美國花生脫殼加工技術特點及啟示

陸 榮，高連興，Chen Charles，Butts C L

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美國花生脫殼加工技術特點及啟示

陸 榮1,2，高連興1※，Chen Charles3，Butts C L4

（1. 沈陽農業大學工程學院，沈陽 110866；2. 遼寧生態工程職業學院，沈陽 110122；3. 奧本大學農學院，奧本 AL 36849；4. 美國農業部農業研究局國家花生研究實驗室，道森 GA 31742）

脫殼加工是花生進入消費領域前的關鍵環節，其技術與裝備水平決定了花生果仁質量，關系到花生食品安全。美國先進而獨特的花生脫殼加工技術，是其花生制品豐富及國際競爭力提升的重要原因之一。為發掘可供中國借鑒的技術和經驗，在實地考察基礎上，運用社會調查法、文獻研究法和經驗總結法，從美國花生脫殼概念、加工分類及其重要性入手，系統分析了美國花生脫殼加工方式、脫殼廠及脫殼加工裝備、典型花生脫殼工藝及裝備配置流程。分析了美國花生收儲、脫殼和銷售的產地化、一體化和工廠化脫殼加工等特點?？偨Y了花生脫殼技術和設備的最新進展，包括果仁儲藏技術、典型花生脫殼加工工藝等技術和在脫殼加工裝備總體構成中增加花生與果仁處理設備、獨立驅動多滾筒花生脫殼機分級脫殼等。分析了中國花生脫殼技術概況和向雙滾筒循環脫殼、設備大型化發展等最新進展。針對中國花生脫殼加工的主要問題，在分析中國國情和借鑒美國花生脫殼加工經驗的基礎上，提出了進一步加強脫殼技術研究、提高花生預處理、果仁精選技術與儲藏技術、建立適當規模的花生收儲與脫殼中心和提高花生產業有序化等發展建議。

農業機械；技術；加工；花生；脫殼；收獲后機械；脫殼裝備；美國

0 引 言

花生是世界、更是中國的重要油料作物。中國和美國雖皆花生生產大國，但花生處理加工、出口和利用情況顯著不同，其中2018年花生產量分別為17 000 kt和2 477 kt，各占世界40.52%和5.93%分別位居世界第一和第四位；花生及制品出口量卻分別為685 kt和567 kt，占世界的20.22%和16.74%[1-4]。中國花生產量是美國的7倍，但出口量卻僅為1.2倍，而且美國花生價格高且以制品出口為主。中美榨油花生分別占國內花生50.3%和13.0%，中國約39.6%花生用以烤、炒和煮等粗加工，而美國約58.5%花生用于花生醬和花生點心精深加工[5-6]。

結實于地下的花生只能收獲莢果，但人們只消費果仁。無論直接食用、榨油、食品加工和種用，必須先去除花生外殼、清除收獲時夾帶的石子、土塊和黏附在外殼的沙土等雜質，獲得純凈花生果仁。花生脫殼機械已廣泛應用，但脫殼導致的果仁機械損傷一直是世界難題，也是影響脫殼質量與效率的關鍵。直觀可見的果仁破碎、開裂和破損等不但造成果仁損失和價格降低，而且容易受到黃曲霉素侵染和其他污染，嚴重威脅花生及其制品的食品安全；隱性損傷（衣皮完好但內部損傷）嚴重影響種子發芽且難以發現和剔除，對花生再生產潛在危害巨大[7-11]。

美國不但花生收獲機械化技術先進，花生脫殼加工裝備技術同樣世界領先，花生在專門的脫殼廠中連續化脫殼加工，一般脫殼廠的年脫殼加工能力60 kt；花生公司一般擁有5～7個脫殼廠和眾多匹配的花生收購站（收購點），實行花生收購、儲藏和加工一體化；4～5個獨立驅動滾筒的大型脫殼機既可進行并列脫殼，也可進行3～4級的分級脫殼，單機效率達23 h/t。優質、高效的花生脫殼加工是美國花生食品加工業發展、花生及其制品國際競爭力強的關鍵之一[12-14]。相反，中國雖是世界花生生產第一大國，也曾借助廉價勞力而形成的花生價格優勢駕馭國際市場。但是，隨著廉價勞力時代結束和人們食品安全意識增強，花生脫殼加工技術相對落后導致果仁損失和質量問題已經凸顯，已成為發展花生食品加工業、提高國際競爭力的桎梏[15-16]。分析美國花生脫殼加工技術發展狀況、特點并加以借鑒，對發展中國花生脫殼加工技術具有重要意義。

1 花生脫殼加工基本概況

1.1 花生脫殼概念及內涵

花生脫殼是一個既有狹義又有廣義內涵的概念：狹義的花生脫殼是指使花生外殼碎裂、從果殼中分離出果仁的過程，僅指一個操作環節或稱工序；廣義的花生脫殼則是指將花生莢果加工成果仁的整個操作過程，其不僅包含脫殼一個環節，也包含為提高脫殼質量與效率、脫殼前所進行的花生莢果清選和分級等處理環節，以及脫殼后的果仁清選、挑選、分級和包裝等多個環節，是一個十分復雜的加工處理過程。

中國和印度等花生主產國，因技術水平遠不及美國和阿根廷等國家[17-18]，花生脫殼通常是狹義概念。相反，美國、阿根廷和巴西等花生脫殼加工技術水平相當或相近，花生脫殼是廣義概念，通常稱為“花生脫殼加工”，同時將脫殼加工環節稱為脫殼產業（peanut shelling industry）。

1.2 花生脫殼加工的分類

美國花生脫殼主要有兩種分類方式，即按花生脫殼加工目的不同，分為專用花生脫殼和商用花生脫殼；按脫殼后花生果仁用途不同，分為榨油用花生脫殼、種用花生脫殼、食品加工用花生脫殼、檢驗用花生脫殼和科研用花生脫殼[19-22]（表1）。

表1 美國花生脫殼主要分類及特點

商用花生脫殼是一種生產加工行為，包括榨油用、種用和食品加工用花生脫殼，包括出口花生果仁的脫殼加工量約占美國花生產量95%以上[23-25]。因花生脫殼加工量巨大、特別是種用花生脫殼季節非常集中，需要高效率的大型系列化脫殼加工裝備。專用花生脫殼也稱樣本花生脫殼，是指花生檢驗或科研等特殊需要的花生脫殼，一般脫殼量不大，但通常有特殊要求，如花生科研涉及的花生品種或處理多、樣本多和批次多，每次脫殼物料不能混雜，脫殼后要求快速方便地清種，需要具有特殊功能的小型專用花生脫殼裝備[7, 26-29]。

1.3 花生脫殼加工的重要性

美國花生產業基本流程如圖1所示，花生處理加工是花生生產和消費領域的中間系統和橋梁，是花生消費、出口和花生生產持續發展的基本保證[28-33]。花生處理加工過程分2個階段進行，第一階段為花生收購與儲藏階段，第二階段為花生脫殼加工階段。花生收購與儲藏在花生收購站或收購點（peanut buying station）中進行，主要完成花生莢果干燥、作為第三方的州聯邦檢驗局（the federal state inspection service, FSIS）檢驗人員進行檢驗（花生稱量、取樣、驗質和定級）、清選和儲藏等，重點是防止花生儲藏過程中霉變、保持原有風味，為后續脫殼加工準備品質合格的原料花生[5-6,28-29]?；ㄉ摎ぜ庸ぴ诨ㄉ摎S（peanut shelling plant）內進行，將花生莢果加工成質量合格、滿足各類用戶不同需求的花生果仁，重點是減輕果仁損傷和污染、減少果仁中的雜質成分，達到食品加工的食品安全標準要求。

脫殼加工主要包括花生脫殼前莢果清選與分級、花生脫殼、脫殼后的花生果仁處理、黃曲霉抽檢（用于食品加工果仁）和計量包裝等環節。

花生果仁是脫殼加工的最終產品，也是花生制品加工中涉及到食品安全的主要原材料。因此，美國聯邦政府將花生脫殼加工確定為產生物理危害、影響花生食品安全的關鍵[20,30]，對花生脫殼加工質量提出了更高要求。特別在2013年美國花生醬的沙門氏菌爆發（the salmonella outbreaks）以來，所有花生脫殼加工產業嚴格執行世界食品認證制度（global food safety initiative certification）[31-34]，并且每年一次地進行花生脫殼廠食品安全評估。

圖1 美國花生產業基本流程

2 花生脫殼廠發展概況及最新進展

2.1 花生脫殼廠發展歷程

從20世紀30年代后期開始，美國部分花生農場陸續興建專門的小型花生脫殼廠，其年脫殼能力2 000 t、最大脫殼效率4 t/h。后來陸續出現了當時認為“大型”的花生脫殼廠，年花生脫殼能力達到15 000 t，脫殼效率達到12 t/h[35-39]。直到20世紀80年代，花生脫殼廠已由農場所有轉為大型綜合花生公司所有，花生脫殼加工規模進一步擴大，陸續出現了脫殼效率10.9、16.3、21.8和27.2 t/h等4種規模的花生脫殼廠，脫殼加工技術與裝備水平得到顯著提高[38-40]。

進入21世紀以來，原有花生公司經營規模擴大，同時出現了由眾多農場入股成立的花生公司如American Peanut Growers Group Limited Lliability Co.（LLC）等，花生脫殼廠脫殼能力和效率進一步提高。截止2002年，產量占美國花生40%的佐治亞州，共建有10個花生脫殼廠，其中Golden Peanut Co.和 Birdsong Peanuts Co.是2個美國著名的大型花生綜合公司，占有佐治亞州73%的花生脫殼加工份額[41-45]。

2.2 花生脫殼廠發展現狀

目前，美國花生脫殼廠是一種特殊的加工廠，其根據現代工廠理念，結合脫殼加工要求、工藝過程和特點專門而設計，具有合理的功能分區、車間布局，輸送和環境系統等，最終形成花生脫殼加工生產線。花生脫殼廠生產與一般工廠不同，即從原料進廠到成品出廠，花生是唯一加工對象，全程沒有其他材料介入。典型的花生脫殼廠占地與布局等外貌如圖2a、圖2b所示，脫殼廠一般劃分5個功能區和2個系統（不包括花生儲藏部分），即花生卸料區（farmers stock receiving section）、花生清選區（cleaner section）、花生脫殼區（sheller section）、果仁成品區（finishing section）和花生殼處理區（hull section），物料輸送系統（transporting systems of peanuts）和空氣流動系統（air flow systems）。

花生清選區和脫殼區是主要的花生脫殼加工區，主要有花生清選（圖2c）、分級（圖2d）、脫殼、分離、果仁精選和包裝等車間。

1.一次清選機 2.去石機 3.二次清選機 4.提升機 5.輸料管 6.振動篩

1.Precleaner 2.Stoner 3.Secondary cleaner 4.Elevator 5.Conveyor 6.Screen

圖2 美國LMC設計的典型花生脫殼廠及車間

Fig.2 LMC peanut shelling plants and workshops in the USA

美國Birdsong Peanut Co.、Premium Peanut Co.、Lewis M. Carter Manufacturing Company (LMC)、Premium Peanut Co.、Golden Peanut Co.和Olam International Limited Lliability Co. (Olam)等大型花生綜合公司，擁有分布在不同花生產地的多個脫殼廠，花生年脫殼能力達到或接近300 kt（表2）[46-50]。為確保脫殼廠全年運行的花生供應，公司擁有數量匹配、布局在各花生產地的收購站，同時與花生農場實行“訂單花生”，保證花生的源頭供應。

表2 美國典型花生公司花生脫殼能力概況

2.3 花生脫殼廠最新進展和發展態勢

1）脫殼廠規模繼續擴大

由于美國花生種植面積和產量相對穩定，花生公司之間對花生資源的競爭日益激烈，一些公司或退出花生脫殼產業或進行聯合，通過擴大花生收購站和脫殼廠規模而獲得更大經濟效益成為一種態勢。

2）果仁儲藏間溫濕控制技術

花生果仁是花生脫殼加工的最終產品，相比花生莢果儲藏難度大?；ㄉ摎S普遍建有溫、濕度控制的果仁儲藏間（圖3a），如LMC和APGG等均已采用溫、濕度控制儲藏技術。將相對濕度控制在55～70%、溫度在55°F（約12.78 ℃）以下，可使花生果仁儲存一年而不會影響口味或其他品質[50]。

3）清潔能源與節能技術應用

自2011年以來，大型花生公司APGG已將太陽能發電技術應用于花生收購站和脫殼廠（圖3b），年發電量達到6.0×105kW·h以補充脫殼廠的電能消耗[50]?；ㄉ摎S普遍采用電氣系統編程邏輯控制器（programmable logic controllers，PLC），通過計算機化電氣系統對脫殼加工過程制定具體的防護措施，允許設備按順序自動啟動，實現花生脫殼廠電力系統安全、經濟運行。

圖3 美國APGG花生脫殼廠

3 花生脫殼加工裝備與技術概況及最新進展

3.1 脫殼加工裝備總體構成及功能

美國花生脫殼加工裝備是從脫殼前莢果處理到最終果仁計量包裝整個過程所需機械設備的總稱?；ㄉ摎ぜ庸ぱb備總體構成、設備名稱和脫殼加工過程的先后順序如圖4所示。

根據基本功能和特點不同，可將花生脫殼加工過程及其設備分以下4種部分：

1）花生處理設備 為提高脫殼質量與效率而在脫殼前進行的花生莢果清選、去石和分級處理機械，如花生清選機、去石機和分級機等。

2）花生脫殼機 使花生莢果外殼碎裂、花生果仁流出并去除花生殼的機械即花生脫殼機，是花生脫殼加工裝備中決定脫殼質量和效率的核心機械。

3）果仁處理設備 包括分選出花生果仁中未脫殼的較小花生莢果仁果分選機、選出未成熟的癟果仁和破碎果仁的果仁篩選機、進一步清除各種外來雜質的果仁去石機、選出破皮和異色果仁的色選機和果仁分級機等。

4）裝袋與稱量設備 為方便果仁運輸和存儲、產品交易，將合格的花生果仁按標準進行包裝和稱量的設備，即自動裝袋稱量機。

圖4 美國LMC公司制造的18 t/h花生脫殼加工主要裝備

美國花生脫殼加工裝備主要由LMC公司制造，其主要單元設備主要包括花生清選機、花生去石機、花生分級機、花生脫殼機、仁果比重分選機、果仁篩選機、果仁去石機、果仁色選機、果仁篩分機、自動包裝機等[51]。這些設備的基本功能、類型和特點詳見表3。

表3 美國LMC公司制造的花生脫殼裝備主要構成及特點

3.2 花生及果仁處理與包裝技術最新進展

近年來，花生脫殼前莢果處理、脫殼后果仁處理和包裝等環節技術最新進展如下：

1）花生清選和分級技術進展 對于傳統的花生脫殼加工，花生清選和分級一直是建議環節，如今大型花生脫殼廠已普遍應用，特別用于食品加工的花生脫殼，多數進行花生的二次預清和二次分級，花生脫殼效率提高約25%、脫殼損傷減輕約1%～2%。花生清選和分級設備處理能力也普遍提高，如LMC Cleaner-8448花生清選機已達到12～15 t/h。有些脫殼廠開始采用具有防堵塞的回轉帶式分級篩進行花生莢果分級[51-54]。

2）果仁精細化處理技術進展 花生果仁已屬于半成品或成品，相比花生莢果處理難度大，因此需要更多環節、更精細的技術與設備?；ㄉ摎S采用精度較高的密度分選機（density separator）替代傳統的比重清選機（conventional gravity separator）；為進一步提高果仁凈度，普遍增加了果仁去石機；LMC VISTASORTOR果仁色選機最小分辨率0.04，色選準確率已達到≥99.99%,最大分選效率達到15 t/h；LMC 500型比重分離機分離小果仁、中果仁、大果仁的生產率分別達4.63、10.89、13.61 t/h，配備電機功率13.5 kW；LMC ROCA 60 Destoner 最大效率達到9.5 t/h[49]。

3）果仁包裝技術進展 在過去的30 年間，散裝花生的包裝已經從100磅（約45.36 kg）的麻袋發展到1 t的蓋洛德箱包裝、再到今天的1 t柔性合成方形提袋[49,57]。

3.3 花生脫殼機發展概況及最新進展

美國1907年發明手搖往復式花生脫殼機，1913年發明動力式花生脫殼機[55-58]。20世紀50年代初到80年代初，相關的公立大學和農業部科研部門，集中研究了商用花生脫殼機構原理和結構型式，最終確定了“刮搓脫殼”原理及其脫殼機構“基本構型”與參數，即由打桿式滾筒和柵格式凹板篩構成的臥式脫殼機構（圖5）。脫殼滾筒分為開式和閉式2種，帶有4個矩形鋼制脫殼打桿，脫殼滾筒外端直徑25.4～27.9 cm，滾筒轉速160～300 r/m；凹板篩內徑為30.5～35.6 cm、包角180°～270°。采用氣吸式風篩清選裝置，流速為5.08～7.62 m/s的氣流將花生殼吸出[59-63]。

1.喂料斗 2.凹板篩 3.開式滾筒 4.開閉滾筒

1.Surge hopper 2.Grate 3.Open-type cylinder 4.Solid-type cylinder

圖5 花生脫殼機構構型

Fig.5 Peanut shelling mechanism configuration

脫殼裝置工作時，隨滾筒轉動的脫殼打桿與柵格凹板篩相對運動，對花生莢果形成刮、剪、搓和摩擦等機械作用下，花生外殼逐漸開裂、破碎，花生果仁離開果殼并隨之一起通過凹板篩間隙而離開脫殼室，花生殼等被聯通到凹板篩下方的負壓空氣系統吸走，果仁及未脫殼莢果落入清選篩。

20世紀90年代以來，“基本構型”花生脫殼機在美國普遍應用，其中90%由美國機械制造公司LMC制造[60]。LMC在原有技術基礎上，推出3個“T”形打桿的開式滾筒和薄鋼片式柵格凹板篩構成的脫殼機構，其中，“T”形打桿是在矩形打桿外端焊接徑向直刃刮板而形成，采用寬38.1 mm、厚6.4 mm的薄鋼柵篩；脫殼滾筒外徑至36～40 cm，最大有效長度增加到1.0～1.5 m，降低了滾筒轉速至260 r/m；凹板篩內徑相應增大至43～48 cm；變單滾筒為4～5個滾筒（圖6）。

進入21世紀以來，LMC將“T”形脫殼打桿的直刃刮板改進為波紋刃刮板，薄鋼柵篩的鋼片厚度從6.4 mm降到3.5～4 mm，進一步增大脫殼機構的刮削能力，提高了篩面利用系數，從而提高脫殼效率。目前，廣泛應用的4～5個滾筒大型脫殼機，最大單機脫殼效率達到23 t/h。通過更換相應規格的脫殼部件，脫殼機既可用于榨油、加工和種用花生脫殼，也可對同一級花生莢果并列脫殼或進行不同尺寸花生的分級脫殼。每個脫殼滾筒均獨立配置驅動電機和減速器（圖6b），既簡化了整機結構、減少傳動的功率損失，又可根據需要實現每個滾筒獨立運行。雖然脫殼滾筒獨立驅動運行，但整機只采用一套氣吸和振動篩等復式清選系統，簡化清選系統、提高清選效果。如圖6a所示，脫殼機除第一次氣吸清選外，上篩和下篩分別設有吸風口進行二次氣吸清選；5個滾筒脫殼機（圖6b）每個脫殼裝置均設有氣吸室進行第一次清選，清選后的花生果仁經統一篩選后進入比重分選裝置二次清選。這種“獨立脫殼、統一清選”結構，進一步改善了清選效果和脫殼質量。

1.風機 2.主風管 3.上篩吸風管 4.喂料槽 5.脫殼裝置 6.維護平臺 7.下篩 8.人行梯 9.下吸風口 10.下篩吸風管 11.電機及減速器 12.比重分選裝置 13.排雜口 14.上篩

1.Fan 2.Main pipe 3.Pipe for upper screens 4.Surge hopper 5.Shelling device 6. Maintenance platform 7.Lower screen 8.Step ladder 9.Lower suction outlet 10.Pipe for lower screens 11.Motor and reducer 12.Gravity table 13.Pipe for light hulls and skins 14. Upper screens

圖6 美國多滾筒花生脫殼機

Fig.6 American peanut shellers with multi-cylinders

4 花生脫殼加工工藝及裝備配置流程

4.1 榨油用花生脫殼加工及裝備配置流程

相比種用花生、食品加工用花生脫殼加工，美國榨油用花生脫殼加工環節最少、流程最簡單、配置的設備數量也最少。其脫殼加工工藝流程、環節和配置的設備如圖7a所示。

整個工藝流程：花生經提升機輸送至清選機進行清選，清選后的花生莢果經提升機、喂料斗進入第一級脫殼機脫殼，石子、土塊和殘茬等雜質分離出來，癟花生、離殼果仁和碎秸稈等經旋風分離器、傳送機送至果仁回收器分離后，匯至脫殼機果仁路徑；脫殼后果仁及未脫殼莢果經振動篩選機分離，果仁進入比重分選機精選，而未脫殼莢果通過提升機進入脫殼間隙和凹版篩隙更小的第二級脫殼機再次脫殼；兩個脫殼機均與氣吸系統相連，脫殼過程中的花生殼直接通過氣流吸出并經旋風分離器、回收器傳輸機送至花生殼處理加工設備；精選后的果仁經磁選后傳送至榨油設備[64-67]。

該流程主要有3個特點，即清選出的有用成分和雜質“分路”處理，提高花生資源利用率；采用2個花生脫殼機進行未脫殼花生的二級循環脫殼；因榨油過程設有精制、漂白和脫臭等環節，基本可去除黃曲霉毒素等，所以不進行黃曲霉檢測。榨油對花生果仁質量要求不高，一般不能種用與食品加工用的破碎、兩瓣和黃曲霉含量超標果仁均可用于榨油。因此，榨油用花生脫殼是3種商用花生脫殼中加工環節最少、加工裝備最簡單的一種。

圖7 榨油和種用花生脫殼典型工藝流程及設備

4.2 種用花生脫殼加工及裝備配置流程

美國種用花生脫殼加工及設備配置流程如圖7b所示，主要由一次和二次花生預清，一級、二級和三級花生脫殼，振動篩選，比重分選，光電色選，篩式果仁分級（篩分機），種子處理（包衣等處理），計量包裝等工藝環節及其相應的設備構成[68-69]。

一次清選主要清除花生莢果中的石子、土塊等雜質外，同時將選出的離殼果仁和莢果一同送入二次清選裝置（一般為滾筒篩），清選出的碎果仁等用于榨油，完好果仁及莢果進入振動篩選機；振動篩選機將來自第一級脫殼機和滾筒篩分離除碎仁和半仁，未脫殼的中等尺寸莢果送至第二級脫殼機循環脫殼；比重分選機再將果仁中未脫殼小花生莢果返回到第三級脫殼機脫殼；所有果仁再經色選、篩選進行種子包衣等處理后計量包裝。

種用花生脫殼工藝及設備流程比榨油用花生脫殼復雜，其采用三級循環脫殼原理并增加了色選、分級等多個處理環節，最終將處理后的種子稱量和包裝。其中，將破碎果仁直接選出用于榨油，而特大果仁選出作為食品加工用。

4.3 加工用花生脫殼加工及裝備配置流程

果仁作為花生食用加工的主要原料，有害雜質、劣變成分和黃曲霉濃度超標等問題，關系到人類健康和生命安全。因此，美國聯邦政府對食品加工用花生脫殼質量要求非常嚴格。相比榨油和種用花生脫殼技術，食品加工用花生脫殼加工技術水平不斷提高，其工藝過程及設備配置主要差別和特點如下：

1）加強了花生清選功能 除進行花生二次清選外，對一次清選出的離殼果仁和小癟花生另需經單獨篩選和比重選，將離殼果仁分離后，小癟花生再分出兩級，分別進入第三級、第四級脫殼機進行脫殼。

2）增加了花生分級環節 將二次清選后的花生莢果分出4個等級，特大莢果一般帶殼保留、高價銷售，其余3個等級花生分別進入一級、二級和三級脫殼機進行脫殼。

3）實行4級混聯脫殼 每級脫殼機分離出的未脫莢果在循環至下一級脫殼，直至第4級脫殼。第4級脫殼機脫出的果仁一般為籽粒不飽滿的癟果仁，單獨用于榨油；第一級脫殼機脫出的果仁為大果仁，單獨配置果仁處理設備，而二級和三級脫殼機果仁處理合用一套果仁處理設備。

4）增加果仁處理環節 如果仁處理設備有比重分選機、去石機、光電色選和果仁分級機等，增加了包裝前的黃曲霉含量抽檢，當黃曲霉質量濃度≥200g/L時[32]，可通過重新脫殼或果仁“脫衣”去除黃曲霉，也可將其用于榨油的原料。

5 美國花生脫殼加工主要特點

1）花生脫殼加工工廠化

花生脫殼加工全過程在標準化設計的脫殼廠內進行，衛生安全且環境可控，更好滿足日益嚴格的食品安全要求。流送式、氣力式和機械式輸送系統使脫殼加工過程中各環節連續，縮短了輸送路徑、又減少了上料和卸料次數，減少損傷與損失。工廠化有利于設備單元優化配置和連續化與規?；a，實現優質、高效、低耗和安全地脫殼加工?；ㄉ摎S全年運行，既提高了設施和脫殼加工裝備利用率，又可將各種成分果仁更好地滿足用戶常年需求。

2）脫殼加工過程精細化

花生脫殼加工前伸至花生清選和分級，后延至花生果仁的多個精選環節。前者既可清除收獲時夾帶及果殼黏附雜質，以免加劇果仁脫殼損傷、部分雜質殘留在果仁中而降低果仁質量，又可防止石子和土塊等雜質造成脫殼部件的損壞和磨損加劇；后延使脫殼后的花生果仁得到精細處理，通過精選、色選和分級等系列技術與裝備，提高了花生果仁的出廠質量。

3）裝備技術先進且大型化和系列化

作為花生脫殼加工裝備核心的脫殼機，采用“刮搓脫殼”脫殼機構不斷改進和優化，“獨立脫殼、統一清選”的多滾筒脫殼機原理獨特、結構簡化，既可獨立工作也可聯合脫殼，提高了脫殼效率和質量。花生莢果清選、分級、果仁精選、色選、分級和包裝設備等，按流水線脫殼加工統一配備，形成系列化。

4）花生收儲和脫殼加工產地化

為最大限度降低運輸成本，及時干燥而減輕花生損傷與損失并提高品質，美國花生脫殼廠及其收購站均建在花生產區，完成花生收購、干燥、儲藏和脫殼加工。脫殼廠和收購站投資建廠之前，均進行嚴格的可行性研究，綜合考慮花生產區地形地貌、交通條件、花生種植地塊、面積、產量和運輸半徑等綜合因素。

5）花生“產-購-儲-脫”有序化

“產-購-儲-脫”系統有序是美國花生產業的一個顯著特點?；ㄉ九c農場建立“訂單花生”關系，穩定原料來源保障；花生公司與果仁用戶之間建立果仁供銷關系，花生果仁有序地流向榨油、加工企業和用種農場等果仁用戶。花生公司下屬的花生收購站和脫殼廠之間數量匹配、產地布局合理?；ㄉ鷱姆N植農場到收購站、再到脫殼廠，花生果仁從脫殼廠到果仁用戶，所有流通環節均處于系統、有序和高效狀態。

6 中國花生脫殼加工的現狀及發展建議

6.1 中國花生脫殼加工現狀及問題

中國國情與美國顯著不同，大面積花生種植和脫殼機研究始于20世紀90年代[8,70]。根據花生種植分散、戶均種植規模小和農民經濟收入水平不高等實際情況，陸續研制出多種具有清選功能的小型花生脫殼機并迅速投入使用。截止到2005年，除部分地區種用花生仍采用人工脫殼外，中國基本實現了花生脫殼機械化，成為花生生產過程中率先實現機械化環節[70-71]?；ㄉ摎C研究最新進展如下：

1）花生脫殼機技術進展

脫殼機普遍采用了螺紋鋼或方鋼打桿和鋼筋柵條凹板篩；中大型脫殼機開始采用雙滾筒結構，可在不進行莢果分級情況下實現循環分級脫殼，提高脫殼效率到2～3 t/h，少數大型脫殼機脫殼效率達到6～8 t/h，脫殼質量有一定提高。

2）花生莢果清選去石機的應用

花生清選去石機的作用正在受到重視，大型脫殼機與清選去石機配套，減輕了石子和土塊等雜質對脫殼質量影響，提高了脫殼關鍵部件使用壽命。

3）花生果仁處理普遍加強

果仁清選、色選和分級技術等已普遍應用，特別廣泛應用于出口花生果仁的處理，提高了花生果仁加工質量。

中國花生脫殼加工技術雖然發展很快，對花生生產、加工和出口起到了保證作用，但仍存在以下問題：

1）脫殼場所及脫殼方式問題

中國的花生脫殼多數在農戶庭院、少量在固定的脫殼點場地的露天環境下進行。因條件簡陋和設備頻繁轉移，難以配置多環節、規模化和流水化脫殼加工設備，實現連續脫殼加工。除少數花生去石清選與脫殼2個環節連續進行外，其余絕大部分花生的清選、脫殼、色選、分級等均分段進行，增加了花生上料、卸料次數，不僅效率低下而且增加了花生損失和損傷，嚴重影響脫殼質量與效率。露天環境下的脫殼作業，因沒有除塵等防護措施，脫殼過程容易引起花生果仁的衛生和安全問題。

2）花生脫殼機原理與性能問題

中國花生脫殼機雖然種類繁多、大小各異，但脫殼裝置結構原理和關鍵部件結構參數等完全或基本相同，主要采用打擊和擠搓脫殼原理，脫殼滾筒由4個方鋼或螺紋鋼打桿焊合而成，凹板篩為鋼筋焊制的柵格篩，脫殼部件產生較大的擠壓力。為獲得足夠的打擊力，脫殼滾筒轉速一般高達400～500 r/h。因此，中國的花生脫殼損傷率一般超過5%～6%[72-80]。

3）花生及其果仁處理技術問題

盡管花生清選去石機開始應用，但僅有一部分大型脫殼機脫殼作業時配備清選去石機，而多數情況下直接進行脫殼，忽略清選環節。中國因花生新品種不進行莢果和果仁均齊性審驗，部分品種花生因莢果和果仁均齊性差而影響脫殼性能。中國尚未開展花生莢果分級技術研究，也沒有花生分級設備應用；中國針對花生果仁的包裝和儲存技術研究尚不深入，造成果仁包裝粗放、規格不統一，也沒有嚴格的包裝、儲藏和運輸技術標準和操作規范，容易使花生果仁產生二次和多次損傷。

4）花生“產-購-儲-脫”系統無序

農戶花生種植規模小而分散，自己很少儲藏花生?；ㄉ斋@、晾曬后一般進行袋裝，等待榨油和加工企業或中間商來產地收購。因銷售季節集中且時間較短，農民必須及時將花生售完，使分散的農戶在銷售過程中基本處于被動地位。一般情況下，農戶根據用戶要求或直接銷售花生莢果或盡快脫殼后銷售花生果仁。除少數企業承包一部分耕地種植花生或與農民簽訂花生生產訂單外，絕大多數農民的花生種植、銷售、脫殼等缺少計劃和組織。這種“產-購-儲-脫”系統無序化狀況，將嚴重制約中國花生產業持續高效發展。

6.2 中國花生脫殼加工的發展建議

分析中國花生脫殼加工發展問題和展望今后發展，必須注意中國花生產業的幾個特殊情況：一是全國花生總產量大但農戶種植單元規模小而分散，需要處理好一家一戶的花生生產和脫殼加工規?；蟮年P系；二是農民種植的花生品種品系繁多，莢果類型和外形差異較大，脫殼特性不同，即便同一品種花生的莢果整齊度也遠不如美國種植的花生，給脫殼加工技術帶來難度；三是花生生產、收購、儲藏和脫殼加工等環節基本處于脫節狀態；四是花生脫殼加工技術研究起步晚、基礎差，正處于快速發展階段。針對中國花生產業和脫殼加工實際情況，借鑒美國花生脫殼加工經驗和技術成果，對中國花生脫殼加工發展提出以下建議：

1）進一步加強花生脫殼機技術研究

美國花生脫殼機研究歷史久遠，20世紀50年代以后，持續深入地進行了花生脫殼原理、脫殼機構、總體結構、關鍵脫殼部件材料等研究，以及花生品種、物料特性，環境溫濕度等對花生脫殼性能的影響[81-82]。LMC從刮搓脫殼原理到超大型脫殼機結構等多方面持續地創新。相反，中國花生脫殼機尚存在脫殼質量和效率問題，需從脫殼原理、機構和材料等多方面進行深入、系統地研究與試驗，研發出適應中國花生種植模式和花生品種特點的系列脫殼機。

2）提高花生脫殼前的莢果處理技術

根據中國花生新品種審驗沒有整齊度要求、花生莢果和果仁外形差異顯著的情況，增加花生脫殼前莢果分級設備，有利于改善花生脫殼性能。

3）加強果仁處理和黃曲霉檢測技術研究

應用密度分選等方法進一步降低雜質含量，加強花生果仁的安全儲藏技術研究。對于花生食品加工用花生果仁，應該增加黃曲霉檢測環節，確?；ㄉ称芳庸ぴ系馁|量安全。對此，重點借鑒美國花生精細化技術特點，結合花生生產實際情況，逐步提高中國果仁處理技術和裝備水平，為中國花生食品加工業發展奠定基礎。

4）提高花生產業的系統化程度

借鑒美國花生“產-購-儲-脫-銷”系統化經驗和特點，鼓勵企業、農村專業合作社等投資花生產業領域、建立大型綜合花生公司，政府作為第三方建立花生質量檢驗標準、制定合理定價和公平交易機制，規范花生收購行為，讓農民放心生產花生、企業放心購買花生。實行“訂單花生”和“訂單果仁”的花生收購與果仁銷售機制，加快花生“產-購-脫-銷”系統化建設，使花生種植農戶進入到現代花生產業體系之中，保證花生收購、儲藏和脫殼加工有序進行。

5）逐步建立花生收儲與脫殼中心

借鑒美國花生收購站和脫殼廠發展經驗及其運行模式，針對中國以小而分散戶經營為主的花生生產方式，在花生種植集中的主產區逐步建立數量和規模適當、區域分布合理的花生收購、儲藏和脫殼加工中心，通過這些中心與分散的花生種植戶建立“訂單”關系，使分散的花生種植和統一、規?；默F代花生產后處理加工密切結合，形成現代的花生產業“統”、“分”結合關系，既可使千家萬戶的農民安心種植，又可化解花生食品企業和中間商花生儲藏、脫殼的風險與投資。建立花生收-儲-脫中心，不僅有利于提高花生脫殼加工設備及其利用水平，實現花生脫殼加工的規模化和工廠化，提高花生脫殼質量和效率，而且對提高中國花生產業化水平、促進花生制品加工業發展和提升花生出口競爭力，具有重要的現實意義和長遠意義。

7 結 論

在分析美國花生脫殼加工內涵、分類及其在花生產業地位的基礎上，從脫殼加工方式及運行系統條件入手，剖析了美國花生脫殼裝備與技術構成、應用現狀、功能結構、典型脫殼加工工藝流程及裝備配置等，對美國花生脫殼加工技術與裝備的最新進展和動態進行初步總結和展望，其中包括，花生脫殼廠的脫殼加工能力繼續擴大、果仁儲藏技術、清潔能源與節能技術最新進展；脫殼加工過程的花生清選、分級、果仁精細化處理、果仁包裝環節的技術及裝備最新進展；花生脫殼機的刮搓式脫殼原理、波紋刃刮板打桿和薄鋼片式柵格凹板篩等關鍵部件、多滾筒獨立驅動和復式清選等技術最新進展等。歸納出美國花生脫殼加工工廠化與規模化、脫殼加工過程精細化、裝備大型化和系列化、花生收儲和脫殼加工產地化、花生“產-購-儲-脫”有序化等主要特點。

在借鑒、吸收國外先進技術的基礎上，全面了解、結合實際、合理借鑒觀點，深入系統地分析了中國花生脫殼加工現狀，找出了存在的脫殼方式、花生脫殼機原理與性能、花生及其果仁處理技術和花生“產-購-儲-脫”系統等主要問題及其原因。針對中國花生脫殼加工及產業發展實際，借鑒美國花生脫殼加工技術和發展經驗，提出了進一步加強花生脫殼機技術研究、提高花生脫殼前的莢果處理技術、加強花生果仁處理與黃曲霉檢測技術研究、提高花生產業系統化程度和逐步建立花生收儲與脫殼中心等中國花生脫殼加工的發展建議。提高花生脫殼加工質量，對促進中國花生生產和食用加工業發展，提升國際市場競爭力，具有重大經濟意義和長遠的戰略意義。

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Lu Rong1,2, Gao Lianxing1※, Chen Charles3, Butts C L4

(1.110866,; 2.,110122,; 3.; 4.,)

Peanut is a very important crop for production and trade of the edible oil not only in China and also in the world. Both China and the United States of America (USA) are important peanut producers and exporters in the world. In 2018, the total groundnut production of China and the USA were about 17 000 kt and 2 477 kt, accounting for 40.52% and 5.93% of the total production in the world respectively. The peanut exportation as well as peanut product exportation from the two countries were 685 kt and 567 kt, accounting for 20.22% and 16.74% of world total respectively. In China, the peanut production is about 7 times of the United States, but the peanut exportation only is 1.2 times of the United States in 2018, which indicates that the United States has become the most efficient and most advanced in peanut processing in the world. Based on comprehensively analysis, the main reasons for the United States to be the leading nation in peanut industry are not only the high mechanization level in peanut harvest but also the most advanced technology in peanut shelling processing. Peanut processing includes the procurement, storage, shelling, grading, and transportation of raw peanuts. The peanut shelling industry is responsible for the food safety and the quality throughout the supply chain. Shelling is a very important part of the post-harvest processing of peanut, which is not only a necessary step in peanut production and processing, but also the key source of peanut kernel damage. The technology status of peanut shelling mechanization determines the peanut kernel quality level, which includes peanut hulling loss, damage, health and safety. The United States is not only the earliest and most technologically advanced country in realizing peanut harvest mechanization, but also the earliest in realizing the mechanization of peanut shelling, with leading technology in the world. The advanced technology and equipment in peanut shelling processing have played an important role in the change of peanut consumption structure and the promotion of demand, the development of food processing industry and the enhancement of the international competitiveness of peanut and its products of the United States. In order to explore the technology and learn from the experience of the USA on peanut shelling which can be referred by Chinese peanut enterprises and engineers, classify, and review the peanut shelling technology of the USA were conducted based on onsite observation and public survey of documents. By means of the systematical analysis of the process of American peanut shelling, the layout of shelling plant and related shelling equipment, and the typical peanut shelling process and equipment configuration，the technical characteristics of American peanut shelling, which is significant different from China in aspects such as the industrialization and the large scale, the advanced equipment and well-equipped assembling, localization and ordering were summarized. The problems that the United States will focus on in the future, including but not limited to the selection, the storage safety, the transportation of peanut nuts, the detection and elimination of aflatoxin, the further improvement of processing efficiency and the optimizing of technology and equipment, etc were also predicted. At last, the suggestions on the development of peanut shelling technology according to the geographical location and gradually innovating from one-stage shelling to cyclic shelling were provided, according to the actual condition of Chinese peanut shelling. Also, suggests were provide developing shelling process from a narrow scope to a broader scope and setting up a standardized process for peanut shelling. The above findings and suggestions should be useful to the improvement of peanut shelling technology not only in China but also in other countries.

agricultural machinery; technology; processing; peanut; shelling; post-harvest machinery; sheller; the United States

2019-03-31

2019-05-03

國家重點研發計劃項目（2016YFD0702102）和國家自然科學基金項目（51575367、50775151）

陸 榮，講師，博士生，主要從事農產品收獲與加工機械研究。Email：lurong1025@126.com

高連興，教授，博士生導師，主要從事農產品收獲與加工機械研究。Email：lianxing_gao@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.033

S225.7+3; S226

A

1002-6819(2019)-11-0287-12

陸 榮，高連興，Chen Charles，Butts C L. 美國花生脫殼加工技術特點及啟示[J]. 農業工程學報，2019，35(11)：287－298. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.033 http://www.tcsae.org

Lu Rong, Gao Lianxing, Chen Charles, Butts C L. Technology and characteristics of peanut shelling of United States and enlightenment[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(11): 287－298. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.033 http://www.tcsae.org