我國核桃初加工技術及裝備研究現狀分析

中圖分類號：S233.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5553（2025）08-0216-10

Abstract：China has alarge planting areaand high yieldofwalnut，and itis animportantcomplex nutritious nut with high nutritional value.However，theprimaryprocesing technologysystemofwalnutisstillnotperfect，andtheperformance of equipment is unstable.To thisend，the six major links of green peel removal andcleaning，drying grading，shell breaking，shelland kernel separation，and walnut kernel peling inthe primary procesing of walnut are systematically analyzed，and the advantages，disadvantagesandbottlenecksof technologyandequipment are discussd.The analysis shows that theremovalof green pelbymachinerybasedon the maturityof walnutcan significantly improve thecleaning fficiency of post-harvest peel；Radiation-convection combined dryingcan reduce consumption and speedup；Machine recognition basedon efectivesphere diameter isusedforwalnut grading，which canachieveaccurate classification；The combinedshelingmodeisconducivetoimproving thewhole-kerelrateandshelingrate；Windselectionmethodis the main methodofshelland kernel separation with lowcost goodefect；Alkali soaking chemical peling methodis suitable forindustrialproductionwithlowcostandhigheficiency.Theprimaryprocesingofwalnutshouldadoptdiferent joint productionwaysaccording the supporting situation，and it is proposed to develop processing technologyandequipment according to local conditions，introduce intellgent manufacturing technology to improve equipment performance，and providereference for the perfect primary technology system of walnut.

Keywords：walnut；primary processing technology；drying；breaking machine；peeling

0 引言

核桃是世界上重要的經濟作物，富含人體所必需的營養物質，起到抗衰老、增強免疫力等功效[1-3]。核桃種植面積每年達 5467khm² ，年產量達 4300kt^[4] 。隨著種植面積和產量的提升，傳統的核桃初加工方式明顯不適用，主要是因為我國的核桃種類繁多、種植分布面積不均勻、核桃的外形不規則、技術不規范、設備不齊全[57等諸多因素，一直制約著核桃初加工的發展，導致大量核桃在收獲期間，未能快速進行核桃初加工，造成核桃感官品質下降、營養物質損失、細菌侵染風險，且為病蟲害提供繁衍生息場所。不僅加劇核桃經濟損失，而且增加病害蟲防治困難。

近年來，隨著我國核桃產業的更新換代，需因地制宜打造特色全產業鏈，完善現代農業體系，形成完整的核桃加工產業鏈8已成為當前需要解決的問題，通過對核桃初加工中脫青皮與清洗、干燥、分級、破殼、殼仁分離和核桃仁去皮等加工處理過程的分析，找到加工過程相互聯系，實現高質量的核桃初加工。因此，本文綜述核桃在初加工技術與裝備方面的研究現狀、最新進展和面臨的挑戰。期望幫助行業和研究人員更好地了解核桃的采后加工，并提供建議，改善目前的行業做法，以保持產品質量、安全性和提高可持續性目標。

1核桃脫青皮與清洗的研究

核桃采收后初加工的首要工序是將核桃進行脫青皮和清洗，長時間的存放會導致核桃發霉變質，并且伴隨著大量細菌滋生，例如產生鐮刀菌、交鏈孢和皮落青霉菌等[9]，嚴重影響核桃品質，因此核桃收獲后需要盡快進行脫青皮與清洗。核桃脫青皮方法主要有手工和機械脫皮兩種。要實現快速脫皮處理，首先需從核桃青皮結構入手，青皮核桃由綠色果殼和內堅果組成，且核桃成熟度存在差異。未成熟的核桃，青皮與核桃果殼之間存在著緊密聯系，如果強行采摘，脫皮將不夠完整，青皮雜質會牢牢粘在核桃果殼上，且青皮綠皮的汁液具有腐蝕性，容易對脫皮工人造成皮膚損傷，并在核桃干燥過程中，影響干燥的品質；對已成熟的核桃，當青皮沒有炸開時，外界溫度超過 30°C ，核桃果殼與青皮之間將出現熱量的積聚，導致核桃果殼出現黑點，影響核桃感官品質，進而影響核桃的經濟價值。溫度的升高，也會造成核桃內細菌病毒的滋生[10]。通常農民在收獲時，大致掌握采摘核桃成熟時間，當核桃大量處于半成熟狀態時，施加化學藥劑（如乙烯利）催熟，這樣既能保證核桃的采摘效率，又能保證核桃脫皮清洗質量[11]。構建一條集采摘、脫皮及清洗的生產線，能夠為我國核桃企業提供寶貴的參考依據。

1.1 手工脫皮與清洗

關于核桃青皮的手工脫皮，大量農戶通常將青皮核桃裝袋放置在干燥的地方2～3天，核桃的果殼與青皮之間的黏附性降低，青皮出現裂縫，采用手工剝皮、刀切削和用棒槌敲打，再用水槽洗凈核桃殘留的灰漬。人工成本大、工作效率低，且核桃青皮中含有毒物質[12]，易造成脫皮工人的皮膚損傷。

1.2機械脫皮與清洗

我國機械脫皮主要有刮削、切割、擠壓3種主要模式[13]，如表1所示。因為青皮是脆性的，其抗壓性和抗剪強度與核桃殼相比較低，在一定程度外部機械應力下，核桃青皮破裂，并且核桃殼能夠保證完整狀態，繼而能將脫皮后的核桃進行清洗。在恰當時候收獲，對去除核桃的青皮、清洗污漬以及后期開發利用至關重要。

表1青核桃機械去皮的3種模式Tab.1 Three modes of mechanical peeling of green walnuts

1.2.1 刮削模式

刮削模式的原理是利用核桃青皮與工作部件之間的相互作用，核桃通過鋼絲刷或凹板刷之間的剪切和擠壓作用后，核桃青皮從機器設備網格條之間的空間掉落，隨后核桃從出料口傳遞出來，從而實現核桃收集。梁勤安等[14設計核桃青皮剝離機，通過凹板刷固定，傾角設計，柵欄滾筒的旋轉，實現青核桃的向前運動，凹板刷上的鋼絲將核桃上的青皮刮削，能夠實現核桃的連續作業，但是凹版刷上的鋼絲容易受到損壞。王學文等[15]設計的刮削式青核桃脫皮清洗機，將核桃青皮采用旋刀進行強力刮削，后續用鋼絲毛刷進行處理，不僅能夠提高脫皮效率，還能降低機器鋼刷的損壞，應用前景十分廣闊。

1.2.2 切割模式

切割模式具有較高的生產加工效率，容易形成規模化、工藝化生產加工，是目前最常用的脫青皮加工方式。脫青皮機械的切割模式主要部件由旋轉主軸和滾刀組成。旋轉主軸的高速運動帶動滾刀的運動，通過與青皮核桃螺旋式的切割運動，進而將核桃青皮切割破碎，得到新鮮脫皮核桃。馮宏波等[16研制一種切割模式的脫青皮機械，工作時通過切割、擠壓、相互摩擦進而實現核桃和青皮分離，又通過初洗和精洗，去除核桃收獲時的樹葉、灰塵和核桃未切割干凈的青皮，實用性比較好。楊少昆等[1]對切割模式的脫皮機進行設計及試驗分析，將脫皮滾筒的滾刀加上鋼絲毛刷，改進柵板條形孔，降低核桃破碎率和堵塞概率，切割模式效率高，但在切割的高速運動狀態下，易發生核桃出料不暢和核桃破碎的缺點，后續還需要更多的研究和改進。

1.2.3 擠壓模式

擠壓脫皮法是在壓板和旋轉輥形成的楔形空間內，通過限位孔調節來適應不同大小的核桃，青皮在工作部件之間形成擠壓，達到去除青皮的目的。梁金生等[18]設計利用揉擦擠壓原理，核桃在通過脫皮工作部件的時候，在兩個相互作用力下，采用壓板將撓性物件壓緊，利用長桿的推動和壓板的搓擦，從而將青皮壓裂去除。王亞妮等[19]研制適用于核桃初加工生產青皮去除機，青皮核桃在滾筒碾擦和壓板擠壓雙重作用下，實現青皮的去除。關于擠壓模式去皮清洗劑，能保持核桃脫皮的完整性，不損壞核桃。但對于成熟度低的核桃青皮去除，去皮效果不明顯，又因為其較短的脫皮行程，不適用于自動化生產加工。

上述核桃去青皮的技術與裝備，圍繞3個方向入手。首先，根據青皮核桃和核桃堅果的不同尺寸，調整青皮與工作部件之間的間隙，在不損傷核桃殼結構的情況下，實現青皮的去除。其次，根據核桃與青皮的大小正態分布，設計出適合青皮與核桃平均尺寸范圍的工作部件。最后，基于核桃的成熟度，采用不同的加載速度和方向，實現核桃青皮的去除。目前核桃青皮去皮與清洗，能夠達到 95% 以上的去除率，但是機器容易發生青皮堵塞，且大多數設備都是小型的，采用單一的剝離去除方法，需要人力收集去除的青皮，自動化程度低。剝離能力不能滿足核桃大規模加工的需求，不適合企業級的大規模生產。將綠殼去除和清洗相結合，工作部件與核桃去青皮相配合的核桃生產線，可以降低勞動成本，增加經濟效益。

2 核桃干燥的研究

核桃干燥需要在一定時間范圍內完成，因為核桃在收獲、運輸，貯藏期間，如果不進行及時干燥，核桃將處于長時間的潮濕環境下，繼而加快氧化反應，讓自身的酸價和過氧化值升高，超過酸價上限 3mg/g 、過氧化值上限 0.08g/100g 。且造成的大量細菌滋生，易使核桃自身產生發霉發酸的有毒物質。核桃干燥按提供熱源方式有對流和輻射（圖1）。對流干燥以空氣為傳熱介質，主要是利用熱傳導原理，可分為熱風、熱泵、太陽能和氣體射流沖擊干燥，輻射干燥分為微波、紅外和射頻。主要利用電磁波，促使物料中的極性分子間的熱運動，從而實現加熱。

2.1 對流干燥

對流干燥主要有熱風、熱泵、太陽能和氣體射流沖擊4種方式。通過核桃溫度和濕度與外界環境的梯度，利用空氣介質的熱傳遞，將核桃的水分傳遞出去。

熱風干燥根據干燥模式分為平流、橫流和循環模式。根據干燥裝置分為封閉、半封閉和開放式。根據熱風溫度劃分采用恒溫和分級。通常工業上核桃干燥主要采用 43^°C 熱風恒溫干燥。王慶惠等2°基于先前的研究，大多關于薄層和淺層的干燥。通過試驗設備研究深層的熱風干燥系統，能實現深層 1.5m 干燥。比新疆推廣使用的房式烘干設備提高3倍的工作效率。姜苗21進行云南核桃熱風干燥特性研究，探究核桃干燥過程兩個降速階段的失水過程，以核桃干燥能耗作為指標，但未考慮到核桃的營養品質。朱德泉等[22]進行熱風干燥特性的研究，采用三因素五水平的二次正交試驗分析，引入能耗、干燥速率、營養物質保存率和感官評價作為指標，為后續的干燥工業化提供參考依據。張紀柏等23基于還原糖和蛋白質發生反應，能夠產生獨特的風味，采用五香浸泡，熱風烘烤薄皮核桃達到含水量小于 4% ，獲得較高的干燥速率、較低的氧化程度和較高的營養價值。Chen等24使用熒光標記技術測試核桃失水的遷移規律，Doder等[25]研究發現，當平鋪或堆積高度低于 15cm 時，間歇送風可以有效降低干燥溫度，并節省核桃干燥過程中的能源消耗。熱風干燥周期長、效率低、耗能高，且干燥設備龐大，占地面積大，投資成本大，只適用于大型核桃加工企業，不太適合我國核桃加工企業。

熱泵干燥是根據逆卡諾原理，通過設備將空氣中的熱量轉移到工作腔內，實現工作腔內的溫度升高。李絢陽等[26通過熱泵的溫度和風速試驗，建立核桃熱泵干燥Page擬合模型。但評價指標只根據核桃的干燥速率的快慢，未考慮到核桃營養物質的變化。陳智平等[27熱泵干燥設備在干燥核桃試驗中的應用，測算出核桃的適應溫度和濕度。劉東琴等[28利用篩網板進行深層裝載，采用熱泵干燥，將熱量傳遞每層，探究不同裝載量的干燥速率，建立熱泵穿流干燥模型。熱泵干燥以其衛生和安全特性而聞名，但是，獨立使用熱泵干燥存在干燥周期長、后期干燥慢、能耗增加的問題。

太陽能干燥主要分為2種干燥：（1）直接進行太陽能干燥，也稱自然干燥。將核桃直接鋪開，通過利用太陽光的照射，實現核桃的干燥，目前大多數個體戶采用這種方式；（2）通過太陽能集熱器對空氣加熱，從而使干燥箱里面的溫度升高，實現核桃的干燥。太陽能干燥具有節能、環保、低成本的運行優勢。但是，太陽能干燥也有許多缺點，例如對氣候變化的敏感性高、可控性差。此外，小型設備的容量小、熱效率低，通常與其他干燥聯合使用。

氣體射流沖擊干燥是基于核桃的熱風干燥，利用設備將熱風在一定的壓力和溫度下從特定的噴嘴噴射到核桃表面上，增加其核桃熱風數量級的換熱系數。加快空氣流速，加快核桃有效分子的擴散系數，使核桃快速干燥。趙珂等[29探究熱風和氣流沖擊的相互配合作用，在核桃表面水分汽化階段，采用 50^°C 風溫和13m/s 介質風速，干燥效果最佳，建立核桃氣體射流干燥ModifiedPage模型，為今后提高核桃營養品質和干燥效率，提供另外一種新的干燥方式。

2.2 輻射干燥

輻射干燥是指核桃基于電磁波而無需傳熱介質的加熱干燥。通過輻射干燥使核桃內部發生劇烈的分子運動，根據波長分為紅外干燥、微波干燥和射瀕干燥3種。使用輻射干燥的方式，核桃干燥速率快，易實現干燥工業化，但其容易出現干燥不均勻，干燥品質得不到保障。例如核桃仁含有大量的脂肪酸、核桃蛋白，并且含有多種維生素、微量元素和其他微量營養素，以及其他活性成分，如果溫度太高，會造成核桃發生不可逆的損壞。但輻射干燥優勢也非常明顯，干燥速率快、工作效率高。

紅外干燥的波長在 0.75～1000μm ，其分為近、中、遠3種光譜，產生紅外熱源的方式分為電加熱和燃氣發熱2種模式。紅外干燥原理是：當紅外發射的波長與核桃吸收的波長一致時，紅外線將被核桃吸收，伴隨著極性分子的劇烈振動，濕度升高，其水分由內向外蒸發，從而實現干燥的目的。根據核桃結構的分析，干燥多采用遠紅外干燥方式，核桃是熱敏性物料，單一使用紅外干燥會造成干燥不均勻，干燥速率慢。通常跟其他干燥方式聯合使用。

微波干燥的電磁波波動頻率范圍為 0.3～300GHz 。對于核桃的熱敏性特性，微波干燥頻率采用的是 2450MHz 。微波干燥具有加熱速度快、加熱過程不易發生危險、能夠選擇熱敏性物料干燥，其他性質物料不起作用的三大特點，通常運用于核桃流水線干燥作業。半韶雷3通過對核桃微波干燥特性的研究，確定其干燥特性、機理和較優的工藝參數范圍。馬錦31將干燥試驗數據應用MATLAB軟件對干燥模型進行回歸擬合，建立關于核桃干燥動力學模型。朱德泉32通過核桃干燥過程不同失水階段，采用不同的功率進行工藝參數優化，提高品質，提高干燥速率，降低干燥能耗。然而，現有的微波干燥技術大多采用恒定功率，這會導致水分擴散不均勻，干燥不均勻，核桃出現“冷熱點”，且過熱會導致過度干燥，甚至使核桃仁營養物質發生不可逆的損壞。其中核桃干燥到了后期，其干燥的水分減少，介電常數減小，介電損耗因子增大，其穿透深度減小，對核桃這類的堅果干燥效果不佳。通常采用其他干燥方式。目前核桃多采用隧道式或者變功率的微波干燥模式。

射頻干燥電磁波波動范圍為 0.003～300MHz 0當電磁波穿透核桃，讓核桃帶電粒子發生劇烈振動，將電能轉化為熱能，從而實現核桃干燥目標[33]。射頻干燥雖然沒有微波的加熱速率，但其自身的高滲透深度、低核桃溫度和水分含量自平衡的優點，在核桃加工當中也具備較大的應用價值。在工業化加工過程中，需要定期檢查核桃外觀，否則很容易導致熱遷移。為解決上述問題，可以采用射頻干燥和熱風對流技術或分層填充相結合的方法，在適當匹配參數下有效提高射頻加熱均勻性。

2.3 聯合干燥

核桃殼和仁的失水特性不同，對流干燥和輻射干燥的干燥機理也不同。將對流干燥和輻射干燥結合起來，能夠最大限度地提高干燥速率和干燥品質，凡威[34]對核桃利用滾筒實現連續化作業，利用催化劑輔助紅外一熱風進行聯合干燥，以品質及貯藏特性為研究目標，找到延長貨架期，提高干燥效率，降低能耗的目的。曲文娟35通過紅外一熱風聯合干燥試驗，對能耗進行分析，通過紅外輻射溫度、輻射距離和滾筒轉速的改變，找到適用于硬殼堅果如核桃、榛果和碧根果等這類產品新型高效節能干燥方法。

滿曉蘭[36]對核桃破殼的微波熱風聯合干燥工藝參數進行優化，核桃破殼時果殼和果仁的最佳含水率范圍分別為 8%～12%.8%～17% 。Zhang等[37利用超聲波輔助微波熱風對流干燥，研究山核桃干燥動力學和產品質量特性，進而在可變微波功率下進行微波氣流干燥，能夠提高貨架期和營養品質。還可以利用微波和對流干燥機對核桃仁干燥進行超聲預處理，探究品質特性的影響規律。用微波半工業連續干燥、微波紅外真空干燥和微波紅外流化床干燥方法對核桃進行聯合干燥，通過建立模型，找出適合核桃干燥工藝組合。

核桃射頻聯合干燥，張波3基于工業化射頻加熱系統，采用新型技術紅外成像，光纖測溫技術，射頻熱風聯合干燥，對核桃的加熱均勻性和貯藏品質的變化要優于單純的熱風、真空干燥，為實現熱風射頻干燥的工業化研究提供參考。

綜上，單獨使用對流或輻射干燥方法存在應用缺陷。在核桃干燥過程，針對核桃失水兩個減速階段，結合對流和輻射干燥技術，在核桃殼仁處于不同含水量時段，自由水和結合水轉換階段，采用不同的干燥方法，不僅可以實現節能、省力、高效作業的目的，還可以控制整個干燥過程，獲得優質產品。實現降低干燥的成本，避免能源和資源浪費，獲得高質量核桃產品，一直是核桃干燥行業所需要解決的問題。通過將對流干燥和輻射干燥結合起來的智能干燥方式成為當前干燥的主流方向。

3核桃分級的研究

分級是核桃走向商品化的環節之一。目前核桃干燥后大多基于核桃的大小進行分級，測量核桃的縱向、軸向和橫向尺寸，由球體的有效計算公式將核桃進行大小分類。分類包裝后可以進行產品的直接銷售、儲存和加工；也可以為核桃后續的破殼加工作業做準備，提高破殼率、降低損失率，是作為營銷定價的重要參考依據。根據核桃形狀結構和大小進行分級，主要分為圓錐滾子模型、網格圓柱模型、篩分模式和視覺成型技術模式。何鑫等[39采用圓錐滾子模型，由電動機提供動力，帶動鏈條上的分級輥轉動，分級輥之間有不同的間距，從而對核桃進行連續化分級。宋超4在分級擊打式山核桃破殼機的設計中對核桃的分級采用網格圓錐滾子模型，與核桃破殼進行連續化設計。王維41采用篩分模式的分級方式，利用曲柄連桿機構，得到適應的篩面傾角、振幅大小和振動頻率等一系列參數，獲得較高的篩分效率和準確性。郭政42基于機器視覺技術在核桃大小在線分級及缺陷剔除系統設計中，研究建立核桃缺陷判斷模型，利用雙單片機進行控制系統的設計，精確高效地對核桃大小、缺陷進行分類。選擇適當的空隙和孔徑配合，是機械核桃分級、分類的關鍵，其優點是結構簡單、操作便捷、實用性強，但當面對大量核桃時，容易造成核桃破殼中的對篩孔與分級機構堵塞。基于機器視覺的核桃大小分級，需要高精度、高靈敏性的檢測系統，目前還未實現高速、高效、準確地完成作業，實用性不強，但前景廣闊。

4核桃破殼的研究

破殼是核桃初加工的關鍵環節，因為核桃的不規則性，核桃仁夾雜著分心木，大大增加核桃破殼難度，在機械破殼過程中，核桃達到殼碎仁整的指標，是核桃破殼的最佳效果，核桃破殼效果影響主要來自核桃大小、含水率、品種和破殼機械方式等因素。根據核桃的物理特性，破殼機械主要分為擠壓式、敲擊式、剪切式和聯合方式。

擠壓式是核桃破殼的常用方式，原因是結構簡單、操作方便。擠壓方式主要分為雙滾動錕式、單滾動錕式和錕板式3種。給料量大、效率高，能實現連續化生產，輥與輥之間、輥與板、板與板之間的間隙可調，能夠適應不同大小、品種和含水率的核桃，但擠壓不規則，破殼效果容易出現殼包仁和殼仁破碎的現象。石明村等[43]采用凸輪搖桿雙向擠壓核桃模式，采用雙螺桿定量喂料裝置，U型塊定位破殼擠壓裝置，解決自定位復雜、破殼行程無法保證等問題，實現高露仁率、低損傷率。程國梁等4使用六個方位擠壓方法測出含水率、擠壓行程、破殼速率對破殼的影響，實現了高露仁率、高整仁率、高破殼率。但是工作效率低下，只停留在試驗階段，沒有形成連續化生產作業。

沖擊型裝置根據核桃形狀大小使用不同沖擊力，沖頭對核桃產生高速沖擊，或者使用旋轉盤，該旋轉盤將核桃以高速運動方式與壁發生碰撞并接收沖擊力。當沖擊力超過其承載能力時，核桃殼破裂。采用沖擊型核桃破碎，其沖頭形狀是關鍵，根據核桃的結構特性，設計合理沖頭結構，能夠實現核桃精準破碎。丁冉等[45]根據人工敲擊核桃破碎，進行仿生性設計，采用敲擊臂和凸輪機構配合，達到核桃敲擊破碎的方法。朱德泉等[46進行關于6HS一6型破殼機的研究與試驗，為保證核桃喂料有序，不堵塞，在喂料輥設計溝槽；破殼部分設置半球形凹槽，利于核桃固定，敲擊臂通過扭簧定位銷調節壓縮量，調節擊打力度，實現不同大小和含水率的核桃精確破殼。

剪切式破殼機的設計，通過破殼機械對核桃的剪切作用，實現核桃破殼。劉明政等[47]發現剛性元件容易造成核桃破碎時損壞，故利用彈性、薄殼和斷裂力學三大理論，通過調整間距、速度差和擠入夾角三因素，用試驗分析擬合模型得到 95% 以上的破殼率和 90% 以上的整仁率。王大源等48基于核桃殼仁之間的間隙，采用鋼針進行核桃的夾取固定，在往復運動中，利用伸縮刀具將核桃沿縫向切開，隨后利用風力作用將開殼的核桃撞擊棱桿，實現核桃破殼。但試驗缺少對核桃含水率和分心木的考量。

核桃破殼組合裝備設計，單一的核桃破殼加工，已不能滿足當前的社會需求，鑒于需提高生產工作效率的目標，提出核桃分類與破殼一體化的全新設計思想。核桃通過連接分類裝置和破殼裝置，首先通過核桃的大小分類，隨即落在相應的破殼裝置上，表明加工耗時短且效率高。相關科研機構已經設計和開發各種類型的核桃分類和破殼組合裝置。王斌49基于靜力學和模態原理，通過將核桃分級破殼機機架有限元分析后，得出核桃破殼所需材料的剛度和強度，通過調整頻率和振型，減少核桃發生共振的現象，為后續優化設計奠定基礎并提供參考依據。申海霞等[50將核桃分級和破殼聯系在一起設計的核桃分級破殼機，試驗探究出影響核桃破殼效果因素的權重順序：首先是間距差，其次是分級絞龍轉速，最后是破殼動刀轉速。采用響應面分析法，分析出核破殼最佳工藝參數。

我國現有的核桃破殼裝置具有尺寸小、產量低、普及率低的特點。只適用于小作坊使用，中小企業不適用，為實現核桃工業的快速發展，應開發專用設備，以提高核桃深加工產品的產量和質量。此外，核桃木的破殼裝置。缺乏產品標準，生產水平也不同。國外的破殼裝置技術復雜、成本高，可能無法滿足我國不同種類核桃的破殼需求。綜上，迫切需要開發新的核桃破殼技術和裝置。

5核桃殼仁分離的研究

5.1 風選模式設備

核桃殼仁因為空氣動力學有顯著差異，主要采用風選法作為核桃殼仁分離的主流技術，風選法具有操作簡便、設備成本低、分離效果高，在中小核桃企業當中應用十分廣泛。馬佳樂[51采用懸浮管測定核桃重力等于氣流作用力來測定懸浮速度，為后續的核桃混合物氣流風力清選提供參考依據，分心木的懸浮速度最明顯，1/2的殼和 1/8 的仁懸浮速度差別不大，需要進一步利用篩分法進行分離。為我國的工業化農業生產技術裝備提供參考依據。朱占江[52]利用破殼機械破殼后，采用二次振動分級，實現分心木去除，不同大小殼仁混合，設計試驗得到影響核桃殼仁分離效果，通過分別調節控制閥角度、進料速度、擋風板開度，獲得核桃破殼后較高的殼仁分離。但是在機器的運行當中，核桃破碎率高，整仁率占比小。李昊[53]基于仿真模擬耦合試驗，采用離散法和有限元法的兩者結合，分析核桃仁的不規則性和物料顆粒在管道內氣固兩相復雜性。在單顆粒和雙顆粒雙重模擬尺度驗證其仿真可行性。陳旭東等[54]基于CFD—DEM耦合核桃殼仁混合物仿真模擬，在垂直管道內采用負壓風選，通過構建Hertz—Mindlin等一系列模型，觀測在管道里的運動軌跡、變化規律，風速對核桃清選率和損傷率的探究。核桃殼仁風選具有巨大的應用前景，但是提高分離的精度和形成大規模高效優質加工成為必須攻克的難題。

5.2 視覺識別裝置

除風選模式之外，智能視覺識別是另一種應用于核桃殼一仁分離方法。核桃殼和仁特征參數被輸入到計算機數據庫中。篩選種類大小，進而基于物理特性對篩選出來的核桃殼仁進行分類識別[55]。核桃智能視覺識別裝置主要由圖像采集和視覺檢測2個系統組成。通過對核桃圖像進行系統處理，建立核桃殼和仁顏色、紋理和形態特征的識別特征模型。在實際操作中，應用環形照明器，通過CCD傳感器獲取核桃殼和仁特征信息，識別不同級別核桃殼仁。在使用該方法時，核桃殼和仁精確分離，但是目前停留在試驗階段，未形成規模加工生產。李文寶5山核桃破殼物料分選，采用深度學習分選研究。通過采用大量的數據集做訓練和測試，搭建平臺，通過模型擬合，證明深度學習對殼仁混合物在理論上的可行性。

5.3 組合型設備

組合設備通常是將核桃兩項加工程序統一起來，將核桃破殼和殼仁分離統一協同，一機完成多道工序，提高工作效率、節約加工和經濟成本。趙來成采用擠壓原理進行破殼，通過同向旋轉滾筒擠壓破殼，采用風選式破殼系統進行核桃混合物，達到取仁的目的。高紅斌等[58設計一種核桃自動破殼、分離、取仁機，采用沖擊式撞擊法實現核桃破殼，經過振蕩實現外殼和果仁分離，然后通過樹權形通風腔，利用負壓風機，將外殼吸入出殼口。劉明政等59設計一種核桃剪切擠壓破殼柔性錘擊取仁裝備。核桃經過套筒金屬架相互擠壓，為降低核桃損傷，采用柔性帶作為緩沖作用，通過柔性葉片錘擊作用，實現二次破碎；在螺旋葉片滾筒中，殼仁比重不同，迎風面積不同，通過鼓風風機的風力作用，將核桃殼從出料口吹出，實現核桃殼仁分離。破殼和殼仁分離智能組裝，實現整體加工，既降低機器的使用成本，又提高核桃加工效率。

核桃殼仁分離是核桃破殼加工走向深加工的重要環節。核桃加工企業以提高殼仁分離率、降低核桃仁破碎率為目標，通過降低生產成本、提高經濟效益，實現企業長遠發展。風選式設備根據核桃殼仁不同的迎風面積和懸浮速度，利用不同的風速，實現殼仁的分離，具有高效率和精確性，在企業中實用性很高。然而，考慮我國核桃不同類別特征，以及核桃殼仁含水率、破殼效果的影響，在核桃殼仁分離當中，仁的損傷率仍然高，未來還需加以改進。同樣，智能視覺識別技術對核桃不同類別的適應也需要改進，主要因為其需要豐富的數據統計作為支持。此外，由于精度提高是殼仁分離的核心技術，開發一個具有高處理性能、高靈敏度的傳感器和軟件是解決這一問題的關鍵考慮因素。此外，形成一個有規模、高效、高質量的加工和生產殼仁分離生產線，成為核桃殼仁分離關鍵。

6 核桃仁去皮的研究

核桃仁去皮主要采用物理和化學兩種方法，其中化學方法采用堿性溶液和超聲波技術，我國核桃初加工企業通常采用堿液中浸泡法去除果仁皮。劉奎等[60]設計一種核桃仁脫皮加工生產線，采用浸泡機浸泡，在浸泡中利用超聲氣泡，擴大核桃仁皮間隙，再通過水泵、多個高壓噴管、滾筒和螺旋導料板實現核桃仁皮脫落，最后經過清洗和烘干機完成清洗干燥操作，利用機械脫皮替代原本人工脫皮。但是堿液濃度和浸泡時間的控制不容易把握，易造成核桃品質損壞，易氧化腐敗變質，如果堿液處理不當，也會造成環境污染。方楚楚等[61]利用核桃仁超聲波輔助堿液去皮的方法，調配NaOH濃度 0.8% ，超聲溫度 64^°C ，在堿溶液中熱燙 4.5min ，用清水沖泡后，能夠達到大部分整皮脫落的效果。溫凱等6利用 0.5% 的NaOH， 0.1% 的CaCL₂ 溶液配比 1：4，63^°C 浸泡 5min ，利用高壓清水噴淋方式進行脫皮，又經過離心脫水和真空干燥，能夠達到較高去皮率，但核桃仁皮的去除，需要大量儀器設備，且堿液沖洗核桃仁后可能會形成殘留物，污染核桃仁，營養物質受損；且后續需要脫脂技術支持，加工程序復雜，加工設備成本大，不易形成工業化生產。

核桃仁上去皮的物理技術主要包括蒸煮浸泡法和烘烤法。蒸煮浸泡法，能夠使核桃仁皮脫落，但是核桃含有大量蛋白質，長時間蒸煮浸泡，很容易導致蛋白質變質。康瑋麗等[63]對核桃仁皮去除，以脫皮率和過氧化值為指標將熱風烘烤一微波聯合脫皮法與冷凍干燥聯合法脫皮法2種方法進行比較，利用響應面中心組合試驗方法，采用烘烤溫度 130^°C ，時間 6min ，微波功率769W，時間為 51s_? 。脫皮率為 98.01% ，烘烤法只是單純從兩個單一指標出發，關于核桃油品質核桃油（酸價、碘值、過氧化值等）蛋白結構（表面疏水性、氨基酸等）、多酚（含量、鐵離子還原能力）的檢測變化，還缺少探究。

目前隨著新興技術發展，Zhao等[64]采用一種新型節能低溫預處理設備對核桃仁去皮進行研究，根據核桃仁皮不同熱膨脹系數，利用低溫液氮浸泡處理方法，利用ESCP設備能夠有效降低核桃低溫液氮能量損失，可節省 92.81% 冷卻功率，通過采用人類感官觀察核桃仁的外觀和色澤，觸摸其紋理，品嘗其口感作為評價指標，且工作效率高，能夠實現核桃仁脫皮的連續化作業，但目前缺少試驗對核桃仁脫皮品質數值化檢測。核桃仁工業化去皮只停留在堿液浸泡，關于其他方式，還未形成工業化生產。一方面因為工業成本高，經濟效益不明顯；另一方面核桃仁皮，隨著先前干燥過程中，核桃仁皮的變化，去除效果跟前期的效果不同，增加去皮不確定因素。因此，核桃仁皮的去除需要進一步的研究分析配合，找到一條經濟適用方法。

7展望

核桃作為綠色健康堅果類食品，核桃仁及其副產品加工具有巨大的應用和前景。核桃去青皮與清洗、干燥、核桃分級、破殼取仁、殼仁分離、仁去皮六項初加工技術與裝備，試驗階段大多以單一加工方式為主，應用在商業中有許多局限性，我國的核桃種類繁多，且核桃種植范圍廣，缺少相應的配套加工生產技術和技術配套的裝置設備，往往會造成核桃品質的下降和環境污染，進一步降低核桃所能產生的經濟、社會效益。從而陷入核桃生產加工的惡性循環中。

1）核桃去青皮與清洗，首先考慮核桃成熟度，核桃青皮的成熟度，直接影響核桃品質和核桃清洗效率，因此，在核桃成熟達一半的時候對另一半成熟度不高的核桃采用噴用化學藥劑，或者采用分段收獲方法進行核桃收集，能夠將核桃去青皮與清洗高效處理，也便于核桃青皮收集開發，做到不污染環境，又能實現核桃青皮再利用。

2）核桃干燥是基于核桃初始含水率，通過對流、輻射、聯合3種方式實現核桃快速干燥，達到基于營養物質實現能耗效率工藝最優參數（貯藏含水率 8% 以下和面向破殼含水率為 7%～12% ）。根據國家提倡碳中和、碳達標的目標，核桃干燥過程中，能量的損失已成為當前需要解決的難題，合理使用核桃干燥技術，既要兼顧品質，又要兼顧效率，因地制宜，采用多種干燥方式相互配合，已成為核桃干燥的新趨勢。

3）核桃分級目前存在堵塞和分級精度不高兩大難題，通過設計大型連續化核桃分級裝置，調整變換分級間距，形成物料間振動，或者設計防堵塞裝置，都是降低堵塞概率，提高分級精度的方法。目前核桃分級發展，只有形成一定分離精度，核桃圖像識別技術才能在核桃分級形成大面積推廣與使用，繼而核桃分級也將上一個嶄新的臺階。

4）核桃破殼取仁是核桃初加工過程中的關鍵環節，方法最多，設備最多，但未形成一種統一標準，操作難度高。面對不同種類和大小的核桃破殼，往往出現地區不適用，成本升高，不利于核桃加工安全健康發展。當前需要制定一套關于山核桃和薄皮核桃的破殼完整加工技術，提高破殼率和整仁率，降低仁損傷率。提高核桃殼仁的附加值，也需要開發新的破殼取仁裝備。

5）核桃殼仁分離，由于風選法易操作，機器設備簡單，易形成工業化生產，但是風選法對核桃仁損傷嚴重，容易造成核桃仁二次損傷，目前應加大對核桃風管道內的研究與試驗，了解核桃運動狀態和過程分析，設計風道損傷裝置，降低損傷率，提高殼仁分離率。

6）核桃仁去皮，目前主要采用方法是堿液浸泡，能夠實現大規模量產、工作效率高，但是核桃仁皮的回收效果差，堿液浸泡處理，不僅會增加核桃引人新的有毒物質的概率，而且堿液的處理會增加環境污染的風險。或者使用烘干蒸熟方法，使核桃皮發生變性變脆，使用風機實現仁皮的脫落，但是易造成核桃仁的品質降低，降低高露率。低溫預處理新型設備目前只在試驗階段，成本高、操作難度系數高。核桃仁去皮還需找到一條適用于核桃企業加工設備與技術。

總結核桃發展所遇到的問題，核桃初加工過程中，應利用高校、科研機構與企業之間的合作模式，讓核桃技術研究與核桃初加工設備的相配套，從而生產出與之配套的核桃初加工生產線，繼而進行設備的優化與推廣，形成全過程機械化。對于核桃果皮、果殼等核桃加工產生的廢棄物，可以回收處理，既不污染環境，又能實現高質量生物資源利用，減少碳排放，促進碳中和。最后，依托數字化互聯網改造技術，智能化精準加工，形成一套完整青皮去除與清洗、干燥、分級、破殼、殼仁分離、仁去皮核桃加工技術與設備，各技術與裝備之間相互聯系，既能增加經濟效益，又降低勞動力成本，解放生產力，促進核桃產業鏈智能化升級。

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