咖啡生熟果分离脱皮脱胶组合机应用研究

刘 烽，马佳乐，杨韩晖，文 彬，周亚辉，孙有祥，肖正昆

（云南省农业机械研究所，云南昆明 650031）

咖啡生熟果分离脱皮脱胶组合机应用研究

刘 烽，马佳乐，杨韩晖，文 彬，周亚辉，孙有祥，肖正昆

（云南省农业机械研究所，云南昆明 650031）

针对云南省咖啡产业不断扩大的需要，市场亟需能够实现批量化、工业化生产加工的机器。通过自主创新研发出咖啡初加工组合成套设备，集咖啡的生熟果分离、脱皮、脱胶3道工序于一体的咖啡初加工组合机，经加工后的咖啡豆可直接进入干燥环节，从而提高了咖啡初加工的效率，满足咖啡产业规模化的生产要求。

咖啡鲜果；分离；脱皮；脱胶；组合机

小粒咖啡已成为云南省独具特色的主要农产品之一，在世界上享有较高的声誉。自1988年雀巢公司进军云南后不久，美国麦氏公司、德国纽曼和丹麦的伊卡姆，以及美国星巴克等国际巨头纷纷进驻云南，采购云南小粒咖啡作为原料。

2016年云南省全省咖啡种植面积接近13×104hm2，产量13.9×104t，面积和产量都为全国的99%，位居全国第1位。随着种植规模的不断扩大，咖啡的初加工开始进入集中加工阶段，由大户或公司统一收购加工，过去一家一户式的加工方式已不能满足咖啡产品品质和规模化生产的要求，因而市场急需能满足规模化生产和提高产品品质的咖啡加工技术和设备，进而提升我国咖啡产品在国际市场上的竞争力，促进咖啡产业的良性发展。

一直以来，咖啡初加工设备小型化、配套性差、创新程度不高[1]。目前，除了单机外，陈治华等人[2]提出一种咖啡脱皮脱胶分级一体机。咖啡初加工组合机是集咖啡生熟果分离、脱皮、脱胶3道工序为一体的咖啡初加工组合设备，旨在提高咖啡初加工生产效率，降低企业成本，提高经济效益。

1 咖啡初加工组合机的主要性能参数

咖啡初加工组合机能满足咖啡初加工工艺的要求，所用原料为成熟的、生长正常的咖啡鲜果。咖啡初加工组合机零件所用原材料均符合设计图样中的要求，符合国家标准和行业标准的规定，与咖啡豆直接接触的零部件材料，均采用不锈钢或不影响咖啡品质的材料制造。

主要性能指标见表1。

表1 主要性能指标

2 咖啡初加工组合机的基本原理

2.1 咖啡鲜果生熟果分离原理

利用咖啡鲜果生熟果软硬程度不同的特点，对其施加挤压、揉碾、摩擦，使得熟果容易挤破、脱皮，由果子变为豆子和果皮，而豆子和果皮的直径比果子的直径小很多，因此豆子和果皮能够从一定宽度的缝隙中流出；而生果不易挤破、脱皮，直径变化不大，它不能从规定宽度的缝隙中流出，只能从另一通道流出[2]。利用此原理设计制造咖啡生熟果分离机。

2.2 咖啡初加工组合机的工作原理

咖啡初加工组合机整机结构示意见图1，咖啡初加工组合机产品见图2。

图1 咖啡初加工组合机整机结构示意

图2 咖啡初加工组合机产品

如图1和图2所示，咖啡鲜果进入料箱，由螺旋输送机把咖啡鲜果送入生熟果分离机，通过挤压、搅打，把生熟果分离，分离后的熟果进入下面的熟果脱皮机进行脱皮。分离出的生果进入侧面的生果脱皮机进行脱皮。分离后的生、熟果皮进入果皮螺旋输送机，把果皮与水进行分离，挤水后的果皮从侧面通过螺旋输送装置排出，分离后的水可以循环使用。通过以上工作原理完成了全套生熟果分离、脱皮等工作，得到高品质的熟果咖啡豆和次品质的生果咖啡豆。

脱皮后的咖啡豆进入脱胶清洗机的料斗，由螺旋输送器将其向上输送，在其自下而上的运动过程中受到搅拌器的搅拌、挤压、摩擦，果胶从咖啡豆表层脱离，并通过离心力的作用甩出筛网板外，配以清水冲洗，完成脱胶清洗工作。

2.3 咖啡初加工组合机动力系统选择和匹配

咖啡初加工组合机中生熟果分离机、脱皮机、脱胶机、果皮螺旋输送机，都是通过传动轴带动转筒或螺旋输送完成生熟果分离、果皮分离、豆子与果胶分离、果皮输送等动作，均采用三相异步电动机作为动力输出设备。生熟果分离机、脱皮机、脱胶机的转速过快，分离不充分，达不到生熟果分离和脱皮脱胶效果，转速过慢容易产生机损豆，生产率也达不到要求，经过多次试验，在满足咖啡初加工组合机各项主要技术参数的前提下，协调各设备的匹配性，计算得出生熟果分离机的最适宜转速为n1=600 r/min，主脱皮机的最适宜转速为n2=405 r/min，副脱皮机的最适宜转速为n=438 r/min，选配Y132M-4，7.5 kW，转速为1 440 r/min的电机带动生熟果分离机、主脱皮机和果皮螺旋输送机，选配Y100LI-4，2.2 kW，转速为1 420 r/min的电机带动副脱皮机，选配Y112M-4，4 kW，转速为1 440 r/min的电机带动脱胶清洗机。

3 技术创新点

3.1 咖啡生熟果分离机的研发

目前，我国咖啡鲜果的采收管理没有进行分级管理，给咖啡果的后续加工带来很多困难，对咖啡豆成品品质带来一定影响。由于国内没有成熟的咖啡生熟果分离机产品，为了保障咖啡豆产品的品质及后续加工的有序开展，研发了咖啡生熟果分离机。其原理是利用生熟果硬软程度不同的特点对其施加挤压、揉碾、摩擦，使得熟果较容易地挤破、脱皮，由果子变为豆子和果皮，而豆子和果皮的直径比果子的直径小很多，因此豆子和果皮能够从筛板孔中流出；而生果不易挤破、脱皮，直径不变小，不能从筛板孔中流出，只能从另一通道流出，从而达到生熟果分离的目的。

3.2 咖啡初加工组合机的合理匹配与组合

将咖啡生熟果分离机、豆皮分离机、脱胶清洗机、果皮挤水机、循环用水装置等有机协调地组合设计成一台联合机组，实现好豆、次豆分别加工，提高咖啡豆产品品质；加工后的咖啡豆即可进入后续的干燥工序，无需发酵工序；提高生产效率，减少人工和场地费用，大大节约加工成本。

3.3 资源再利用

设计咖啡果皮螺旋输送机，目的是将果皮挤水，为后续的果皮利用（如：制造有机复合肥等） 创造好条件。整台机组加工过程实现生产用水循环使用，既节约了水资源，又减少污水排放。

3.4 咖啡鲜果机械虹吸机的研发

在咖啡初加工组合机研发及推广应用过程，经过调研和试验发现，咖啡鲜果采收过程中通常会夹杂着干果、病果、树枝、小石子和铁钉等杂质，此时若直接进入初加工环节，会直接影响咖啡豆的品质和等级，小石子和铁钉等杂质则会损伤设备。经过多次试验，开展了咖啡鲜果机械虹吸机的研发，该设备利用比重原理，在水流作用下，干果和病果浮于水面最上层，成熟果下沉，而小石子和铁钉等杂质居最底部，通过振动筛板和物料收集箱等装置分流，达到分离杂质的目的。该产品属国内首创，填补了国内咖啡加工设备的一项空白，使用效果满意，具有较好的推广应用价值。

4 咖啡初加工组合机在实际应用中的现场布置方案

根据咖啡初加工用户现有生产条件、厂址、地形地貌等特点，目前为用户设计了3种现场布置方案：第1种为配套虹吸池顺山坡布置型，第2种为配套虹吸机顺山坡布置型，第3种为平地布置型。

4.1 配套虹吸池顺山坡布置型

第1种配套虹吸池顺山坡布置：在用户原来建有虹吸池的基础上布置：咖啡原料鲜果从鲜果池经过咖啡鲜果虹吸池粗略分离漂果、石子，通过泵输送进入咖啡初加工组合机进行生、熟果分离，生熟果分别完成脱皮、脱胶工序。加工过程中虹吸池中的水不能循环，而在生熟果分离和脱皮加工过程中的主要生产用水是利用循环水池中的水循环实现，仅有脱胶机出来的带果胶的废水处理后排放，或者专门收集用于制作农用肥料的原料。

应用案例：项目示范点——普洱漫崖咖啡公司的咖啡初加工现场。

咖啡初加工组合机的现场布置方案1见图3。

图3 咖啡初加工组合机的现场布置方案1

4.2 配套虹吸机顺山坡布置型

第2种配套虹吸机顺山坡布置型：咖啡原料鲜果从鲜果池进入咖啡鲜果机械虹吸机（漂果、石子分离机），能够进行杂质与咖啡鲜果分离和生、熟果初步分离，树枝、树叶等体积较大杂质首先与咖啡鲜果分离，然后石子、生果与熟果分离，之后进入咖啡初加工组合机进一步进行生、熟果分离，生、熟果分别完成脱皮、脱胶工序。这种方式中加工过程的主要生产用水都能够循环使用，仅有脱胶机出来的带果胶的水通过处理后排放。这种形式除了虹吸池的位置被咖啡鲜果机械虹吸机代替之外，其他布置基本相同一样，这种布置型使生、熟果分离的效果更胜一筹，对后续成品的加工质量有提升作用，对后续设备有一定的保护作用，循环水从原料进入开始使用至脱皮环节，节水效果显著。

应用案例：项目示范点——普洱宏基咖啡有限公司的加工现场。

咖啡初加工组合机的现场布置方案2见图4，现场图片见图5。

图4 咖啡初加工组合机的现场布置方案2

图5 现场图片

4.3 平地布置型

第3种为平地布置型，在相对平缓的地势上布置设备，咖啡原料鲜果从鲜果池由提升机或者用泵输送进入咖啡鲜果机械虹吸机，其他布置基本与上述2种布置方式一致。

应用案例：项目示范点——德宏后谷咖啡有限公司的加工现场。

咖啡初加工组合机的现场布置方案3见图6。

图6 咖啡初加工组合机的现场布置方案3

5 结论

研究开发的咖啡初加工组合机是集咖啡生熟果分离、脱皮、脱胶3道工序为一体的咖啡初加工组合设备，较好地解决了各加工工序设备间的联接及产量、性能的合理匹配等问题[3]，设备自动化程度高、安全可靠、使用维修方便、生产效率高、加工品质好，并通过技术创新带动工艺创新，为企业节省大量的人工和场地的投入，创造较好的经济效益。同时，设备中还设计了果皮挤水、水循环使用装置，把生熟果分离、脱皮这2道工序中使用的水循环起来使用，仅仅只是把脱胶工序中的带浓稠胶水的废水排放至污水沉淀池并做后续的中和处理后排放，这样可以大幅度地减少污水排放，具有节能、节水和减少污染的环保效益，挤过水的果皮为后续的果皮利用创造条件[4]。

目前，该套设备已推广12套，应用在普洱、临沧、保山、楚雄等咖啡主产区，经过2个采季的使用，效果较好，用户反映使用该设备后，咖啡豆的品质有显著提高，收购价格比平均高出10%，取得较好的经济效益和社会效益。随着咖啡初加工组合成套设备的进一步推广应用，将为云南省咖啡初加工产业提供适合的技术和设备需求，有助于提升云南省咖啡产品在国际市场上的竞争力。

[1]毕晓菲，胡发广，陈雷，等.中国云南与巴西咖啡初级加工现状比较及存在问题探讨 [J].农产品加工，2016（6）：68-70.

[2]陈治华，蒋快乐，陈罡，等.6BK-4.0咖啡脱皮脱胶分级一体机的应用研究 [J].中国热带农业，2015（4）：51-53.

[3]陈剑豪.咖啡湿法加工配套设备的配置方案分析 [J].热带作物机械化，1996（1）：1-5.

[4]郭登，莫丽珍.咖啡初加工与提高质量的问题 [J].云南热作科技，1991（4）：27-31.◇

Application and Study of Coffee Fruit Combine Machine for Separating Decorticating and Degumming

LIU Feng，MA Jiale，YANG Hanhui，WEN Bin，ZHOU Yahui，SUN Youxiang，XIAO Zhengkun
（Yunnan Agricultural Machinery Research Institute，Kunming，Yunnan 650031，China）

This paper aimed at the present increasing expanding need of coffee industry on Yunnan province，initial processing assembled machine for coffee fruits has been researched by independent innovation with closely meeting the demand of market.This machine could completely finish three functions including separating mature and immature fruits，decorticating and degumming，and then the processed fruits could directly been dried，thus fitting with the production requirements of the coffee industry.

coffee fruits；separate；decorticate；degum；combine machine

S226

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.039

1671-9646（2017） 12b-0042-04

2017-10-10

云南省科技创新平台建设计划“科研院所技术开发研究专项”（2014DC033）。

刘 烽（1989— ），男，本科，助理工程师，研究方向为农产品加工机械。