杏核破殼技術及機械的研究現狀

劉 佳，沈曉賀， 楊莉玲，馬文強，祝兆帥

（新疆農業科學院 農業機械化研究所，新疆烏魯木齊 830091）

杏是薔薇科落葉喬木植物，原產于中國，已有3 000 多年的栽培歷史[1]，是新疆重要的經濟樹種，也是我國及世界重要的杏產區。截至2018 年，新疆杏樹栽培面積達111.3 khm2，產量93.3 萬t[2]。杏屬核果類，果實主要由果柄、果皮、果肉、杏核殼及杏仁組成。杏的果肉甘美酸甜，營養價值很高，而杏仁的營養價值更豐富，具有一定的藥理作用；杏仁中脂肪含量53%，蛋白質含量27%，還含有比較豐富的維E 和礦物質，近年來還發現苦杏仁中含有維B17[3-7]，具有很高的食用價值和藥用價值。

杏核破殼是杏仁、杏核殼綜合利用的前提條件，是提高杏商品化率、實現杏深加工的基礎。破殼加工后的杏仁既可作為產品直接銷售，也可制取杏仁露、甜杏仁油、脫皮白杏仁、杏仁蛋白粉、杏仁霜等高附加值產品[8]。杏核殼主要由纖維素和半纖維素組成，杏核殼在高溫情況下炭化、活化后可加工成活性炭[9]，用杏核殼做的活性炭壓制成的炭塊密度低、空隙多。在生產活性炭的材料中，杏核殼為最優。

杏核破殼取仁，不僅可提高杏產品的附加值，還可回收杏殼，避免了零售杏核造成的杏殼浪費。這對發展杏產業、提高杏資源利用率、延長杏加工產業鏈、提升杏產業的科技競爭力、提高農民收入、促進經濟的可持續發展均有重要意義。因此，開展杏核破殼技術及機械的研究對促進我國杏產業發展意義重大。

1 杏核破殼的概況

除了人工破殼的方法外，還有化學、物理、機械等破殼法。

1.1 化學破殼方法

由于杏核中含有多種纖維素、木質素和半纖維素，將杏核等堅果經過堿液浸泡、酸液浸泡、中和浸泡等步驟，杏核殼被化學溶液腐蝕軟化后，再利用機械破殼裝置剝去杏核殼[10-11]。在處理過程中化學藥劑容易進入杏核果殼中，影響杏仁的品質，造成食品安全問題。

1.2 物理破殼方法

根據文獻[12- 14]，通過物理方法進行杏核破殼的方法有以下幾種。

①高壓膨脹法：將杏核放入到密閉的壓力容器中，向壓力容器沖入高壓蒸汽，到達一定的數值后，保持一段時間，再快速去除壓力。②沖壓破殼法：讓杏核以比較高的速度與固定好的平面進行碰撞，從而使杏核的殼破碎。③冷凍法：利用杏仁與杏核皮的熱脹系數不同來開口，加工過程相對簡單，但是開口率不是很高。④加熱法：將杏核進行加熱，為了減小外殼的含水量和果仁里的水分，同時增加脆性和果殼內部的壓力。在這些作用的影響下，慢慢完成杏核的開口。很多堅果可以采取這種方式開口，同時也是一些果實開口預處理的方法。

1.3 機械破殼法

采用機械設備對杏核施加外力，使杏核的殼在外力作用下破碎，機械破殼的形式有平板擠壓式、碰撞擠壓式、對輥碾壓式。

2 杏核破殼機械的研究進展

2.1 平板擠壓式破殼機械

通過動擠壓板的往復運動，與靜擠壓板共同作用，實現對杏核的擠壓破殼處理。如圖1 所示，該破殼裝置主要由靜擠壓板、動擠壓圓盤、送料板、傳動系統和動力裝置組成。將分級后的杏核通過輸送裝置送入擠壓槽中，隨著傳動系統帶動動擠壓圓盤的轉動，杏核逐漸被送入擠壓槽工作區內，從而完成擠壓破殼作業。郭瑞琴等人[15]設計研制的側邊擠壓破殼的破殼機械，經過實際生產使用，生產率150 kg/h，破殼率為95%，整仁率為90%。這種破殼裝置的特點是整機結構簡單、體積小、易裝配調試、制造成本低，適合中小生產者使用；通過更換動擠壓盤上的模具即可完成杏核破殼加工要求，通過調整靜擠壓板可實現不同等級杏核的加工。

平板擠壓式破殼機構簡圖見圖1。

2.2 碰撞擠壓式破殼機械

通過刮板、撞擊桿等碰撞裝置對杏核的碰撞擠壓，實現杏核破殼。

碰撞擠壓式破殼機構簡圖見圖2。

由圖2 可知，尹鵬飛等人[16]研制的一種家用的小型杏核破殼機，該破殼機包括篩選機構、破殼機構、分離機構、收集機構。工作時，杏核經過篩料斗篩選后，進入由上下殼體、刮板、柵桿組成的破殼機構，經過與刮板的碰撞和柵桿對其的擠壓，杏核破碎。杏仁與破碎的杏殼通過柵桿的間隙進入分離機構，鼓風機風力的作用使杏仁與杏殼分離開。這種破殼裝置的優點是設計結構簡單、操作方便、成本低廉，可實現杏核破殼后杏仁與杏殼的分開；缺點是破殼率低、生產率不高。

碰撞擠壓式（氣缸控制） 破殼機構簡圖見圖3。

由圖3 可知，杏核破殼機采用的是碰撞擠壓的方式，但是該破殼機采用了氣缸控制碰撞裝置。該機由撞擊桿、復位彈簧滑塊、撞擊擋座、按壓桿、氣缸、PLC 控制器等組成。PLC 控制器與支撐墊上的電光傳感器、杏核傳送部件執行開關、按壓桿的上下移動開關和撞擊桿上的撞擊動作控制開關進行信號和控制連接。通過PLC 控制器控制撞擊桿、杏核傳送部件和按壓桿的運動，從而實現杏核的破殼作業。該破殼機生產率60 kg/h，杏核破殼后杏仁完好率為90%。

2.3 對輥碾壓式破殼機械

對輥碾壓式破殼機簡圖見圖4，對輥碾壓式破殼機構簡圖見圖5。

利用相對轉動的2 個轉輥對杏核等堅果進行擠壓，實現破殼。由圖4 可知，該破殼機由3 對相互交錯的擠壓盤組成破殼裝置。通過調整機構可以調整擠壓盤之間的間距，實現不同大小杏核的破殼。工作時，杏核通過振動送料器輸送至擠壓機構，杏核在擠壓盤的擠壓作用下破殼。朱占江等人[17]設計研制了對輥碾壓式杏核破殼機，該破殼機主要由間隙調節機構、可調壓輥、固定壓輥、上層振動篩、下層振動篩組成。破殼加工前先根據杏核尺寸調整可調壓輥與固定壓輥之間的間隙，杏核由喂料斗進入破殼裝置，可調壓輥與固定壓輥的轉動實現杏核的碾壓破殼，破殼后物料經上層振動篩和下層振動篩進行篩分，破碎的杏核殼仁經上層振動篩的篩孔漏入至下層振動篩，最終從出料口排出，完整的杏核經上層振動篩振動輸送至出料口進行收集。該破殼機生產率可達到370 kg/h，破殼率95%，整仁率95%。是目前杏核破殼機中生產率最大的機械設備。這種破殼裝置的特點：①可以根據杏核厚度方向、尺寸大小調整兩輥之間的間隙，從而實現對不同尺寸杏核的破殼。②振動篩可以實現未破殼杏核與破殼杏核的分離，避免破殼后人工再次進行挑選。③兩壓輥上開有斜齒槽，提高了破殼效率和整仁率。

3 影響杏核破殼的因素分析

3.1 杏核的物理特性

杏核的物理特性包括對寬度、長度、厚度等三維尺寸，殼厚和殼與仁之間的間隙大小等參數。杏核的物理特性是影響杏核破殼的關鍵因素之一，杏核的殼主要由纖維素和半纖維組成，堅硬并且不好剝離，杏仁呈心臟形狀，左右不對稱，杏核的殼與仁之間有一定的間隙。在破殼過程中，由于杏核殼、仁構成材質不同，因此彈性模量有很大的差異。不論采用哪種破殼方式，力度太小，杏核外殼不能破開；力度過大，核仁有可能被破碎，影響到杏仁的完整性。因此，研究杏核的物理特性，為研究杏核破殼過程、機械研發提供了可靠的理論依據和技術手段。

3.2 杏核的濕度

杏核含水率對外殼的強度、彈性、塑性和仁的破碎度都有直接影響。杏核含水率越低，其外殼越脆，破殼時易破殼，但仁也容易破碎。反之，外殼的韌性好，破殼時的破殼率低，但破殼后的整仁率提高。在杏核破殼時應保持適宜的含水率，使外殼和仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異，這樣一方面使外殼更易破殼，另一方面又不致于使杏仁在機械外力作用下增加破碎率。

3.3 破殼前的處理

對杏核進行前期處理對杏核破殼也有一定的影響，由于杏核品種、尺寸的差異，而破殼方式都與破殼間隙有關系，只要在杏核破殼前對杏核進行適當的分級，然后再進行杏核破殼，就可得到較高的破殼率，還可以控制杏仁的破碎率。

4 杏核破殼機械存在的問題

（1） 目前杏核破殼大多數還是采用人工作業，機械破殼仍處于試驗研發階段，杏核的精深加工受到了阻礙，致使杏產品附加值低，制約了杏產業發展。

（2） 由于我國杏子品種多，杏核大小差異大，已經研制的機械只能對單一的杏核品種進行破殼加工，存在適應性差的問題。

（3） 目前現有的杏核破殼機存在生產率低、破殼率低、破殼后杏仁破碎程度大等問題，破殼后的杏仁與杏殼的分離更是一大難題。

5 結語

我國杏果資源豐富，杏產業也是新疆農村經濟的支柱產業之一。杏核破殼是杏仁綜合利用的前提條件，杏核殼仁分離是提高杏商品化率的重要一步，是實現杏仁深加工的基礎。因此，清楚地了解杏核破殼機械的現狀，準確地把握當前杏核破殼機械存在的問題，有針對性地開展杏核破殼機械的設計研究工作，為新疆乃至我國杏產業的可持續發展提供技術裝備支撐。