1 鲁周民.我国板栗贮藏加工现状及发展趋势J.陕西林业科技，1999（1）：7173.2 汪芳安.板栗食品加工概况J.武汉工业学院学报，2002（4）：2729.3 李荣林.板栗的营养与加工J.江苏食品与发酵，2000（9）：3840.4 崔建云.食品加工机械与设备M.北京:中国轻工业出版社，2004.5 刘少达，朱立学，刘清生.银杏(白果)脱壳机工作部件重要参数的分析J.农机化研究，2005， （3）：8789.6 张艳华，党新安.板栗脱壳设备的研究与开发机械J.机械，2004，31(7)：4547.7 杨德勇.新型杏仁破壳机的研究J.粮油加工与食品机械，1996， （6）：20.8 朱立学，余礼明.小颗粒种子碾搓法破壳结构参数与效果相关性的研究J.粮食与饲料工业，2002， （4）:1215.9 程玉来,许绍惠,康清明,金汤.杏仁脱皮机的试验研制J.沈阳农业大学学报 1995,26(2):200204.1