張宏等

摘要[目的]研究薄皮核桃破殼取仁工藝，提高高路仁得率。[方法]以溫185薄皮核桃為研究對象，研究核桃含水率、破殼加載速度以及加載位置對破殼后整仁、一路仁和二路仁的影響規(guī)律，在前期單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用二次旋轉(zhuǎn)組合試驗方法設(shè)計試驗，用SAS、matlab軟件處理數(shù)據(jù)，建立相關(guān)數(shù)學模型。[結(jié)果]試驗表明，在試驗參數(shù)范圍內(nèi)，核桃含水率、加載速度和加載位置對高路仁的得率影響顯著；當加載變形量12 mm、核桃含水率8%，加載速度為300.15 mm/min和C向加載條件下，整仁得率最高可達60.28%。[結(jié)論]該試驗所建數(shù)學模型對溫185核桃破殼取仁工藝具有重要的參考作用，可為實際生產(chǎn)中提高高路仁得率提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞溫185核桃；擠壓破殼；高路仁；農(nóng)產(chǎn)品

中圖分類號S664.1文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）21-07187-04

Study on Test of Cracking Walnut and Fetching Kernel of “Xinjiang Wen 185”

ZHANG Hong， MA Yan et al （Forestry and Wood Mechanical Engineering Technology Center， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040； College of Mechanic and Electrical Engineering， Tarim University， Alar， Xinjiang 843300； Xinjiang Uygur Autonomous Region General Institutes of Higher Education Key Lab of Modern Agriculture Engineering， Alar， Xinjiang 843300）

Abstract [Objective] To study cracking walnut technique and improve whole kernel yield. [Method] With Xinjiang Wen 185 walnut as study object， the influences of moisture content of walnut， loadingrate and loadingposition on the rate of whole kernel were investigated by quadratic regression rotary combination experiments. Excel and SAS software were used to analyze the experimental data. [Result] The results showed that， moisture content of walnut， loadingrate and loadingposition had significant effects on the rate of whole kernel； The maximum rate of whole kernel with new technology is as high as 60.28% when deformation amount was 12 mm， the moisture content of the walnut was 8%， loadingrate was 300.15 mm/min and loadingposition at “C”. [Conclusion] The study and results can provide a theoretical basis for cracking walnut and fetching kernel of “Xinjiang Wen 185” walnut.

Key words “Xinjiang Wen 185” walnut； Cracking walnut； Whole kernel； Agricultural products

溫185品種核桃，因其皮薄、仁滿、味美而受到消費者的歡迎，在新疆南部地區(qū)亦有廣泛種植。核桃外殼堅硬且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，核桃仁與殼體通過一定厚度的隔膜相固定，尤其是薄皮核桃，采后加工過程中，破殼獲得高路仁會造成很大的困難[1-2]。因此研究薄皮核桃破殼取仁工藝，提高高路仁得率是當前研究的重點。

目前，在國內(nèi)外對核桃破殼方面的研究已經(jīng)做了大量的工作，研究主要集中在破殼過程中核桃殼仁的力學、物理特性、破殼方式等方面[3-11]，而忽略了在實際生產(chǎn)中，破殼方式和破殼工藝的定量分析對核桃破殼取仁的影響很大，關(guān)于核桃破殼取仁工藝定量分析，特別是對核桃整仁得率方面的研究國內(nèi)外未見報道。筆者以溫185薄皮核桃為原料，采用二次旋轉(zhuǎn)組合試驗方法設(shè)計試驗，研究核桃含水率、加載速度以及加載位置對核仁的整仁率與碎仁率的影響規(guī)律，以期優(yōu)化溫185薄皮核桃破殼工藝，為實際生產(chǎn)中提高高路仁得率提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1試驗原料。溫185薄皮核桃采于溫宿縣核桃實驗林場，采收后剔除病蟲害、畸形核桃，并進行分級處理。

1.1.2儀器與設(shè)備。微機控制電子萬能材料試驗機，WDD3型，上海卓技儀器設(shè)備有限公司；電熱鼓風干燥箱，GZX9140MBE型，上海博訊實業(yè)有限公司；電子天平，F(xiàn)A1104型，上海市安亭電子儀器廠；恒溫恒濕箱，CTHI150（A）B型，施都凱儀器設(shè)備有限公司。

1.2試驗設(shè)計與方法

1.2.1含水率的控制。每組試驗選取核桃樣品，于鼓風干燥箱內(nèi)60 ℃條件下干燥，達到試驗要求含水率后進行破殼試驗。

1.2.2試驗因素和考核指標。經(jīng)過前期因素排查和預試驗，選取核桃含水率（濕基）、擠壓的加載速度和核桃的加載位置為試驗因素，整仁、一路仁、二路仁和碎仁[3]的得率為考核指標。對試驗中因素指標進行簡單說明如下：整仁為破殼后無損傷的核桃仁；一路仁為破殼后兩部分在一起的仁，即整仁被破碎成2部分；二路仁為破殼后分成4部分的仁，即整仁被破碎成4部分；碎仁為破殼后破碎大于4部分的仁。

加載位置：由于壓核桃的部位不同得到的應力不同，因此該研究采用5種方式進行試驗，受力點的選取如圖1所示，A、B、C、D、E點分別對應試驗編碼值-1.682、-1、0、1和1.682。

1.2.3數(shù)據(jù)處理。每組試驗樣品200顆，破殼后分別計算整仁、一路仁、二路仁和碎仁的平均值，并采用Excel軟件和SAS軟件進行數(shù)據(jù)處理。

圖1加載位置1.2.4破殼取仁試驗。應用微機控制電子萬能材料試驗機，固定每次破殼的變形量為12 mm。選取3因素5水平，采用二次旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計試驗。

按表1對試驗因素進行編碼記錄，依據(jù)試驗設(shè)計方法要求，對樣品庫中的試驗材料隨機抽取23組，每組樣品200顆，采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計來獲得數(shù)據(jù)。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，分析在不同含水率、加載速度、加載位置條件下，所能獲得的核桃仁完整程度數(shù)學模型，以得到溫185核桃破殼取仁最佳的核桃含水率、加載速度及加載位置理論數(shù)據(jù)。

2.3試驗因素對得率的影響與分析應用SAS軟件對試驗數(shù)據(jù)進行降維分析得到圖2。由圖2可知，整仁率均隨著含水率、加載速度的變化呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，碎仁得率均隨著含水率、加載速度的變化呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。

2.3.1含水率因素對破殼質(zhì)量的作用。核桃在擠壓破殼過程中，不可避免地會使破碎的殼與仁直接接觸，當核桃含水率較低時，殼和仁的物理屬性主要表現(xiàn)為脆性，當殼仁接觸后很容易造成仁的破碎，隨著含水率的逐漸增加，脆性逐漸向韌性轉(zhuǎn)化，整仁得率也隨之提高，碎仁得率逐漸降低[12-14]；當含水率繼續(xù)增加時，殼的韌性過大，破殼需要的變形量過大，造成對仁的過量擠壓，因而整仁得率下降，碎仁得率升高。

42卷21期張 宏等溫185核桃破殼取仁工藝試驗研究2.3.2加載速度對破殼強度及破殼質(zhì)量的影響。當加載速度較低時，殼的斷裂過程時間較長，裂紋擴展過程較慢，對仁的接觸時間較長，所受載荷會充分加載到殼和仁上，使仁的破碎加劇，所以整仁得率較低，隨著加載速度的增加，殼體局部受載顯著[15]。由于殼的脆性特征，使殼發(fā)生“脆斷”現(xiàn)象，而在殼發(fā)生“脆斷”時，殼未接觸或少接觸仁（多數(shù)在仁發(fā)彈性范圍內(nèi)），從而整仁得率隨之增加。但當加載速度過大時，殼裂紋擴展時間隨之變短，殼僅為局部碎裂，需多次加載破殼才可以取仁，導致破殼效果變劣，整仁得率降低，碎仁增多[16-17]。

2.3.3加載位置對破殼質(zhì)量的影響。當加載位置發(fā)生變化時，對核桃取仁效果影響明顯。由圖1可知，核桃仁與殼之間的間隙不同位置間隙大小不同，由大到小依次為CBDAE或CBDEA。在擠壓破殼過程中，間隙越大，留給殼斷裂的時間越長，整仁得率越高。由圖2可知，整仁得率由大到小符合CBDAE（EA）規(guī)律。

2.3.4響應面分析。對得到的回歸方程進行優(yōu)化分析，得到相應相應曲面如圖3所示。圖2降維分析圖3響應面分析圖3描述的是加載速度和加載位置、含水率和加載位置及加載速度和含水率對整仁得率的交互影響規(guī)律。通過分析可以得出如下結(jié)果：加載速度和加載位置對整仁得率存在交互影響， 整仁得率隨加載速度的增加先增后降，隨加載位置的變化亦先增后降；含水率和加載位置對整仁得率存在交互影響， 整仁得率隨含水率的增加先增后降，隨加載位置的變化亦先增后降；加載速度和含水率對整仁得率存在交互影響， 整仁得率隨加載速度的增加先增后降，隨含水率的增加亦先增后降。

在破殼過程中，核桃仁因受力的差異會導致核桃仁形成整仁、一路仁、二路仁和碎仁。單獨考慮核桃仁在破殼時發(fā)生路仁差異的原因和過程，認為分為兩類破碎形態(tài)，當核桃仁受集中載荷在局部位置對稱載荷時，仁的破碎經(jīng)歷由整仁至一路仁至二路仁至碎仁的完整歷程；當核桃仁所受載荷分布較散，而且不對稱時，仁的破碎順序?qū)⒊霈F(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象。二者共同導致在破殼過程中整仁與碎仁得率之和小于100%，其差值即為一路仁和和二路仁的得率之和。

3結(jié)論

在該試驗參數(shù)范圍內(nèi)，破殼取仁過程中核桃的含水率、加載速度和加載位置對整仁得率有顯著影響；當C點加載、含水率8%、加載速度為300.15 mm/min時，溫185核桃破殼整仁最高，得率為60.28%。所得的數(shù)學模型可根據(jù)破殼取仁的實際條件計算出高路仁得率，模型與實際工況擬合良好，最大誤差為0.85%。該研究結(jié)果可為溫185核桃破殼取仁工藝提供參考依據(jù)。

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