核桃深加工设备及方法现状研究

陈 健

（烟台科技学院智能工程学院，山东 烟台 265600）

云南是核桃的重要产地之一，核桃已成为云南的区域性产品。近年来，云南省核桃产量均稳居全国第一位，云南省得天独厚的地理环境造就了发达的核桃种植产业，许多贫困县凭借核桃种植业摆脱了以往落后的面貌，走上了发家致富的道路，云南比较出名的核桃品种有大理漾濞核桃、大姚县三台核桃等。1950—1970年，云南核桃的销售方式以带壳出售为主，因缺少强有力的市场监管体制，未能形成品牌效应，导致市场上充斥着各种假冒伪劣的漾濞核桃。核桃的深加工起步也较晚，目前破壳方式仍是以人工手动破壳为主，效率低且人工破壳方法极易造成核桃仁不卫生。中国核桃、核桃仁的出口量也不尽如人意[1]，主要原因可归结两类：一是国产核桃品质差、种类多、大小不一；二是破壳技术不成熟。现有的核桃破壳加工方法中大部分都需对核桃的位姿进行固定处理，比如核桃摩擦破壳、核桃柔性挤压破壳、核桃划口预处理破壳等，但现有核桃预处理方法未能实现核桃位置和方向的固定，导致后续的核桃破壳加工未能完成或者破壳效果不理想，在核桃破壳时无法保证低碎仁率和高破壳率。基于此，笔者分析了农渔业产品的定向输送设备、坚果类作物在破壳前的预处理和核桃破壳设备的研究现状，阐述了国内外有关核桃深加工方法及装备的研究成果，分析了几种市面上典型的核桃破壳设备的结构特点及工作原理，以期为后续核桃破壳加工提供新思路和新方法，为核桃深加工产业创造更高的经济价值。

1 核桃深加工设备及方法的研究

1.1 农渔业产品定向输送设备的研究现状

核桃的深加工对核桃产业的发展具有重要影响，如何保证高破壳率、高整仁率的核桃深加工是关键。核桃的定向输送在实际生产中可以起到让核桃有序规范输送的作用，为接下来的定向破壳工序提供支持，有利于实现核桃高效率破壳[2]。但从严格意义上来说，核桃的形状是头部比较尖的椭球体，需先对核桃的三维尺寸进行测量，然后再进行振动定向输送理论的分析。根据振动输送理论，强迫振动下定向输送装置主要由振动电机、定向滑槽、振动台面、主振弹簧、减震弹簧、机架等共同组成[3]。该装置可对核桃进行纵径定向，核桃的纵径定向成功率及核桃在定向滑槽上的输送速度是评判该装置工作性能优劣的标准，同时还要保证核桃在输送过程中不可出现太大的跳跃或翻滚。农产品定向输送设备的研究成果如下。

王应彪等[4]根据玉米种子自身的物理特性及振动输送原理，提出了关于玉米种子定向输送的方法，并对定向过程中玉米种子的各阶段姿态和力学参数之间的关系进行了动力学分析，工作原理大致如下：通过启动电磁振动器产生的振动带动上面固定的定向滑槽进行有规律的振动，为玉米种子前进提供动力。当选取适当的振动条件时，逆行（即“尖端”朝后）的玉米种子在台阶处会发生姿态翻转，从而变成正行（即“尖端”朝前），而本就正行的玉米种子则可以顺利通过台阶，不产生姿态翻转且保持正行，从而实现“尖端”朝向无规律的玉米种子定向排序传输。

高星星等[5]研制的淡水鱼头尾定向装置通过振动的斜面及逐渐变窄的滑道实现鱼的头尾定向和腹背定向，原理大致如下：首先通过人工将鱼体逐条放到振动台面的上料区，鱼体在激振力作用下沿斜面向下运动，在此过程中完成鱼头向前的定向，鱼头向前运动到渐变滑道之中，当鱼体腹背两侧开始接触到渐变滑道侧壁时，在激振力作用下，鱼体继续前进并在翻转力矩的作用下实现鱼体腹在上背向下的定向目的，并对可能影响效果的激振力、斜面倾角、振幅等进行了分析，得到了最优参数。

蒋维栋[6]通过分析苹果与定向装置之间的接触关系，并利用Adams进行验证和优化，在前人的定向装置的基础上改进并研制了一款全新的苹果定向装置。

农产品定向输送设备的研究很多，但针对核桃定向输送的研究较少，核桃定向在实际生产中具有十分重要的意义，核桃定向装置也可为其他种类农产品的定向装置设计提供新思路，因此值得进一步探讨和研究。

1.2 坚果类作物在破壳前预处理的研究现状

在破壳前对核桃进行预处理有利于后期的破壳工序顺利进行，现有的预处理大多将壳体硬度降低，所需的破壳力也会随之降低，该方法在一定程度上可以保证高整仁率和低碎仁率。

张守雷等[7]用电镜和红外线光谱改变了核桃壳体坚固的结构，使之变得疏松多孔，该方法可有效降低破壳时所需的载荷。

郑霞等[8]在对未切割划口处理和切割划口处理的核桃横径、纵径、棱径施加载荷后发现，经过切割划口处理的核桃要比未经过切割划口处理的核桃破壳所需的载荷小。

1.3 核桃破壳设备的研究现状

核桃的销售方式大致分为两种：一种是整果销售；另一种是经破壳后的深加工产品销售，如制作成核桃油、核桃奶等。为了创造更高的经济效益，研究设计更加有效的核桃破壳机是必然趋势。

目前，物理机械破壳应用范围广泛，国外学者Ghafari等[9]针对传统的手工破壳效率低等问题，设计了一款核桃破壳机，该机主要由进料装置、破壳装置、分类装置以及动力装置等部分组成，破壳整仁率为66.66%，破壳效率为25.2 kg/h。

沈柳杨[10]研制的一款基于人体仿生学的冲压式破壳机，集分选、输送、模仿人工锤击破壳等功能于一体。该破壳机工作原理大致如下：将核桃倒入进料斗中，核桃经进料斗的出口落入分级装置中，在重力和离心力的共同作用下进行分级，分级后的核桃经导流槽滑落到输送装置上，再由输送装置将其输送提升至破壳工位，最后在破壳装置的冲压作用下进行破壳，但是该装置无法实现对核桃的最佳破壳位置进行定向破壳。

2 结论

笔者从农渔业产品定向输送设备、坚果类作物破壳前预处理、核桃破壳设备的研究现状入手，指出了目前国内外对核桃如何高效率破壳这一难题没有理想的解决方案、破壳设备对不同品种核桃的适应性差导致破壳率低等问题。现有破壳方法未能实现对核桃的最佳破壳位置进行定向破壳，根本问题在于无法实现核桃的位置和方向的固定，导致后续的核桃破壳加工未能完成或者破壳效果不理想，因此很难保证低碎仁率和高破壳率。核桃定向破壳的实现需先完成定向输送工序，但目前对核桃定向破壳的研究较少，因此研究核桃的定向输送等深加工技术具有一定意义，且通过理论分析及动力学仿真得出核桃定向输送在理论上是可行的，并在此工序的基础上增加切割划口预处理，可以为后续的核桃破壳加工提供新思路和新方法，在实际生产中也可以为核桃深加工产业创造更高的经济价值。