核桃深加工設(shè)備及方法現(xiàn)狀研究

陳 健

（煙臺科技學(xué)院智能工程學(xué)院，山東 煙臺 265600）

云南是核桃的重要產(chǎn)地之一，核桃已成為云南的區(qū)域性產(chǎn)品。近年來，云南省核桃產(chǎn)量均穩(wěn)居全國第一位，云南省得天獨厚的地理環(huán)境造就了發(fā)達(dá)的核桃種植產(chǎn)業(yè)，許多貧困縣憑借核桃種植業(yè)擺脫了以往落后的面貌，走上了發(fā)家致富的道路，云南比較出名的核桃品種有大理漾濞核桃、大姚縣三臺核桃等。1950—1970年，云南核桃的銷售方式以帶殼出售為主，因缺少強有力的市場監(jiān)管體制，未能形成品牌效應(yīng)，導(dǎo)致市場上充斥著各種假冒偽劣的漾濞核桃。核桃的深加工起步也較晚，目前破殼方式仍是以人工手動破殼為主，效率低且人工破殼方法極易造成核桃仁不衛(wèi)生。中國核桃、核桃仁的出口量也不盡如人意[1]，主要原因可歸結(jié)兩類：一是國產(chǎn)核桃品質(zhì)差、種類多、大小不一；二是破殼技術(shù)不成熟?，F(xiàn)有的核桃破殼加工方法中大部分都需對核桃的位姿進行固定處理，比如核桃摩擦破殼、核桃柔性擠壓破殼、核桃劃口預(yù)處理破殼等，但現(xiàn)有核桃預(yù)處理方法未能實現(xiàn)核桃位置和方向的固定，導(dǎo)致后續(xù)的核桃破殼加工未能完成或者破殼效果不理想，在核桃破殼時無法保證低碎仁率和高破殼率?；诖?，筆者分析了農(nóng)漁業(yè)產(chǎn)品的定向輸送設(shè)備、堅果類作物在破殼前的預(yù)處理和核桃破殼設(shè)備的研究現(xiàn)狀，闡述了國內(nèi)外有關(guān)核桃深加工方法及裝備的研究成果，分析了幾種市面上典型的核桃破殼設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點及工作原理，以期為后續(xù)核桃破殼加工提供新思路和新方法，為核桃深加工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟價值。

1 核桃深加工設(shè)備及方法的研究

1.1 農(nóng)漁業(yè)產(chǎn)品定向輸送設(shè)備的研究現(xiàn)狀

核桃的深加工對核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要影響，如何保證高破殼率、高整仁率的核桃深加工是關(guān)鍵。核桃的定向輸送在實際生產(chǎn)中可以起到讓核桃有序規(guī)范輸送的作用，為接下來的定向破殼工序提供支持，有利于實現(xiàn)核桃高效率破殼[2]。但從嚴(yán)格意義上來說，核桃的形狀是頭部比較尖的橢球體，需先對核桃的三維尺寸進行測量，然后再進行振動定向輸送理論的分析。根據(jù)振動輸送理論，強迫振動下定向輸送裝置主要由振動電機、定向滑槽、振動臺面、主振彈簧、減震彈簧、機架等共同組成[3]。該裝置可對核桃進行縱徑定向，核桃的縱徑定向成功率及核桃在定向滑槽上的輸送速度是評判該裝置工作性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，同時還要保證核桃在輸送過程中不可出現(xiàn)太大的跳躍或翻滾。農(nóng)產(chǎn)品定向輸送設(shè)備的研究成果如下。

王應(yīng)彪等[4]根據(jù)玉米種子自身的物理特性及振動輸送原理，提出了關(guān)于玉米種子定向輸送的方法，并對定向過程中玉米種子的各階段姿態(tài)和力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系進行了動力學(xué)分析，工作原理大致如下：通過啟動電磁振動器產(chǎn)生的振動帶動上面固定的定向滑槽進行有規(guī)律的振動，為玉米種子前進提供動力。當(dāng)選取適當(dāng)?shù)恼駝訔l件時，逆行（即“尖端”朝后）的玉米種子在臺階處會發(fā)生姿態(tài)翻轉(zhuǎn)，從而變成正行（即“尖端”朝前），而本就正行的玉米種子則可以順利通過臺階，不產(chǎn)生姿態(tài)翻轉(zhuǎn)且保持正行，從而實現(xiàn)“尖端”朝向無規(guī)律的玉米種子定向排序傳輸。

高星星等[5]研制的淡水魚頭尾定向裝置通過振動的斜面及逐漸變窄的滑道實現(xiàn)魚的頭尾定向和腹背定向，原理大致如下：首先通過人工將魚體逐條放到振動臺面的上料區(qū)，魚體在激振力作用下沿斜面向下運動，在此過程中完成魚頭向前的定向，魚頭向前運動到漸變滑道之中，當(dāng)魚體腹背兩側(cè)開始接觸到漸變滑道側(cè)壁時，在激振力作用下，魚體繼續(xù)前進并在翻轉(zhuǎn)力矩的作用下實現(xiàn)魚體腹在上背向下的定向目的，并對可能影響效果的激振力、斜面傾角、振幅等進行了分析，得到了最優(yōu)參數(shù)。

蔣維棟[6]通過分析蘋果與定向裝置之間的接觸關(guān)系，并利用Adams進行驗證和優(yōu)化，在前人的定向裝置的基礎(chǔ)上改進并研制了一款全新的蘋果定向裝置。

農(nóng)產(chǎn)品定向輸送設(shè)備的研究很多，但針對核桃定向輸送的研究較少，核桃定向在實際生產(chǎn)中具有十分重要的意義，核桃定向裝置也可為其他種類農(nóng)產(chǎn)品的定向裝置設(shè)計提供新思路，因此值得進一步探討和研究。

1.2 堅果類作物在破殼前預(yù)處理的研究現(xiàn)狀

在破殼前對核桃進行預(yù)處理有利于后期的破殼工序順利進行，現(xiàn)有的預(yù)處理大多將殼體硬度降低，所需的破殼力也會隨之降低，該方法在一定程度上可以保證高整仁率和低碎仁率。

張守雷等[7]用電鏡和紅外線光譜改變了核桃殼體堅固的結(jié)構(gòu)，使之變得疏松多孔，該方法可有效降低破殼時所需的載荷。

鄭霞等[8]在對未切割劃口處理和切割劃口處理的核桃橫徑、縱徑、棱徑施加載荷后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過切割劃口處理的核桃要比未經(jīng)過切割劃口處理的核桃破殼所需的載荷小。

1.3 核桃破殼設(shè)備的研究現(xiàn)狀

核桃的銷售方式大致分為兩種：一種是整果銷售；另一種是經(jīng)破殼后的深加工產(chǎn)品銷售，如制作成核桃油、核桃奶等。為了創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益，研究設(shè)計更加有效的核桃破殼機是必然趨勢。

目前，物理機械破殼應(yīng)用范圍廣泛，國外學(xué)者Ghafari等[9]針對傳統(tǒng)的手工破殼效率低等問題，設(shè)計了一款核桃破殼機，該機主要由進料裝置、破殼裝置、分類裝置以及動力裝置等部分組成，破殼整仁率為66.66%，破殼效率為25.2 kg/h。

沈柳楊[10]研制的一款基于人體仿生學(xué)的沖壓式破殼機，集分選、輸送、模仿人工錘擊破殼等功能于一體。該破殼機工作原理大致如下：將核桃倒入進料斗中，核桃經(jīng)進料斗的出口落入分級裝置中，在重力和離心力的共同作用下進行分級，分級后的核桃經(jīng)導(dǎo)流槽滑落到輸送裝置上，再由輸送裝置將其輸送提升至破殼工位，最后在破殼裝置的沖壓作用下進行破殼，但是該裝置無法實現(xiàn)對核桃的最佳破殼位置進行定向破殼。

2 結(jié)論

筆者從農(nóng)漁業(yè)產(chǎn)品定向輸送設(shè)備、堅果類作物破殼前預(yù)處理、核桃破殼設(shè)備的研究現(xiàn)狀入手，指出了目前國內(nèi)外對核桃如何高效率破殼這一難題沒有理想的解決方案、破殼設(shè)備對不同品種核桃的適應(yīng)性差導(dǎo)致破殼率低等問題?，F(xiàn)有破殼方法未能實現(xiàn)對核桃的最佳破殼位置進行定向破殼，根本問題在于無法實現(xiàn)核桃的位置和方向的固定，導(dǎo)致后續(xù)的核桃破殼加工未能完成或者破殼效果不理想，因此很難保證低碎仁率和高破殼率。核桃定向破殼的實現(xiàn)需先完成定向輸送工序，但目前對核桃定向破殼的研究較少，因此研究核桃的定向輸送等深加工技術(shù)具有一定意義，且通過理論分析及動力學(xué)仿真得出核桃定向輸送在理論上是可行的，并在此工序的基礎(chǔ)上增加切割劃口預(yù)處理，可以為后續(xù)的核桃破殼加工提供新思路和新方法，在實際生產(chǎn)中也可以為核桃深加工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟價值。