唐楠銳 陳立明 劉婉茹 劉浩蓬 張國(guó)忠

摘要：針對(duì)我國(guó)荸薺去皮機(jī)械化程度低、去皮質(zhì)量差，缺乏荸薺去皮評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)高效、低損去皮技術(shù)和設(shè)備需求強(qiáng)烈等問題，詳細(xì)闡明荸薺的物料特性，全面梳理去凈率、去皮損失、去皮效率三種去皮技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)及計(jì)算方法，系統(tǒng)總結(jié)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外常用荸薺去皮技術(shù)和新興技術(shù)研究進(jìn)展，重點(diǎn)凝練化學(xué)去皮、蒸汽去皮、機(jī)械去皮、超聲波去皮、紅外加熱去皮等主要去皮技術(shù)，深入分析各種去皮技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。指出荸薺去皮過程中易導(dǎo)致果肉熟化、褐變和去皮損失率高等技術(shù)難點(diǎn)，提出以多種去皮技術(shù)相結(jié)合、延長(zhǎng)作業(yè)工序、新興技術(shù)輔助等建議，為我國(guó)荸薺去皮技術(shù)研究和去皮機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：荸薺；物料特性；去皮設(shè)備；去皮技術(shù)；水生蔬菜

中圖分類號(hào)：S226

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：20955553 （2023） 070101

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Research progress and development trend of water chestnut peeling technology

Tang Nanrui1， 2， Chen Liming1， 2， Liu Wanru1， 2， Liu Haopeng1， 2， Zhang Guozhong1， 2

（1. College of Engineering， Huazhong Agricultural University， Wuhan， 430070， China; 2. Key Laboratory of

Agricultural Equipment in the Mid-Lower Yangtze River， Ministry of Agriculture and Rural Affairs，

Wuhan， 430070， China）

Abstract：? Aiming to address issues such as low mechanization， poor peeling quality， and lack of evaluation standards for water chestnut peeling in China， this paper provides a comprehensive analysis of the physical characteristics of water chestnut and thoroughly explains three peeling technology evaluation indexes： the peeling rate， peeling loss， and peeling efficiency， as well as their calculation methods. This paper also systematically summarized the common water chestnut peeling technology and emerging peeling technologies both domestically and internationally in recent years. The main peeling technologies， such as chemical peeling， steam peeling， mechanical peeling， ultrasonic peeling， and infrared heating peeling， were emphasized. The advantages and disadvantages of various peeling technologies were analyzed， and the technical difficulties in the peeling process of water chestnuts， such as ripening， browning， and high peeling loss rate， were pointed out. In addition， future developments of water chestnut peeling technology， including combining multiple peeling technologies and extending the operation process， were proposed. These insights aim to provide a reference for the research of water chestnut peeling technology and inspire innovative designs of peeling machinery in China.

Keywords： water chestnut; physical properties; peeling machinery; peeling method; aquatic vegetables

0 引言

荸薺又稱馬蹄、水栗、烏芋等，是莎草科植物荸薺的球莖，其肉質(zhì)潔白，味甜多汁，清脆可口，含有蛋白質(zhì)、粗纖維、黃酮類、甾醇等諸多功能活性成分，具有重要的營(yíng)養(yǎng)與藥用價(jià)值，可預(yù)防和治療多種呼吸道疾?。?3］。荸薺原產(chǎn)于中國(guó)南方，在西漢時(shí)就有栽培記錄，栽培區(qū)域主要分布在湖北、湖南、安徽、浙江等長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)［45］。截至2016年，我國(guó)荸薺種植面積約為5×104hm2，年產(chǎn)量約7.5×105t［6］。荸薺主要以鮮果銷售，鮮食為主，但保鮮期短，主要消費(fèi)群體及市場(chǎng)集中于國(guó)內(nèi)，近年來(lái)少量出口至美國(guó)、英國(guó)、馬來(lái)西亞等國(guó)家華人聚居區(qū)［79］。

荸薺外形呈扁圓球形，根部?jī)?nèi)凹，頂部有突出頂芽，成熟后的荸薺單個(gè)果實(shí)質(zhì)量約30～100g，果皮占總質(zhì)量的20%～25%［1012］。荸薺果皮不能食用，在荸薺產(chǎn)品加工前，需對(duì)荸薺進(jìn)行去皮處理［13］。現(xiàn)階段荸薺去皮主要以人工為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大、去皮損失和去凈率不理想，嚴(yán)重影響后續(xù)加工產(chǎn)品的質(zhì)量［1417］。因此，實(shí)現(xiàn)荸薺去皮機(jī)械化，對(duì)于提高去皮效率，促進(jìn)荸薺資源利用，有著重要意義。

本文闡明荸薺物料特性、荸薺去皮技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)和計(jì)算方法，總結(jié)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外常用荸薺去皮方法及去皮技術(shù)研究進(jìn)展，分析荸薺去皮技術(shù)難點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，以期為我國(guó)荸薺去皮技術(shù)研究和去皮機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供參考。

1 荸薺物料特性及應(yīng)用研究現(xiàn)狀

荸薺根部、頂部的破壞極限、彈性模量等物料特性是設(shè)計(jì)去皮機(jī)械的理論基礎(chǔ)。目前中國(guó)一些學(xué)者對(duì)荸薺的化學(xué)特性、生物特性開展了研究，但針對(duì)荸薺物料特性的研究較為缺乏［18］。

陳子林等［19］以孝感荸薺和廬江荸薺為對(duì)象，開展了壓縮、剪切試驗(yàn)，得到了荸薺不同部位、不同壓縮速率下的破壞極限。郭洲等［20］以荸薺鮮果為試驗(yàn)材料，開展了荸薺軸向、徑向壓縮試驗(yàn)，并對(duì)荸薺鮮果芽部、根部、側(cè)皮進(jìn)行了切削試驗(yàn)，確定了荸薺不同部位彈性模量、抗壓強(qiáng)度和切除力，結(jié)果如表1所示。

近年來(lái)，隨果蔬物料特性研究成果逐漸豐富和仿真軟件的推廣應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外專家利用果蔬物料特性對(duì)果蔬損傷和機(jī)械加工性能開展了仿真分析，可在設(shè)計(jì)階段驗(yàn)證機(jī)械性能，降低設(shè)計(jì)成本和果蔬損傷。如考慮到果蔬在運(yùn)輸過程中受損，Van Zeebroeck等［21］運(yùn)用EDEM離散元仿真軟件對(duì)蘋果運(yùn)輸過程中振動(dòng)受力及損傷情況進(jìn)行了仿真，模擬得出蘋果堆放位置、振動(dòng)頻率與蘋果損傷的關(guān)系。郭世魯［22］運(yùn)用HyperMesh和ANSYS/LS-DYNA軟件對(duì)馬鈴薯開展了碰撞試驗(yàn)，確定了馬鈴薯不同跌落高度的受損程度。賈晶霞等［23］對(duì)馬鈴薯篩分過程進(jìn)行仿真，分析了振動(dòng)傾角、振幅、振動(dòng)頻率等因素對(duì)馬鈴薯篩分效果的影響。苗紅濤等［24］基于SolidWorks仿真模塊對(duì)馬鈴薯連續(xù)去皮機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)仿真，得出連續(xù)去皮機(jī)可以完整去除馬鈴薯表皮。

上述研究通過各種仿真軟件建立了多種農(nóng)業(yè)物料的物料特性模型，分析了加工、運(yùn)輸過程中物料損傷情況和機(jī)械加工性能，為農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)設(shè)計(jì)提供重要的理論依據(jù)。

2 去皮評(píng)價(jià)指標(biāo)研究進(jìn)展

現(xiàn)階段，我國(guó)荸薺去皮評(píng)價(jià)指標(biāo)尚未形成，科研人員往往借鑒其他果蔬的去皮評(píng)價(jià)體系［25］，常見的評(píng)價(jià)指標(biāo)有去凈率、損失率、效率等。其中去凈率是評(píng)價(jià)去皮機(jī)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，在機(jī)械研發(fā)時(shí)，應(yīng)首先考慮滿足去凈率，在保證去凈率的前提下，降低去皮損失，提高效率。損失率關(guān)系到荸薺機(jī)械去皮的收益空間，效率則是決定機(jī)器能否代替人工的直接因素。

2.1 去凈率

郭洲對(duì)荸薺表皮去凈率定義為去皮面積占總面積的百分比，代表了去皮的有效程度，采用式（1）計(jì)算［20］。

y1=S2S1×100%

（1）

式中：

y1——去凈率，%；

S1——荸薺去皮前表面積，cm2；

S2——荸薺去皮區(qū)域面積，cm2。

荸薺外形如圖1所示，形狀不規(guī)則，無(wú)法用常規(guī)公式計(jì)算表面積。傳統(tǒng)方法是采用帶網(wǎng)格的吸水紙包裹鮮果表面，隨后展開吸水紙，人工計(jì)算潤(rùn)濕面積，該方法易出現(xiàn)人為誤差。近年來(lái)，科研人員常常采用圖像處理方法進(jìn)行測(cè)量，孟慶書［26］借助Adobe Photoshop軟件對(duì)馬鈴薯去皮與未去皮部分進(jìn)行著色區(qū)分，再進(jìn)行面積計(jì)算，此方法仍存在一定的誤差。楊嘉鵬等［27］在揉搓式馬鈴薯脫皮裝置設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究中，采用模糊評(píng)價(jià)來(lái)判斷馬鈴薯是否達(dá)到預(yù)期去皮效果，但該方法主觀性較強(qiáng)。李上振等［28］提出了一種像素比值測(cè)定法，經(jīng)試驗(yàn)對(duì)比，在計(jì)算馬鈴薯表皮脫凈率問題上具有較強(qiáng)的可信度。國(guó)內(nèi)外已有大量針對(duì)馬鈴薯、蘋果等表面缺陷檢測(cè)與表面積計(jì)算的研究［2930］，但關(guān)于荸薺表皮脫凈率測(cè)定的研究結(jié)果尚未出現(xiàn)，有待進(jìn)一步展開探索。

2.2 損失率

損失率為每次削皮損失的質(zhì)量與削皮前總質(zhì)量的比值，損失率越低，去皮性能越好，采用式（2）計(jì)算。

y2=W1-W2W1×100%

（2）

式中：

y2——損失率，%；

W1——去皮前荸薺的質(zhì)量，g；

W2——去皮后荸薺的質(zhì)量，g。

2.3 去皮效率

去皮效率是去皮機(jī)械的重要工作性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，在滿足規(guī)定去凈率、損失率的前提下，效率越高，機(jī)器性能越好。荸薺去皮效率采用式（3）計(jì)算。

y3=Nt

（3）

式中：

y3——去皮效率，個(gè)/s；

N——去皮荸薺個(gè)數(shù)，個(gè)；

t——去除N個(gè)荸薺表皮時(shí)間，s。

3 去皮關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外較為成熟的果蔬去皮方式有化學(xué)去皮法、蒸汽去皮法以及機(jī)械去皮法［3132］，其中機(jī)械去皮又可分為切削式、銑削式、摩擦式等多種方式。近年來(lái)，還出現(xiàn)了紅外去皮、超聲波去皮等新興去皮方法。

3.1 化學(xué)去皮法

化學(xué)去皮是指采用化學(xué)試劑（一般是采用堿液）浸泡果實(shí)，使溶液與果皮反應(yīng)，軟化后用清水對(duì)果實(shí)進(jìn)行沖洗，將果皮沖走的去皮方法。該方法效率高，去皮均勻，不受外形影響，適應(yīng)性強(qiáng)；通過選用合適的溶劑，還可防止去皮后的果實(shí)發(fā)生褐變［3336］。

化學(xué)去皮法常用于馬鈴薯、荸薺等表皮較薄的果蔬，王慶國(guó)將吐溫80和司本20兩種表面活性劑混合使用，在幾分鐘內(nèi)即可使蘋果完全去皮，表面光滑、不褐變、無(wú)異味［37］。陳紹光［37］在研究馬鈴薯化學(xué)去皮試驗(yàn)中得出，將馬鈴薯置于8%燒堿與0.3%果蔬脫皮劑組成的脫皮液中，于60℃條件下浸泡12～15min，再經(jīng)人工或機(jī)械刷動(dòng)可去除薯皮，且去皮后的薯塊能保持其原有的硬度、色澤與營(yíng)養(yǎng)。李明娟等［38］公開了一種核桃仁去皮去澀方法，具有低溫，快速，去皮效果好，成本低的特點(diǎn)，且去皮去澀劑可以重復(fù)使用，去皮后核桃仁色澤潔白，營(yíng)養(yǎng)成分損失少，沖洗后無(wú)明顯堿味，口感不受影響?；瘜W(xué)去皮法操作簡(jiǎn)單、效率較高，隨堿液濃度、溫度、浸泡時(shí)間的增加，去凈率逐漸提高，但果肉易附著堿液，對(duì)產(chǎn)品安全性有一定影響，堿液廢棄物的排放還會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)，水體污染，抑制植物、魚類生長(zhǎng)［3940］。

3.2 蒸汽去皮法

蒸汽去皮法利用果蔬熱脹冷縮原理，將果蔬放入高溫蒸汽中加熱，使表皮軟化破裂，再利用工具將表皮直接去除，降低了人工成本，避免了化學(xué)試劑污染［41］。

為尋求蒸汽去皮最優(yōu)工作參數(shù)，宗望遠(yuǎn)等［42］針對(duì)馬鈴薯蒸汽去皮法開展了以蒸汽溫度、蒸汽壓力，處理時(shí)間為因素的三因素三水平正交試驗(yàn)，試驗(yàn)得出，隨蒸汽壓力增大，去皮率呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì)，當(dāng)蒸汽溫度為133℃，蒸汽壓力0.16MPa時(shí)，蒸汽熱燙180s，去皮率達(dá)98.6%，熟化厚度為3mm，去皮效果最佳，當(dāng)蒸汽壓力升高至0.30MPa后突然釋壓，易導(dǎo)致馬鈴薯的表皮出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象，此時(shí)更有利于表皮去除。陳海峰等［43］以“秦美”獼猴桃為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)蒸汽去皮工藝進(jìn)行了研究與優(yōu)化，經(jīng)試驗(yàn)得到在0.15MPa蒸汽壓力下，蒸汽熱燙50s后，用0℃的冷水冷浸20s，果皮更易去除，去皮后果肉色澤、硬度變化小，果肉利用率高。該研究同時(shí)得出了各因素對(duì)去皮效果影響的顯著性：蒸汽壓力>蒸汽熱燙時(shí)間>冷卻水溫度，可為后續(xù)研究提供借鑒。張聰?shù)龋?4］研制了一款番茄蒸汽熱燙去皮設(shè)備，蒸汽壓力0.03～0.06MPa，熱燙時(shí)間10～20s，該設(shè)備去皮率達(dá)96.5%，果實(shí)損傷率為1%，生產(chǎn)效率為20～30t/h，該設(shè)備蒸汽壓力、溫度、熱燙時(shí)間可調(diào)，能適應(yīng)不同成熟度番茄果實(shí)。

蒸汽去皮機(jī)有快速高效等優(yōu)點(diǎn)，不受果實(shí)形狀尺寸限制，去皮干凈徹底，去皮損失率低，大型蒸汽去皮機(jī)效率可達(dá)20t/h。蒸汽去皮過程中，果蔬受蒸汽加熱后會(huì)造成果肉熟化，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)損失，影響口感，不利于保存。由于荸薺主要以鮮食為主，故該方法不適用于荸薺去皮。

3.3 機(jī)械去皮法

機(jī)械去皮是果蔬類去皮方法中應(yīng)用最早、時(shí)間最長(zhǎng)、效率較高的方法，其工作原理如表2所示，主要可分為切削式、銑削式、摩擦式等［4547］。切削去皮和銑削去皮是通過刀具與果蔬發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切去表皮；摩擦式去皮是通過工作部件與果蔬表面的搓擦，使表皮破損脫落。機(jī)械式去皮對(duì)果蔬無(wú)污染，可滿足直接食用需求，不影響果肉儲(chǔ)存時(shí)長(zhǎng)。

切削式去皮簡(jiǎn)單高效，研究起步較早［46］。吳有明等［47］設(shè)計(jì)了一種芒果削皮機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖2所示，仿形切刀沿芒果軸向進(jìn)行切削，切削一個(gè)行程后，芒果轉(zhuǎn)過一定的角度，再次進(jìn)行切削，直至完成芒果整周去皮，該裝置可動(dòng)態(tài)檢測(cè)、實(shí)時(shí)調(diào)整切削深度，降低去皮損失。

俞國(guó)紅等［48］基于甘薯的物理特征，研制了一種自適應(yīng)仿形甘薯削皮機(jī)，工作效率達(dá)360個(gè)/h，滿足甘薯削皮的工業(yè)化加工需求。江月明［49］發(fā)明了一種荸薺削皮機(jī)，具有便攜、成本低等優(yōu)點(diǎn)，一次僅能投入一個(gè)荸薺，適合家庭使用。尹鳳福等［50］采用切削原理，發(fā)明了一種荸薺剝皮器，去皮迅速，省時(shí)省力，具有廣闊的應(yīng)用前景。宋少云等［51］針對(duì)現(xiàn)有去皮設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，切削效率低等缺點(diǎn)，發(fā)明了一種刀盤式荸薺削皮機(jī)，能夠有效提高去皮效率。劉曉強(qiáng)等［52］發(fā)明了一種多工位荸薺去皮機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，去皮效率高，體積小，操作方便。

相對(duì)于普通切削，銑削式去皮具有高效低損等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景廣泛。梁方等［53］研制了一種銑削式荸薺去皮機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖3所示，荸薺由插針進(jìn)行固定，插針帶動(dòng)荸薺旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中，在斜刀、側(cè)面圓弧刀的作用下，分別銑削去除底部及側(cè)邊果皮，去凈率較高，去除底部凹陷部位表皮時(shí)，損失率占整果去皮損失率的25%。

史建華等［54］基于銑削原理，發(fā)明了一種荸薺刨皮機(jī)，采用多次銑削，分別去除頂部和側(cè)面表皮，過程精確可控，去凈率較高。徐正等［55］發(fā)明了一種小型菠蘿去皮機(jī)，模擬手工削皮過程和車床工作原理，分別實(shí)現(xiàn)削皮與去刺功能，該機(jī)械采用仿形機(jī)構(gòu)銑削，可保持菠蘿結(jié)構(gòu)完整，減少去皮損失。錢劍勇等［56］設(shè)計(jì)了全自動(dòng)蘋果削皮去核一體裝置。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化輸送、擺正、插果、削皮、去核過程，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省人力，工作效率高。張三川等［57］針對(duì)芥菜去皮加工設(shè)備存在生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工事故率高等弊端，設(shè)計(jì)了一種芥菜去皮機(jī)，該機(jī)構(gòu)采用銑削原理，大幅提高去皮效率，為相關(guān)設(shè)備研制提供參考。

摩擦去皮法效率較高，去皮損失率低，但受果蔬外形影響較大。朱穎［58］設(shè)計(jì)了一種摩擦式馬鈴薯去皮機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖4所示，馬鈴薯受重力、摩擦力作用，在傳送帶上無(wú)規(guī)則滾動(dòng)，利用馬鈴薯與摩擦輥間相對(duì)速度差，由摩擦輥擦去球形果蔬表皮，去皮效率高，摩擦輥與傳送帶間距可調(diào)，可完成不同尺寸馬鈴薯的去皮作業(yè)。

Emadi等［59］將三種粗細(xì)不同的研磨顆粒粘合到泡沫盤上，并利用泡沫盤旋轉(zhuǎn)研磨南瓜表皮，該方法不影響果實(shí)口感，去皮后表面光滑整潔，果肉損失率僅為1.02%，泡沫盤研磨顆粒每分鐘損失率為0.14%。高文英［60］設(shè)計(jì)一種臥式螺旋輸送自動(dòng)去皮機(jī)，機(jī)具通過螺旋絞龍與果蔬間進(jìn)行摩擦，去除果蔬表皮，去凈率高，可同時(shí)完成去皮、清洗作業(yè)。王亮等［61］采用破碎輥破碎蛋殼及橡膠摩擦輥去皮方式對(duì)雞蛋進(jìn)行剝殼，并通過虛擬仿真驗(yàn)證了該方法的可行性。王麗萍等［62］為滿足馬鈴薯去皮后表面光滑、無(wú)破壞、去皮過程無(wú)污染、去皮成本低等要求，設(shè)計(jì)了一種馬鈴薯摩擦式去皮機(jī)，去皮后果實(shí)表面整潔平滑，去凈率高，該機(jī)具還可在加工出口配置多刀口切割機(jī)，根據(jù)不同去皮產(chǎn)品形狀需求采取不同切割方式。Odigboh［63］設(shè)計(jì)了一種偏心滾筒式木薯去皮機(jī)，該機(jī)構(gòu)使用偏心軸帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)，并將3.2～4.8mm的石塊或表面粗糙的金屬球裝入滾筒中，依靠摩擦作用去除了木薯表皮，該機(jī)構(gòu)去皮效率和去凈率高，但易造成木薯碰撞損傷。任雙燕［64］為提高三七果實(shí)去皮效率，設(shè)計(jì)了一種三七果實(shí)去皮機(jī)，選取了擠壓與摩擦相結(jié)合的去皮原理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，去凈率高。

機(jī)械去皮法不影響果肉口感，對(duì)果肉表面損傷小，可減少果肉與空氣接觸面積，延緩氧化褐變，適用于荸薺、蘋果等以鮮食為主的果蔬。但刀具在切削過程中入刀深度難以調(diào)整，切削尺寸較大的果蔬時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過度切削，造成果蔬損失率增加，同時(shí)刀具切削到果蔬表層泥土?xí)r，易發(fā)生崩刃，導(dǎo)致刀具損耗較大。

3.4 超聲波去皮法

超聲波通常高于人耳辨別范圍，聲波頻率可達(dá)20kHz到1MHz，通過聲波連續(xù)振蕩作用在高溫環(huán)境中產(chǎn)生氣流或氣泡轟擊果蔬表皮，可造成表皮機(jī)械損失和水解，導(dǎo)致表皮脫落，其原理如圖5所示［65］。

Wang等［66］使用超聲輔助堿液去皮法對(duì)桃子進(jìn)行去皮試驗(yàn)，結(jié)果表明，在堿液濃度為0.50mol/L，溫度90℃，功率密度為270W/L條件下，超聲波作用90s即可去除桃子表皮，該方法去皮效率高，不影響果實(shí)口感，具有廣泛應(yīng)用前景。Rock等［67］將超聲波去皮法作為一種無(wú)化學(xué)試劑的番茄去皮方法，并與化學(xué)去皮法和蒸汽去皮法進(jìn)行比較，結(jié)果表明，超聲波去皮法和化學(xué)去皮法、蒸汽去皮法差距較小，但去皮后番茄顏色、硬度、口感變化明顯小于其他去皮方法。超聲波去皮無(wú)需加熱設(shè)備，不受果實(shí)形狀尺寸限制，去凈率和去皮效率較高，是一種適用于表皮軟薄果蔬的新型去皮方法。

3.5 紅外去皮法

紅外線是可見光之外的一種電磁波，在食品加工中，常用0.7～2μm短波紅外線對(duì)物料進(jìn)行加熱和干燥［68］。紅外去皮法利用電磁輻射加熱，使果皮和果肉之間產(chǎn)生壓力差，當(dāng)壓力差超過果皮極限張力時(shí)果皮破裂，然后用氣吹法使果皮強(qiáng)制脫離。劉自暢等［6970］對(duì)紅外管功率、紅外管與物料間距、輻射加熱時(shí)間對(duì)物料脫皮效果進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，紅外去皮法各因素對(duì)去皮率影響顯著性依次為紅外管功率、紅外管與物料間距、輻射加熱時(shí)間，最優(yōu)參數(shù)組合形式為單根紅外管功率1.1kW，紅外管與物料間距6.32cm，輻射加熱時(shí)間4.78min。Li等［71］對(duì)紅外去皮法去除桃皮進(jìn)行了試驗(yàn)，通過均勻布置的紅外管照射桃子表面，加速桃子表皮皺褶皸裂，試驗(yàn)得出，紅外去皮法去皮效果取決于紅外管功率和桃子表面輻射均勻性。Kate等［72］通過對(duì)生姜進(jìn)行紅外去皮試驗(yàn)，得出在紅外線加熱至300℃、距離紅外加熱管21mm間距、120s加熱時(shí)間下，去皮效果最佳，去凈率為92.77%，去皮損失為6.94%。Pan等［73］設(shè)計(jì)并搭建了紅外干法番茄剝皮系統(tǒng)，該系統(tǒng)由三個(gè)紅外加熱裝置、真空保溫倉(cāng)和夾送輥組成，真空倉(cāng)內(nèi)無(wú)水分，導(dǎo)致番茄受熱后裂紋分布范圍廣、裂隙大，該剝皮系統(tǒng)去凈率可達(dá)82%。

3.6 其他去皮法

荸薺表皮主要由碳水化合物組成，如果膠、纖維素和果糖［74］。近年來(lái)，隨著去皮技術(shù)研究不斷深入，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)果蔬表皮碳水化合物的水解特性，探索了幾種果蔬去皮新技術(shù)。Hui將西紅柿浸入液氮中冷凍，冷凍結(jié)束后利用氯化鈣噴灑番茄表面，促進(jìn)番茄釋放果膠酶水解表皮，該方法成本極高，目前仍處于試驗(yàn)階段。Toker等［75］分別對(duì)油桃、毛桃和杏子的果膠酶剝離效果進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果顯示在43℃果膠酶溶液中加熱50min，三種果蔬的平均去皮率可達(dá)94%，該去皮方式可替代機(jī)械或化學(xué)去皮，減少了工業(yè)廢物排放和熱處理流程。Wongsangasri在果蔬表皮增設(shè)交替電流，利用電阻通電后的發(fā)熱特性破壞表皮果膠和纖維素，熱降解果蔬表皮，在交流電作用時(shí)，果蔬溫度瞬間增大，易導(dǎo)致果肉熟化，影響產(chǎn)品口感，該方法暫未推廣使用。Gavahian等［76］利用歐姆加熱原理，通過對(duì)果蔬施加電場(chǎng)導(dǎo)致果蔬表皮細(xì)胞膜電穿孔，提高堿液滲透速率，并均勻加熱果蔬，使表皮漲破，歐姆去皮法原理如圖6所示，該方法可有效保持果肉顏色和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但該方法成本較高，未能推廣使用。

3.7 多種荸薺去皮方式比較

荸薺去皮技術(shù)研究相對(duì)較少，起步較晚，現(xiàn)階段各種去皮方法均存在劣勢(shì)，綜合以上常用的幾種去皮方式以及荸薺去皮評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合荸薺外形特點(diǎn)和力學(xué)特性，比較上述去皮方法，總結(jié)各去皮方法優(yōu)缺點(diǎn)如表3所示。

4 荸薺去皮技術(shù)難點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)

4.1 荸薺去皮技術(shù)難點(diǎn)

近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化發(fā)展，果蔬行業(yè)機(jī)械化進(jìn)展有了一定突破，但大多集中于幾種市場(chǎng)占有率高的水果，如蘋果、柑橘等。荸薺去皮技術(shù)研究相對(duì)較少，起步較晚，未能有效推廣應(yīng)用。針對(duì)現(xiàn)有荸薺去皮技術(shù)存在的問題，總結(jié)了以下亟待解決的技術(shù)難點(diǎn)。

1）? 現(xiàn)階段荸薺去皮暫無(wú)成熟的評(píng)價(jià)體系，普遍借鑒參考其他果蔬的去皮指標(biāo)，主流的研究領(lǐng)域?yàn)樘O果、芒果等體積較大的物料，在應(yīng)于荸薺時(shí)，因荸薺體積較小，往往存在不足之處，比如根據(jù)現(xiàn)有指標(biāo)計(jì)算荸薺去皮損失率，數(shù)值普遍較高，指標(biāo)變化不靈敏，難以精確指導(dǎo)裝置優(yōu)化。

2）? 蒸汽去皮、紅外去皮、化學(xué)去皮等技術(shù)會(huì)造成荸薺果肉熟化或殘留化學(xué)藥品，嚴(yán)重影響果肉口感和后續(xù)加工，無(wú)法推廣應(yīng)用。

3）? 荸薺機(jī)械式去皮不會(huì)影響果肉質(zhì)量，安全無(wú)污染，是一種極佳的去皮方式，但由于荸薺具有體積較小、表皮光滑、果肉淀粉含量高、物料脆等特點(diǎn)，因此機(jī)械式去皮時(shí)存在難以穩(wěn)定夾持、去皮刀具切入困難、刀具易堵塞、果肉易破裂等問題，嚴(yán)重阻礙了荸薺機(jī)械去皮技術(shù)研究與裝備研發(fā)。

4）? 荸薺全產(chǎn)業(yè)機(jī)械化發(fā)展緩慢，去皮前后均無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的處理方式，導(dǎo)致機(jī)械去皮時(shí)荸薺大小不一，外形尺寸差異明顯，不利于提高機(jī)械去皮效果；去皮后保存方式不嚴(yán)謹(jǐn)，存在果肉褐變等問題，影響食用價(jià)值；荸薺去皮后，廢料暫無(wú)回收利用途徑，存在較嚴(yán)重的浪費(fèi)與污染現(xiàn)象。

5）? 荸薺去皮技術(shù)單一，未對(duì)成熟可靠的仿真研究及時(shí)應(yīng)用；現(xiàn)階段研發(fā)的機(jī)械裝備功能較少，無(wú)法多環(huán)節(jié)取代人工，新興的傳感互聯(lián)技術(shù)應(yīng)用較少，智能化程度低。

4.2 我國(guó)荸薺去皮技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著我國(guó)對(duì)荸薺深加工食品需求逐年增加，荸薺去皮技術(shù)提質(zhì)增效迫在眉睫，在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，荸薺去皮技術(shù)將通過完善加工規(guī)范、多種去皮方法相結(jié)合、延長(zhǎng)去皮作業(yè)工序、新興技術(shù)輔助等途徑實(shí)現(xiàn)突破。

1）? 各類去皮方法組合作業(yè)。隨著荸薺去皮技術(shù)的深入研究，各類去皮方法優(yōu)劣勢(shì)愈加明顯，通過各類去皮方法相組合的方式，可有效彌補(bǔ)不同去皮方法存在的缺點(diǎn)。采用化學(xué)法粗去皮、機(jī)械摩擦法精細(xì)去皮，降低果肉損失率，提升去凈率。超聲波去皮法與化學(xué)去皮法同步進(jìn)行，在堿液浸泡的同時(shí)，通過超聲波引發(fā)堿液和荸薺高頻率振動(dòng)，可加快果皮脫落，提高去皮效率和去凈率。紅外去皮法與摩擦去皮法相結(jié)合，利用紅外設(shè)備加熱表皮使其干燥破裂，通過摩擦輥磨除破裂表皮，可有效減小加熱時(shí)間，防止果實(shí)熟化。

2）? 延長(zhǎng)去皮作業(yè)工序。近年來(lái)，我國(guó)居民果蔬消費(fèi)方式已逐漸由傳統(tǒng)的數(shù)量型向綠色型、營(yíng)養(yǎng)型、品質(zhì)型轉(zhuǎn)變，荸薺去皮技術(shù)勢(shì)必要滿足優(yōu)質(zhì)、衛(wèi)生等標(biāo)準(zhǔn)。延長(zhǎng)去皮作業(yè)工序，可有效增加良品率，降低去皮過程中果肉營(yíng)養(yǎng)損失。去皮荸薺果肉極易氧化褐變，導(dǎo)致荸薺果實(shí)貨架期縮短，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值流失，商品價(jià)值降低。荸薺去皮后，噴灑褐變抑制劑，增設(shè)真空包裝生產(chǎn)線，可減小因荸薺果肉褐變帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失?；趥鞲屑夹g(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)去皮后的荸薺進(jìn)行分選，將去皮不完全果肉進(jìn)行挑選，剔除霉變果肉，增加良品率。通過在去皮機(jī)械前端增設(shè)篩分裝置，對(duì)荸薺外形尺寸進(jìn)行分級(jí)后，輸送至不同刀具尺寸的去皮機(jī)械，可有效增加作業(yè)效率，減小刀具切削深度，同時(shí)可對(duì)果實(shí)進(jìn)行分級(jí)，提升大顆果實(shí)商品價(jià)值。

3）? 推進(jìn)荸薺產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。我國(guó)南方地區(qū)荸薺種植面積較大，分布相對(duì)分散，種植品種繁多，良種率低，專用生產(chǎn)機(jī)械幾乎空白，嚴(yán)重影響荸薺產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，亟待制定荸薺種植加工標(biāo)準(zhǔn)，形成荸薺全過程生產(chǎn)加工規(guī)范。通過政府主導(dǎo)、企業(yè)配合成立荸薺種植專業(yè)合作社，為農(nóng)戶提供機(jī)械裝備和農(nóng)藝技術(shù)支撐；科研院所加大荸薺優(yōu)良品種選育和推廣力度，提高優(yōu)良品種種植規(guī)模，針對(duì)不同區(qū)域荸薺品種、土壤類型、種植模式等差異，研制適用性廣、生產(chǎn)效率高的生產(chǎn)機(jī)械，有效提高種植效益，推動(dòng)荸薺優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)建立，逐漸形成荸薺種植產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展趨勢(shì)。

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