核桃初加工工藝設備現狀研究

陳朝銀 ，趙聲蘭 ，馬雅鴿 ，馬 婷 ，郭玉紅 ，聶艷麗

（1.昆明理工大學，昆明 650500；2.云南中醫藥大學，昆明 650500；3.云南省林業與草原科學院，昆明 650201；4. 云南省林業與草原技術推廣總站，昆明 650201）

0 引言

核桃泛指胡桃科核桃屬、緣核桃屬等喬木植物之堅果，其果仁有很高的營養和食用價值，是收載于我國藥典的中藥。鑒于核桃優異的營養及生態功能和我國糧油安全的戰略需求，我國近年核桃產業發展勢頭強勁，面積產量世界第一，云南又居全國之首［1］。但初加工總體較為落后，大部分采用人工砸取、自然干燥和手工挑選等原始方法，嚴重影響產業效益，是制約核桃產業可持續發展的關鍵。

核桃初加工是指青儲、脫青皮、烘干、分選、破殼、殼仁分離、包裝儲運等的采后處理過程［2］，對核桃殼果和核桃仁的產品外觀和內在質量以及售價和儲運性能具有決定性作用。雖有不少相關研究論文和相關專利，但因其認知水平和不同地區氣候、品種及產業規模的差異，由此形成的相關國標、行標、地標和企標的工藝規范及產品指標差異較大，本文結合相關研究和文獻重點對其相關工藝規范和設備加以分析，為相關技術的創新推廣和相關產業標準規范水平的提升奠定基礎。

1 單元操作及其相關機械設備

1.1 脫青皮機

林業行業標準規定青核桃采收后殼厚≤1.1 mm的可在0.3%～0.5%乙烯利溶液中浸泡約30 s后裝入網袋，堆放于陰涼通風處，堆厚100～130 cm 防高溫、雨淋，2～3 d后青皮離殼時可手工或用轉篩式、滾筒式脫皮機等設備進行脫青皮［3］。河南地方標準規定用堆漚脫皮法和乙烯利脫皮法，未提及機械脫青皮［4］。貴州地方標準有堆漚脫青皮、藥劑脫青皮和機械脫青皮［5］。陜西地方標準規定青核桃采摘后，完全成熟的核桃應堆放1～2 d，未完全成熟的應堆放 3～5 d［6］。堆放后的核桃通過切削、劃破、擠壓、搓碾、刷磨、清洗等方式去除核桃青皮及殘留物，表面應干凈無黑斑、無殘皮、無破損。山西地方標準規定自然堆漚于陰涼處或室內按50 cm左右的厚度堆集［7］，上面加蓋一層10 cm左右的保溫保濕覆蓋物。當青皮離殼或開裂達50%以上，用棍敲擊即可脫皮，對未脫皮的青果，可再堆漚。也可在0.3%～0.5%的乙烯利水溶液中浸泡0.5 min，或隨堆積隨噴灑，果堆上加蓋一層厚10 cm左右的保溫保濕覆蓋物，濕度 80%～90%，29～31 ℃，2～3 d可脫青皮。也可在核桃采收后的1～2 d內，采用脫皮機進行脫青皮。新疆地方標準有人工撞擊、敲擊和口袋內腳踩法。生物脫青皮則陽光下50 cm厚堆放覆蓋塑料布堆漚4～6 d后人工或機械脫青皮［8］。或0.3%～0.5%乙烯利浸5 min，50 cm厚堆放陰涼處或室內，濕度 80%～90%，30 ℃，3～5 d后人工或機械如鋼絲刷毛刷脫青皮、刀片切割脫青皮、滾籠式脫青皮。大理地方標準有自然堆漚［9］，另可用智能烤房 24～32 ℃堆漚 30 h 左右［10］，不推薦乙烯利催熟，鼓勵有條件的加工企業、農戶采用機械脫皮。采用機器脫青皮應使用其性能達標的機械設備，其中林業行業標準規定脫凈率≥88%，在殼厚≥1.5 mm厚的條件下破果率＜6%，損失率≤ 2%、噸耗電≤ 1 kWh、噪聲≤ 80 dB［11］；山西地方標準規定脫凈率≥90%、破損率≤5%，祥和農機企業標準剛達此標準［12-13］；勇義五金脫皮率≥92%、破損率≤1%等［14］。無論是手工或機械，核桃脫青皮通常需堆漚至適脫為宜，且添加乙烯利堆漚優于普通堆漚，機械優于手工，見圖1和表 1［15］。

表1 核桃脫青皮相關標準規程Tab.1 Standards and codes related to green walnut hulling

圖1 不同處理及脫青皮方法的效果比較Fig.1 Comparison of different treatment and walnut hulling methods

1.2 清洗

河南地方標準規定脫皮的殼果裝筐在流動的清水中洗凈為止。林業行業標準規定可采用專用機械或人工清洗，切忌泡洗時間過長，避免殼內進水，不可使用任何化學藥劑。貴州地方標準規定脫青皮后3 h內將殼果用人工翻洗至無青皮留存瀝干攤放晾曬，且允許用1：30～1：40倍漂白粉溶液或1：30倍次氯酸鈉溶液進行漂白，此有悖于林業行業標準的規定。機械行業標準有帶清洗功能和不帶清洗功能的兩種脫青皮的設備。陜西地方標準把清洗作為去青皮的方式之一可能就是考慮使用這種帶清洗功能去皮機。但需注意應盡量避免青皮物質和青皮汁混入廢液以控制污水負荷。獨立的核桃清洗設備可直接使用市場上較為成熟的毛刷果蔬清洗機。對核桃清洗機的要求是洗凈率高、破損率低、耗電耗水量小。祥和農機的洗凈率≥85%、噸耗電≤1.5 kWh、噸耗水≤1.2 T，勇義五金的噸耗電≤3 kWh、噸耗水≤0.6 m3，宏昌機械的洗凈率≥95%、破損率≤2%、噸耗電≤ 2.75 kWh［16］，見圖 2。

圖2 核桃清洗機性能指標比較Fig.2 Comparison of performance parameters of walnut washers

1.3 干燥機

脫青皮后的核桃含水率約為30%～45%，須盡快干燥至8%以下，否則極易變質。林業行業標準有自然干燥、烘房干燥和機械干燥，但烘房干燥和機械干燥有何差異界限不清，水分≤7%；河南地方標準為自然干燥至種仁含水量≤8%，未提及烘干和機械干燥；貴州地方標準規定有自然干燥或烘干至堅果含水量≤8%，未提及機械干燥；陜西地方標準破殼前35±1 ℃，6±1 h至含水率20%～30%，破殼后分級分段程序烘干至水分達8% 左右為止［6］。

熱風干燥可在1～2 d內將核桃干燥到安全水分（≤8%），比自然攤晾干燥（5～7 d）快，是產業化的必由之路。國內外固定式干燥機通常分隔成容量1～5 t、深度1.8～2.5 m的多個干燥倉，干燥倉底部與水平面的傾角為30°以便核桃堆積厚度均勻并能在干燥后從底部自動滾出［17］。

目前的核桃干燥設備有微波、遠紅外、電熱、熱泵干燥等，從能效考慮首推熱泵干燥［18］。傳統加熱對流干燥脫水能耗通常為6～18 MJ/kg水，熱泵干燥脫水能耗為0.9～3.6 MJ/kg水。此外，核桃干燥對進出干燥室的干燥氣體溫濕度有較高要求，熱泵干燥可通過調整蒸發器和冷凝器中工質的蒸發溫度和冷凝溫度等實現溫濕度控制，易于滿足核桃干燥對品質、外觀等方面的要求。核桃干燥不宜超過50 ℃的高溫，且易氧化哈變，熱泵可通過控制工況實現較寬范圍的中低溫（0～40℃）干燥，還可用惰性氣體代替空氣實現無氧氣體內循環干燥，沒有粉塵及揮發性物質及異味廢氣向環境排放；干燥室排出的濕氣潛熱和余熱可被熱泵回收利用，沒有對環境的熱污染。熱泵有制冷功能，可在完成核桃干燥后利用制冷功能進行核桃及核桃仁的冷藏及保鮮。

干燥室通常要求空載運行時內部溫度從5 ℃升至40 ℃所用的時間不超過60 min。空載或負載運行時，內部各處的風速應為0.7～1 m/s，各處的溫差應小于2 ℃，噪聲應低于85 dB［19］。這些核桃干燥的標準規程及相關設備和參數是多年各方研發的結晶，但與產品品質密切相關的變溫干燥及濕度控制支撐數據模型較少。熱泵干燥核桃尚未形成可供參考的規范，有必要利用相關設備借鑒其它空氣能干燥規程完善核桃熱泵干燥的溫濕度控制規程［20］。發展方向是熱泵及其物料動態、溫濕度和干燥速度可控、殼果核仁品質提升明顯、能耗大幅下降、與前后級工段模塊化柔性鏈接等。

1.4 殼果分級機

大小分級對于核桃品牌和價格提升及后續加工具有重要意義。有柵條滾筒式和滾軸式、有孔板振篩式等。機械行業標準要求分級精度≥90%、破損率≤5%、噪聲≤80 dB、平均無故障工作時間≥600 h［21］。柵條滾筒型的分準率可≥98%、破損率＜0.2%。農業行業標準要求分級合格率≥95%、軸承升溫≤20 ℃［22］。分級級數按國家標準為特級（≥30 mm，勻）、I級（≥30 mm，雜）、II級（≥28 mm）、III級（≤25 mm）共4級［23］，林業行業標準則為特級（≥30 mm）、一級（≥28 mm）、二級（≥26 mm）共3級，顯然＜26 mm視為級外品或次品［24］，這嚴于老國標，但一級品則低于老國標的I級。山東地方標準核桃殼果分級不是按大小分級，而是按品種純度、出仁率及空殼率等指標分為三級［25］，較為新穎和科學。新國標征求意稿已擯棄大小分級。空癟果的分選設備已有相關專利產品［26-27］，其相關設備已在新疆、浙江、云南等地得到廣泛應用。

1.5 破殼機

陜西地方標準將破殼分為撞擊法、輥式擠壓法和平板擠壓法。通常破殼前應按尺寸進行分級，其加工機械有相關行業標準［28］，其最低性能指標要求為破殼率≥95%、半仁率≥60%、高路仁率≥85%、殼仁分離率≥70%、噸料電耗≤2 kW·h/t、噪聲≤85 dB。國外最高的破殼率為95.8%［29］，國內可達100%。核桃殼和核桃仁的韌性、彈性和脆性受其含水量的影響較大，水量越低，其外殼越脆、越易破殼，但核仁也越脆易碎；反之，外殼的韌性好，破殼時的破殼率低，但破殼后的整仁率較高。故在核桃剝殼時，應保持最適當的水分含量，最好是使外殼水分含量低于核仁的水分含量，使核桃殼的彈性和韌性較小、易脆易碎，而核仁的彈性和韌性較大、在破殼時不會脆碎。在不易控制殼仁的水分差異時，可在殼果含水15%左右時破殼較為合適。陜西地方標準根據核桃品種和尺寸（26、30、35 mm）進行破殼后39±1℃，4～6 h，再 35±1 ℃，6～10 h 至核桃仁含水8%左右的進一步干燥工藝即源于此。

1.6 殼仁分選機

陜西地方標準中絨帶式分揀法的分揀率應≥90%、風力式分揀法的分揀率≥95%，顯然風選為優。其風選設備有吸吹兩類，由于氣動性能與大小及形狀和表面積等相關，故宜先用殼仁混料分級機按大小進行簡單分級［30］，再通過串并聯氣流對不同大小殼仁混合物料分別進行風選將相近大小的殼和仁分開。現有相關設備可分級為2分混料、4分混料、8分混料和16分混料4級，再將同等級的殼仁混料經過對應的風口將殼仁分離，目前單機處理能力900 kg/h，2分混料的殼仁分離率90%、4分的95%，8分的85%，16分的70%。顯然4分混料殼仁最易分離，其次為2分混料與8分混料，16分混料的殼仁較難分離［31］。商品價值較高的2分仁、4分仁占總仁量≥90%，仁含殼率≤3%、殼含仁率≤5%，16分混料宜用于榨油。

破殼及殼仁分離的相關論文120余篇，公開的發明專利270余件（已授權64件），實用新型專利360余件，但其相關標準規程較少。其發展方向是殼仁混料分級性能和風選的優化、降噪及設備的數控、智控及小型化等。

1.7 核桃仁分級機

形狀大小多用振動篩分選機。林業行業標準分半仁、四分仁、碎仁、米仁4等，各等又依據色澤淺黃和淺琥珀分兩級［32］。進出口標準中還有大三角仁和末仁（1～2 mm）及末子（＜1 mm），色澤有淺黃色、淺琥珀、琥珀、深琥珀色4種，“花臉”、“黑鼻頭”、“大青筋”則按異色粒計算［33］。市面上還有紫色、紅色等特色產品。色選無疑用色選機為最佳選擇，其主要技術指標為：選凈率≥99%、剔除率≥80%、誤選率≤75%、空載噪聲≤80 dB。

1.8 脫衣機

現高壓水沖洗脫衣機已較為普及，但文獻資料數據尚少，最早的專利技術也尚未授權［34］。只需熱水浸泡幾分鐘即可用高壓常溫自來水沖洗10余分鐘即可達脫皮率≥98%，日產量高、核桃仁完整性好、損耗低，并且將脫皮、分離與清洗相結合，簡化生產步驟，同時采用循環用水，實現水資源的節約，易于大規模工業化連續生產。其技術關鍵主要是高壓噴水的作用力及其分配作用方式，線上有不少非標產品，價格根據規模及配套和控制系統情況通常在幾千元和幾萬元不等，建議試用購買和加強生產加工性能的驗收。

1.9 包裝

在保障水分含量低于5%的情況下可氣密包裝。水分含量5%～8%的情況下則短期儲運可氣密包裝，長期儲運則不建議氣密包裝，水分含量低于5%建議氣密包裝，尤其是濕度較高的環境更應如此。核桃仁因易氧化建議干燥至水分含量低于1.5%真空包裝或真空充氮包裝，線上有2～7千元各種不同性能和規格的真空充氮包裝設備，性價比已是全球最高水平，但應注意制氮機氮純度及濕氣的自檢控制。

1.1 0 貯藏

國標GB/T 20398規定“核桃堅果產品貯存的倉庫應干燥、低溫（0～4 ℃）”，并明確推薦干燥冷庫保藏，且沒有規定保質期。冷藏有利于抗氧化、抗蟲、防霉、防腐，干冷條件有利于進一步降低含水量，一般含水率需低于5%以下才能長期儲藏，而脫水至8%以下宜在冷藏過程進行。建議空氣能干燥與冷庫共用或兼用、兩用、合用。山西地方標準還有冷藏相對濕度＜75%要求。大理方標準有常溫倉儲和冷庫儲藏，且規定＜15 ℃倉儲時間殼果不超過18個月、核仁不超過12個月。

上述核桃初加工主要設備性能見表2。

表2 核桃初加工主要設備性能Tab.2 Performance parameters of main equipment of walnut primary processing

2 成套設備生產線的現狀及發展趨勢

目前主要還是分段配套。

2.1 脫青皮與清洗和烘干

有的脫青皮機帶清洗功能，已有直接在輸送帶上進行風吹去除表面水分后進入連續干燥機的生產線。易與殼果分級及包裝耦合對接。

2.2 殼果分級和包裝

二者易于連續和耦合。但袋裝殼果在搬運過程易使產品受損或殼果鄰角易損傷包裝袋，故宜以盒裝、紙箱或麻袋裝為宜。

2.3 破殼、殼仁分離及核桃仁分級包裝

由于破殼對品種的大小、形狀及含水率要求較高，故宜與前述的烘干、分級設備耦合，另由于破殼后的殼仁混放易損傷核桃仁，故需盡快將殼仁分離，而風選分離對殼仁混合物的大小及形狀也有較高要求，需前置殼仁混合物分級再風選分離，所得核桃仁已完成大小形狀分級，只需補充配套色選機即可。

2.4 核桃仁脫衣、烘干及分級包裝

現最好的核桃仁脫衣機為純物理濕法，脫衣后有一定的破碎和含水量增加，通常需有烘干和分級，大規模生產宜引入相對成熟的標準連續可調的自動化烘干和分級包裝設備。

3 結語

核桃初加工對于提高核桃產品外觀和內在質量以及產業效益和儲運性能等具有決定性作用，加強核桃初加工工藝優化及設備設施的機械化和自動化以提高其產業效益勢在必行，尤其是人工價值和成本越來越高的今天及未來。