桑葚果糕制備裝置的設計及應用

李建鳳，廖立敏

1.內江師范學院化學化工學院（內江 641100）；2.四川省高等學?！肮悘U棄物資源化”重點實驗室（內江 641100）

桑椹為?？浦参锷涞墓耄纸猩９?、桑泡。桑葚有黑桑葚、白桑葚，黑桑葚花色苷含量高而外觀顯示黑色。研究表明桑葚具有增強免疫、延壽、抗誘變等作用。桑葚已被列為“既是食品又是藥品”的農產品之一，既具較高的食用價值又具較高的藥用價值，是開發功能性食品、保健品、休閑食品的優質原料[1]。獅灣村是四川省內江市市中區全安鎮最偏遠的村。作為全市301個貧困村之一，獅灣村2015年年人均純收入位列全鎮倒數第一。桑葚是獅灣村重點扶植的產業，目前該村種植有20～26.67 hm2桑葚樹，果桑品種主要有無核大十、嘉陵30號等，采用全人工種植、監控、施肥、除草、修枝等管理模式。該村所產的桑葚主要通過吸引附近少量的游客前來采摘和鮮銷獲得回報，增加了當地農民一時的收入。桑葚未進行深加工，鮮銷為主，桑葚不易儲存，銷售期短，經濟回報有限。僅靠賣桑葚鮮果，往往存在市場波動大、規避市場風險能力差的問題，一旦桑葚鮮果滯銷，貧困戶將損失嚴重。隨著居民收入的提高和健康知識的普及，人們越來越重視食品的營養和健康特性，桑葚是一種營養豐富、健康價值高、風味獨特的食品原料[2-4]，將桑葚開發成桑葚果糕，存儲期長，可以進行線上線下銷售[6]，極大地提高了當地農民的收入。然而，目前在桑葚果糕制作過程中采用的是全人工操作，需要預先進行榨汁，隨后在桑葚汁內加入添加物，如水、糖、馬蹄粉等輔料；通過加熱熬制使其黏稠后，放鍋上進行蒸糕；在熬制過程中需要進行不斷的攪拌，盡量使其與添加劑充分混合，在制作過程中較為費力，且攪拌效率低下，攪拌不均勻導致色澤、口感欠佳。農用裝置的設計與應用，可以大大提高農民作業效率并且促進產業快速發展[7-10]。為解決目前制備桑椹糕效率低下、產品顏色與質地不均勻的問題，設計了一套桑葚果糕制備裝置，以實現制備過程的省時省力、提高桑葚果糕的制備效率。同時通過機械攪拌，提高產品的均勻性，以改善桑椹糕的色澤和口感。

1 設計思路

為使桑葚果糕制備的各過程中實現自動化、盡量減少人工操作，該果糕制備裝置應當包括制備桑葚所涉及的榨汁、加熱、攪拌等步驟所必需的功能部件，并且需要實現將榨汁以及加熱蒸煮桑葚汁進行連貫運行，機械式攪拌更加均勻，以實現制備過程省時省力、產品色澤均勻、軟硬適中、口感更佳的目標。

2 設計過程

根據設計思路，設計了一套桑葚果糕制備裝置，如圖1所示。

圖1 制備桑葚果糕的裝置結構示意圖

桑葚果糕制備的第一步是將新鮮洗凈的桑葚進行榨汁，分離出殘渣，因而需要設計一個榨汁箱1。該榨汁箱1作為該設備的榨汁組件，用于將清洗干凈的桑葚進行榨汁；在榨汁箱1的頂部設置有用于盛放桑葚的漏料斗2，榨汁箱1上開設有與漏料斗2連通的進料口，使桑葚逐漸進入榨汁箱1內進行榨汁作業，制備過程中用于加原料桑葚。桑葚具有外皮薄軟且圓滑的特點，以往多為使用高速旋轉的破碎刀進行破碎，例如使用豆漿機或榨汁機進行打碎，但出汁率低；該裝置采用對向擠壓的破碎輥進行榨汁，從而加大外皮與桑葚汁融合；在具體設置時，為了防止桑葚圓滑的表面不易進入相對轉動的破碎輥內進行擠壓，采用了分層式設置，上層兩個破碎輥4上交錯設置有切割刀片5（見圖2），且漏料斗2通過導向板3與上層兩個破碎輥4之間銜接；漏料斗2內的桑葚經過導向板3下滑至上層兩個破碎輥4之間進行破碎，切割刀片5將桑葚切割成不規則的形狀，并使果肉外露，提高出汁率。在榨汁箱1內設置有相對轉動的下層兩個破碎輥6，下層兩個破碎輥6為光面，且下層兩個破碎輥6之間相距最小間隙，經過上層兩個破碎輥4破碎后的桑葚塊，在自重力的作用下掉落在下層兩個破碎輥6之間，下層兩個破碎輥6對其進行擠壓榨汁，從而進一步提高榨汁率；并且在榨汁箱1內設置有與下層兩個破碎輥6轉動接觸的刮板7，將下層兩個破碎輥6上殘留的汁液或是皮屑進行刮除；為了增強效果，該榨汁箱1由透光的亞克力板制作而成，并且上層兩個破碎輥4和下層兩個破碎輥6之間機械式相對轉動，均采用驅動電機通過齒輪傳動來實現。

圖2 上層兩個破碎輥的結構示意圖

在榨汁完成后，需向桑葚汁內添加蔗糖、麥芽糖、凝膠劑等混合物進行攪拌蒸煮，為此該裝置中設置加熱鍋12，該加熱鍋12由電加熱絲進行加熱，榨汁箱1的底部設置有連接加熱鍋12的導流板8，該導流板8為傾斜向下銜接加熱鍋12，使榨好的桑葚汁自流進加熱鍋12內進行加熱。桑葚汁加熱的同時，可以添加水、糖等添加物，隨后進行加熱攪拌，以往為人工持續進行攪拌，費時費力，且攪拌不均勻，為此該裝置通過行星齒輪裝置使攪拌端在加熱鍋12內轉動方向相反進行混合攪拌，從而使混合效果更佳。在具體設置時，攪拌裝置包括支架9、倒立式設置在支架9上的攪拌電機10以及連接攪拌電機10輸出軸的行星齒輪架11；其中，行星齒輪架11的輸出端設置有延伸至加熱鍋12內部的第一攪拌槳13以及多個第二攪拌槳14，且第一攪拌槳13與多個第二攪拌槳14旋轉方向相反。第一攪拌槳13以及每個第二攪拌槳14上均設置有攪拌葉片15。通過一個第一攪拌槳13在加熱鍋12的中部進行周向旋轉攪拌，例如第一攪拌槳13的轉向為順時針轉動，多個第二攪拌槳14位于第一攪拌槳13的外圈，多個第二攪拌槳14進行移動攪拌，該移動方式為逆時針轉動，從而在加熱的同時不斷使桑葚汁與添加物混合，低速旋轉攪拌尤其針對添加使桑葚汁變黏稠的混合物效果更佳，增強制作成的桑葚果糕的口感。

在具體設置行星齒輪架11時，行星齒輪架11包括：連接攪拌電機10輸出軸的太陽齒輪16，太陽齒輪16外圈周向嚙合有多個行星齒輪17，多個行星齒輪17連接有固定架，以及多個行星齒輪17的外圈包裹與其相嚙合的內齒輪圈18（見圖3）。第一攪拌槳13固定連接太陽齒輪16；多個第二攪拌槳14周向分布設置在內齒輪圈18上。行星齒輪17設置有3個，且3個行星齒輪17為自轉，從而將力傳輸至內齒輪圈18內使其轉動。在將桑葚汁煮開，具有一定黏稠度后，隨后可在加熱鍋12上進行蒸煮，期間可通過該攪拌裝置進行勻速、連續攪拌，以免添加物沉底致使混合不均勻。

圖3 行星齒輪架的結構示意圖

3 裝置的應用

經制備工藝優化得桑葚果糕的最佳配方及工藝：以質量計，24%的蔗糖、7%的麥芽糖、0.5%的檸檬酸、0.9%的果膠、0.7%的瓊脂、0.15%的黃原膠，其余為鮮桑葚。首先將新鮮桑葚放入裝置內榨汁，待榨汁完后向裝置中加入配方中除檸檬酸外的其它成分，加熱攪拌均勻約25 min，加入檸檬酸繼續攪拌約5 min，將黏稠混合物注入事先準備好的硅膠模具中，置于冰箱上層冷卻10 min，取出脫模得桑葚果糕（圖4）。

圖4 利用裝置制得的產品

此桑葚果糕顏色呈現質地均勻、口感良好。在整個桑葚果糕的制備過程中，只需人工添加物料及判斷榨汁與攪拌加熱過程是否結束，與全人工制作相比，明顯省時省力，且物料攪拌更加均勻，產品外觀及口感更佳。

4 結論

通過分析桑葚果糕的手工制備過程及制備過程中存在的各種不足，設計了一種桑葚果糕制備裝置。利用設計的裝置制備桑葚果糕，可以達到省時省力的目的，并且制得的桑葚果糕色澤，質地均勻，風味獨特，軟硬適中，口感更好。通過設計的裝置實現桑葚榨汁、制備過程的連續化操作，在一定程度上提高了桑葚果糕的制備效率；采用機械攪拌代替人力攪拌，使得物料均勻度更高，在一定程度上改善了外觀和口感。此次設計的裝置在制備桑葚果糕中一定程度上減輕了人工的工作量，但是仍然需要人工控制各步驟的時間及添加物料，因而該裝置仍有較大的改進空間。后續可以通過在裝置上設計微電腦，通過程序控制以使裝置朝著更加自動化和智能化方向改進。