陳朝銀 ，趙聲蘭 ，馬雅鴿 ，馬 婷 ，郭玉紅 ，聶艷麗

（1.昆明理工大學(xué)，昆明 650500；2.云南中醫(yī)藥大學(xué)，昆明 650500；3.云南省林業(yè)與草原科學(xué)院，昆明 650201；4. 云南省林業(yè)與草原技術(shù)推廣總站，昆明 650201）

0 引言

核桃泛指胡桃科核桃屬、緣核桃屬等喬木植物之堅(jiān)果，其果仁有很高的營(yíng)養(yǎng)和食用價(jià)值，是收載于我國(guó)藥典的中藥。鑒于核桃優(yōu)異的營(yíng)養(yǎng)及生態(tài)功能和我國(guó)糧油安全的戰(zhàn)略需求，我國(guó)近年核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，面積產(chǎn)量世界第一，云南又居全國(guó)之首［1］。但初加工總體較為落后，大部分采用人工砸取、自然干燥和手工挑選等原始方法，嚴(yán)重影響產(chǎn)業(yè)效益，是制約核桃產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

核桃初加工是指青儲(chǔ)、脫青皮、烘干、分選、破殼、殼仁分離、包裝儲(chǔ)運(yùn)等的采后處理過(guò)程［2］，對(duì)核桃殼果和核桃仁的產(chǎn)品外觀和內(nèi)在質(zhì)量以及售價(jià)和儲(chǔ)運(yùn)性能具有決定性作用。雖有不少相關(guān)研究論文和相關(guān)專利，但因其認(rèn)知水平和不同地區(qū)氣候、品種及產(chǎn)業(yè)規(guī)模的差異，由此形成的相關(guān)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)、地標(biāo)和企標(biāo)的工藝規(guī)范及產(chǎn)品指標(biāo)差異較大，本文結(jié)合相關(guān)研究和文獻(xiàn)重點(diǎn)對(duì)其相關(guān)工藝規(guī)范和設(shè)備加以分析，為相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新推廣和相關(guān)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范水平的提升奠定基礎(chǔ)。

1 單元操作及其相關(guān)機(jī)械設(shè)備

1.1 脫青皮機(jī)

林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定青核桃采收后殼厚≤1.1 mm的可在0.3%～0.5%乙烯利溶液中浸泡約30 s后裝入網(wǎng)袋，堆放于陰涼通風(fēng)處，堆厚100～130 cm 防高溫、雨淋，2～3 d后青皮離殼時(shí)可手工或用轉(zhuǎn)篩式、滾筒式脫皮機(jī)等設(shè)備進(jìn)行脫青皮［3］。河南地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用堆漚脫皮法和乙烯利脫皮法，未提及機(jī)械脫青皮［4］。貴州地方標(biāo)準(zhǔn)有堆漚脫青皮、藥劑脫青皮和機(jī)械脫青皮［5］。陜西地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定青核桃采摘后，完全成熟的核桃應(yīng)堆放1～2 d，未完全成熟的應(yīng)堆放 3～5 d［6］。堆放后的核桃通過(guò)切削、劃破、擠壓、搓碾、刷磨、清洗等方式去除核桃青皮及殘留物，表面應(yīng)干凈無(wú)黑斑、無(wú)殘皮、無(wú)破損。山西地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定自然堆漚于陰涼處或室內(nèi)按50 cm左右的厚度堆集［7］，上面加蓋一層10 cm左右的保溫保濕覆蓋物。當(dāng)青皮離殼或開裂達(dá)50%以上，用棍敲擊即可脫皮，對(duì)未脫皮的青果，可再堆漚。也可在0.3%～0.5%的乙烯利水溶液中浸泡0.5 min，或隨堆積隨噴灑，果堆上加蓋一層厚10 cm左右的保溫保濕覆蓋物，濕度 80%～90%，29～31 ℃，2～3 d可脫青皮。也可在核桃采收后的1～2 d內(nèi)，采用脫皮機(jī)進(jìn)行脫青皮。新疆地方標(biāo)準(zhǔn)有人工撞擊、敲擊和口袋內(nèi)腳踩法。生物脫青皮則陽(yáng)光下50 cm厚堆放覆蓋塑料布堆漚4～6 d后人工或機(jī)械脫青皮［8］。或0.3%～0.5%乙烯利浸5 min，50 cm厚堆放陰涼處或室內(nèi)，濕度 80%～90%，30 ℃，3～5 d后人工或機(jī)械如鋼絲刷毛刷脫青皮、刀片切割脫青皮、滾籠式脫青皮。大理地方標(biāo)準(zhǔn)有自然堆漚［9］，另可用智能烤房 24～32 ℃堆漚 30 h 左右［10］，不推薦乙烯利催熟，鼓勵(lì)有條件的加工企業(yè)、農(nóng)戶采用機(jī)械脫皮。采用機(jī)器脫青皮應(yīng)使用其性能達(dá)標(biāo)的機(jī)械設(shè)備，其中林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定脫凈率≥88%，在殼厚≥1.5 mm厚的條件下破果率＜6%，損失率≤ 2%、噸耗電≤ 1 kWh、噪聲≤ 80 dB［11］；山西地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定脫凈率≥90%、破損率≤5%，祥和農(nóng)機(jī)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)剛達(dá)此標(biāo)準(zhǔn)［12-13］；勇義五金脫皮率≥92%、破損率≤1%等［14］。無(wú)論是手工或機(jī)械，核桃脫青皮通常需堆漚至適脫為宜，且添加乙烯利堆漚優(yōu)于普通堆漚，機(jī)械優(yōu)于手工，見(jiàn)圖1和表 1［15］。

表1 核桃脫青皮相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程Tab.1 Standards and codes related to green walnut hulling

圖1 不同處理及脫青皮方法的效果比較Fig.1 Comparison of different treatment and walnut hulling methods

1.2 清洗

河南地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定脫皮的殼果裝筐在流動(dòng)的清水中洗凈為止。林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可采用專用機(jī)械或人工清洗，切忌泡洗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，避免殼內(nèi)進(jìn)水，不可使用任何化學(xué)藥劑。貴州地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定脫青皮后3 h內(nèi)將殼果用人工翻洗至無(wú)青皮留存瀝干攤放晾曬，且允許用1：30～1：40倍漂白粉溶液或1：30倍次氯酸鈉溶液進(jìn)行漂白，此有悖于林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有帶清洗功能和不帶清洗功能的兩種脫青皮的設(shè)備。陜西地方標(biāo)準(zhǔn)把清洗作為去青皮的方式之一可能就是考慮使用這種帶清洗功能去皮機(jī)。但需注意應(yīng)盡量避免青皮物質(zhì)和青皮汁混入廢液以控制污水負(fù)荷。獨(dú)立的核桃清洗設(shè)備可直接使用市場(chǎng)上較為成熟的毛刷果蔬清洗機(jī)。對(duì)核桃清洗機(jī)的要求是洗凈率高、破損率低、耗電耗水量小。祥和農(nóng)機(jī)的洗凈率≥85%、噸耗電≤1.5 kWh、噸耗水≤1.2 T，勇義五金的噸耗電≤3 kWh、噸耗水≤0.6 m3，宏昌機(jī)械的洗凈率≥95%、破損率≤2%、噸耗電≤ 2.75 kWh［16］，見(jiàn)圖 2。

圖2 核桃清洗機(jī)性能指標(biāo)比較Fig.2 Comparison of performance parameters of walnut washers

1.3 干燥機(jī)

脫青皮后的核桃含水率約為30%～45%，須盡快干燥至8%以下，否則極易變質(zhì)。林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有自然干燥、烘房干燥和機(jī)械干燥，但烘房干燥和機(jī)械干燥有何差異界限不清，水分≤7%；河南地方標(biāo)準(zhǔn)為自然干燥至種仁含水量≤8%，未提及烘干和機(jī)械干燥；貴州地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有自然干燥或烘干至堅(jiān)果含水量≤8%，未提及機(jī)械干燥；陜西地方標(biāo)準(zhǔn)破殼前35±1 ℃，6±1 h至含水率20%～30%，破殼后分級(jí)分段程序烘干至水分達(dá)8% 左右為止［6］。

熱風(fēng)干燥可在1～2 d內(nèi)將核桃干燥到安全水分（≤8%），比自然攤晾干燥（5～7 d）快，是產(chǎn)業(yè)化的必由之路。國(guó)內(nèi)外固定式干燥機(jī)通常分隔成容量1～5 t、深度1.8～2.5 m的多個(gè)干燥倉(cāng)，干燥倉(cāng)底部與水平面的傾角為30°以便核桃堆積厚度均勻并能在干燥后從底部自動(dòng)滾出［17］。

目前的核桃干燥設(shè)備有微波、遠(yuǎn)紅外、電熱、熱泵干燥等，從能效考慮首推熱泵干燥［18］。傳統(tǒng)加熱對(duì)流干燥脫水能耗通常為6～18 MJ/kg水，熱泵干燥脫水能耗為0.9～3.6 MJ/kg水。此外，核桃干燥對(duì)進(jìn)出干燥室的干燥氣體溫濕度有較高要求，熱泵干燥可通過(guò)調(diào)整蒸發(fā)器和冷凝器中工質(zhì)的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度等實(shí)現(xiàn)溫濕度控制，易于滿足核桃干燥對(duì)品質(zhì)、外觀等方面的要求。核桃干燥不宜超過(guò)50 ℃的高溫，且易氧化哈變，熱泵可通過(guò)控制工況實(shí)現(xiàn)較寬范圍的中低溫（0～40℃）干燥，還可用惰性氣體代替空氣實(shí)現(xiàn)無(wú)氧氣體內(nèi)循環(huán)干燥，沒(méi)有粉塵及揮發(fā)性物質(zhì)及異味廢氣向環(huán)境排放；干燥室排出的濕氣潛熱和余熱可被熱泵回收利用，沒(méi)有對(duì)環(huán)境的熱污染。熱泵有制冷功能，可在完成核桃干燥后利用制冷功能進(jìn)行核桃及核桃仁的冷藏及保鮮。

干燥室通常要求空載運(yùn)行時(shí)內(nèi)部溫度從5 ℃升至40 ℃所用的時(shí)間不超過(guò)60 min?？蛰d或負(fù)載運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部各處的風(fēng)速應(yīng)為0.7～1 m/s，各處的溫差應(yīng)小于2 ℃，噪聲應(yīng)低于85 dB［19］。這些核桃干燥的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程及相關(guān)設(shè)備和參數(shù)是多年各方研發(fā)的結(jié)晶，但與產(chǎn)品品質(zhì)密切相關(guān)的變溫干燥及濕度控制支撐數(shù)據(jù)模型較少。熱泵干燥核桃尚未形成可供參考的規(guī)范，有必要利用相關(guān)設(shè)備借鑒其它空氣能干燥規(guī)程完善核桃熱泵干燥的溫濕度控制規(guī)程［20］。發(fā)展方向是熱泵及其物料動(dòng)態(tài)、溫濕度和干燥速度可控、殼果核仁品質(zhì)提升明顯、能耗大幅下降、與前后級(jí)工段模塊化柔性鏈接等。

1.4 殼果分級(jí)機(jī)

大小分級(jí)對(duì)于核桃品牌和價(jià)格提升及后續(xù)加工具有重要意義。有柵條滾筒式和滾軸式、有孔板振篩式等。機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求分級(jí)精度≥90%、破損率≤5%、噪聲≤80 dB、平均無(wú)故障工作時(shí)間≥600 h［21］。柵條滾筒型的分準(zhǔn)率可≥98%、破損率＜0.2%。農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求分級(jí)合格率≥95%、軸承升溫≤20 ℃［22］。分級(jí)級(jí)數(shù)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為特級(jí)（≥30 mm，勻）、I級(jí)（≥30 mm，雜）、II級(jí)（≥28 mm）、III級(jí)（≤25 mm）共4級(jí)［23］，林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)則為特級(jí)（≥30 mm）、一級(jí)（≥28 mm）、二級(jí)（≥26 mm）共3級(jí)，顯然＜26 mm視為級(jí)外品或次品［24］，這嚴(yán)于老國(guó)標(biāo)，但一級(jí)品則低于老國(guó)標(biāo)的I級(jí)。山東地方標(biāo)準(zhǔn)核桃殼果分級(jí)不是按大小分級(jí)，而是按品種純度、出仁率及空殼率等指標(biāo)分為三級(jí)［25］，較為新穎和科學(xué)。新國(guó)標(biāo)征求意稿已擯棄大小分級(jí)?？瞻T果的分選設(shè)備已有相關(guān)專利產(chǎn)品［26-27］，其相關(guān)設(shè)備已在新疆、浙江、云南等地得到廣泛應(yīng)用。

1.5 破殼機(jī)

陜西地方標(biāo)準(zhǔn)將破殼分為撞擊法、輥式擠壓法和平板擠壓法。通常破殼前應(yīng)按尺寸進(jìn)行分級(jí)，其加工機(jī)械有相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［28］，其最低性能指標(biāo)要求為破殼率≥95%、半仁率≥60%、高路仁率≥85%、殼仁分離率≥70%、噸料電耗≤2 kW·h/t、噪聲≤85 dB。國(guó)外最高的破殼率為95.8%［29］，國(guó)內(nèi)可達(dá)100%。核桃殼和核桃仁的韌性、彈性和脆性受其含水量的影響較大，水量越低，其外殼越脆、越易破殼，但核仁也越脆易碎；反之，外殼的韌性好，破殼時(shí)的破殼率低，但破殼后的整仁率較高。故在核桃剝殼時(shí)，應(yīng)保持最適當(dāng)?shù)乃趾?，最好是使外殼水分含量低于核仁的水分含量，使核桃殼的彈性和韌性較小、易脆易碎，而核仁的彈性和韌性較大、在破殼時(shí)不會(huì)脆碎。在不易控制殼仁的水分差異時(shí)，可在殼果含水15%左右時(shí)破殼較為合適。陜西地方標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)核桃品種和尺寸（26、30、35 mm）進(jìn)行破殼后39±1℃，4～6 h，再 35±1 ℃，6～10 h 至核桃仁含水8%左右的進(jìn)一步干燥工藝即源于此。

1.6 殼仁分選機(jī)

陜西地方標(biāo)準(zhǔn)中絨帶式分揀法的分揀率應(yīng)≥90%、風(fēng)力式分揀法的分揀率≥95%，顯然風(fēng)選為優(yōu)。其風(fēng)選設(shè)備有吸吹兩類，由于氣動(dòng)性能與大小及形狀和表面積等相關(guān)，故宜先用殼仁混料分級(jí)機(jī)按大小進(jìn)行簡(jiǎn)單分級(jí)［30］，再通過(guò)串并聯(lián)氣流對(duì)不同大小殼仁混合物料分別進(jìn)行風(fēng)選將相近大小的殼和仁分開?，F(xiàn)有相關(guān)設(shè)備可分級(jí)為2分混料、4分混料、8分混料和16分混料4級(jí)，再將同等級(jí)的殼仁混料經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的風(fēng)口將殼仁分離，目前單機(jī)處理能力900 kg/h，2分混料的殼仁分離率90%、4分的95%，8分的85%，16分的70%。顯然4分混料殼仁最易分離，其次為2分混料與8分混料，16分混料的殼仁較難分離［31］。商品價(jià)值較高的2分仁、4分仁占總?cè)柿俊?0%，仁含殼率≤3%、殼含仁率≤5%，16分混料宜用于榨油。

破殼及殼仁分離的相關(guān)論文120余篇，公開的發(fā)明專利270余件（已授權(quán)64件），實(shí)用新型專利360余件，但其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程較少。其發(fā)展方向是殼仁混料分級(jí)性能和風(fēng)選的優(yōu)化、降噪及設(shè)備的數(shù)控、智控及小型化等。

1.7 核桃仁分級(jí)機(jī)

形狀大小多用振動(dòng)篩分選機(jī)。林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分半仁、四分仁、碎仁、米仁4等，各等又依據(jù)色澤淺黃和淺琥珀分兩級(jí)［32］。進(jìn)出口標(biāo)準(zhǔn)中還有大三角仁和末仁（1～2 mm）及末子（＜1 mm），色澤有淺黃色、淺琥珀、琥珀、深琥珀色4種，“花臉”、“黑鼻頭”、“大青筋”則按異色粒計(jì)算［33］。市面上還有紫色、紅色等特色產(chǎn)品。色選無(wú)疑用色選機(jī)為最佳選擇，其主要技術(shù)指標(biāo)為：選凈率≥99%、剔除率≥80%、誤選率≤75%、空載噪聲≤80 dB。

1.8 脫衣機(jī)

現(xiàn)高壓水沖洗脫衣機(jī)已較為普及，但文獻(xiàn)資料數(shù)據(jù)尚少，最早的專利技術(shù)也尚未授權(quán)［34］。只需熱水浸泡幾分鐘即可用高壓常溫自來(lái)水沖洗10余分鐘即可達(dá)脫皮率≥98%，日產(chǎn)量高、核桃仁完整性好、損耗低，并且將脫皮、分離與清洗相結(jié)合，簡(jiǎn)化生產(chǎn)步驟，同時(shí)采用循環(huán)用水，實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約，易于大規(guī)模工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。其技術(shù)關(guān)鍵主要是高壓噴水的作用力及其分配作用方式，線上有不少非標(biāo)產(chǎn)品，價(jià)格根據(jù)規(guī)模及配套和控制系統(tǒng)情況通常在幾千元和幾萬(wàn)元不等，建議試用購(gòu)買和加強(qiáng)生產(chǎn)加工性能的驗(yàn)收。

1.9 包裝

在保障水分含量低于5%的情況下可氣密包裝。水分含量5%～8%的情況下則短期儲(chǔ)運(yùn)可氣密包裝，長(zhǎng)期儲(chǔ)運(yùn)則不建議氣密包裝，水分含量低于5%建議氣密包裝，尤其是濕度較高的環(huán)境更應(yīng)如此。核桃仁因易氧化建議干燥至水分含量低于1.5%真空包裝或真空充氮包裝，線上有2～7千元各種不同性能和規(guī)格的真空充氮包裝設(shè)備，性價(jià)比已是全球最高水平，但應(yīng)注意制氮機(jī)氮純度及濕氣的自檢控制。

1.1 0 貯藏

國(guó)標(biāo)GB/T 20398規(guī)定“核桃堅(jiān)果產(chǎn)品貯存的倉(cāng)庫(kù)應(yīng)干燥、低溫（0～4 ℃）”，并明確推薦干燥冷庫(kù)保藏，且沒(méi)有規(guī)定保質(zhì)期。冷藏有利于抗氧化、抗蟲、防霉、防腐，干冷條件有利于進(jìn)一步降低含水量，一般含水率需低于5%以下才能長(zhǎng)期儲(chǔ)藏，而脫水至8%以下宜在冷藏過(guò)程進(jìn)行。建議空氣能干燥與冷庫(kù)共用或兼用、兩用、合用。山西地方標(biāo)準(zhǔn)還有冷藏相對(duì)濕度＜75%要求。大理方標(biāo)準(zhǔn)有常溫倉(cāng)儲(chǔ)和冷庫(kù)儲(chǔ)藏，且規(guī)定＜15 ℃?zhèn)}儲(chǔ)時(shí)間殼果不超過(guò)18個(gè)月、核仁不超過(guò)12個(gè)月。

上述核桃初加工主要設(shè)備性能見(jiàn)表2。

表2 核桃初加工主要設(shè)備性能Tab.2 Performance parameters of main equipment of walnut primary processing

2 成套設(shè)備生產(chǎn)線的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

目前主要還是分段配套。

2.1 脫青皮與清洗和烘干

有的脫青皮機(jī)帶清洗功能，已有直接在輸送帶上進(jìn)行風(fēng)吹去除表面水分后進(jìn)入連續(xù)干燥機(jī)的生產(chǎn)線。易與殼果分級(jí)及包裝耦合對(duì)接。

2.2 殼果分級(jí)和包裝

二者易于連續(xù)和耦合。但袋裝殼果在搬運(yùn)過(guò)程易使產(chǎn)品受損或殼果鄰角易損傷包裝袋，故宜以盒裝、紙箱或麻袋裝為宜。

2.3 破殼、殼仁分離及核桃仁分級(jí)包裝

由于破殼對(duì)品種的大小、形狀及含水率要求較高，故宜與前述的烘干、分級(jí)設(shè)備耦合，另由于破殼后的殼仁混放易損傷核桃仁，故需盡快將殼仁分離，而風(fēng)選分離對(duì)殼仁混合物的大小及形狀也有較高要求，需前置殼仁混合物分級(jí)再風(fēng)選分離，所得核桃仁已完成大小形狀分級(jí)，只需補(bǔ)充配套色選機(jī)即可。

2.4 核桃仁脫衣、烘干及分級(jí)包裝

現(xiàn)最好的核桃仁脫衣機(jī)為純物理濕法，脫衣后有一定的破碎和含水量增加，通常需有烘干和分級(jí)，大規(guī)模生產(chǎn)宜引入相對(duì)成熟的標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)可調(diào)的自動(dòng)化烘干和分級(jí)包裝設(shè)備。

3 結(jié)語(yǔ)

核桃初加工對(duì)于提高核桃產(chǎn)品外觀和內(nèi)在質(zhì)量以及產(chǎn)業(yè)效益和儲(chǔ)運(yùn)性能等具有決定性作用，加強(qiáng)核桃初加工工藝優(yōu)化及設(shè)備設(shè)施的機(jī)械化和自動(dòng)化以提高其產(chǎn)業(yè)效益勢(shì)在必行，尤其是人工價(jià)值和成本越來(lái)越高的今天及未來(lái)。