薛然等
摘要:花生莢果分級技術(shù)是花生貯藏、深加工及提高產(chǎn)品檔次和附加值的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過研究當(dāng)前國內(nèi)外花生莢果分級技術(shù)并分析其發(fā)展現(xiàn)狀,提出了今后花生莢果分級設(shè)備研究過程中應(yīng)解決的問題,并對其未來的發(fā)展方向進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞:花生;分級技術(shù);花生莢果分級機(jī)
中圖分類號: S226.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號:1002-1302(2015)09-0426-03
通信作者:謝煥雄,研究員,碩士生導(dǎo)師,主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及農(nóng)產(chǎn)品加工裝備研究。E-mail:764086434@qq.com。花生是我國最主要的油料作物之一,中國花生的總產(chǎn)、單產(chǎn)及出口量均居世界首位?;ㄉ吐屎蛦挝幻娣e產(chǎn)油量高,且與大豆油和棕櫚油等大宗油脂相比,花生油的油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸高,富含多種維生素,有很好的營養(yǎng)保健價(jià)值[1]?;ㄉ?jīng)過深加工,可制成各種風(fēng)味獨(dú)特的食品,深受人們喜愛,具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。
在花生加工和商品化過程中,花生莢果分級是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。花生的品種及生長條件差異造成花生莢果尺寸差別較大,大小均勻、顆粒飽滿的優(yōu)質(zhì)帶殼花生制品銷售價(jià)格顯著高于大小混雜、飽秕不一的帶殼花生制品。并且通過分級,可使花生莢果大小、品質(zhì)等基本達(dá)到一致,對其后續(xù)的貯藏、深加工及提高產(chǎn)品檔次和市場競爭力具有重要意義。進(jìn)出口貿(mào)易中,對帶殼花生的品種、大小、清潔度等都有嚴(yán)格的規(guī)定,花生的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?;彩谷藗儗ㄉa(chǎn)中分級質(zhì)量、分級效率有了更高的要求。人工分級效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大,且分級成本很高,分級精度也難以保證,采用花生莢果分級設(shè)備取代傳統(tǒng)的人工分級方法勢在必行[2-3]。
1國外花生莢果分級機(jī)械研發(fā)現(xiàn)狀
美國花生采用分段式機(jī)械進(jìn)行花生收獲,收獲后的花生果中摻雜了很多雜物,如石塊、玻璃,另外還有一些干癟的小果和失去外殼的花生米。干癟的小果中含水量很高,而失去外殼的花生米一般情況下都很臟且?guī)в袡C(jī)械損傷,很容易發(fā)生霉變,影響后續(xù)的貯藏和銷售,因此花生收獲后一般采用大型流水線方式對其進(jìn)行清選、除雜、分級。另外,美國農(nóng)業(yè)部制訂了詳細(xì)的等級標(biāo)準(zhǔn)用于確定花生的價(jià)格,并設(shè)計(jì)了小型的用于清選及分級花生樣品的機(jī)器。首先,使用清選設(shè)備將花生樣品分為異物(土、莖稈、石頭等)、失去外殼的花生米、花生莢果,然后通過一個(gè)預(yù)分級設(shè)備將清潔的花生莢果分級后進(jìn)行脫殼等后續(xù)處理[4-5]。
Dowell設(shè)計(jì)了一種花生果自動(dòng)分級設(shè)備,該設(shè)備可以分級更大的花生莢果樣本,同時(shí)保持大致相同的樣品處理速度,以降低抽樣誤差。通過其簡化分級方法以及更換過時(shí)的設(shè)備,運(yùn)用更加高效和有效的設(shè)備降低了出錯(cuò)概率。其分級流程如圖1所示[6]。
除了通過大型流水線方式對花生進(jìn)行清選、除雜、分級,國外還有一些小型的花生莢果分級設(shè)備。Blankenship 等發(fā)明了一種簡易的發(fā)散帶式花生莢果分級機(jī),如圖2所示,花生莢果根據(jù)它們在帶上下落的位置不同分為6級,帶長、帶速及喂料速度不同,分級效果也各不相同。該設(shè)備可將花生莢果按尺寸范圍分為幾級, 但無法徹底分離出莢果中含有的石頭等異物,需要附加其他分級設(shè)備如重力分級設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步分級,但可提高后續(xù)清選設(shè)備的工作效率[7]。
智能式分級設(shè)備可以快速、無損地一次完成大小、形狀、顏色等多個(gè)指標(biāo)的檢測并進(jìn)行分級,近年來,國外花生莢果分級對近紅外技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像識別等技術(shù)均有一定的應(yīng)用。
Sundaram等發(fā)明了一種帶殼花生無損檢測設(shè)備,該設(shè)備采用VIS/NIR光譜法,可以直接對未脫殼的花生莢果進(jìn)行檢測,確定花生仁品質(zhì)優(yōu)劣。首先,選取約200個(gè)花生莢果為校準(zhǔn)組以最初掃描來確定分類算法,收集這些花生莢果在400~
2 500 nm波長范圍的反射光譜,然后將這些花生莢果剝開進(jìn)行目測檢查,如果它們有任何形式的損傷、變色或是不成熟,則歸類為壞的,其他的花生莢果歸類為好的。通過主成分分析法建立數(shù)學(xué)模型,好的與壞的花生仁主要成分得分圖結(jié)果顯示VIS/NIR光譜法可用于花生莢果分級[8]。
Boldor等設(shè)計(jì)了一種使用機(jī)器視覺對花生莢果大小進(jìn)行分類和對圖像進(jìn)行分析的方法。首先,將花生莢果通過圖像采集系統(tǒng)人工整理成圖像存儲(chǔ)在電腦中,分辨率為0.1 mm,通過計(jì)算機(jī)輔助程序正確地識別已分類的花生莢果??赏ㄟ^花生莢果顏色來判斷花生果成熟度,替代現(xiàn)有的人工分級,莢果及脫殼得到種子的數(shù)據(jù)庫可對特定區(qū)域的花生質(zhì)量進(jìn)行估計(jì),另外,該系統(tǒng)的圖像可以被存儲(chǔ)以進(jìn)行下一步分析[9]。
2國內(nèi)花生莢果分級機(jī)械研發(fā)現(xiàn)狀
目前,國內(nèi)花生收獲后主要依靠人工進(jìn)行撿拾摘果,花生莢果清潔度較高,但尺寸差異很大,并含有秕果和少量失去外殼的花生仁。為便于花生脫殼或加工生產(chǎn)高質(zhì)量的花生食品,需要對花生莢果按尺寸進(jìn)行分級[10]。但目前,我國對花生機(jī)械化莢果分級技術(shù)理論研究幾乎沒有,又因花生莢果本身流動(dòng)性差的特征,使得一般通用分機(jī)設(shè)備無法滿足要求,市場上現(xiàn)有的花生果分級機(jī)主要有振動(dòng)式和滾筒式2種類型,使用時(shí)均存在一些問題,未能大規(guī)模推廣。
2.1振動(dòng)式分級設(shè)備
河南省獲嘉縣銀河機(jī)械廠生產(chǎn)的HSX-1500型花生選果多用機(jī)(圖3),采用振動(dòng)平篩分級,取代了手工檢果,效率高,可選出雙仁果和中、小單果,并能把雙仁果的飽果和秕仁果區(qū)別開。并且用戶可換上合適的篩子,篩選玉米、大豆、麥子、高粱等其他糧食作物,可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。
馮金有設(shè)計(jì)了一種帶有清篩機(jī)構(gòu)的水平振動(dòng)花生果篩選機(jī)。由圖4可見,該機(jī)由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)出料機(jī)構(gòu)和篩選機(jī)構(gòu)組成;篩選機(jī)構(gòu)包括滾輪、篩板和支撐板,篩板和支撐板均固定于滾輪上,且有引導(dǎo)栓相連,篩板為圓孔篩,支撐板上設(shè)有凸柱,凸柱和圓孔篩的孔對應(yīng),圓孔篩只能水平振動(dòng),帶有凸柱的支撐板既可與圓孔篩一起水平運(yùn)動(dòng),又可上下垂直運(yùn)動(dòng),支撐板向下運(yùn)動(dòng)時(shí),凸柱和圓孔篩上的孔分離,小果和雜質(zhì)落下,當(dāng)大果落入圓孔篩堵篩時(shí),支撐板上的凸柱通過向上運(yùn)動(dòng),可將大果頂起清篩,因其改善了清篩機(jī)構(gòu),使其在分級過程中不易堵篩,從而提高了篩分效果[11]。endprint
2.2滾筒式分級設(shè)備
由青島楓林花生機(jī)械有限公司生產(chǎn)的6HXG系列花生果篩選機(jī)分6HXG-4、6HXG-6、6HXG-8,即4 m、6 m、8 m 3種型號。由圖5可見,該設(shè)備采用滾筒式篩選,滾筒直徑 1.1 m,花生果經(jīng)提料機(jī)進(jìn)入篩選機(jī)后,由螺旋片不斷向前推動(dòng),達(dá)到分級目的,具有產(chǎn)量高、無損傷,可分選2~4種規(guī)格,生產(chǎn)率為1.2~2 t/h,可用于大型花生加工廠。
1983年,吳海山參照國外進(jìn)口油棕核分級圓篩原理進(jìn)行改進(jìn),設(shè)計(jì)了FJY·50×1分級圓篩用于花生莢果的分級。該機(jī)由進(jìn)料機(jī)構(gòu)、圓篩筒、壓輥機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)架組成,進(jìn)料機(jī)構(gòu)由料斗與1節(jié)直徑為200 mm、螺距為200 mm的絞龍組成,料斗為方形,設(shè)有插板,以便控制下料量,絞龍軸空心,以套接圓篩軸及蝸輪軸,又起聯(lián)軸節(jié)作用。絞龍機(jī)殼出口處為圓形,以便和圓篩進(jìn)口相銜接。圓篩筒安裝傾角為5°,便于物料在圓篩中運(yùn)行。壓輥機(jī)構(gòu)是為自行清理篩面而設(shè)計(jì)的,當(dāng)圓篩上有果??ㄓ诤Y孔上堵塞篩孔時(shí),篩面經(jīng)過壓輥時(shí),將堵孔果粒向篩內(nèi)壓出?;ㄉ旨壭矢?,清篩效率高,圓篩所需動(dòng)力不大。經(jīng)過長期的試驗(yàn)考核,基本上可以達(dá)到750 kg/h、90%的篩分效率等設(shè)計(jì)要求[12]。
農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所在SCY圓筒初清篩機(jī)基礎(chǔ)上,通過改進(jìn)清篩裝置與優(yōu)化篩片結(jié)構(gòu)參數(shù),設(shè)計(jì)了柵條滾筒式花生分級機(jī)。由圖6可見,該機(jī)對脫殼前的花生按照莢果外形尺寸大小進(jìn)行分級,主要由機(jī)架、進(jìn)料裝置、出料裝置、篩分裝置、傳動(dòng)裝置和清篩裝置等部分組成,采用差速反向旋轉(zhuǎn)、外部強(qiáng)制清篩鋼刷與長孔篩組配形式,改進(jìn)現(xiàn)有篩選設(shè)備,有效解決了花生莢果由于外表“歪歪扭扭、坑坑洼洼”造成的嚴(yán)重堵塞問題,實(shí)現(xiàn)了花生莢果順暢分級。工作時(shí),電機(jī)帶動(dòng)?xùn)艞l滾筒轉(zhuǎn)動(dòng),花生從進(jìn)料裝置進(jìn)入柵條滾筒并隨之轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)受到柵條滾筒內(nèi)置螺旋葉片的推送不斷向前輸送。在輸送過程中,尺寸較小的花生將通過柵條間的間隙進(jìn)入小物料出料斗。尺寸較大的花生繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng),進(jìn)入大物料出料斗。試驗(yàn)時(shí),可根據(jù)花生外形尺寸大小,更換柵條滾筒,使得柵條間隙與花生尺寸相對應(yīng),提高分級效果?;蚴窃黾訚L筒段數(shù),提高分級級數(shù)。該機(jī)動(dòng)力小、產(chǎn)量高,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠,換篩維修方便,結(jié)構(gòu)緊湊,占空間?。簧a(chǎn)率500~800 kg/h;轉(zhuǎn)速20 r/min;分級合格率:85%~95%[13]。
總的來說,由于國內(nèi)花生分級設(shè)備研發(fā)上長期投入不足,目前我國用于花生莢果分級的設(shè)備接近空白,急需研制出一種價(jià)格低、適應(yīng)性強(qiáng)、安全易操作的花生莢果分級機(jī)。
3存在的主要問題
雖然許多科研人員對農(nóng)產(chǎn)品分級原理及相關(guān)設(shè)備做了大量的研究與分析,取得了很多成果,為花生莢果分級設(shè)備的發(fā)展提供了一定的基礎(chǔ),但現(xiàn)有的農(nóng)產(chǎn)品分級設(shè)備不經(jīng)改進(jìn)直接用于花生莢果分級,仍有很多不足之處。存在的問題主要有以下幾個(gè)方面:
(1)花生莢果形狀歪歪扭扭,表面坑坑洼洼,且大多存在大小頭,常常小頭進(jìn)大頭不出,雖然現(xiàn)有的部分花生莢果分級設(shè)備帶有清篩機(jī)構(gòu),但使用時(shí)都存在較嚴(yán)重的堵塞問題。
(2)使用振動(dòng)篩對花生莢果進(jìn)行分級時(shí),常有小頭進(jìn)篩孔,大頭不出,而且越振越緊,篩孔堵篩十分嚴(yán)重,堵后又不易清理。使用圓筒篩式分級設(shè)備,卡在篩孔中的花生莢果因自身重力和清篩機(jī)構(gòu)脫離篩孔,有效地緩解了堵塞問題,但現(xiàn)有的圓筒篩分級花生都存在效率低、竄級嚴(yán)重、清篩機(jī)構(gòu)不合理等問題,急需對花生莢果物理特性進(jìn)行深入研究后對現(xiàn)有的圓筒篩分級設(shè)備做進(jìn)一步的改進(jìn)。
(3)我國花生品種繁多,不同花生品種的形狀與尺寸差別很大,這就導(dǎo)致了現(xiàn)有的花生分級設(shè)備缺乏通用性。
(4)相比傳統(tǒng)的機(jī)械分級技術(shù)僅能根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的一些外部特征進(jìn)行分級并且在分級的過程中容易造成農(nóng)產(chǎn)品的機(jī)械損傷,智能式分級設(shè)備可以快速、無損地一次完成大小、形狀、表面損失和內(nèi)部品質(zhì)等多個(gè)指標(biāo)的檢測并進(jìn)行分級。但目前我國尚未有人將這些技術(shù)應(yīng)用于花生莢果的分級上,智能式分級設(shè)備普遍價(jià)格昂貴,一般農(nóng)戶沒有能力購買,雖然具有非常好的應(yīng)用前景,但距離推廣仍需一段時(shí)間。
4發(fā)展建議
現(xiàn)有的花生莢果分級設(shè)備還遠(yuǎn)不能滿足花生產(chǎn)業(yè)對花生莢果分級加工設(shè)備提出的要求。上述分級設(shè)備在花生莢果分級機(jī)械的發(fā)展中,機(jī)械式的花生莢果分級機(jī)械在一段時(shí)間內(nèi)還有廣大市場,應(yīng)研制并大力推廣機(jī)械式花生莢果分級機(jī),對現(xiàn)有的圓筒篩式花生分級機(jī)做進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。同時(shí),基于光電、機(jī)器視覺等技術(shù)的花生莢果分級機(jī)械有非常好的應(yīng)用前景,隨著成本不斷降低,新技術(shù)取代傳統(tǒng)的機(jī)械分級是必然趨勢,對不同分級要求的花生莢果采用相應(yīng)的機(jī)型,機(jī)械式分級與智能化分級設(shè)備相結(jié)合,節(jié)約成本的同時(shí)提高分級質(zhì)量,才能更好地推動(dòng)現(xiàn)代花生產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
[1]湯松,禹山林,廖伯壽,等. 我國花生產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、存在問題及發(fā)展對策[J]. 花生學(xué)報(bào),2010,39(3):35-38.
[2]陳善峰,王俊. 農(nóng)產(chǎn)品分級技術(shù)及品質(zhì)檢測設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 糧油加工與食品機(jī)械,2000(4):8-10.
[3]毛鵬軍,杜東亮,符麗君,等. 我國農(nóng)產(chǎn)品分級的現(xiàn)狀、問題及對策[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械,2006(5):110-111.
[4]Davidson J I,Whitaker T B,Dickens J W. Grading,cleaning,storage,shelling,and marketing of peanuts in the United States[M]//Pattee H E,Young C T. Peanut science and technology. Yoakum,TX:Amer Peanut Res Educ Soc Inc,1982:571-623.
[5]Dowell F E. Sample size effects on measuring grade and dollar value of farmersstock peanuts[J]. Peanut Science,1992,19:121-126.
[6]Dowell F E. An automated cleaning,pod sizing,shelling,and kemel sizing system for grading farmers stock peanuts[J]. Peanut Science,1996,23:46-54.
[7]Blankenship P D,Dowell F E. A diverging belt screen for farmer stock peanuts[J]. Peanut Science,1997,24:37-41.
[8]Sundaram J,Kandala C,Butts C L. Classification of in-shell peanut kernels nondestructively using VIS/NIR reflectance spectroscopy[J]. Sensing and Instrumentation for Food Quality and Safety,2010,4(2):82-94.
[9]Boldor D,Sanders T H,Swartzel K R,et al. Computer-assisted color classification of peanut pods[J]. Peanut Science,2002,29:41-46.
[10]謝煥雄,王建楠,胡志超,等. 我國種用花生機(jī)械化脫殼技術(shù)路線[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(10):356-358.
[11]馮金有. 一種花生果篩選機(jī):中國,03235399.5[P]. 2003-01-27.
[12]吳海山. FJY·5 0×1分級圓篩、BKD·50×50刀籠剝殼機(jī)的設(shè)計(jì)及工藝效果[J]. 油脂科技,1983(3):22-28.
[13]劉敏基,謝煥雄,王建楠,等. 柵條滾筒式花生分級機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2014,35(2):210-212. 孔維蓉, 何培祥, 李博,等. 玻璃溫室棚頂清洗機(jī)設(shè)計(jì)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(9):429-431.endprint