国内外巴旦木加工机械研究现状及发展动态

　　引言

　　巴旦木是“十二五”期间新疆特色林果业发展的重要树种。2012 年，新疆莎车县巴旦木面积从原有的0． 53 万 hm2增加到 5． 3 万 hm2，占莎车县耕地总面积的 1/3 以上，挂果面积达到 1． 4 万 hm2多。莎车县计划 2013 年实现“百万亩”的种植规模，到“十二五”末巴旦木每亩可创收1 万元以上。巴旦木已经发展成为当地的农业支柱产业，2012 年莎车县和英吉沙县巴旦木产量将分别突破 2 万 t 与 0． 36 万 t，产值突破 6 亿元。当地财政部门统计，仅此一项，这两个县农村人均增收达到 900 元以上。按照喀什地区巴旦木种植规模，巴旦木进入盛果期后年产量将达到 20 万 t，产量进入巴旦木全球排名前三位。由于我国巴旦木产量远不能满足国内市场需求，每年在美国进口巴旦木2． 36 万 t，国内消费的传统口味需求，也极大地刺激了我国巴旦木的生产与加工，可见其种植与加工产业发展潜力巨大，具有广阔的上升空间。

　　1 国外研究现状及发展动态分析

　　世界主要的巴旦木生产国( 2010 年) 分布于美国加州地区( 141 万 t) 、地中海地区( 80 万 t) ，这两个地区的巴旦木产量占世界总产量的 88% 以上。

　　美国巴旦木产量一直位居世界巴旦木生产与种植的第一位，发展到目前的 29． 1 万 hm2，产量则占世界巴旦木总产量的 56． 2% ，商品总价值 38． 7 亿美元，平均单产位居世界第一( 4． 85t/ hm2) ，是我国巴旦木平均单产( 3． 1 t/ hm2) 的 1． 56 倍。

　　美国除重视高新生物技术在巴旦木栽培、品种改良、开发以外，十分重视巴旦木的机械化生产与加工环节，已形成了一套完备的巴旦木机械化生产工艺。

　　其典型工艺为: 机械化田间管理( 施肥、植保、修剪) 、机械化收获、脱青皮、干燥、贮藏、脱壳、清选、分级和包装等。由于巴旦木脱青皮是巴旦木采后后续加工利用的首要关键环节，脱青皮的及时与否，直接关系到巴旦木果仁的商品等级与价格。为了不降低巴旦木果仁内部品质，巴旦木采收、脱青皮的相关环节严格按照美国巴旦木协会制定的工艺标准与质量标准进行操作与检验。

　　目前，美国巴旦木田作业实现了全程机械化，田间收获采用大型机械化作业，脱青皮不再采用单一的作业环节。机械化收获作业流程为: 采用振动式收获机( 见图 1) 将巴旦木从树上震落并集成条堆放在田间，待巴旦木的水分蒸发到一定程度，青皮可与硬壳粘结力变小，用巴旦木捡拾机捡拾( 见图 2) ; 在输送过程中，可将巴旦木青皮脱落，通过风选，去除含杂在巴旦木间的青皮、杂草、树叶和泥土，去杂后的巴旦木进入集料箱，即完成田间收获。图 3 是巴旦木单独脱青皮机，主要用于小型农场主加工，为电机和拖拉机两用。工作原理: 通过拖拉机动力输出轴带动万向节转动，万向节带动安装在机架上的主轴转动，主轴上安装有 16 个叶片与安装在机架上的滚筒组成脱皮机构; 从喂料口青皮巴旦木均匀地喂入脱青皮机构中，高速旋转的叶片将青皮巴旦木在滚筒中进行挤压和揉搓将青皮脱去，青皮通过滚筒间隙挤出，核通过出料口出，完成脱青皮过程。美国巴旦木加工工艺为破壳—壳仁分离—分级—成品。
　　
　　2 国内研究现状及发展动态分析
　　
　　我国巴旦木种植业主要集中在新疆喀什地区，有上千年的种植历史; 但长期以来，巴旦木的种植没有得到足够的重视，种植规模小，由集市买卖，所有去青皮、去杂和破壳由手工完( 见图 4) ，巴旦木脱青皮机和破壳机的研究处于空白阶段。随着新疆维吾尔自治区实施林果大发展战略，以及南疆农业经济战略转型，巴旦木种植业作为新疆林果产业的重要组成部分。“十二五”期间，巴旦木的种植面积的增长和产量得到提高，巴旦木产业将成为南疆部分县市的支柱产业。特别是随着新疆维吾尔自治区林果由粗放式向优质高效林果发展，巴旦木的产量将呈现爆炸式增长，低效的巴旦木手工操作难以解决巴旦木去青皮、破壳和去杂的作业需要。在这种发展环境下，巴旦木收获机械化、去青皮、破壳机械化应得到充分的重视; 但目前尚无适宜的机具应用于巴旦木收获、脱青皮、烘干和破壳的作业。

　　2． 1 脱青皮现状

　　就目前而言，新疆地区坚果的去青皮研究多集中在核桃和巴旦木的去青皮方面，传统的方法有:

　　1) 自然脱落法。也就是等果实自然成熟、青皮自然开裂、果实脱落，靠人工剥离。这种方法的优点为果仁饱满，营养价值较高，口感和风味较好; 缺点是生产率较低。

　　2) 机械脱皮法。现有的机械化脱青皮技术采用钢丝刷脱青皮、毛刷清洗机相结合的方法。新疆农业科学院农业机械化所在 2004 年引进了美国核桃脱青皮机，针对该机存在的适应性差的问题，研制了 6BXH－ 800 型核桃青皮剥离机，采用钢丝刷刷出核桃外部表皮。由于核桃为薄皮硬壳，工作过程中存在硬壳破损的现象，没有得到有效的推广。该脱皮技术不适应巴旦木脱青皮，因核桃和巴旦木的物料特性不一样，该脱青皮技术可造成巴旦木核破碎率升高。

　　目前，我国尚无研发出巴旦木脱青皮的机械装置，在巴旦木脱青皮研究领域也无相关的文献技术资料。2013 年，在新疆维吾尔自治区农牧局的支持下，新疆农业科学院农业机械化所研制了一台巴旦木脱青皮机，通过挤压和揉搓原理实现巴旦木脱青皮。该机在巴旦木收获季节在新疆莎车县二林场进行了巴旦木脱皮试验，共脱青皮 2t 多，脱青皮率≥90% ; 但出料口青皮和巴旦木核混合排出，试验结果不太理想，还需继续改进。

　　2． 2 干燥现状

　　随着新疆巴旦木种植面积迅速扩大，给农民带来了较好的经济效益。目前，巴旦木的干燥主要是依靠农民在沙地上晾晒。这种自然干燥方法受气候条件约束，存在卫生质量条件差、晾干周期长、产品质量不一样等问题; 优点是无需任何设备，成本低。

　　为此，研究了一种 5HＲT －8 型果蔬太阳能热泵组合干燥设备。该设备通过高温空气源热泵干燥的原理，可满足杏、红枣、核桃和巴旦木干燥工艺要求，使干燥过程全自动化，比自然干燥周期缩短 3 ～ 4 天，可保证产品质量，提高产品附价值，现已在新疆喀什叶城县推广了 30 台。

　　2． 3 破壳机现状

　　巴旦木破壳是巴旦木加工关键环节之一。由于新疆在巴旦木加工方面的技术落后，大部分以原料的形式出售，只有少量的靠人工砸取，生产率低下。随着巴旦木种植面积和产量的逐渐增加，人工破壳取仁的现状严重制约着巴旦木精深加工的发展，成为巴旦木精深加工的技术瓶颈。改变当前人工破壳、提高生产率、降低人工劳动强度，是当前急需解决的问题。新疆地区巴旦木生产还没有上规模，所以在巴旦木破壳研究领域也无相关的技术资料。

　　目前，国内外坚果破壳采用: 撞击法脱壳、碾搓法脱壳、剪切法脱壳和挤压法脱壳; 但以上 4 种单独原理装置不能破巴旦木。巴旦木壳与杏核相比较硬度、韧性都不同，壳比杏核软，但有一定韧性，不容易破碎。巴旦木破壳要比杏核破壳难度大，通过挤压原理无法实现巴旦木破壳。新疆农业科学院农业机械化所在自治区自然基金项目资助下，研制了多功能巴旦木破壳机，通过对巴旦木壳体受力分析，研究了剪切和揉搓原理相结合的破壳机获得国家实用新型专利( 2010202188915) 。新疆林业科学院经济林研究所科研人员研究设计了一种基于碾压方法的破壳装置，研究了巴旦木破壳机的机理及破壳性能，通过调节活动齿板间隙和电机转速，破壳率可达到 95% ，出仁率在85% 以上; 但目前没有在生产中使用。

　　2． 4 壳仁分离机机现状

　　巴旦木壳仁分离机也是巴旦木加工关键环节之一，目前许多科研人员对巴旦木初加工机械的机理及设备进行了研究和分析，取得了一些成果; 但是在巴旦木壳仁分离装置方面的研究还比较少。目前，国内利用机械法分离壳和仁的装置主要有以下 3 种方法:绒辊分离壳仁法、带式分离壳仁法和磁选法分离壳和仁法。

　　要想达到巴旦木壳仁分离的预期效果只能借鉴其它物料的筛分规律，针对巴旦木壳仁做相应的基础性研究，找出最佳方案。笔者根据核桃的特性研制出一种集尺寸分级、比重分级、真空去杂、风力分选等多项技术为一体的核桃壳仁分离机，如图 5 所示。核桃壳、仁在气力作用下密度不同，在气流中的悬浮速度也就不同，通过调整气流速度、风量大小，即可将壳、隔膜从果仁中分离出去，分离过程果仁不损伤，分离精确度高。
　　
　　3 存在的问题

　　3． 1 农艺与农机尚未有效结合

　　新疆地区巴旦木种植模式多样化，种植和管理比较分散，造成巴旦木收获机械作业复杂，机械化水平很低。现有果园品种和质量都难以满足巴旦木产业发展的需要，同一果园有多个品种的巴旦木，每棵树上的巴旦木物理特性都不一样( 巴旦木破壳主要以厚度方向破壳) ，厚度级差在 9mm 左右，为巴旦木加工机械设计和制造增加了难度，使其加工机械仍然处于空白。

　　3． 2 技术创新能力低

　　新疆地区科研院所已逐步引进和研制开发出一些巴旦木脱青皮机和破壳加工设备，但成熟的机型以及进行批量生产的不多，还无法满足市场需求。虽然引进了一些国外加工设备，如坚果震动收获机、巴旦木破壳机、脱青皮机、自动升降果园人工采集机等，因起步太晚，该设备无法适应新疆的林果种植模式和品种，导致设备和资金的浪费。新疆地区林果业加工设备发展只能依赖硬件进口，拼设备。技术创新能力低，特别是拥有自主知识产权的技术缺乏，使新疆林果加工业落后于东部发达省份、国外发达国家的根本原因。在技术上还存在如下问题。

　　1) 现研究的脱青皮机脱皮率低，脱青皮后果核含皮率高。

　　2) 破壳机，破壳后的果仁破碎率高、损失大。

　　3) 适应性差。由于巴旦木形状不规则，机具性能不稳定，适应性差。

　　4 建议

　　1) 加强农艺与农机的有效结合。要研究适合巴旦木加工的品种，巴旦木果园的品种要一致，树形要规范一致，只有二者相互协作，有机结合，才可解决巴旦木加工机械处于空白问题。

　　2) 加大科研投入力度。纵观坚果的去青皮和破壳作业原理与机具研制现状，巴旦木脱青皮和破壳尚未取得令人满意的实质性突破，技术创新或者技术集成方面亟待提高。因此，加大科研研发力度，保证科研研发技术创新资金，解决现有的巴旦木脱青皮、去杂作业流程完全依赖手工的现状。

　　3) 向机电一体化方向发展。巴旦木机具仍依赖人辅助完成，影响了作业速度和作业质量。通过机电一体化的手段，进一步提高作业精确性和作业速度，提高生产率，满足部分大、中型加工企业的需要，以开拓巴旦木加工国内和国际市场。

　　4) 针对巴旦木初加工的技术瓶颈和机械化破壳取仁的技术难题，借鉴美国的世界领先的加工技术，对脱青皮机、烘干、破壳、分级、壳仁分离等关键技术及设备进行研究分析、研发创新，并对已有技术、成果集成配套，研制出具系列化巴旦木脱青皮机、破壳、壳仁分离自动化生产线，改变当前人工脱青皮、破壳、壳仁分离的现状，提高生产率、降低人工劳动强度，为巴旦木精深加工奠定基础。

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