花生荚果分级机械研究现状与发展建议

薛然等

摘要：花生荚果分级技术是花生贮藏、深加工及提高产品档次和附加值的关键技术之一。通过研究当前国内外花生荚果分级技术并分析其发展现状，提出了今后花生荚果分级设备研究过程中应解决的问题，并对其未来的发展方向进行了探讨。

关键词：花生；分级技术；花生荚果分级机

中图分类号： S226.5文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0426-03

通信作者：谢焕雄，研究员，硕士生导师，主要从事农业机械设计及农产品加工装备研究。E-mail：764086434@qq.com。花生是我国最主要的油料作物之一，中国花生的总产、单产及出口量均居世界首位。花生含油率和单位面积产油量高，且与大豆油和棕榈油等大宗油脂相比，花生油的油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸高，富含多种维生素，有很好的营养保健价值[1]。花生经过深加工，可制成各种风味独特的食品，深受人们喜爱，具有很高的经济效益。

在花生加工和商品化过程中，花生荚果分级是一个非常重要的环节。花生的品种及生长条件差异造成花生荚果尺寸差别较大，大小均匀、颗粒饱满的优质带壳花生制品销售价格显著高于大小混杂、饱秕不一的带壳花生制品。并且通过分级，可使花生荚果大小、品质等基本达到一致，对其后续的贮藏、深加工及提高产品档次和市场竞争力具有重要意义。进出口贸易中，对带壳花生的品种、大小、清洁度等都有严格的规定，花生的产业化、规模化也使人们对花生生产中分级质量、分级效率有了更高的要求。人工分级效率低、劳动强度大，且分级成本很高，分级精度也难以保证，采用花生荚果分级设备取代传统的人工分级方法势在必行[2-3]。

1国外花生荚果分级机械研发现状

美国花生采用分段式机械进行花生收获，收获后的花生果中掺杂了很多杂物，如石块、玻璃，另外还有一些干瘪的小果和失去外壳的花生米。干瘪的小果中含水量很高，而失去外壳的花生米一般情况下都很脏且带有机械损伤，很容易发生霉变，影响后续的贮藏和销售，因此花生收获后一般采用大型流水线方式对其进行清选、除杂、分级。另外，美国农业部制订了详细的等级标准用于确定花生的价格，并设计了小型的用于清选及分级花生样品的机器。首先，使用清选设备将花生样品分为异物（土、茎秆、石头等）、失去外壳的花生米、花生荚果，然后通过一个预分级设备将清洁的花生荚果分级后进行脱壳等后续处理[4-5]。

Dowell设计了一种花生果自动分级设备，该设备可以分级更大的花生荚果样本，同时保持大致相同的样品处理速度，以降低抽样误差。通过其简化分级方法以及更换过时的设备，运用更加高效和有效的设备降低了出错概率。其分级流程如图1所示[6]。

除了通过大型流水线方式对花生进行清选、除杂、分级，国外还有一些小型的花生荚果分级设备。Blankenship 等发明了一种简易的发散带式花生荚果分级机，如图2所示，花生荚果根据它们在带上下落的位置不同分为6级，带长、带速及喂料速度不同，分级效果也各不相同。该设备可将花生荚果按尺寸范围分为几级， 但无法彻底分离出荚果中含有的石头等异物，需要附加其他分级设备如重力分级设备进行进一步分级，但可提高后续清选设备的工作效率[7]。

智能式分级设备可以快速、无损地一次完成大小、形状、颜色等多个指标的检测并进行分级，近年来，国外花生荚果分级对近红外技术、计算机图像识别等技术均有一定的应用。

Sundaram等发明了一种带壳花生无损检测设备，该设备采用VIS/NIR光谱法，可以直接对未脱壳的花生荚果进行检测，确定花生仁品质优劣。首先，选取约200个花生荚果为校准组以最初扫描来确定分类算法，收集这些花生荚果在400～

2 500 nm波长范围的反射光谱，然后将这些花生荚果剥开进行目测检查，如果它们有任何形式的损伤、变色或是不成熟，则归类为坏的，其他的花生荚果归类为好的。通过主成分分析法建立数学模型，好的与坏的花生仁主要成分得分图结果显示VIS/NIR光谱法可用于花生荚果分级[8]。

Boldor等设计了一种使用机器视觉对花生荚果大小进行分类和对图像进行分析的方法。首先，将花生荚果通过图像采集系统人工整理成图像存储在电脑中，分辨率为0.1 mm，通过计算机辅助程序正确地识别已分类的花生荚果。可通过花生荚果颜色来判断花生果成熟度，替代现有的人工分级，荚果及脱壳得到种子的数据库可对特定区域的花生质量进行估计，另外，该系统的图像可以被存储以进行下一步分析[9]。

2国内花生荚果分级机械研发现状

目前，国内花生收获后主要依靠人工进行捡拾摘果，花生荚果清洁度较高，但尺寸差异很大，并含有秕果和少量失去外壳的花生仁。为便于花生脱壳或加工生产高质量的花生食品，需要对花生荚果按尺寸进行分级[10]。但目前，我国对花生机械化荚果分级技术理论研究几乎没有，又因花生荚果本身流动性差的特征，使得一般通用分机设备无法满足要求，市场上现有的花生果分级机主要有振动式和滚筒式2种类型，使用时均存在一些问题，未能大规模推广。

2.1振动式分级设备

河南省获嘉县银河机械厂生产的HSX-1500型花生选果多用机（图3），采用振动平筛分级，取代了手工检果，效率高，可选出双仁果和中、小单果，并能把双仁果的饱果和秕仁果区别开。并且用户可换上合适的筛子，筛选玉米、大豆、麦子、高粱等其他粮食作物，可实现一机多用。

冯金有设计了一种带有清筛机构的水平振动花生果筛选机。由图4可见，该机由动力驱动机构、进出料机构和筛选机构组成；筛选机构包括滚轮、筛板和支撑板，筛板和支撑板均固定于滚轮上，且有引导栓相连，筛板为圆孔筛，支撑板上设有凸柱，凸柱和圆孔筛的孔对应，圆孔筛只能水平振动，带有凸柱的支撑板既可与圆孔筛一起水平运动，又可上下垂直运动，支撑板向下运动时，凸柱和圆孔筛上的孔分离，小果和杂质落下，当大果落入圆孔筛堵筛时，支撑板上的凸柱通过向上运动，可将大果顶起清筛，因其改善了清筛机构，使其在分级过程中不易堵筛，从而提高了筛分效果[11]。endprint

2.2滚筒式分级设备

由青岛枫林花生机械有限公司生产的6HXG系列花生果筛选机分6HXG-4、6HXG-6、6HXG-8，即4 m、6 m、8 m 3种型号。由图5可见，该设备采用滚筒式筛选，滚筒直径 1.1 m，花生果经提料机进入筛选机后，由螺旋片不断向前推动，达到分级目的，具有产量高、无损伤，可分选2～4种规格，生产率为1.2～2 t/h，可用于大型花生加工厂。

1983年，吴海山参照国外进口油棕核分级圆筛原理进行改进，设计了FJY·50×1分级圆筛用于花生荚果的分级。该机由进料机构、圆筛筒、压辊机构、传动机构和机架组成，进料机构由料斗与1节直径为200 mm、螺距为200 mm的绞龙组成，料斗为方形，设有插板，以便控制下料量，绞龙轴空心，以套接圆筛轴及蜗轮轴，又起联轴节作用。绞龙机壳出口处为圆形，以便和圆筛进口相衔接。圆筛筒安装倾角为5°，便于物料在圆筛中运行。压辊机构是为自行清理筛面而设计的，当圆筛上有果粒卡于筛孔上堵塞筛孔时，筛面经过压辊时，将堵孔果粒向筛内压出。花生分级效率高，清筛效率高，圆筛所需动力不大。经过长期的试验考核，基本上可以达到750 kg/h、90%的筛分效率等设计要求[12]。

农业部南京农业机械化研究所在SCY圆筒初清筛机基础上，通过改进清筛装置与优化筛片结构参数，设计了栅条滚筒式花生分级机。由图6可见，该机对脱壳前的花生按照荚果外形尺寸大小进行分级，主要由机架、进料装置、出料装置、筛分装置、传动装置和清筛装置等部分组成，采用差速反向旋转、外部强制清筛钢刷与长孔筛组配形式，改进现有筛选设备，有效解决了花生荚果由于外表“歪歪扭扭、坑坑洼洼”造成的严重堵塞问题，实现了花生荚果顺畅分级。工作时，电机带动栅条滚筒转动，花生从进料装置进入栅条滚筒并随之转动，同时受到栅条滚筒内置螺旋叶片的推送不断向前输送。在输送过程中，尺寸较小的花生将通过栅条间的间隙进入小物料出料斗。尺寸较大的花生继续向前运动，进入大物料出料斗。试验时，可根据花生外形尺寸大小，更换栅条滚筒，使得栅条间隙与花生尺寸相对应，提高分级效果。或是增加滚筒段数，提高分级级数。该机动力小、产量高，运转平稳可靠，换筛维修方便，结构紧凑，占空间小；生产率500～800 kg/h；转速20 r/min；分级合格率：85%～95%[13]。

总的来说，由于国内花生分级设备研发上长期投入不足，目前我国用于花生荚果分级的设备接近空白，急需研制出一种价格低、适应性强、安全易操作的花生荚果分级机。

3存在的主要问题

虽然许多科研人员对农产品分级原理及相关设备做了大量的研究与分析，取得了很多成果，为花生荚果分级设备的发展提供了一定的基础，但现有的农产品分级设备不经改进直接用于花生荚果分级，仍有很多不足之处。存在的问题主要有以下几个方面：

（1）花生荚果形状歪歪扭扭，表面坑坑洼洼，且大多存在大小头，常常小头进大头不出，虽然现有的部分花生荚果分级设备带有清筛机构，但使用时都存在较严重的堵塞问题。

（2）使用振动筛对花生荚果进行分级时，常有小头进筛孔，大头不出，而且越振越紧，筛孔堵筛十分严重，堵后又不易清理。使用圆筒筛式分级设备，卡在筛孔中的花生荚果因自身重力和清筛机构脱离筛孔，有效地缓解了堵塞问题，但现有的圆筒筛分级花生都存在效率低、窜级严重、清筛机构不合理等问题，急需对花生荚果物理特性进行深入研究后对现有的圆筒筛分级设备做进一步的改进。

（3）我国花生品种繁多，不同花生品种的形状与尺寸差别很大，这就导致了现有的花生分级设备缺乏通用性。

（4）相比传统的机械分级技术仅能根据农产品的一些外部特征进行分级并且在分级的过程中容易造成农产品的机械损伤，智能式分级设备可以快速、无损地一次完成大小、形状、表面损失和内部品质等多个指标的检测并进行分级。但目前我国尚未有人将这些技术应用于花生荚果的分级上，智能式分级设备普遍价格昂贵，一般农户没有能力购买，虽然具有非常好的应用前景，但距离推广仍需一段时间。

4发展建议

现有的花生荚果分级设备还远不能满足花生产业对花生荚果分级加工设备提出的要求。上述分级设备在花生荚果分级机械的发展中，机械式的花生荚果分级机械在一段时间内还有广大市场，应研制并大力推广机械式花生荚果分级机，对现有的圆筒筛式花生分级机做进一步的改进和发展。同时，基于光电、机器视觉等技术的花生荚果分级机械有非常好的应用前景，随着成本不断降低，新技术取代传统的机械分级是必然趋势，对不同分级要求的花生荚果采用相应的机型，机械式分级与智能化分级设备相结合，节约成本的同时提高分级质量，才能更好地推动现代花生产业的进一步发展。

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