工业用球形果蔬削皮机的研制及其应用.docx

工业用球形果蔬削皮机的研制及其应用杨李益，李秉璋，禹跃明（广州达桥食品设备有限公司，华南理工大学轻工与食品学院农产品加工设备研制基地） 摘要：外观球形，高径比在0.5-2.5：1范围的果蔬称球形果蔬，有100多种，可分成大果、中果、小果、其它果四类。研制出光机电一体化机器，能对它们进行工业化削皮、去籽、去核。定型生产的大果削皮机兼容26种果蔬、中果削皮机兼容20种、小果捅核与切瓣机兼容33种，已工厂化应用并且国内外销售200余台。关键词：球形果蔬、削皮、去籽、去核、机电一体化、自适应功能、减损增收文章编号1 球形果蔬的含义、存量、出路球形果蔬是指外观球形，高径比在0.5-2.5：1范围的水果、蔬菜、薯类，如苹果、橙子、哈密瓜、南瓜、甘薯、马铃薯等。目前中国规模种植果蔬有260余种，其中100来种是球形果蔬年产量在4亿吨以上1，它们遍布全国城乡，与十三亿人的饮食安全、营养保健、生活贫富息息相关，无人能置身于外。 按外观球形果蔬可分为三类：美果、丑果、残果。一亩地产出的球形果蔬大致比例是：美果：丑果：残果7:2:1。其中，美果卖相好易于鲜销；残果因霉烂或味道差不能加工食品；丑果仅因卖相差，尽管内在品质与美果相同甚至更好，也卖不掉，常常当垃圾丢弃，又浪费又污染，必须借助加工找回价值，关键是工业用果蔬去皮、去核、去籽机（简称三去机）。广州达桥食品设备有限公司，联合华南理工大学轻工与食品学院、机械与汽车工程学院、校办热处理厂，在收集、整理、分析、归纳国内外100多种球形果蔬及其制品的基础上，采用光机电一体化技术，历时八年，研制出了工业用大果削皮机（兼容26种果蔬，已获欧盟CE认证）、中果削皮机（兼容20种果蔬，已获欧盟CE认证）、小果捅核与切瓣机（兼容33种果蔬）、瓜果去籽机等。已销往国内外二十多个国家和地区共200余台。为研制工业用球形果蔬“三去机”找到了新方法，为球形果蔬减损增收提供了新装备。公司常年备有样机，随时可以来厂试机。本文作一简单介绍。2 研制球形果蔬削皮机的必要性2011年中国果蔬产量接近10亿吨超过世界40%，不仅产量全球第一，也首次超过粮食成为中国第一大农产品2。如此大宗并且易腐败的绿色资源，鲜销市场已近饱和，继续用人海战术加工已无法完成，致使卖果蔬难的现象年年发生，采后损失率高达20%-25%，年损失超过千亿3，必须用机械化流水线破解。果蔬机械化加工线一般有三段组成：预处理中间制造杀菌包装。其中二段和三段已全面机械化，唯独预处理工段落后，特别是“三去”即去皮、去籽、去核还基本用人工，不仅速度慢用工常占整线60%以上，还是典型的脏、乱、差和血汗工种，刀子和果汁腐蚀伤人不可避免，招工越来越难，急需用效率高、兼容果种多、适应果蔬尺寸范围宽、加工三废少的机器代替。与中国相比，果蔬加工机械一直领先的欧洲、美国、日本，由于国土面积小、气候和消费习惯差别等原因，球形果蔬的品种和产量远没有中国多，定型的果蔬去皮、去核、去籽机也很少见。仅有菠萝去皮机、橙子去皮机等个别单机应用，但只能适应单一果蔬和狭窄的尺寸范围，而且原料浪费大，橙皮不能加工成九制陈皮等，不适合中国国情，背离资源节约、环境友好的低碳潮流。这意味着果蔬“三去”专用机械，中国只能自主研制，无法引进仿制。中外文献查询、国内外专业工厂和展览会考查都证实了这个事实。球形果蔬削皮机是产地初加工装备，现在是低碳时代，单台机器每小时处理量不再是唯一指标，还须优先确保食品安全和质量、降耗减排等。工业时代先进的方法和机器今天可能落后甚至必然淘汰。目前常用的九种果蔬去皮方法及效果比较如下，见表1。表1 现有工业用果蔬去皮方法比较序号 效果方法果形保留味道损失营养损 失食 品安全性操 作安全性能源消耗辅料损耗三废排放去皮效率说明1手工去皮很好很少很少人体带菌污染难免刀伤、果汁腐蚀痛痒难免无无无很慢工资上涨必然淘汰2机械削皮很好很少很少很好很好用电较少无无快达桥2台机器能削46种果蔬3压榨去皮完全改变大大农残等污染难免很好用电较多无废渣很多很快只能做果汁4碱液去皮好很大很大工业碱污染难免又碱又热电和蒸汽消耗很大用碱很多废水很多很快污染严重必然淘汰5冷冻去皮好少少好好电和蒸汽消耗较大无废水较多一般工业尚未应用 6真空去皮好较少较少好好用电较多无废水较多一般只能用于桃、番茄7热力去皮好较少大好不好电和蒸汽消耗很大无废水较多快只能用于桃、枇杷8酶法去皮较好较少较少较好好电和蒸汽消耗较少用酶较多有废水快只能用于少量柑橘9表面活性剂去皮较好较少较少添加物较多好电和蒸汽消耗较少用配料多有废水快只能用于少量柑橘由表1可知，九种工业用果蔬去皮方法中，机械削皮是最优的，因为削出来的食品高安全、高品质、无添加、无改形、降耗减排、绿色环保，不仅方便农村产地初加工，还适合城市鲜切配送。随着机器不断改进提速，其优越性将日益突显出来。3 工业用球形果蔬削皮机的基础研究为了研制出适合农村产地初加工和城市鲜切配送的果蔬削皮机，本研制做了下述七个课题的研究，见表2。表2 本研制七个基础课题内容及结论序号课题名称主要研究内容主要结论1果蔬原料收集、整理、归类100多种球形果蔬的分布、存量、单果重、果径、高矮、方圆、凹凸、弯直、软硬、标志性营养成分和保健成分100多种球形果蔬可分为大果、中果、小果、其它四类，为一机兼容多种果蔬找到了原料依据2果蔬产品收集、整理、归类100多种球形果蔬加工而成的果汁、果酒、果醋、果干、果片、果丁、果条、果块、果脯、蜜饯、凉果、果酱、果粉、果糕、果冻、罐头等除果汁、果酱、果粉能用带皮压榨或打浆去皮外，其余果蔬加工都要求“果形无改去皮”，为削皮机找到了市场依据3果蔬削皮器械收集、分析厨房、作坊、家庭、街路边摊贩用的刀、叉、简单削皮机械工业用果蔬削皮机要求快而且八小时连续运转，厨房用削皮机无法做到，家庭用机器、刀、叉更不行4曾用过的果蔬去皮机收集和分析碱液去皮机、热力去皮机、菠萝去皮机、橙子去皮机等虽然速度快，但污染大、食品质量差或者能耗大、适应范围窄、果蔬浪费多，多数淘汰或闲置5果蔬解剖及去皮动作分析100多种球形果蔬皮、肉、籽、囊衣、核、瓤等结构和联系为设计削皮、去籽、去核、切端、护色、分离、定向等动作找到依据6果蔬加工技术与去皮、去籽、去核机械动作分析 剖析现有果蔬加工汁制、鲜切、干制、腌制、罐制、发酵、速冻七种技术，以及去皮、去籽、去核配套的机械动作主要有八种动作：破碎、压榨、削皮、捅核、切端、切瓣、划皮、扎孔、剥离、压汁，为研究执行机构提供依据7食品机械相关法规收集、学习食品安全法、食品机械安全卫生标准、环境保护法、循环经济促进法等近十个法规和标准为设计先进的削皮机找到了法规和标准依据由表2可知，尽管100多种球形果蔬外形千奇百怪，内部结构千差万别，但像100多种化学元素一样，排列在一张表上有规律可循，一机兼容多种果和一机完成多种动作是可能的，关键是机器必须有柔性即自适应功能。传统机械因缺乏柔性对付外形极不规则的果蔬“三去”则很难成功。4 已取得的主要成果4.1 无形成果 探索出了一套普适性较好的球形果蔬“三去机”研制方法。分别获得国家专利34项、计算机软件著作权1项、自主制定标准机器2型（已备案）、欧盟CE认证机2型、注册商标1个、2014年广东省科学技术一等奖1项（已公示，第二合作单位）。 4.2 有形资产 孵化建成专业果蔬“三去机”制造工厂一个（广州达桥食品设备有限公司）。 定型并批量生产机器3型：大果削皮机、中果削皮机、小果捅核与切瓣机。 制成样机并工厂试用5型：哈密瓜去籽机、番木瓜去籽机、柚子切瓣机、香蕉切片机、柠檬切片机。 4.3 定型并批量生产的三型机器及技术参数大果削皮机削皮速度：400-500个/时兼容果蔬：26种动作：削外皮-削内皮-分离果皮去净率：90去皮果肉损失：零或按需调节削下皮宽度：18削皮致果碎烂：1%适应果高：80-350适应果径：80-250功率：0. 62千瓦重量：200千克外形尺寸果削皮机处理能力：1000-1200个/时兼容果蔬：20种动作：削皮-切端-捅核切瓣-护色-分离可代替人工：20个果皮去净率：90适应果径：40-100适应果高：40-120削皮厚度：1-5削皮致果碎烂：1%功率：0.6千瓦重量：320千克外形尺寸果捅核及切瓣机处理能力：3.6万个/时兼容果蔬：33种动作：定向-捅核-切瓣-去核-分离可代替人工：30个以上果核去净率：95适应果径： 15-50适应果高：15-50捅核直径： 6-20捅核致碎果：1%切瓣数：2-4功率: 0.6千瓦重量: 450千克外形尺寸: 4000120015004.4 大果削皮机兼容的26种果蔬及产品（来样试削/工厂应用证实）序号大果名称图片中国年产量（万吨）现有削皮方式及存在问题加工产品1菠萝180人削慢，果汁溅手痛，已有的“四道机”浪费大，噪音大，维修难，基本闲置不用菠萝浓缩汁、菠萝鲜榨汁、菠萝罐头、菠萝干、菠萝片、菠萝蜜饯、菠萝酱、菠萝酒 菠萝脆片2番木瓜60全用手工，果汁溅手很痒番木瓜速冻丁、番木瓜浓缩汁、番木瓜鲜榨汁、番木瓜罐头、番木瓜片、番木瓜蜜饯、番木瓜蓉、番木瓜干丁3沙田柚110全用手工，含油层和海绵层无法分离，精油提取率很低柚子茶、柚子汁、柚子罐头、柚皮糖、柚皮苷、柚子酒、柚皮粉、柚子精油、柚子果籽、新橙皮苷二氢查尔酮4蜜柚120同上同上5四季柚20同上同上6大芒果10全用手工芒果速冻丁、芒果干、芒果片、芒果汁、芒果酱、芒果条、芒果脯7大芋头10全用手工，果汁溅手很痒芋头速冻丁、芋头块、芋头片、芋头蓉、芋头粉、芋头条8椰子3全用手工去种皮，又慢又浪费大椰肉、椰丝、椰汁、椰油9西瓜500全用手工，瓜汁腐蚀手痛西瓜汁、西瓜块10哈密瓜100全用手工，瓜汁腐蚀手痛哈密瓜速冻丁、哈密瓜干、哈密瓜果脯、哈密瓜蓉 哈密瓜脆片、哈密瓜丁11伽师瓜15全用手工，瓜汁腐蚀手痛伽师瓜干、伽师瓜果脯、伽师瓜蓉 伽师瓜脆片、伽师瓜丁12白兰瓜8全用手工，瓜汁腐蚀手痛白兰瓜干、白兰瓜果脯、白兰瓜蓉 白兰瓜脆片、白兰瓜汁13大佛手瓜20全用手工，瓜汁腐蚀手痛佛手瓜干、佛手瓜块、佛手瓜丁、佛手瓜丝、佛手瓜脯、佛手瓜汁14上海金瓜15全用手工，瓜皮很硬难削，瓜肉无法分离得到利用金瓜丝、金瓜脆片、金瓜干、金瓜脯、金瓜粉、金瓜蓉、金瓜泡菜、金瓜饼、金瓜面条15籽用南瓜22 全用手工，瓜皮很硬难削，瓜肉无法分离得到利用南瓜籽、南瓜干、南瓜粉、南瓜蓉、南瓜脯、南瓜泡菜、南瓜饼、南瓜面条16南瓜2500 全用手工，瓜皮很硬难削 南瓜粉、南瓜籽、南瓜胶囊 南瓜脆片、南瓜泡菜、南瓜蓉、南瓜块、南瓜丁、南瓜条、南瓜脯、南瓜酱、南瓜饼、南瓜糕、南瓜面条/米粉17冬瓜300全用手工，瓜汁腐蚀手痛冬瓜蓉、冬瓜块、冬瓜条、冬瓜干、冬瓜蜜饯18苤兰20全用手工苤兰片、苤兰块、苤兰丝、苤兰条、苤兰丁、苤兰腌菜19大萝卜50全用手工，萝卜腐蚀手痛萝卜片、萝卜块、萝卜丝、萝卜条、萝卜丁、萝卜泡菜20食用甜菜10全用手工甜菜干、甜菜片、甜菜干、甜菜脆片21大葛根30全用手工葛根粉、葛根干片、葛根丁、葛根糕、葛根块、葛根八宝粥、葛根面条/米粉22大山药60全用手工，果汁溅手很痒山药粉、山药干片、山药蓉、山药罐头、山药脯、山药面条、山药米粉23大沙葛5全用手工沙葛干、沙葛丁、沙葛块、沙葛片、沙葛丝24魔芋20全用手工，果汁溅手很痒魔芋粉、魔芋片、魔芋干、魔芋丝、魔芋丁25菠萝蜜5全用手工，果皮刺手痛菠萝蜜干、果包、脆片、蓉、果酱、菠萝蜜粉26大香橼0.2全用手工香橼片、香橼块、香橼脯4.5 中果削皮机兼容的20种果蔬及产品（来样试削/工厂应用证实）序号中 果名 称图片中国年产量（万吨）现有削皮方式及存在问题加工产品1苹果3,600（1）人工削,血、汗、慢加脏、乱、差（2）国外削皮机，每台200万元（1分钟削70个），要求苹果大小均匀，削皮果肉损失大，没用兼容性苹果圈、苹果速冻丁、苹果透明汁、苹果鲜榨汁、苹果罐头、苹果干片、苹果脆片、苹果脯、苹果糖、苹果酱、腌渍苹果、 脆片2梨1,600同上梨圈、梨透明汁、梨鲜榨汁、梨罐头、梨干、梨脯、糖梨片、糖衣梨脯、梨酱、梨膏、洋梨汁、腌渍梨 梨脆片3橙子500（1）国内外尚无削皮机（2）人工削，橙子皮卫生无保障，酸腐蚀手严重（3）人工削皮/剥皮，橙子精油提取率低鲜榨汁、果粒橙、橙子汁、橙子片罐头、橙皮酱、橙丝糖、橙皮糖、橙子果冻、橙皮干、果脯、橙皮苷、九制陈皮4柠檬60同上柠檬鲜榨汁、柠檬干片、柠檬皮、柠檬皮糖、柠檬精油、冻干5西柚15同上柚子茶、柚子汁、柚子罐头、柚皮糖、柚皮苷、柚子酒、柚皮粉、柚子果籽6疏果柚10同上指疏果下来的小柚子和非腐烂发霉的废品柚子，可以加工高倍甜味剂（新橙皮苷二氢查尔酮）7柑子100同上方条果皮、圆钱皮、原浆/浓缩汁、饮料、果粉/汁/醋/酱/酒/糕8柿子250人削柿饼、柿子干、柿子汁、柿子脆片9桃子1,100人削桃干、桃片、桃脯、桃罐头、桃子块、桃子速冻丁、桃子酱、桃子饮料10番石榴30人削番石榴片、番石榴干、番石榴汁、番石榴罐头、番石榴酱、番石榴速冻丁11猕猴桃130人削猕猴桃罐头、猕猴桃干片、猕猴桃酱、猕猴桃果脯、猕猴桃果丹皮、猕猴桃糖片、猕猴桃饮料 猕猴桃脆片12芒果100人削芒果圈、芒果干、芒果脯、速冻芒果丁、芒果条、芒果块、芒果酱、芒果汁、芒果罐头13北方木瓜30人削木瓜圈、木瓜块、木瓜罐头、木瓜干片、木瓜蓉、木瓜果脯、木瓜酱、腌渍木瓜脆片、木瓜酒、木瓜醋14甜瓜300人削甜瓜片、甜瓜汁、甜瓜干 脆片、甜瓜脯15牛油果墨西哥和秘鲁多，中国产量少 人削牛油果罐头、牛油果脆片、牛油果化妆品16甘薯20,000人削甘薯片、甘薯粉 甘薯脆片、甘薯速冻块17马铃薯8,000大马铃薯用人削土豆片、油炸土豆片、马铃薯片、薯蓉、薯片、薯条、脱水土豆片马铃薯脆片18芋头5人削手很痒芋块、芋泥、芋条、芋片19大头菜10人削大头菜片、大头菜丝、大头菜丁20仙人掌果0.1人削仙人掌果汁、仙人掌果酱、仙人掌果脯、分离果籽4.6 小果捅核与切瓣机及产品（来样试削/工厂应用证实）序号水果名称图片中国年产量(万吨)现有去核/切瓣方式及存在问题加工产品1荔枝190机器捅核与去皮出来的果肉变成碎片，无法干制价值很高的“灯笼肉”荔枝酒、荔枝醋、荔枝罐头、荔枝汁2龙眼145同上桂圆肉。“灯笼肉”价格要高一倍以上3红毛丹0.5同上红毛丹果汁、红毛丹果干4海棠果5(1)现有打浆机去核，果肉原形改变(2)现有捅核机，无定向/切瓣/分离功能，去核致果肉碎烂很多 (3)达桥捅核机，定向-捅核-切瓣-分离联动，能保留果肉原形而且去核致果肉碎烂接近零速冻海棠果丁、海棠果干、海棠果圈、海棠果汁、海棠果酱、海棠果泥、海棠果粉、海棠果醋、海棠果酒、海棠果糕、海棠果丹皮、海棠果罐头5沙果（花红）6同上速冻沙果丁、沙果干、沙果圈、沙果汁、沙果酱、沙果泥、沙果粉、沙果醋、沙果酒、沙果糕、沙果果丹皮、沙果罐头6山楂10同上速冻山楂丁、山楂干、山楂圈、山楂汁、山楂酱、山楂泥、山楂粉、山楂醋、山楂酒、山楂糕、山楂果丹皮、山楂罐头7南果梨2同上速冻南果梨丁、南果梨干、南果梨圈、南果梨汁、南果梨酱、南果梨泥、南果梨粉、南果梨醋、南果梨酒、南果梨糕、南果梨罐头8大枣530同上枣干、枣圈、枣粉9樱桃0.2（1）打浆去核果肉原形改变（2）除达桥外未见其它捅核机速冻樱桃丁、樱桃干、樱桃圈、樱桃汁、樱桃酱、樱桃泥、樱桃粉、樱桃醋、樱桃酒、樱桃糕、樱桃果丹皮、樱桃罐头10枇杷2同上速冻枇杷丁、枇杷果脯、枇杷干、枇杷圈、枇杷汁、枇杷酱、枇杷醋、枇杷酒、枇杷膏、枇杷罐头11牛甘果（余甘子）2同上珠串果干、果酒、果汁、果片、果粉12柯子0. 5同上药材13刺梨1同上刺梨果干、刺梨果酒、刺梨果糕、刺梨果酱14橄榄0.5同上橄榄凉果、腌橄榄15金橘3同上金橘果脯、金橘果酱、金橘蜜饯16金柑3.8同上金柑果脯、金柑果酱、金柑蜜饯17蟠桃1.5除达桥外未见其它捅核机速冻蟠桃丁、蟠桃干、蟠桃汁、蟠桃酱、蟠桃泥、蟠桃醋、蟠桃酒、蟠桃糕、蟠桃罐头18杏子3同上速冻杏子丁、杏子干、杏子汁、杏子酱、杏子泥、杏子醋、杏子酒、杏子糕、杏子罐头19青梅27除达桥外未见其它捅核-扎孔联动机速冻青梅丁、青梅干、青梅汁、青梅酱、青梅粉、青梅醋、青梅糕、青梅罐头、青梅凉果、青梅蜜饯、青梅酒20李子151同上速冻李子丁、李子干、李子汁、李子酱、李子泥、李子醋、李子酒、李子糕、李子罐头21油桃2.5同上速冻油桃丁、油桃干、油桃汁、油桃酱、油桃醋、油桃酒、油桃糕、油桃罐头、油桃果脯22黄皮0.8除达桥外未见其它划皮-扎孔-压汁联动机果脯23四季桔0.9同上四季桔饼、四季桔酱、四季桔蜜饯24红橘1除达桥外未见其它切瓣-扎孔-压汁联动机桔子皮、红橘饼、红橘酱、红橘蜜饯、果酒、果醋、果汁25沙糖橘10除达桥外未见其它切瓣-分离联动机桔子皮、果酒、果醋、果汁26新会柑1同上新会陈皮、新会柑饼、果酒、果醋、果汁27蜜橘10同上桔子皮、蜜橘蜜饯、果酒、果醋、果汁28莲雾0.15除达桥外未见其它切瓣-扎孔-压汁联动机果脯、果汁29人参果4除达桥外未见其它捅核-切瓣联动机果脯、果干、果汁30百香果1除达桥外未见其它切瓣-分离联动机果汁31山竹0.2除达桥外未见其它压果-分离联动机果汁32槟榔20除达桥外未见其它切瓣-去籽联动机嚼食槟榔33番茄370除达桥外未见其它划皮-切瓣-扎孔联动机去皮番茄罐头、莲花状鲜番茄、番茄果脯、番茄果干、番茄果醋5 展望中外100多种球形果蔬无一例外都由可食和不可食两部分组成，由于皮、籽