核桃剥壳机组的研究及应用

1 背景

我国的核桃栽培面积约130 万hm2 以上, 主要种植区域在西南和西北。国内市场对核桃及其加工品需求日益增长；而我国核桃加工业发展缓慢，技术力量薄弱，国内核桃加工企业大多停留在初加工阶段，核桃产品单一，附加值较低，大部分企业采用人工砸取和手工挑选，机械化程度低，难以实现核桃产品的增值和产业升级。

    美国核桃加工已经实现了机械化、连续化、规模化作业,核桃可分为全仁和碎仁等大小不同等级，形成不同产品。

    核桃剥壳机组是核桃深加工的关键设备，但我国核桃剥壳机组却存在机械化、连续化程度低；剥壳机碎仁率高，且采用手工分离核桃壳仁，费时费力、效率低、易造成核桃仁污染等问题。 

2、核桃剥壳、壳仁分离原理及影响效果因素

2.1剥壳机原理

    我国主要运用挤压方式核桃剥壳机进行剥壳；李忠新等通过研究确定核桃剥壳受电机转速、剥壳板间隙、硬度及网格形状大小有较大影响，我国核桃剥壳原理为：当核桃进入挤压滚筒中, 齿盘的旋转带动核桃边向下挤入, 一定间距的齿尖不断地沿着壳表面挤压, 随着挤压变形量的增加, 壳表面变平甚至出现凹坑,以达到核桃剥壳目的。此原理剥壳机的缺点：核桃剥壳过程中，受力不均，易造成夹壳；碎仁率高超过30%；碎壳较多，给后续壳仁分离造成困难；夹壳需多次剥壳，损失率超过5%。

2.2影响核桃剥壳效果因素

    我国的核桃由于饱满度、均匀度、含水量不同；核桃剥壳机原理、结构有区别。为此，要达到良好的剥壳效果需注意以下几点：

2.2.1核桃原料饱满度、均匀度

    核桃饱满度、均匀度不同, 剥壳机最佳操作条件确定困难, 使剥壳率和破碎度无法达到平衡, 剥壳效果下降;核桃饱满度越高，壳仁间隙小于核桃壳完全剥开所需空间，造成核桃仁破碎度高；核桃均匀度低，剥壳机间距不好调节，对核桃剥壳程度不一样，造成剥壳率低。

2.2.2 核桃含水量

    核桃水分含量对外壳的强度、弹性及仁粉碎度都有直接影响。含水量低：外壳脆,易剥壳, 但破碎度增加;含水量高：外壳韧性好,整仁率有所提高,但剥壳率低控制核桃剥壳时的最佳水分含量对提高剥壳效率和减少粉末度十分重要，通过现有实验证明核桃原料含水量在7.5%-9%这一区间剥壳效果最好。

(1)剥壳板转速

    剥壳板转速加快, 剪切作用增加, 剥壳率高。但两剥壳板转速差过大,对核桃仁有损伤作用。

    合适的转速差与物料有关, 剥壳困难的核桃应采用较大的转速差，结合各地核桃品种不同需经过试验来确定转速以期获得好的剥壳效果。经过实践证明, 6-8r/s转速较为适合。

    (2)剥壳板间隙    

    剥壳板的间隙大小是影响核桃剥壳率的重要因素。针对不同核桃尺寸剥壳时，间隙应能够做相应调整，这就要求核桃剥壳设备设计要考虑对不同品种剥壳的适应性，设置间隙可调的装置以节约企业成本，提高企业经济效益。

    (3)剥壳板硬度

   剥壳板硬度对剥壳有较大影响, 硬度太低：剥壳板由于摩擦发软过快磨损,使用寿命短;硬度太大：弹性差,容易伤核桃仁,影响剥壳效果。一般采用45号钢较为合适。   

2.2.3 喂料速度的影响

    两板间隙不变,喂料速度越高,单位时间通过的核桃量越多,生产率越高。但是我们在实践中发现：当喂料速度远大于生产率时, 核桃破碎率增加, 剥壳质量严重下降。为此，我们要根据各种核桃剥壳机型及加工产量来确定喂料的速度。   

 2.3影响核桃壳仁分离因素

 2.3.1核桃的内部结构

    乔园园等对核桃壳仁分离过程中，内隔膜厚度、面积大小是影响壳仁分离程度的重要因素。内隔膜厚度、面积越大，剥壳后越不易分离；厚度、面积越小，越易分离。

2.3.2壳厚

    厚度较大的核桃壳较重，如果选择气力输送，会造成壳仁悬浮速度相近难以分离。实践证明：壳厚度小的核桃壳仁分离效果佳；壳厚度较大，壳仁分离效果较差。

2.3.3剥壳方式   

     采用两种剥壳方式，定间隙多点挤压法和垂直打击法剥壳进行研究。打击方式剥壳，壳破碎程度较大，壳仁分离较困难；定间隙多点挤压利用剪切力、挤压力结合时，壳的碎度较小，碎仁率低，壳仁分离较容易。

3 .核桃壳仁分离原理

3.1静电壳仁分离

   导电性差的壳为滚筒吸住，直至被刷子刷落；导电性能好的仁由于电荷传给了滚筒而提前坠落。缺点：对剥壳后颗粒较小的核桃壳仁分离效果较好，但对于颗粒较大的壳仁分离效果不理想（壳大后滚筒对壳吸附作用减弱）。

3.2 筛选式壳仁分离

    筛选法是利用壳仁之间粒度的不同，实现物料的分层、透筛。常用的有：振动筛、平面回转筛。对于核桃产品来讲，此方法易导致核桃仁表皮易磨损，影响核桃仁商品性，较少采用筛分的方法。   

该方法的主要缺点：在剥壳前需对核桃预处理;在剥壳后需对铁粉、磁流体进行回收，增加工序和生产成本。

3.3 比重壳仁分离

    利用壳仁密度差，核桃仁与壳的混合料放入盐水中。由于壳仁比重不同，壳漂浮在盐水的表面，仁沉在盐水下层，完成壳仁分离。  

此方法缺点是：壳仁的密度相差不大时，分离效果不佳；壳仁分离后还要对仁进行烘干，提炼盐，增加工序，易造成仁的污染。

4.核桃剥壳及壳仁分离机组研究的必要性及前景

近年来我国发展了一批木本油料种植。根据上述核桃剥壳及壳仁分离原理、优缺点的分析。开发出一种机械化程度高，挤压力与剪切力相结合的剥壳机以及避免核桃仁外观在分离过程中受到损坏，简化工艺的设备就尤为重要且有利于核桃产业升级。后续的研究应从以下几个方面着手改进；

（1）核桃在剥壳中受力方式的改变

核桃剥壳过程中受挤压力与剪切力作用，挤压路径长使核桃受面挤压与点挤压结合剥裂，达到良好地剥壳效果，减少碎壳和碎仁；

（2）壳仁分离方式改变

    采用气流分离，简化生产工艺以避免人工分离带来巨大的企业负担，筛网所造成的核桃皮磨损影响核桃产品外观；

   （3）结合自动控制提高劳动生产率，通过工艺丰富核桃产品种类

    核桃剥壳机组整个生产过程力争“一键”完成。剥壳后及分离后的半仁、1/4仁可作为核桃休闲食品销售；部分碎仁、碎壳可以用于低温压榨制油。提高核桃深加工能力，形成不同种类的核桃产品，促进核桃产业升级。

    核桃剥壳机组的开发符合国家产业政策，有利于产业升级。