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1、榛子脱壳技术的现状与前景赵洪鑫（河北科技师范学院 机械电子系）摘要：近十年来,随着农村商品经济的发展,经济林已成为农村脱贫致富的热门产业。榛子作为该产业中的小干果树种,也逐渐为人们所认识。然而未加工的榛子所创经济效益并不乐观，对榛子深加工能够大大提高榛子的价值。我国坚果加工机械在破壳理论以及具体实现方法方面还有很多方面需要改进。文首先介绍了我国榛子的生产现状，对榛树资源的开发利用。然后，具体分析了当今阶段我国坚果脱壳技术的现状与存在问题，以及坚果脱壳机的发展方向。关键字：榛子；坚果；脱壳；脱壳机1我国榛子的生产现状与榛子的开发价值1.1 我国榛子的生产现状近十年来，随着农村商品经济的发展，经济
2、林己成为农村脱贫致富的热门产业。棒子作为该产业中的小干果树种，也逐渐为人们所认识1。棒子是宝贵的木本粮油资源2，含有丰富的脂肪、蛋白质、碳水化合物及多种维生素和矿物质，不仅是受人喜爱的干果食品，也可以加工成多种营养品，还可榨油、入药，是我国出口创汇的传统商品。随着经济林产业的发展和完善，棒子的发展也势在必行。我国榛属植物资源十分丰富，己知有22省区有榛属植物分布，北达黑龙江省呼马县，南到石南省安宁县，西到西藏的聂拉木，东达吉林省的图们，现有榛林167万hm2 ，95%是平榛，年产榛果26000 t(吨)，但商品性差3。1.2 榛子的营养保健功能，与开发价值。自古以来，我国劳动人民就有采集棒果食
3、用的习惯。棒子果实口味好4，营养丰富，其果仁含脂肪56- 65，易于为人体吸收的蛋白质15%以上，还含有维生素A ,B ,E,以及铁、钙等矿质元素。棒仁的营养成分为而包的2倍，猪肉的1. 5倍，可应用于糖果点心、医药及香料制造业中，山棒子提取的制剂，具有消炎、防腐和扩张血管的作用，用于治疗高血压、动脉粥样硬化、肝脏及肾脏疾患。榛子有多种食用方法5，既可加工成最普通的椒盐焙炸类方便食品，还是制造多种巧克力的主要原料;既可用作各种食品的增香剂，又可供药用或作为优良化妆品的原料。棒子是国际贸易重要的干果之一。2我国坚果脱壳技术的现状目前，我国干壳坚果粗加工方法十分落后6789。在进行坚果加工时，其脱
4、壳处理是一个关键而又困难的工序，因果壳主要由纤维素和半纤维素组成，壳仁间隙小，壳较为坚硬、难以剥离。然而研制干壳坚果剥壳机，既可以利用干壳坚果晒干后好贮藏的条件，又能开展常年性加工，还能缓和淡季市场坚果紧俏的矛盾。在脱壳过程中，果仁破碎的程度与果壳和果仁的物理、机械特性、坚果品种及施加力的大小等因素有关。市场上的一些坚果脱壳设备往往没有综合考虑上述因素，使坚果脱壳效率偏低。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热。目前，正朝着机电一体化方向发展。但我
5、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101112。（1）剥壳率低。不少剥壳机漏剥或剥壳不完全，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。（2）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。（3）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。（4）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
6、实现一机多用。（5）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索出现变化时，剥壳机具剥壳性能就变差。（6）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木增加。2.1 坚果分级装置现状坚果分级装置是定间隙挤压破壳机的必要装置13141516，对于具有固定间隙的坚果破壳机来说，物料尺寸必须与固定间隙的大小相适应，尺寸大了，仁会被挤碎，尺寸小了，壳破不开。常见的坚果分级装置有以下几种:2.1.1锥辊式分级装置锥辊式分
7、级装置采用的是一对相开转动的锥形辊，坚果在两锥形辊的带动下不停地上升和下落，同时，坚果在重力和上端坚果对其侧向挤压力的共同作用下沿锥形辊向下移动，直至两锥形辊的间隙大于坚果的直径时，坚果通过间隙落下。2.1.2圆孔筛分级装置是圆孔筛分级原理图，该圆孔筛与水平线的夹角为a。筛孔由右往左逐渐变大，坚果在重力和离心力的共同作用下沿筛壁下滑并通过合适的孔口落下。2.1.3平面振动筛分级装置平面振动筛装置简图。该振动筛分级装置是由三个筛子组成。筛子振动时，坚果与筛而产生相对滑动，尺寸小于筛孔的坚果有可能通过筛孔，掉入下筛，其余的留在筛面上，并沿筛面流向一侧，由集料口收集。2.2 我国坚果脱壳装置现状2.
8、2.1滚筒式核桃破壳装置图1 挤压破壳简图1.核桃 2.挤压辊 3.弧齿板采用滚筒一弧齿板式结构17181920，采用这种结构更有利于得到完整的榛仁。该机采用挤压破壳原理图1.当两对法向集中力作用在核桃上时较有利于壳的均匀完全破裂，而多对集中力作用在核桃上因提高了核桃的刚度，降低了内力值，核桃反而不易破裂。为了在破壳时能满足上述原理上的要求，在破壳装置结构上采用带有多级凹槽及齿纹的挤压辊，弧齿板采用双弧板结构，该结构符合“四点加压”原理，因而有利于壳的完全破裂。2.2.2 对辊窝眼式核桃开口装置图2对辊窝眼式开口装置简图1. 窝眼辊 2. 核桃图2为对辊窝眼式开口装置简图212223，每个辊上
9、的同一个圆周上平均分布着8个窝眼。窝眼在整个挤压辊表而上呈交错排列，窝眼纵向间距为54mm，所有窝眼开口半径均为30mm，但不在同一圆周上的窝眼的深度都不相同，H从13mm依次增加0.5mm直到20mm为止，对辊的长度L=870mm。该装置能对小同大小的核桃进行定距离挤压，因此，很好地满足了挤压要求。同时挤压时用窝眼抓取核桃，抓取可靠，核桃挤压时小会窜动，能进行可靠的挤压。2.2.3 双齿盘-齿板式绵核桃破壳装置图3为绵核桃剥壳取仁原理图242526。齿盘1旋转带动绵核桃边旋转边挤进由齿盘1.偏心圆弧齿板3组成的剥壳区域，受到挤压作用，核桃表面产生裂纹并逐渐扩展，直至最终完全破裂，碎壳和仁从最
10、小间隙处掉下。由于该装置很好地满足了“四点加压”原理，而且实现了核桃的滚动挤压，因此破裂效果好、碎仁率低。图3绵核桃剥壳取仁原理图1.核桃 2.齿盘3.偏心圆弧板该装置破壳取仁的性能指标如下:最大生产率为180kg/h，破壳率在90% 以上，高路出仁率为70-90%，其中路出仁率为30-40% 2.2.4 变形恒定破壳装置图4变形恒定破壳装置破壳原理图1、挤压辊 2、核桃 图4变形恒定破壳装置破壳原理图2728。该破壳装置是由一对螺纹螺旋方向相反的滚柱组成的，在滚柱面上切制有螺距恒定的梯形螺纹，螺纹滚柱在结构上保证了核桃的实际变形能随果径的增大而增大。当核桃夹在一对左、右螺纹之间时，形成了四点
11、加压。不同果径的核桃可在不同间隙处破壳。为避免核桃与滚柱间发生相对滑移，滚柱面进行了“滚花”处理。2.2.5内外磨核桃破壳装置图5内外磨破壳原理图1外磨2核桃3内磨4挡板图5是带有齿槽的内外磨核桃破壳装置破壳原理图29。 外磨3固定在机架上，内磨2在电机的带动下转动。核桃在内外磨之间的间隙内破裂脱壳，当破碎到合适的粒度后，由挡板4与内磨2下底之间的缝隙落到落料板上。因该机不能自适应核桃的大小，又由于目前核桃的品种不纯、大小不一，因此该机在实际使用中存在一定缺陷，破裂果径不同的核桃，需更换尺寸大小不同的内外磨。3效果改进方法的探讨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
12、壳机具，以下进行了改进剥壳方法的探讨3031。 美国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，在保证能破壳的前提下，失效变形越小，破碎时获得的整仁率就越高。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，则将明显地降低果壳的强度，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
13、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。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票等这类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干燥预处理。参考文献：1 宫永红.我国榛子生产现状J.辽宁省经济林研究所,116031.2 冀爱青,吴国良,郝瑞玉,贾明光. 我国棒子生产现状及发展对策J.山西果树,2003,31-32.3 宁德鲁，陆斌
14、，邵则夏，杨卫民，杜春花. 云南棒树资源及其开发利用J.经济林研究,2002,9,47-50.4 陆美芳.坚果类食物的营养保健功能J.营养保健,2004.5 苗影志,张捷. 乳酸菌发酵棒子乳饮料的研究J.中国乳品工业,1996,4,11-13.6 庞发虎，王勇，杜俊杰. 棒子的特性及在我国的发展前景J.河北果树,2002,1-3.7 邵则夏,陆斌,黄汝昌,甘家生. 棒子的开发利用J.中国野生植物资源,650204.8 郝广明. 北美棒子引种实验C.东北林业大学学报,2004,39 汪波,白彦壮,白晓丽. 绿色设计在食品机械中的应用A.粮油加工与食品机械,2004,64-66.10 赵小广. 干
15、壳榛子剥壳机关键部件与工艺参数研究D.华中农业大学工程技术学院,2006(2)11 辛动军. 榛子破壳取仁方法及试验研究D.新疆农业大学,2002(2)12 杨雪银. 基于有限元方法的板栗破壳机理的研究D.华中农业大学,2005,05(2)13 史建新,高大中,王学农,周向农. 6HP-150型榛子破壳机J.粮油加工与食品机械,2000,01,28-29.14 辛动军,史建新. 6HP-150型榛子破壳机的改进设计J.新疆农机化,2001,31-32.15 张林泉,龚丽. 剥壳机具的现状及效果改进方法的探讨J.食品与机械,2006,07,72-74.16 杜文华. 带壳物料脱壳技术研究初探J.太原师范学院学报,2003,03,58-61.17 袁巧霞,陈红,刘清生. 辊板式银杏脱壳装置的试验研究J.农业机械学报,2004,05,181-183.18 史建新,辛动军. 国内外榛子破壳取仁机械的现状及问题探讨J.新疆农机化,2001,29-32.19 辛动军,史建新.榛子剥壳机导向装置试验研究J.新疆农业大学学报,2001,79-82.
