核桃脫青皮技術及其裝備研究

楊忠強 李忠新 楊莉玲 阿布里孜

劉 奎1，2 朱占江1，2 劉 佳1，2

（1．新疆農業科學院農業機械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；

2．新疆特色林果裝備工程技術研究中心，新疆 烏魯木齊 830091）

核桃，又稱胡桃、羌桃，胡桃科落葉喬木。核桃果實呈球形，外層青果皮平滑，內層硬果殼堅硬，有皺紋，與腰果、扁桃、榛子并稱為世界著名的“四大干果”。核桃主要分布在亞洲、歐洲、非洲、澳洲和拉丁美洲的50多個國家和地區，據聯合國糧農組織（FAO）統計資料［1］，2011年世界核桃樹結果面積為96．8萬hm2，年產量為341．9萬t；中國2011年核桃種植面積為40萬hm2，年產量為165．5萬t，主要分布區域為云貴地區、西北地區、華北地區。其中云南省的核桃產量第一，新疆、陜西緊隨其后；美國2011年核桃栽培面積為10．76萬hm2，年產量為41．82×104t，其中主要集中分布在加州地區，占全國的99%，而加州優勢種植區又主要分布在薩克門托和圣華金山谷地帶的40個縣［2，3］。

中國作為核桃生產大國，種植面積、產量均居世界第一［4］，但核桃出口遠遠落后于產業發達的美國，其主要原因之一是由于中國采后加工技術及裝備落后，加工出來的核桃仁外觀顏色差，霉變多，品質較低。中國每年核桃采收后因貯藏問題，造成的損失產量占總產量的12%［4］。目前，中國核桃還沒有形成有效的經營模式，核桃大多數以原果的形式進行銷售，核桃品種繁多，規格不統一，競爭力不強，其出口量不到總量的10%［4］，且份額呈下降趨勢，在產量和商品性等方面與美國的差距不斷拉大。

核桃果實主要由外層青果皮、內層硬果殼和種仁組成。果實采收后應盡快脫掉外層青果皮，否則果仁就會發生霉變，嚴重影響核桃的品質。核桃脫青皮作為核桃收獲后加工的一項重要工序，它對保證核桃的品質有重要的作用［5］。核桃的采收期季節性強，青皮核桃加工規模大，如果脫青皮不及時，果仁顏色將會受到影響，果仁會發生霉變，核桃硬殼表面產生黑斑，核桃的商品價值和市場競爭能力將受到嚴重影響。

目前，中國推廣的核桃優良品種分早、晚實兩個類型。早實品種有：扎343、溫185、新新2、遼核1 號、遼核7 號、香玲、魯光、中林1 號、薄殼香、強特勒等；晚實品種有：清香、晉龍1 號、晉龍2號、禮品2號等［6，7］。中國LY／T 1329－1999《核桃豐產與堅果品質》規定核桃出仁率≥59%為優級。因此，中國核桃品種的栽培和育種追求出仁率高、硬殼薄。然而，在核桃實際生產加工中，硬殼薄的品種普遍存在裂果多，易破損，不易機械化脫青皮加工。

美國核桃栽培品種有39個［8］，主要分布在加州地區，栽培的主要品種有37個，其中強特勒（chandler）、塞爾（serr）、維納（vina）、培尼（payne）、哈特雷（hartley）、霍華德（howard）和弗蘭克蒂（franquette）7 個品種的產量超過總產量的75%［8］。美國是世界上核桃出口量最大的國家，核桃從生產到加工整個產業鏈已經完全實現機械化，其水平處于領先地位。在美國，90%以上的核桃進行加工處理，其中60%供給國內，40%出口，占世界出口量的50%［9］。其核桃種植管理模式已經實現了標準化，所產同品種核桃外形尺寸差異較小，易于加工。青核桃幾乎100%的都經過機械化生產線，進行商品化處理。中國從20世紀90年代后期開始對核桃脫青皮技術進行研究，陸續有一些專利和試驗樣機推出，由于一些技術問題尚未能很好的解決，至今在生產中推廣應用的不多。

1 核桃脫青皮技術

1．1 人工剝青皮

目前中國核桃產區果農、核桃脫青皮加工大戶大多數用手工刀剝削或用棒子敲打進行脫青皮，然后將其倒入清水中快速揉搓清洗去除雜質，清洗時間一般不超過2min，快速脫水涼干即成初級產品，但人工剝青皮衛生條件較差，對加工者的雙手傷害也較大。

1．2 堆漚脫青皮

研究［10，11］表明，核桃采收后，一般按50cm 左右的厚度，堆積在室外陰涼處或室內（過厚容易腐爛）；為了提高核果堆內的溫度，在核果堆上加一層10cm 厚的干草或樹葉，加快脫青皮速度促使外層青果皮離殼，一般堆漚4～6d，待青皮離殼或開裂時，再用人工剝離青皮。人工脫青皮每小時的加工量約為50kg／人，如果核桃大量成熟，人工脫青皮就比較困難，脫青皮不及時，在堆漚過程中就會發生霉變，甚至腐爛，核桃外觀品相差，果仁質量也不高，影響其商品等級。

1．3 化學藥品脫青皮

核桃采收后，需準備質量分數為3‰～5‰的乙烯利藥液，將青果浸漬在藥液中，約5 min，注意要使青果與藥液均勻混合，然后取出青果，再按50cm 左右的厚度，堆放在陰涼處或室內，在環境溫度為23～30℃、相對濕度為80%～95%的條件下，堆放3～5d，再用人工剝離青皮［10，11］。核桃果實成熟度越高，使用藥液的質量分數就越低，催熟時間就短。這種脫皮方法存在勞動強度大，工作效率低等問題。

1．4 凍融脫青皮

核桃采收后，剃除病、蟲害果，使用設備對核桃進行低溫冷凍，冷凍溫度為－5～－25 ℃，等核桃青皮凍透后，升溫至0 ℃以上，融化，人工剝離青皮［12，13］。凍透的標準是青果皮全部結冰，脫皮時有明顯的冰屑嵌入青皮內。這種方法增加冷凍和升溫設備，投入增加，還需要人工剝離青皮。

1．5 機械脫青皮

機械法脫青皮按加工原理分為鋼絲刷刷青皮法、刀片切割脫青皮、擠壓摩擦刮削脫青皮、刀片與鋼絲刷結合式脫青皮等。機械法脫青皮無疑是核桃產業化發展的關鍵途徑。

2 核桃脫青皮機械的研究進展

2．1 鋼絲刷刷青皮法

2．1．1 滾筒式鋼絲刷脫青皮機 采用滾筒式的鋼絲刷刷青皮，并利用壓力水進行清洗。如圖1所示，該裝置主要由柵條滾筒1、鋼絲刷輪3，壓力水管4等組成。其原理是柵條滾筒與鋼絲刷輪中有一個部件轉動，另一個部件固定，青核桃與柵條滾筒或鋼絲刷輪之間的速度差產生的剪切力和摩擦力，將核桃青皮剝離下來，然后使用壓力水管清洗核桃表面。如由Packwood［14］設計的美國堅果脫青皮機，新疆農業科學院農業機械化研究所［15］生產的6BXH－800型青核桃脫皮機，新疆中收農牧機械公司［16］生產的6HTX－1200 核桃脫皮清洗機，由魏子坡［17］設計的青核桃加工清洗機。上述青核桃脫皮機的設計都不同程度地存在不足之處：轉動部件速度過高，破碎率增加，脫凈率受鋼絲刷輪軸向長度的限制；生產率受滾筒直徑的限制。

圖1 滾筒式鋼絲刷脫青皮結構示意圖Figure1 The schematic of Grid Cylinder－type green walnut peeling mechanism with wire brushes

2．1．2 臥式鋼絲刷脫青皮機 采用水平式的鋼絲刷刷青皮。如圖2所示，該裝置主要由柵格板1、鋼絲刷輪3 等組成。其原理是鋼絲刷輪與柵格板中有一個部件旋轉或水平輸送，另一個部件固定，青核桃與鋼絲刷輪或柵格板之間的速度差產生的剪切力和摩擦力，將青皮剝離下來，然后通過柵格之間的間隙分離出去。如由Andersen［18］設計的美國堅果脫青皮機。臥式脫青皮機是目前國際最先進的核桃脫青皮清洗加工設備，在美國，核桃脫青皮設備中的95%采用的是水平式鋼絲刷刷青皮。它存在的問題是：硬殼薄的核桃易壓碎，該設備結構復雜，不易加工制作等。

圖2 水平式鋼絲刷脫青皮結構示意圖Figure2 The schematic of horizontal green walnut peeling mechanism with wire brushes

2．1．3 立式圓盤脫青皮機 采用立式圓盤的彈齒刷刷青皮。如圖3所示，該裝置主要由彈齒刷1、轉盤3，外圓筒4等組成。其剝離原理是物料垂直喂入，落到以一定速度旋轉的轉盤上，將青核桃強制帶入青皮剝離區，由于彈齒刷不動，彈齒與轉盤對青核桃產生的剪切力，將青皮剝離下來。如由Harrison［19］設計的美國青核桃脫皮機。立式圓盤脫青皮機是目前國外核桃青皮剝離機的一種，缺點是揉搓行程受圓盤直徑限制。

圖3 立式圓盤彈齒刷脫青皮結構示意圖Figure3 The schematic of vertical green walnut peeling mechanism with disc spring－tooth

2．2 刀片切割脫青皮法

2．2．1 滾筒式刀片脫青皮機 采用滾筒式的刀片切割脫皮法脫青皮。如圖4所示，該裝置主要由滾筒柵條1、切割刀片3、壓緊機構4，噴水管5等組成。其原理是青核桃由滾筒柵條，進入青皮剝離區，青核桃與刀片產生相對運動，對物料不斷擠壓、切割和剪切，將核桃青皮剝離下來。如劉維永［20］設計的一種青核桃脫皮機。此類設備存在的問題是：尺寸較大的青核桃無法進入剝離區或破碎；尺寸較小的青核桃，由于擠壓作用力小，不易脫去青皮。

圖4 刀片切割脫皮結構示意圖Figure4 The schematic of cutting blade mechanism for green walnut peeling

2．2．2 臥式刀片脫青皮機 采用水平式的刀片切割脫皮法脫青皮。其原理是傳動帶上的青核桃被輸送到一塊固定在底座上的下表面安裝兩排刀刃的壓緊鐵板下，刀刃離傳動帶的間隙可以調節，青核桃在通過該鐵板時青皮被切削刀刃除去。如由張永孝［21］設計的核桃脫皮機。此類設備存在的問題是：核桃在長軸方向脫不干凈，效率較低。

2．3 擠壓摩擦刮削脫青皮法

2．3．1 滾筒式擠壓脫青皮機 采用滾筒式擠壓摩擦刮削脫皮法脫青皮。如圖5所示，該裝置主要由柵籠筐1、攪動輪2、噴水管3、機架5等組成。其原理是青核桃在柵籠筐與攪動輪相反運動中產生相互擠壓、摩擦與刮削脫去青皮。如由亓立峰［22］設計的青皮核桃脫皮機，楊家杰［23］設計的核桃青皮脫離機。此類設備存在問題是：無法實現連續化生產，效率不高，僅有500～1 000kg／h。

圖5 滾筒式擠壓摩擦刮削脫皮結構示意圖Figure5 The schematic of Cylinder－type green walnut peeling mechanism using extrusion friction

2．3．2 臥式擠壓脫青皮機 采用水平式擠壓摩擦刮削脫皮法脫青皮。其原理是柵筐籠固定一排青核桃向水平方向運動，帶動青核桃與削皮鋼絲柵條接觸摩擦，從而擠壓刮削核桃青皮。如魯思相［24］設計的刮削式核桃青皮剝離機。該裝置的缺點是核桃長軸方向青皮脫不干凈等。

2．4 刀片與鋼絲刷結合式脫青皮

借鑒目前國內外現有脫青皮技術，李忠新等［25］設計的6HT－2000型連續式青核桃脫皮機如圖6所示，該裝置是刀片與鋼絲刷結合式脫皮機，主要由輸送帶1、刀片2、鋼絲刷4、間隙調節裝置5，角度調節裝置6等組成。其原理是裝有一定規律切割刀片的輸送帶載著青核桃進入青皮剝離區，利用鋼絲刷和刀片相對運動與青核桃之間產生的擠壓、滾搓和剪切，實現脫皮。該結構與青核桃三點接觸受力，更有利于青皮的劃破。其特點是利用脫皮工作部件進行青核桃從大到小脫皮，脫皮過程長，脫凈率高。通過間隙調節裝置，調節鋼絲刷和刀片之間的間隙；通過角度調節裝置，調節鋼絲刷與輸送帶之間的角度，適應不同品種、大小和硬殼厚度的核桃進行脫皮，降低了核桃破碎率，提高了青皮脫凈率，減少了核桃表面青皮殘留。

圖6 刀片與鋼絲刷結合式脫皮結構示意圖Figure6 The schematic of green walnut peeling mechanism with wire brush combined with cutting blade

6HT－2000型連續式青核桃脫皮機［26］的技術參數：脫凈率＞92%，破碎率＜3%，生產能力3～5t／h。

該機具有脫凈率高，破碎率低，生產率高，比人工作業效率提高300倍以上，比其他同類設備提高10倍以上，勞動強度小，生產成本低，能適應不同品種、大小，硬殼厚度核桃脫青皮等優點，該機可以單機使用，也可以配置在生產線上使用，實現連續化、規模化生產，是目前較先進的核桃脫青皮機，有著廣泛的推廣前景。

3 國內外脫青皮機械的應用現狀

目前，國外核桃脫青皮機主要形式有水平式的鋼絲刷刷青皮機、立式圓盤的彈齒刷刷青皮機和滾筒式的鋼絲或彈齒刷刷青皮機3種，都可以進行連續化作業，并可配套在核桃初加工生產線上，對青核桃進行脫皮清洗，同時將青皮從核桃中分離出來。由于國外核桃品種外殼硬度大，大小均勻，適合脫青皮加工，因此，核桃脫青皮的問題在國外已經完全解決。而中國核桃品種外殼硬度小，大小不同，因此國外設備不適用于中國核桃品種的脫青皮加工，而且國外的脫青皮設備工藝復雜，成本高，不易加工制作。

目前，中國核桃脫青皮的機械化研究還處于初級階段，在國內大部分核桃種植區，果農和加工大戶的專業知識水平較低，對核桃脫青皮加工的衛生條件意識不足，對核桃的品質要求不高，依然采用傳統的堆漚法和人工脫青皮。核桃在堆漚過程中經常發生霉變腐爛的現象，直接影響了核桃的商品品質。隨著中國核桃種植面積及產量的不斷增加，核桃產業化加工是提升核桃附加值，增加果農和加工大戶收入的必經之路。而核桃加工技術及裝備則是核桃產業化加工的重要保障，發展核桃加工技術及裝備，實現核桃脫青皮清洗的初加工工藝：脫青皮、青皮分離、清洗、分揀、烘干、貯藏、分級等實現機械自動化操作加工，為核桃深加工奠定了良好的基礎。如新疆農科院農業機械化研究所研制的核桃脫青皮機［27］及成套設備等在核桃加工技術及裝備方面已走在了中國前列。該成套設備已經推廣到云南、陜西、新疆、湖北、山西、甘肅等地，通過不同地區、地點的試驗結果表明，該機及成套設備適應性強，可加工不同品種，不同大小的青果核桃。核桃脫青皮清洗加工成套設備的研究與推廣，將推動核桃產業的發展，加速核桃破殼取仁深加工的步伐，增加產業鏈條，提高產業經濟效益。

4 展望

4．1 核桃脫青皮工藝存在的問題

4．1．1 核桃果實采收時間的問題 采摘過早，核桃仁成褐色或深褐色，味淡，極澀，種仁不飽滿重量輕，出仁率較低，而且不耐儲藏，影響核桃的品質和產量。由于核桃外層青果皮未完全成熟就被采摘，青果皮與硬殼表面粘連較緊，從而導致機械法脫青皮難度較大。因此，果農和加工大戶仍大量采用手工脫青皮。采摘過晚，青皮開裂，果實易脫落，如不及時采收脫去青皮，增加病蟲害及霉菌感染風險，嚴重影響核桃商品品質。

4．1．2 不能及時脫青皮的問題 要用核桃脫青皮機替代人工作業，必須做到：①制訂青核桃采收標準，適時采收；②收獲后及時將青皮脫掉，提高核桃的產量和品質；③進一步提高核桃脫青皮機的脫凈率和生產率，降低破碎率，只有這樣，廣大果農及加工大戶才能用機械法及時進行脫青皮加工，保證核桃果實的商品質量。

4．2 提高核桃加工技術及裝備的自動化水平

中國有發展核桃產業的良好機遇和優勢，如果要將巨大的資源優勢轉化為經濟優勢，就必須發展好核桃加工的產業化。核桃加工的產業化是提升核桃附加值、增加果農和加工大戶收入的必經之路。核桃加工產業化之路，需要引進先進的理念、制定標準化的體系、提高機械化的加工裝備，完善管理服務體系等多方面協調發展。因此，提高核桃加工技術及裝備的自動化水平，實現核桃脫青皮清洗初加工等全程機械化的操作，才能使核桃產業更好、更快的發展。

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