花生莢果分級機械研究現狀與發(fā)展建議

薛然等

摘要：花生莢果分級技術是花生貯藏、深加工及提高產品檔次和附加值的關鍵技術之一。通過研究當前國內外花生莢果分級技術并分析其發(fā)展現狀，提出了今后花生莢果分級設備研究過程中應解決的問題，并對其未來的發(fā)展方向進行了探討。

關鍵詞：花生；分級技術；花生莢果分級機

中圖分類號： S226.5文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0426-03

通信作者：謝煥雄，研究員，碩士生導師，主要從事農業(yè)機械設計及農產品加工裝備研究。E-mail：764086434@qq.com。花生是我國最主要的油料作物之一，中國花生的總產、單產及出口量均居世界首位。花生含油率和單位面積產油量高，且與大豆油和棕櫚油等大宗油脂相比，花生油的油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸高，富含多種維生素，有很好的營養(yǎng)保健價值[1]。花生經過深加工，可制成各種風味獨特的食品，深受人們喜愛，具有很高的經濟效益。

在花生加工和商品化過程中，花生莢果分級是一個非常重要的環(huán)節(jié)。花生的品種及生長條件差異造成花生莢果尺寸差別較大，大小均勻、顆粒飽滿的優(yōu)質帶殼花生制品銷售價格顯著高于大小混雜、飽秕不一的帶殼花生制品。并且通過分級，可使花生莢果大小、品質等基本達到一致，對其后續(xù)的貯藏、深加工及提高產品檔次和市場競爭力具有重要意義。進出口貿易中，對帶殼花生的品種、大小、清潔度等都有嚴格的規(guī)定，花生的產業(yè)化、規(guī)模化也使人們對花生生產中分級質量、分級效率有了更高的要求。人工分級效率低、勞動強度大，且分級成本很高，分級精度也難以保證，采用花生莢果分級設備取代傳統(tǒng)的人工分級方法勢在必行[2-3]。

1國外花生莢果分級機械研發(fā)現狀

美國花生采用分段式機械進行花生收獲，收獲后的花生果中摻雜了很多雜物，如石塊、玻璃，另外還有一些干癟的小果和失去外殼的花生米。干癟的小果中含水量很高，而失去外殼的花生米一般情況下都很臟且?guī)в袡C械損傷，很容易發(fā)生霉變，影響后續(xù)的貯藏和銷售，因此花生收獲后一般采用大型流水線方式對其進行清選、除雜、分級。另外，美國農業(yè)部制訂了詳細的等級標準用于確定花生的價格，并設計了小型的用于清選及分級花生樣品的機器。首先，使用清選設備將花生樣品分為異物（土、莖稈、石頭等）、失去外殼的花生米、花生莢果，然后通過一個預分級設備將清潔的花生莢果分級后進行脫殼等后續(xù)處理[4-5]。

Dowell設計了一種花生果自動分級設備，該設備可以分級更大的花生莢果樣本，同時保持大致相同的樣品處理速度，以降低抽樣誤差。通過其簡化分級方法以及更換過時的設備，運用更加高效和有效的設備降低了出錯概率。其分級流程如圖1所示[6]。

除了通過大型流水線方式對花生進行清選、除雜、分級，國外還有一些小型的花生莢果分級設備。Blankenship 等發(fā)明了一種簡易的發(fā)散帶式花生莢果分級機，如圖2所示，花生莢果根據它們在帶上下落的位置不同分為6級，帶長、帶速及喂料速度不同，分級效果也各不相同。該設備可將花生莢果按尺寸范圍分為幾級， 但無法徹底分離出莢果中含有的石頭等異物，需要附加其他分級設備如重力分級設備進行進一步分級，但可提高后續(xù)清選設備的工作效率[7]。

智能式分級設備可以快速、無損地一次完成大小、形狀、顏色等多個指標的檢測并進行分級，近年來，國外花生莢果分級對近紅外技術、計算機圖像識別等技術均有一定的應用。

Sundaram等發(fā)明了一種帶殼花生無損檢測設備，該設備采用VIS/NIR光譜法，可以直接對未脫殼的花生莢果進行檢測，確定花生仁品質優(yōu)劣。首先，選取約200個花生莢果為校準組以最初掃描來確定分類算法，收集這些花生莢果在400～

2 500 nm波長范圍的反射光譜，然后將這些花生莢果剝開進行目測檢查，如果它們有任何形式的損傷、變色或是不成熟，則歸類為壞的，其他的花生莢果歸類為好的。通過主成分分析法建立數學模型，好的與壞的花生仁主要成分得分圖結果顯示VIS/NIR光譜法可用于花生莢果分級[8]。

Boldor等設計了一種使用機器視覺對花生莢果大小進行分類和對圖像進行分析的方法。首先，將花生莢果通過圖像采集系統(tǒng)人工整理成圖像存儲在電腦中，分辨率為0.1 mm，通過計算機輔助程序正確地識別已分類的花生莢果。可通過花生莢果顏色來判斷花生果成熟度，替代現有的人工分級，莢果及脫殼得到種子的數據庫可對特定區(qū)域的花生質量進行估計，另外，該系統(tǒng)的圖像可以被存儲以進行下一步分析[9]。

2國內花生莢果分級機械研發(fā)現狀

目前，國內花生收獲后主要依靠人工進行撿拾摘果，花生莢果清潔度較高，但尺寸差異很大，并含有秕果和少量失去外殼的花生仁。為便于花生脫殼或加工生產高質量的花生食品，需要對花生莢果按尺寸進行分級[10]。但目前，我國對花生機械化莢果分級技術理論研究幾乎沒有，又因花生莢果本身流動性差的特征，使得一般通用分機設備無法滿足要求，市場上現有的花生果分級機主要有振動式和滾筒式2種類型，使用時均存在一些問題，未能大規(guī)模推廣。

2.1振動式分級設備

河南省獲嘉縣銀河機械廠生產的HSX-1500型花生選果多用機（圖3），采用振動平篩分級，取代了手工檢果，效率高，可選出雙仁果和中、小單果，并能把雙仁果的飽果和秕仁果區(qū)別開。并且用戶可換上合適的篩子，篩選玉米、大豆、麥子、高粱等其他糧食作物，可實現一機多用。

馮金有設計了一種帶有清篩機構的水平振動花生果篩選機。由圖4可見，該機由動力驅動機構、進出料機構和篩選機構組成；篩選機構包括滾輪、篩板和支撐板，篩板和支撐板均固定于滾輪上，且有引導栓相連，篩板為圓孔篩，支撐板上設有凸柱，凸柱和圓孔篩的孔對應，圓孔篩只能水平振動，帶有凸柱的支撐板既可與圓孔篩一起水平運動，又可上下垂直運動，支撐板向下運動時，凸柱和圓孔篩上的孔分離，小果和雜質落下，當大果落入圓孔篩堵篩時，支撐板上的凸柱通過向上運動，可將大果頂起清篩，因其改善了清篩機構，使其在分級過程中不易堵篩，從而提高了篩分效果[11]。endprint

2.2滾筒式分級設備

由青島楓林花生機械有限公司生產的6HXG系列花生果篩選機分6HXG-4、6HXG-6、6HXG-8，即4 m、6 m、8 m 3種型號。由圖5可見，該設備采用滾筒式篩選，滾筒直徑 1.1 m，花生果經提料機進入篩選機后，由螺旋片不斷向前推動，達到分級目的，具有產量高、無損傷，可分選2～4種規(guī)格，生產率為1.2～2 t/h，可用于大型花生加工廠。

1983年，吳海山參照國外進口油棕核分級圓篩原理進行改進，設計了FJY·50×1分級圓篩用于花生莢果的分級。該機由進料機構、圓篩筒、壓輥機構、傳動機構和機架組成，進料機構由料斗與1節(jié)直徑為200 mm、螺距為200 mm的絞龍組成，料斗為方形，設有插板，以便控制下料量，絞龍軸空心，以套接圓篩軸及蝸輪軸，又起聯(lián)軸節(jié)作用。絞龍機殼出口處為圓形，以便和圓篩進口相銜接。圓篩筒安裝傾角為5°，便于物料在圓篩中運行。壓輥機構是為自行清理篩面而設計的，當圓篩上有果粒卡于篩孔上堵塞篩孔時，篩面經過壓輥時，將堵孔果粒向篩內壓出。花生分級效率高，清篩效率高，圓篩所需動力不大。經過長期的試驗考核，基本上可以達到750 kg/h、90%的篩分效率等設計要求[12]。

農業(yè)部南京農業(yè)機械化研究所在SCY圓筒初清篩機基礎上，通過改進清篩裝置與優(yōu)化篩片結構參數，設計了柵條滾筒式花生分級機。由圖6可見，該機對脫殼前的花生按照莢果外形尺寸大小進行分級，主要由機架、進料裝置、出料裝置、篩分裝置、傳動裝置和清篩裝置等部分組成，采用差速反向旋轉、外部強制清篩鋼刷與長孔篩組配形式，改進現有篩選設備，有效解決了花生莢果由于外表“歪歪扭扭、坑坑洼洼”造成的嚴重堵塞問題，實現了花生莢果順暢分級。工作時，電機帶動柵條滾筒轉動，花生從進料裝置進入柵條滾筒并隨之轉動，同時受到柵條滾筒內置螺旋葉片的推送不斷向前輸送。在輸送過程中，尺寸較小的花生將通過柵條間的間隙進入小物料出料斗。尺寸較大的花生繼續(xù)向前運動，進入大物料出料斗。試驗時，可根據花生外形尺寸大小，更換柵條滾筒，使得柵條間隙與花生尺寸相對應，提高分級效果。或是增加滾筒段數，提高分級級數。該機動力小、產量高，運轉平穩(wěn)可靠，換篩維修方便，結構緊湊，占空間小；生產率500～800 kg/h；轉速20 r/min；分級合格率：85%～95%[13]。

總的來說，由于國內花生分級設備研發(fā)上長期投入不足，目前我國用于花生莢果分級的設備接近空白，急需研制出一種價格低、適應性強、安全易操作的花生莢果分級機。

3存在的主要問題

雖然許多科研人員對農產品分級原理及相關設備做了大量的研究與分析，取得了很多成果，為花生莢果分級設備的發(fā)展提供了一定的基礎，但現有的農產品分級設備不經改進直接用于花生莢果分級，仍有很多不足之處。存在的問題主要有以下幾個方面：

（1）花生莢果形狀歪歪扭扭，表面坑坑洼洼，且大多存在大小頭，常常小頭進大頭不出，雖然現有的部分花生莢果分級設備帶有清篩機構，但使用時都存在較嚴重的堵塞問題。

（2）使用振動篩對花生莢果進行分級時，常有小頭進篩孔，大頭不出，而且越振越緊，篩孔堵篩十分嚴重，堵后又不易清理。使用圓筒篩式分級設備，卡在篩孔中的花生莢果因自身重力和清篩機構脫離篩孔，有效地緩解了堵塞問題，但現有的圓筒篩分級花生都存在效率低、竄級嚴重、清篩機構不合理等問題，急需對花生莢果物理特性進行深入研究后對現有的圓筒篩分級設備做進一步的改進。

（3）我國花生品種繁多，不同花生品種的形狀與尺寸差別很大，這就導致了現有的花生分級設備缺乏通用性。

（4）相比傳統(tǒng)的機械分級技術僅能根據農產品的一些外部特征進行分級并且在分級的過程中容易造成農產品的機械損傷，智能式分級設備可以快速、無損地一次完成大小、形狀、表面損失和內部品質等多個指標的檢測并進行分級。但目前我國尚未有人將這些技術應用于花生莢果的分級上，智能式分級設備普遍價格昂貴，一般農戶沒有能力購買，雖然具有非常好的應用前景，但距離推廣仍需一段時間。

4發(fā)展建議

現有的花生莢果分級設備還遠不能滿足花生產業(yè)對花生莢果分級加工設備提出的要求。上述分級設備在花生莢果分級機械的發(fā)展中，機械式的花生莢果分級機械在一段時間內還有廣大市場，應研制并大力推廣機械式花生莢果分級機，對現有的圓筒篩式花生分級機做進一步的改進和發(fā)展。同時，基于光電、機器視覺等技術的花生莢果分級機械有非常好的應用前景，隨著成本不斷降低，新技術取代傳統(tǒng)的機械分級是必然趨勢，對不同分級要求的花生莢果采用相應的機型，機械式分級與智能化分級設備相結合，節(jié)約成本的同時提高分級質量，才能更好地推動現代花生產業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻：

[1]湯松，禹山林，廖伯壽，等. 我國花生產業(yè)現狀、存在問題及發(fā)展對策[J]. 花生學報，2010，39（3）：35-38.

[2]陳善峰，王俊. 農產品分級技術及品質檢測設備的現狀與發(fā)展趨勢[J]. 糧油加工與食品機械，2000（4）：8-10.

[3]毛鵬軍，杜東亮，符麗君，等. 我國農產品分級的現狀、問題及對策[J]. 農業(yè)機械，2006（5）：110-111.

[4]Davidson J I，Whitaker T B，Dickens J W. Grading，cleaning，storage，shelling，and marketing of peanuts in the United States[M]//Pattee H E，Young C T. Peanut science and technology. Yoakum，TX：Amer Peanut Res Educ Soc Inc，1982：571-623.

[5]Dowell F E. Sample size effects on measuring grade and dollar value of farmersstock peanuts[J]. Peanut Science，1992，19：121-126.

[6]Dowell F E. An automated cleaning，pod sizing，shelling，and kemel sizing system for grading farmers stock peanuts[J]. Peanut Science，1996，23：46-54.

[7]Blankenship P D，Dowell F E. A diverging belt screen for farmer stock peanuts[J]. Peanut Science，1997，24：37-41.

[8]Sundaram J，Kandala C，Butts C L. Classification of in-shell peanut kernels nondestructively using VIS/NIR reflectance spectroscopy[J]. Sensing and Instrumentation for Food Quality and Safety，2010，4（2）：82-94.

[9]Boldor D，Sanders T H，Swartzel K R，et al. Computer-assisted color classification of peanut pods[J]. Peanut Science，2002，29：41-46.

[10]謝煥雄，王建楠，胡志超，等. 我國種用花生機械化脫殼技術路線[J]. 江蘇農業(yè)科學，2012，40（10）：356-358.

[11]馮金有. 一種花生果篩選機：中國，03235399.5[P]. 2003-01-27.

[12]吳海山. FJY·5 0×1分級圓篩、BKD·50×50刀籠剝殼機的設計及工藝效果[J]. 油脂科技，1983（3）：22-28.

[13]劉敏基，謝煥雄，王建楠，等. 柵條滾筒式花生分級機的優(yōu)化設計與試驗[J]. 中國農機化學報，2014，35（2）：210-212. 孔維蓉， 何培祥， 李博，等. 玻璃溫室棚頂清洗機設計[J]. 江蘇農業(yè)科學，2015，43（9）：429-431.endprint