农产品清洗设备中清洗和杂质问题的探讨

金 拯

（1.上海与进智能科技有限公司，上海 201800；2.烟台睿加节能科技有限公司，山东 烟台 264000）

0 引言

我国幅员辽阔、物产丰富，是水果和蔬菜等农产品的生产、加工和消费大国。水果和蔬菜产量稳步增长，多年来稳居世界第一，2018年我国水果和蔬菜总产量分别达2.57亿吨和7.03亿吨，农产品加工业快速发展[1]。

农产品加工通常需要使用清洗设备，在加工的开始、中间和末尾都可能会有清洗的工序。清洗设备种类较多，如气泡清洗机、毛刷清洗机和高压水清洗机等，有非连续式清洗和连续式清洗方式，根据具体情况可以用单台设备或由多台设备组成的生产线清洗。

理想的情况是物料经过清洗后能够被清洗干净而杂质也被收集去除。清洗设备中杂质的去除（以下简称去杂）和清洗同样重要，分析清洗和去杂的技术有助于设计和应用清洗设备，避免设备性能出现“短板”。

1 常用农产品清洗设备及其去杂的方法

食品的清洗以水洗为主[2-3]，农产品常用水浸式清洗，其优点是物料不容易受到损伤[3-4]，水浸式清洗设备中主要有气泡清洗机和涡流清洗机等[5]。

1.1 气泡清洗机

气泡清洗机中非连续式和连续式两种较为常用，可执行粗清洗或精清洗。图1是气泡清洗机原理图，气泡清洗机工作原理是在清洗水池中不断产生无数的气泡，气泡在水中变化和运动使物料、水运动且相互作用，空化现象也对物料产生冲击和刷洗的作用，从而使物料得到清洗[4，6-8]。

图1 气泡清洗机原理图

1.2 涡流清洗机

涡流清洗机（也称涡旋清洗机），一般用于连续式清洗，图2是一种涡流清洗机结构示意图，图3是涡流清洗机出料端的照片。物料从进料端输入清洗池中，循环水泵工作并从侧面进水孔和端部进水孔等向清洗池中喷射水流，淹没水射流冲刷物料并推动物料向前螺旋式运动，水、物料之间不断进行相互作用，使杂质从物料上脱落，从而实现清洗[9-12]。

图2 涡流清洗机结构示意图

图3 涡流清洗机出料端

1.3 清洗设备去杂的方法

农产品中常有较多的、各式各样的杂质，特别是可见的杂质，一般有灰尘、泥土、砂石、草屑、毛发、小虫、血（污水）、泡沫、金属、塑料等异物以及物料在加工中产生的细丝和碎片等。水浸式清洗在水中下沉的杂质通过沉淀去除，水中漂浮的杂质在清洗设备中的去除方法主要有以下几种。

1）通过栏板上的孔，如图1、图4所示，是一种栏板的照片，部分小于孔的杂质可以通过栏板的孔而从物料中分离出去并去除。

图4 栏板结构

2）利用毛刷辊，如图5所示，装置表面是毛刷的转辊，毛刷把经过的毛发等部分杂质黏住而使其脱离物料。

图5 毛刷辊结构

3）使用转笼去杂装置（也称除虫器），如图2、图3和图6所示，在水面设置空心转筒，转筒表面有孔，部分小虫等小于孔的杂质可以通过孔进入转筒内部并经泄流口排出。

图6 转笼去杂装置结构

4）通过振动器的孔，如图2、图3所示，振动器是一有孔的振动滤水板机构，部分小于孔的杂质在振动器的振动输送中从孔中落下而去除。

2 问题和措施

2.1 问题

农产品清洗设备中去杂的机构有栏板、毛刷辊、转笼去杂装置和振动器等，从结构及其应用中发现的问题如下。

1）栏板、转笼去杂装置和振动器上的孔不是足够大，杂质分离的大小有局限性，如图3、图4所示，并且孔可能会被物料遮挡，水力作用下会出现物料容易黏在或卡在孔上的情况，孔一般不能随意更换来满足更多杂质的去除，这些都会影响去杂的效果。

2）转笼去杂装置、毛刷辊和振动器都是处在清洗机局部的位置去杂，接触面积有限，与杂质接触的机会和时间也有限。

3）对于气泡清洗，在水池中输入几千帕到50千帕气压的空气即可实现良好的清洗效果，故气体压力不大，但是过滤孔两侧的压差不大也影响去杂效果。

大多数的水果蔬菜等物料密度较小，在水中是漂浮的，使得草屑、毛发、小虫、蜗牛和苍蝇等密度较小的杂质混在物料中难以分离，这类杂质目前一般以过滤或黏的方法去除，如栏板、转笼去杂装置或毛刷辊等[8]。

过滤的去杂效果取决于过滤孔的大小、过滤面积和过滤孔两侧的作用力等因素。由此分析目前常用的清洗设备存在着去杂不足的问题，特别是混在农产品物料中体积较大而密度较小的杂质在经过清洗设备清洗后难于去除或没有去除，清洗设备容易表现为以清洗为目的而去杂仅流于形式，去杂不充分和效率低，所以去杂效果尚不能和清洗效果相媲美。

2.2 措施

1）清洗设备如果去杂不足，杂质在物料中只是脱落而没有除去，清洗后杂质仍然会和物料混合，清洗的结果存在问题，去杂成为清洗设备性能的“短板”。

2）清洗和去杂不尽相同，在清洗设备中清洗和去杂有不同的技术，因为一般来说，清洗时间越长、物料运动路程越长则清洗效果越好，但是由于清洗设备中的空间有限，为了充分去杂，同时也为了减少对清洗水和物料的污染，故需要杂质尽快地从物料中分离出去，所以去杂以时间短、运动路程短为宜。

3）去杂应该是各种杂质的综合清除，栏板、毛刷辊和转笼去杂装置等发挥的作用很大程度地影响清洗设备总体的性能，因此在设计和应用时建议考虑两点。一是去杂的有效性，清洗设备中的机构一般是不可随便更换的，鉴于杂质的多样化，使过滤孔的大小能够根据物料的情况更换，以适应不同大小杂质去除的需要，有利于提高去杂的效果，并且设备的使用范围可以更广，例如，当清洗毛豆或圣女果等时可以用小孔径的过滤孔，而同一台清洗设备当清洗青椒或菠菜等时可换用大孔径的过滤孔。二是去杂的连续性，如图2、图3、图5和图6中所示，转笼去杂装置、毛刷辊和振动器是在一个局部的位置处进行去杂的，接触面积有限，接触时间短，缺乏连续性，如果能够全程去杂，可以提高去杂的效果，使去杂充分，例如，在清洗池的一边布置连续的、长条状的过滤机构。

3 改进措施

3.1 一种新型清洗设备——综合清洗机的结构

图7是一种新型清洗设备的结构示意图，其特征是在物料池水面区域的单侧或双侧向物料池中水射流和物料池中气泡的清洗作用，并且在物料池的侧面设有过滤机构。

图7 一种新型清洗设备的结构示意图

1）清洗方面，该清洗设备兼有气泡清洗和水射流清洗。气泡和水面区域双向或逆向水射流共同作用于物料，因为气泡水的翻腾以及大多数农产品浮在水面区域，所以理论上存在气泡和水射流叠加清洗的效应，经过样机使用和实验，证明其具有较好的清洗效果。

2）去杂方面，循环水从一侧或多侧向物料池中水射流，冲刷物料并使物料运动，小于过滤网孔的漂浮杂质随着循环水通过侧面的过滤机构（滤网），然后在设备外被除去，水再被送回池内形成循环，物料则被过滤机构（滤网）阻挡而留在物料池中。该结构可较好地解决密度较小杂质去除难的问题，结合密度较大杂质在物料池中沉淀去除，形成了较为全面系统的去杂。逆循环水流的水射流可以把过滤机构前的物料推开，避免物料贴在物料池壁上，在过滤机构前维持动态的平衡。过滤孔的大小可以随时更换，因为过滤网方便装拆更换，且可以沿着侧边全程设置，所以符合上述去杂的有效性和连续性。

清洗和去杂功能均衡协调，相辅相成，清洗和去杂同机实施，同时发挥效用，去杂保证了清洗的效果，从而实现了综合清洗。

3.2 粗清洗和精清洗相结合的工艺

由多台设备组成的清洗生产线可采用粗清洗设备和精清洗设备的搭配组合，如图8所示，粗清洗设备用于初步的清洗和去杂，精清洗设备用于进一步的清洗和去杂。与多道清洗不同的是粗清洗侧重在于去杂，大多数的杂质在粗清洗设备中被集中去除，有利于精清洗设备的清洗，这对于管理、有效利用设备和节约用水等有很好的作用。

图8 一种粗清洗和精清洗相结合的工艺

4 结束语

常用农产品清洗设备中存在杂质去除不充分和效率低的问题，为避免设备存在“短板”效应，需要重视去杂的问题。清洗和去杂并重，可以完善和增强设备的性能，充分发挥设备及工艺的效率。清洗和杂质去除有不同的技术，从有效性和连续性方面考虑可提高设备的性能。本研究提出的一种新型结构能够较好地清洗和去杂。另外，粗清洗和精清洗相结合的工艺，有利于管理、有效利用设备和节约用水。