腰果脫殼機機械性能測試研究

劉義軍 黃 暉 付云飛 張 帆 朱德明 黃茂芳

(中國熱帶農業科學院農產品加工研究所，廣東 湛江 524001)

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腰果脫殼機機械性能測試研究

劉義軍 黃 暉 付云飛 張 帆 朱德明 黃茂芳

(中國熱帶農業科學院農產品加工研究所，廣東 湛江 524001)

研究了腰果脫殼機脫殼過程中不同的推果速度、導軌材料、投料方式、果的性質等對腰果切果狀態的影響。結果表明：在試驗水平范圍內，將果115 ℃蒸煮20 min，導軌采用膠導軌，推果速度20 r/min，采用人工垂直投料，果在切割部分處于立果狀態時的百分比為65.1%。

腰果；脫殼機；性能測試

腰果(AnacardiumoccidentaleL.)為漆樹科腰果屬常綠喬木，是中國熱帶重要干果和油料樹種，其果仁是世界著名的四大果仁(核桃、扁桃和榛子)之一，深受世界人民喜愛。腰果渾身都是寶，腰果仁脂肪酸含量為46%左右，蛋白質21.2%左右，碳水化合物22.3%左右，每食用100 g能提供2 494 kJ的能量。此外其包含大量人們在正常飲食不能獲取的必須氨基酸、維生素和礦物質等等[1]。

根據企業走訪調研，中國腰果加工企業在腰果脫殼過程中主要采用全自動腰果脫殼機和半自動脫殼機兩種機型。半自動脫殼機的脫殼效果較好，一般能穩定在80%以上，全自動腰果脫殼機的脫殼率普遍較低，而且穩定性較差[2]。這主要與腰果進入全自動腰果脫殼機切割部分的狀態有關，腰果處于立果狀態時脫殼率基本能達到85%以上，但是處于其它狀態，脫殼率效果不佳，要么把果切爛，要么果只切到表皮等等，基本無法得到完整的果仁[3-4]。本課題組受企業委托開展腰果脫殼機相關機械性能測試，針對全自動腰果脫殼機在脫殼過程中的問題進行初步試驗研究。

1 試驗材料與方法

1.1 原料與儀器

腰果：果仁率為34%，果仁含水率為2.71%，西非(科特迪瓦)進口；

高壓蒸煮鍋： LDZX-50FB型，上海申安醫療器械廠；

全自動腰果破殼機：Y-100型，SON VIET INDUSTRIAL EQUIPMENT MANUFACTURING Co.,Ltd；

數字轉速表：DT2234A智能型，深圳市欣寶瑞儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗材料的預處理 選取西非進口腰果，尺寸分級按照孔徑分別為18.00，20.00，22.00，24.00 mm進行，命名為D級、C級、B級、A級，未被分級的命名為E級，然后進行去石、去鐵處理[5-7]。

1.2.2 不同因素對腰果切果狀態影響 本試驗主要考察機械推果的運動速度、導軌材料、投料方式、果的性質對腰果切果狀態的影響。其中機械的運動速度采用數顯轉速表進行測量，導軌材料主要選擇膠導軌、投料方式采用人工垂直投料和機械投料，果的性質主要考察果的大小和是否經蒸煮處理過。前期試驗發現，腰果的整仁率與果在刀頭切口處的狀態正相關，只有位置對了，果才能切開，此時果的狀態定義為立果，因此考察指標以立果率為研究對象。

1.2.3 腰果脫殼機原理 腰果脫殼機主要由送料部分、傳動部分、切割部分及機架四部分組成，見圖1。腰果投入喂料斗13，毛刷輥14將果送入果盤10，經過防護漏斗6，落到下導軌12的導軌槽中，在撥果板25和推果板19的作用下，進入切割機構5，由其上下兩組刀對腰果進行切割，果仁和果殼進入殼仁分離機中進行殼仁分離等。

1. 機架 2. 電機 3. 喂料機構 4. 輸送機構 5. 切割機構 6. 防護漏斗 7. 傳動軸 8. 鏈輪 9. 鏈條 10. 果盤 11. 果穴 12. 下導軌 13. 喂料斗 14. 毛刷輥 15. 導軌 16. 傳動軸 17. 傳動鏈輪 18. 傳動鏈條 19. 推果板 20. 上導軌 21. 凹槽 22. 左半部分 23. 右半部分 24. 傳動軸 25. 撥果板

圖1 腰果脫殼機

Figure 1 Cashew nut sheller

1.2.4 立果率的計算 對每個樣品進行計數，投料后在刀頭切果處觀察，統計處于立式狀態的果數，按式(1)計算立果率。

(1)

式中：

R——立果率，%；

N0——投料總果數；

N1——處于立式狀態的果數。

2 結果與分析

2.1 機械推果速度對切果時腰果狀態的影響

試驗果為B級，輸送導軌為膠導軌，投料方式為機械投料，115 ℃蒸煮處理20 min[8]，考察機械推果速度(6.5，13.0，20.0，26.5，33.0 r/min)對切果時腰果狀態的影響，結果見圖2。由圖2可知，在6.5～20.0 r/min，隨著機械推果速度的增加，立果率越來越高；20.0～33.0 r/min時，隨著機械推果速度的繼續增加，立果率開始緩慢下降。腰果在推果板的推動下，受力面寬8 m，長約3 cm。推動果起兩個作用：① 推動腰果前進；② 改變腰果的狀態。蒸煮處理后腰果表面較為光滑，推果速度較低時，在前進過程中，果的狀態較為平穩，對果的校正力較弱；隨著推果速度的提高，會使一些處于非立式狀態的腰果逐漸豎立，使立果率在一定程度上得到提高。推果速度過快時，會造成腰果與推果板碰撞打滑，使腰果的受力位置發生改變，同時也會使果落過時已處于立式狀態的腰果發生變化，導致立果率降低。因此推果速度對腰果切果狀態的影響較大，實際生產過程中要控制在20 r/min左右。

圖2 推果速度對落果狀態的影響

2.2 導軌材料對切果時腰果狀態的影響

試驗果為B級，機械推果速度選擇6.5～33.0 r/min，投料方式為機械投料，115 ℃蒸煮處理20 min，考察塑料導軌和金屬導軌對切果時腰果狀態的影響，結果見圖3。由圖3可知，在試驗范圍內，膠導軌對切果時腰果狀態的影響明顯優于金屬導軌。落果位置距離導軌約15 cm，單顆果重約20 g，腰果離開果盤下落過程中，與導軌相撞，試驗過程中發現腰果與金屬導軌碰撞后常有腰果被彈出，或者落果的位置都比較特別，橫著、歪著或鋪在導軌凹槽之上，其中落在導軌之上或者橫著的腰果，推果時常被擠出或者卡在上擋板上，當推果板離開時，該果和下一個果將同時被擠出，導致切割不正。膠導軌與腰果相撞時，剛性較弱，反彈距離較小，腰果基本落在導軌凹槽里。因此后期設計時可以考慮降低落果距離或者更換導軌的材質。

2.3 投料方式對切果時腰果狀態的影響

試驗果為B級，機械推果速度選擇6.5～33.0 r/min，輸送導軌為膠導軌， 115 ℃蒸煮處理20 min，考察人工垂直投料和機械投料對切果時腰果狀態的影響，結果見圖4。由圖4可知，在試驗范圍內，人工投料的效果明顯優于機械投料。機械投料時投料點與導軌平面的距離較人工投料時的高，而且機械投料存在隨機性。因此設計投料單元時，應該減少投料點與導軌平面的距離，同時降低落果的速度，減小腰果與導軌的碰撞力，以提高切果時腰果的立果率。

圖3 導軌材料對落果狀態的影響

圖4 投料方式對落果狀態的影響

2.4 果的性質對切果時腰果狀態的影響

機械推果速度選擇33 r/min，輸送導軌為膠導軌，人工投料，考察A、B、C、D 4個級別的果及其蒸煮狀態對切果時腰果狀態的影響，結果見圖5。由圖5可知，在試驗條件下，四級腰果的立果率不同，因此需根據腰果的大小設計相應的導軌。蒸煮后的腰果與未蒸煮的相比，立果率明顯偏高，可能是蒸煮后其硬度降低[9]，降低了落料時腰果反彈的力度。因此，切割前腰果需進行蒸煮處理。

針對B/C級，腰果立果率偏低的問題，在原有導軌的基礎上分別減少投料點與導軌平面的距離1 cm和2 cm，按照上述條件重新試驗，立果率分別為62.6%，69.0%。因此需要重新設計試驗研究投料點與導軌平面的距離對腰果狀態的影響。

圖5 腰果尺寸及蒸煮對落果狀態的影響

2.5 投料點與導軌平面距離對切果時腰果狀態的影響

機械推果速度選擇20 r/min，輸送導軌為鋼導軌，人工投料，115 ℃蒸煮處理20 min，考察投料點與導軌平面距離對切果時腰果狀態的影響，結果見圖6。為了減少其它因素對本次試驗的影響，試驗過程中投料時果的形態統一為頭朝前，弧形的背部朝上，立著投料，人工投料點以果的下平面為基準。由圖6可知，在試驗條件下，當直接將果放在導軌上時立果率為95%，不能達到100%，源于果在前進過程中撥果桿25和推果板19的干擾，影響了果的立果率。立果率隨著投料點的高度增加呈現出先減少，后增加，再減少的規律。果在7 cm左右位置投料時立果率偏低；9～13 cm時，立果率較高；大于13 cm時，立果率開始下降。這可能是7～13 cm時，果與導軌碰撞形成的反向沖擊力較強，當果落入導軌邊上時，二次反彈可進一步對落果狀態進行修正，因此立果率較高。

圖6 投料點與導軌平面距離對切果時腰果狀態的影響

3 結論

在腰果自動脫殼試驗過程中，發現腰果的尺寸、果是否進行蒸煮預處理及機械的相關指標性能，如投料方式、導軌材質、推果速度等，對腰果脫殼整仁率有著很大的影響，因此本試驗針對上述問題開展了相關研究工作，研究結果表明：對果進行預蒸煮(115 ℃，20 min)，采用人工垂直投料，膠導軌送料，推果速度在20 r/min，能獲得較好的立果率，立果率為65.1%。由于腰果脫殼過程中立果率嚴重影響著果脫殼的整仁率，而試驗過程發現立果率遠遠低于90%，因此后期需要對設備加強改進，提高果的立果率，獲得較高的整仁率。通過以上試驗研究，后期可以考慮在以下幾方面對機器進行改進：① 在設計導軌過程中采用分段式導軌，入料口采用彈性材料，利于果的落入。輸送過程中采用剛性材料，利于果的輸送。② 針對不同大小的果，設計不同的導軌。③ 機械投料方式，可以考慮采用垂直角進料，同時縮短落果與導軌的距離。④ 腰果脫殼過程中，適當降低腰果推果板的速度，提高立果率和整仁率。⑤ 在原有設備基礎上降低投料點與導軌平面的距離。

[1] OGUNSINA B S, BAMGBOYE A I. Pre-shelling parameters and conditions that influence the whole kernel out-turn of steam-boiled cashew nuts [J]. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 2014, 13(1): 29-34.

[2] 黃家瀚, 陳成海, 李昌如, 等. 腰果加工工藝及設備的研究[J]. 熱帶作物機械化, 1996(2): 5-10.

[3] 劉義軍, 朱德明, 黃茂芳. 腰果加工利用的研究進展[J]. 農產品加工: 學刊, 2013(22): 43-45.

[4] 宮杰, 付云飛, 黃暉, 等. 蒸煮工藝對腰果外形尺寸及力學性能的影響[J]. 江蘇農業科學, 2015(12): 300-302.

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[6] 劉義軍, 朱德明, 黃茂芳, 等. 腰果外形尺寸分布規律的確定性研究[J]. 食品與發酵科技, 2014(2): 48-52.

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[8] 劉義軍, 付云飛, 宮杰, 等. 不同蒸煮條件對腰果脫殼整仁率的影響[J]. 食品研究與開發, 2016(4): 101-104.

[9] 劉義軍, 朱德明, 黃暉, 等. 腰果蒸煮品質的多尺度分析[J]. 食品與機械, 2014, 30(5): 57-60.

Mechanical performance test of cashew nut sheller

LIUYi-junHUANGHuiZHANGFangFUYun-feiZHUDe-mingHUANGMao-fang

(AgriculturalProductProcessingResearchInstituteofChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences,Zhanjiang,Guangdong524001,China)

Studied the effect of the speed, the material of guide, feeding methods and the properties of cashew nut on the state of cutting during the process of shell. The results showed that within the scope of test level, the rate of correct position was 65.1%, when the cashew was boiled in the 115 ℃, for 20 min, with the pushing speed 20 r/min, wiht the rigid plastic guide , and article vertical feeding.

cashew nut; shelling machine; performance testing

公益性行業(農業)科研專項(編號：201303077)

劉義軍，男，中國熱帶農業科學院助理研究員，碩士。

黃茂芳(1957-)，男，中國熱帶農業科學院研究員。

2016-05-13

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.10.016

E-mai: huangmaofang666@163.com