青核桃脱皮技术及其装备

黄 波，樊学良，陈 鹏，汪小名，张文佳

（成都大学机械工程学院，四川成都 610106）

青核桃脱皮技术及其装备

黄 波，樊学良，陈 鹏，汪小名，张文佳

（成都大学机械工程学院，四川成都 610106）

核桃的价值越来越得到市场的认可，采摘后的青核桃必须及时高效地脱去青果皮，否则易导致青果皮腐坏、果仁霉变，因此青核桃脱皮是核桃加工最重要的工序之一。通过总结国内现有的青核桃脱皮技术与工艺，分析概述青核桃脱皮装备的研究现状，提出我国青核桃脱皮装备发展的方向及趋势，为青核桃脱皮装备的进一步改进和研制提供参考。

青核桃；脱皮技术；装备

0 引言

核桃具有较高的食用价值、药用价值和经济价值，国内、国际市场需求不断扩大，核桃加工业随之兴旺，青核桃脱皮便是核桃加工中最重要的工序之一。我国作为核桃生产和消费大国，核桃种植面积和产量均居世界第1位，传统脱皮技术（人工脱皮、堆沤脱皮、药剂脱皮和冻融脱皮）的脱皮效率和效果已经不能满足核桃加工的需求，发展机械脱皮技术，研制青核桃脱皮装备是目前核桃加工业提高青核桃脱皮效率、提升核桃品质的必经之路。

我国青核桃脱皮技术起步较晚，在2002年国内才首次提出关于青核桃脱皮装备的专利申请，从2007年开始，国内关于青核桃脱皮装备的研制才逐渐兴起。目前，我国核桃加工业规模较小、技术水平较低，远远落后于发达国家，青核桃脱皮装备存在着能耗大、适应性差、不能兼顾脱净率和破碎率等问题。优化现有青核桃脱皮装备，进一步提升核桃的食用价值、药用价值和经济价值，能有效促进我国核桃产业化、规模化、现代化发展。

1 青核桃脱皮工艺研究

1.1 脱皮理论

青核桃由外层的青果皮和内层的核桃坚果组成，成熟的青核桃，外层的青果皮和内层的核桃坚果彼此不再黏连，与核桃坚果相比，青果皮的脆性大、抗压强度小。脱皮就是借助机械外力将青果皮与核桃坚果分离的一种工艺。当青核桃同时受到挤压力和摩擦力时，挤压力会迫使青果皮产生裂缝，而摩擦力则会迫使裂缝沿破裂方向延伸，在挤压力和摩擦力的共同作用下，最终迫使青果皮与核桃坚果分离。青核桃外形呈椭圆形，分长轴和短轴2个方向，通过试验对比，沿青核桃短轴方向施力，破损率更低、脱皮效果更好[1]。青核桃脱皮工艺的选择，其主要依据包括脱皮成本、外形尺寸、核桃坚果壳厚和成熟度等。

青核桃脱皮原理见图1。

1.2 脱皮技术

图1 青核桃脱皮原理

目前，按照脱皮机械外力的施加方式不同，现有的脱皮技术主要有刮削脱皮、挤压脱皮、切割脱皮和碰撞脱皮。

1.2.1 刮削脱皮

刮削脱皮是通过青核桃与刮削部件之间的相对运动，借助刮削部件对青果皮的刮削和摩擦作用，逐渐使青果皮与核桃坚果分离的一种脱皮技术。根据刮削部件的不同，分为钢丝刷刮削和刀片刮削（栅条刮削）。与刀片相比，钢丝刷弹性和挠性更好，因此钢丝刷刮削破碎率更低，对青核桃成熟度、外形尺寸和壳厚等因素适应性相对较好。刮削脱皮的优点在于，在脱皮过程中，青果皮裂痕的产生和青果皮与核桃坚果的脱离同时进行，对成熟度不高的青核桃也能进行脱皮。刮削脱皮的缺点在于，青核桃在脱皮过程中是沿长轴方向转动，会出现长轴两端青果皮未脱干净的现象，脱皮效率较低。

刮削脱皮原理见图2。

图2 刮削脱皮原理

1.2.2 挤压脱皮

挤压脱皮是利用滚筒与压板形成的挤压腔，当青核桃处在挤压腔时，通过滚筒与压板对青核桃的挤压作用，先将青果皮挤破，再利用摩擦作用使青果皮与核桃坚果分离的一种脱皮技术。挤压腔的尺寸小于青核桃外形尺寸而大于核桃坚果尺寸。挤压脱皮技术的优点在于脱皮行程短、效率高、核桃污染程度低、果壳质量和色泽良好。挤压脱皮技术的缺点在于脱净率受青核桃成熟度影响较大、破碎率受挤压腔精度和壳厚度影响较大。另外，采用挤压脱皮技术脱去的青果皮尺寸较大，造成核桃坚果与青果皮筛分困难。

挤压脱皮原理见图3。

图3 挤压脱皮原理

1.2.3 切割脱皮

切割脱皮是利用滚刀对青核桃的切割作用，先将青果皮割破，再利用摩擦作用使青果皮与核桃坚果逐渐分离的一种脱皮技术。切割脱皮技术具有结构简单、成本较低、对青核桃外形尺寸适应性较好等优点。切割脱皮技术的缺点在于脱净率受核桃成熟度影响较大，核桃坚果容易被割刀割破果壳，致使破碎率较高。

切割脱皮原理见图4。

图4 切割脱皮原理

1.2.4 碰撞脱皮

碰撞脱皮是通过滚筒的高速旋转，迫使青核桃绕长轴方向转动，在受到相邻青核桃挤压力、摩擦力和离心力的作用下，逐渐使青果皮与核桃坚果分离的一种脱皮技术。滚筒旋转的时间越长，青核桃的脱净率越高，但时间过长，会影响脱皮效率，并且致使已脱去青果皮核桃坚果的果壳破裂。碰撞脱皮技术的优点在于，其机具大都结构简单、操作方便，并且能够实现不同外形尺寸青核桃的脱皮作业。碰撞脱皮技术的缺点在于，机具为间歇式作业，一次脱皮作业完成后，需要停机卸料才能进行下一次脱皮作业，因此不能连成生产线。

碰撞脱皮原理见图5。

2 青核桃脱皮装备研究

目前，我国青核桃脱皮装备类型主要为刮削式脱皮装备、挤压式脱皮装备、切割式脱皮装备和碰撞式脱皮装备。

2.1 刮削式脱皮装备

刮削式脱皮装备根据刮削部件与青核桃相对运动方式不同分为滚筒式刮削和链板式刮削。

图5 碰撞脱皮原理

由刘东琴等人[2]设计的滚刷型青核桃脱皮机（图6），集脱皮、清洗一体化，可连续脱皮作业。下栅板与螺旋毛刷辊偏心安装形成楔形脱皮空间，且空间间隙可调节，适用于不同外形尺寸、不同成熟度的青核桃；配置4 kW电机，青果皮脱净率可达到98%，破碎率1%。滚筒式刮削装备的相关研究还有刘西宁等人[3]研制的6TXH-3600型青核桃脱皮清洗机，王合等人[4]研制的5T-70型青核桃脱皮机，此类装备的滚筒转速对脱皮作业有重要影响，转速过高，破碎率增加，转速太低时脱皮效率降低。另外，脱皮效率又受滚筒直径限制，脱净率受滚筒轴向尺寸的限制。

滚刷型青核桃脱皮机见图6。

图6 滚刷型青核桃脱皮机

由杨忠强等人[5]设计的核桃脱青皮机（图7），该脱皮装备可连续脱皮作业，通过间隙调整装置和角度调整装置可调整板刷与链板输送带之间的距离和角度，适用于不同外形尺寸、不同成熟度的青核桃脱皮作业。该脱皮装备脱皮效率为3～5 t/h，青果皮脱净率可达到93.2%，破碎率最低为1.4%。链板式刮削装备的相关研究还有李忠新等人[6]设计的连续式青核桃脱皮机，此类装备占地面积较大，结构相对较复杂，加工制造成本相对较贵。

核桃脱青皮机见图7。

2.2 挤压式脱皮装备

由王亚妮等人[7]设计的青核桃去皮机（图8），该脱皮装备由压板和主动棍筒构成的脱皮区域为楔形空间，压板通过弹簧预紧力靠在主动辊筒表面，可以摆动，对青核桃外形尺寸的适应性较好。配置1.5 kW的电机，对于成熟的青核桃，脱净率最高为95%，破碎率最低为1.5%。挤压式脱皮装备的相关研究还有陕西科技大学梁金生等人[8]设计的一种揉搓挤压式核桃脱青皮机，杨家杰[9]设计的核桃青皮脱离机等，此类装备脱下的青果皮尺寸较大，青果皮和核桃坚果的筛分效果不理想，需要人工分捡，不能用作自动化大规模脱皮作业。

青核桃去皮机见图8。

图7 核桃脱青皮机

图8 青核桃去皮机

2.3 切割式脱皮装备

由帕合尔鼎等人[10]设计的6TXH-600型青核桃脱皮清洗机（图9），该脱皮装备配置0.75 kW电动机，能二次脱皮，并且脱皮、清洗一体化，脱净率95%，洗净率 95%，脱皮效率为600 kg/h；固定栅条的螺栓上套有弹簧，通过调节弹簧的预紧力，可实现对不同外形尺寸、不同品种青核桃的脱皮作业，破碎率1%；滚刀在旋切滚筒外圆柱面上呈螺旋线分布，在切割青果皮的同时向前输送脱皮中的青核桃，可连续脱皮作业形成生产线。冯宏波等人[11]研制的5QHT-500型青核桃脱皮清洗机等。此类装备机械结构简单、成本低廉，对于农户、经销商和小型核桃加工企业均适用，市场需求潜力较大。

6TXH-600型青核桃脱皮清洗机见图9。

2.4 碰撞式脱皮装备

图9 6TXH-600型青核桃脱皮清洗机

由王维等人[12]设计的齿轮齿圈式青核桃去皮机（图10），该脱皮装备可适用于不同外形尺寸、不同品种青核桃的脱皮作业，配置3 kW电机，脱皮效率500 kg/h，脱净率95%，破碎率1%；在脱皮作业工程中，可通过支撑喷淋管外接供水装置对脱去青皮的核桃坚果进行初步清洗，核桃坚果外观色泽和品质良好。碰撞式脱皮装备的相关研究还有亓立峰[13]设计的青核桃脱皮离机，张增建等人[14]研发的一种桶式脱核桃青皮机等，此类装备脱皮效率往往都不高，仅有500～1 000 kg/h，且都为间歇式脱皮作业，不能连续脱皮作业形成生产线。

齿轮齿圈式青核桃去皮机见图10。

图10 齿轮齿圈式青核桃去皮机

3 青核桃脱皮技术发展方向与趋势

我国地理环境差异大，规模化种植的核桃品种超过400种。青核桃脱皮装备要根据当地用户需求，结合区域发展实际，在满足用户需求的同时注重产品质量和生产安全，逐步向通用化、自动化和智能化方向发展。

目前应解决以下几个矛盾：

（1）有效解决脱净率与破碎率之间的矛盾。通过将刮削、挤压、切割和碰撞脱皮技术进行有效组合，充分利用各类脱皮技术的优势，发展组合式脱皮装备，使整机脱净率最大化，同时破碎率最小化。

（2） 有效解决专用功能与多功能之间的矛盾。针对农户、小企业等发展通用性强的小型化专用脱皮装备，针对大型企业发展集青核桃脱皮、清洗、烘干、分选等多个作业于一体的多功能连续作业装备。

（3）有效解决智能化与低成本之间的矛盾。现有青核桃脱皮装备大多采用手动喂料，人工整理脱下的青果皮，严重阻碍了核桃加工业的发展。因此对自动化、智能化青核桃脱皮装备的研究，有助于加速核桃加工业的规模化发展。

4 结语

我国核桃资源丰富，要将丰富的资源转化为经济优势，就必须大力发展核桃加工业。青核桃脱皮作为核桃加工最重要的环节之一，必须重视青核桃脱皮技术的理论创新，重视青核桃脱皮装备的设计创新，优化现有青核桃脱皮装备，发展组合式脱皮装备。根据不同区域的种植特点和农户需求，发展通用化、自动化和智能化脱皮装备，以促进我国核桃产业化、规模化和现代化发展。

[1]江林曦.青核桃脱皮机的设计与试验研究 [D].乌鲁木齐：新疆农业大学，2013.

[2]刘东琴，卢军党，王维，等.滚刷型青核桃脱皮机的研制 [J].农产品加工，2016（12）：63-64.

[3]刘西宁，程明.6TXH-3600型青核桃脱皮清洗机的研制 [J].新疆农机化，2012（1）：23-24.

[4]王合，张静.5T-70型青核桃脱皮机的研究设计 [J].农业机械，2011（36）：45-46.

[5]杨忠强，李忠新，杨莉玲，等.核桃脱青皮机的设计与试验 [J].中国农机化学报，2013，34（5）：190-194.

[6]李忠新，杨莉玲，杨忠强，等.连续式青核桃脱皮机：中国，201120227794.7[P].2011-06-30.

[7]王亚妮，卢军党，王维，等.一种青核桃去皮机的设计与试验研究 [J].包装与食品机械，2014，32（1）：32-34.

[8]梁金生，宋智超，张威.核桃挤压揉搓脱青皮方式研究及机器设计 [J].南方农机，2016，47（4）：12，26.

[9]杨家杰.核桃青皮脱离机：中国，200720105163.1[P].2008-08-20.

[10]帕合尔鼎，杨莉玲，杨忠强，等.6TXH-600型青核桃脱皮清洗机的研制 [J].新疆农机化，2010（5）：11-12.

[11]冯宏波，史毅伟.5QHT-500型青核桃脱皮清洗机的研制 [J].农业机械，2012（20）：67-68.

[12]王维，刘东琴，王亚妮，等.一种实用型青核桃去皮机的设计与试验 [J].包装与食品机械，2014，32（3）：14-16.

[13]亓立峰.青皮核桃脱皮机：中国，200720027957.0[P].2007-09-19.

[14]张增建，宋俊杰，程素杰，等.一种桶式脱核桃青皮机：中国，201320812568.4[P].2013-12-12.◇

PeelingTechnique and Equipment ofGreen Walnut

HUANG Bo，FAN Xueliang，CHEN Peng，WANG Xiaoming，ZHANG Wenjia
（School of Mechanical Engineering，Chengdu University，Chengdu，Sichuan 610106，China）

The value of walnut is getting more and more recognized by the market， the post-harvest green walnut must be peeled timely and efficiently，otherwise easily lead to green peel rot and the nuts mildew，so green walnut peeling is one of the most important steps in walnut processing.The paper summarized the existing peeling technology of green walnut and expounded the status quo of green walnut peeling equipment and pointed out development direction and tendency of green walnut peeling equipment.This text provided references and suggestions for further improvement and development of green walnut peeling equipment.

green walnut；peeling technology；equipment

S226.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.040

1671-9646（2017） 12b-0046-04

2017-09-15

黄 波（1991— ），男，在读硕士，研究方向为农业机械化。