劉 烽，馬佳樂(lè)，楊韓暉，文 彬，周亞輝，孫有祥，肖正昆

（云南省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，云南昆明 650031）

咖啡生熟果分離脫皮脫膠組合機(jī)應(yīng)用研究

劉 烽，馬佳樂(lè)，楊韓暉，文 彬，周亞輝，孫有祥，肖正昆

（云南省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，云南昆明 650031）

針對(duì)云南省咖啡產(chǎn)業(yè)不斷擴(kuò)大的需要，市場(chǎng)亟需能夠?qū)崿F(xiàn)批量化、工業(yè)化生產(chǎn)加工的機(jī)器。通過(guò)自主創(chuàng)新研發(fā)出咖啡初加工組合成套設(shè)備，集咖啡的生熟果分離、脫皮、脫膠3道工序于一體的咖啡初加工組合機(jī)，經(jīng)加工后的咖啡豆可直接進(jìn)入干燥環(huán)節(jié)，從而提高了咖啡初加工的效率，滿足咖啡產(chǎn)業(yè)規(guī)?；纳a(chǎn)要求。

咖啡鮮果；分離；脫皮；脫膠；組合機(jī)

小?？Х纫殉蔀樵颇鲜—?dú)具特色的主要農(nóng)產(chǎn)品之一，在世界上享有較高的聲譽(yù)。自1988年雀巢公司進(jìn)軍云南后不久，美國(guó)麥?zhǔn)瞎?、德?guó)紐曼和丹麥的伊卡姆，以及美國(guó)星巴克等國(guó)際巨頭紛紛進(jìn)駐云南，采購(gòu)云南小粒咖啡作為原料。

2016年云南省全省咖啡種植面積接近13×104hm2，產(chǎn)量13.9×104t，面積和產(chǎn)量都為全國(guó)的99%，位居全國(guó)第1位。隨著種植規(guī)模的不斷擴(kuò)大，咖啡的初加工開(kāi)始進(jìn)入集中加工階段，由大戶或公司統(tǒng)一收購(gòu)加工，過(guò)去一家一戶式的加工方式已不能滿足咖啡產(chǎn)品品質(zhì)和規(guī)模化生產(chǎn)的要求，因而市場(chǎng)急需能滿足規(guī)模化生產(chǎn)和提高產(chǎn)品品質(zhì)的咖啡加工技術(shù)和設(shè)備，進(jìn)而提升我國(guó)咖啡產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)咖啡產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

一直以來(lái)，咖啡初加工設(shè)備小型化、配套性差、創(chuàng)新程度不高[1]。目前，除了單機(jī)外，陳治華等人[2]提出一種咖啡脫皮脫膠分級(jí)一體機(jī)?？Х瘸跫庸そM合機(jī)是集咖啡生熟果分離、脫皮、脫膠3道工序?yàn)橐惑w的咖啡初加工組合設(shè)備，旨在提高咖啡初加工生產(chǎn)效率，降低企業(yè)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 咖啡初加工組合機(jī)的主要性能參數(shù)

咖啡初加工組合機(jī)能滿足咖啡初加工工藝的要求，所用原料為成熟的、生長(zhǎng)正常的咖啡鮮果?？Х瘸跫庸そM合機(jī)零件所用原材料均符合設(shè)計(jì)圖樣中的要求，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，與咖啡豆直接接觸的零部件材料，均采用不銹鋼或不影響咖啡品質(zhì)的材料制造。

主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 主要性能指標(biāo)

2 咖啡初加工組合機(jī)的基本原理

2.1 咖啡鮮果生熟果分離原理

利用咖啡鮮果生熟果軟硬程度不同的特點(diǎn)，對(duì)其施加擠壓、揉碾、摩擦，使得熟果容易擠破、脫皮，由果子變?yōu)槎棺雍凸?，而豆子和果皮的直徑比果子的直徑小很多，因此豆子和果皮能夠從一定寬度的縫隙中流出；而生果不易擠破、脫皮，直徑變化不大，它不能從規(guī)定寬度的縫隙中流出，只能從另一通道流出[2]。利用此原理設(shè)計(jì)制造咖啡生熟果分離機(jī)。

2.2 咖啡初加工組合機(jī)的工作原理

咖啡初加工組合機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1，咖啡初加工組合機(jī)產(chǎn)品見(jiàn)圖2。

圖1 咖啡初加工組合機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)示意

圖2 咖啡初加工組合機(jī)產(chǎn)品

如圖1和圖2所示，咖啡鮮果進(jìn)入料箱，由螺旋輸送機(jī)把咖啡鮮果送入生熟果分離機(jī)，通過(guò)擠壓、攪打，把生熟果分離，分離后的熟果進(jìn)入下面的熟果脫皮機(jī)進(jìn)行脫皮。分離出的生果進(jìn)入側(cè)面的生果脫皮機(jī)進(jìn)行脫皮。分離后的生、熟果皮進(jìn)入果皮螺旋輸送機(jī)，把果皮與水進(jìn)行分離，擠水后的果皮從側(cè)面通過(guò)螺旋輸送裝置排出，分離后的水可以循環(huán)使用。通過(guò)以上工作原理完成了全套生熟果分離、脫皮等工作，得到高品質(zhì)的熟果咖啡豆和次品質(zhì)的生果咖啡豆。

脫皮后的咖啡豆進(jìn)入脫膠清洗機(jī)的料斗，由螺旋輸送器將其向上輸送，在其自下而上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到攪拌器的攪拌、擠壓、摩擦，果膠從咖啡豆表層脫離，并通過(guò)離心力的作用甩出篩網(wǎng)板外，配以清水沖洗，完成脫膠清洗工作。

2.3 咖啡初加工組合機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)選擇和匹配

咖啡初加工組合機(jī)中生熟果分離機(jī)、脫皮機(jī)、脫膠機(jī)、果皮螺旋輸送機(jī)，都是通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)筒或螺旋輸送完成生熟果分離、果皮分離、豆子與果膠分離、果皮輸送等動(dòng)作，均采用三相異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力輸出設(shè)備。生熟果分離機(jī)、脫皮機(jī)、脫膠機(jī)的轉(zhuǎn)速過(guò)快，分離不充分，達(dá)不到生熟果分離和脫皮脫膠效果，轉(zhuǎn)速過(guò)慢容易產(chǎn)生機(jī)損豆，生產(chǎn)率也達(dá)不到要求，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，在滿足咖啡初加工組合機(jī)各項(xiàng)主要技術(shù)參數(shù)的前提下，協(xié)調(diào)各設(shè)備的匹配性，計(jì)算得出生熟果分離機(jī)的最適宜轉(zhuǎn)速為n1=600 r/min，主脫皮機(jī)的最適宜轉(zhuǎn)速為n2=405 r/min，副脫皮機(jī)的最適宜轉(zhuǎn)速為n=438 r/min，選配Y132M-4，7.5 kW，轉(zhuǎn)速為1 440 r/min的電機(jī)帶動(dòng)生熟果分離機(jī)、主脫皮機(jī)和果皮螺旋輸送機(jī)，選配Y100LI-4，2.2 kW，轉(zhuǎn)速為1 420 r/min的電機(jī)帶動(dòng)副脫皮機(jī)，選配Y112M-4，4 kW，轉(zhuǎn)速為1 440 r/min的電機(jī)帶動(dòng)脫膠清洗機(jī)。

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 咖啡生熟果分離機(jī)的研發(fā)

目前，我國(guó)咖啡鮮果的采收管理沒(méi)有進(jìn)行分級(jí)管理，給咖啡果的后續(xù)加工帶來(lái)很多困難，對(duì)咖啡豆成品品質(zhì)帶來(lái)一定影響。由于國(guó)內(nèi)沒(méi)有成熟的咖啡生熟果分離機(jī)產(chǎn)品，為了保障咖啡豆產(chǎn)品的品質(zhì)及后續(xù)加工的有序開(kāi)展，研發(fā)了咖啡生熟果分離機(jī)。其原理是利用生熟果硬軟程度不同的特點(diǎn)對(duì)其施加擠壓、揉碾、摩擦，使得熟果較容易地?cái)D破、脫皮，由果子變?yōu)槎棺雍凸?，而豆子和果皮的直徑比果子的直徑小很多，因此豆子和果皮能夠從篩板孔中流出；而生果不易擠破、脫皮，直徑不變小，不能從篩板孔中流出，只能從另一通道流出，從而達(dá)到生熟果分離的目的。

3.2 咖啡初加工組合機(jī)的合理匹配與組合

將咖啡生熟果分離機(jī)、豆皮分離機(jī)、脫膠清洗機(jī)、果皮擠水機(jī)、循環(huán)用水裝置等有機(jī)協(xié)調(diào)地組合設(shè)計(jì)成一臺(tái)聯(lián)合機(jī)組，實(shí)現(xiàn)好豆、次豆分別加工，提高咖啡豆產(chǎn)品品質(zhì)；加工后的咖啡豆即可進(jìn)入后續(xù)的干燥工序，無(wú)需發(fā)酵工序；提高生產(chǎn)效率，減少人工和場(chǎng)地費(fèi)用，大大節(jié)約加工成本。

3.3 資源再利用

設(shè)計(jì)咖啡果皮螺旋輸送機(jī)，目的是將果皮擠水，為后續(xù)的果皮利用（如：制造有機(jī)復(fù)合肥等） 創(chuàng)造好條件。整臺(tái)機(jī)組加工過(guò)程實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)用水循環(huán)使用，既節(jié)約了水資源，又減少污水排放。

3.4 咖啡鮮果機(jī)械虹吸機(jī)的研發(fā)

在咖啡初加工組合機(jī)研發(fā)及推廣應(yīng)用過(guò)程，經(jīng)過(guò)調(diào)研和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，咖啡鮮果采收過(guò)程中通常會(huì)夾雜著干果、病果、樹(shù)枝、小石子和鐵釘?shù)入s質(zhì)，此時(shí)若直接進(jìn)入初加工環(huán)節(jié)，會(huì)直接影響咖啡豆的品質(zhì)和等級(jí)，小石子和鐵釘?shù)入s質(zhì)則會(huì)損傷設(shè)備。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，開(kāi)展了咖啡鮮果機(jī)械虹吸機(jī)的研發(fā)，該設(shè)備利用比重原理，在水流作用下，干果和病果浮于水面最上層，成熟果下沉，而小石子和鐵釘?shù)入s質(zhì)居最底部，通過(guò)振動(dòng)篩板和物料收集箱等裝置分流，達(dá)到分離雜質(zhì)的目的。該產(chǎn)品屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)咖啡加工設(shè)備的一項(xiàng)空白，使用效果滿意，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

4 咖啡初加工組合機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的現(xiàn)場(chǎng)布置方案

根據(jù)咖啡初加工用戶現(xiàn)有生產(chǎn)條件、廠址、地形地貌等特點(diǎn)，目前為用戶設(shè)計(jì)了3種現(xiàn)場(chǎng)布置方案：第1種為配套虹吸池順山坡布置型，第2種為配套虹吸機(jī)順山坡布置型，第3種為平地布置型。

4.1 配套虹吸池順山坡布置型

第1種配套虹吸池順山坡布置：在用戶原來(lái)建有虹吸池的基礎(chǔ)上布置：咖啡原料鮮果從鮮果池經(jīng)過(guò)咖啡鮮果虹吸池粗略分離漂果、石子，通過(guò)泵輸送進(jìn)入咖啡初加工組合機(jī)進(jìn)行生、熟果分離，生熟果分別完成脫皮、脫膠工序。加工過(guò)程中虹吸池中的水不能循環(huán)，而在生熟果分離和脫皮加工過(guò)程中的主要生產(chǎn)用水是利用循環(huán)水池中的水循環(huán)實(shí)現(xiàn)，僅有脫膠機(jī)出來(lái)的帶果膠的廢水處理后排放，或者專(zhuān)門(mén)收集用于制作農(nóng)用肥料的原料。

應(yīng)用案例：項(xiàng)目示范點(diǎn)——普洱漫崖咖啡公司的咖啡初加工現(xiàn)場(chǎng)。

咖啡初加工組合機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)布置方案1見(jiàn)圖3。

圖3 咖啡初加工組合機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)布置方案1

4.2 配套虹吸機(jī)順山坡布置型

第2種配套虹吸機(jī)順山坡布置型：咖啡原料鮮果從鮮果池進(jìn)入咖啡鮮果機(jī)械虹吸機(jī)（漂果、石子分離機(jī)），能夠進(jìn)行雜質(zhì)與咖啡鮮果分離和生、熟果初步分離，樹(shù)枝、樹(shù)葉等體積較大雜質(zhì)首先與咖啡鮮果分離，然后石子、生果與熟果分離，之后進(jìn)入咖啡初加工組合機(jī)進(jìn)一步進(jìn)行生、熟果分離，生、熟果分別完成脫皮、脫膠工序。這種方式中加工過(guò)程的主要生產(chǎn)用水都能夠循環(huán)使用，僅有脫膠機(jī)出來(lái)的帶果膠的水通過(guò)處理后排放。這種形式除了虹吸池的位置被咖啡鮮果機(jī)械虹吸機(jī)代替之外，其他布置基本相同一樣，這種布置型使生、熟果分離的效果更勝一籌，對(duì)后續(xù)成品的加工質(zhì)量有提升作用，對(duì)后續(xù)設(shè)備有一定的保護(hù)作用，循環(huán)水從原料進(jìn)入開(kāi)始使用至脫皮環(huán)節(jié)，節(jié)水效果顯著。

應(yīng)用案例：項(xiàng)目示范點(diǎn)——普洱宏基咖啡有限公司的加工現(xiàn)場(chǎng)。

咖啡初加工組合機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)布置方案2見(jiàn)圖4，現(xiàn)場(chǎng)圖片見(jiàn)圖5。

圖4 咖啡初加工組合機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)布置方案2

圖5 現(xiàn)場(chǎng)圖片

4.3 平地布置型

第3種為平地布置型，在相對(duì)平緩的地勢(shì)上布置設(shè)備，咖啡原料鮮果從鮮果池由提升機(jī)或者用泵輸送進(jìn)入咖啡鮮果機(jī)械虹吸機(jī)，其他布置基本與上述2種布置方式一致。

應(yīng)用案例：項(xiàng)目示范點(diǎn)——德宏后谷咖啡有限公司的加工現(xiàn)場(chǎng)。

咖啡初加工組合機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)布置方案3見(jiàn)圖6。

圖6 咖啡初加工組合機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)布置方案3

5 結(jié)論

研究開(kāi)發(fā)的咖啡初加工組合機(jī)是集咖啡生熟果分離、脫皮、脫膠3道工序?yàn)橐惑w的咖啡初加工組合設(shè)備，較好地解決了各加工工序設(shè)備間的聯(lián)接及產(chǎn)量、性能的合理匹配等問(wèn)題[3]，設(shè)備自動(dòng)化程度高、安全可靠、使用維修方便、生產(chǎn)效率高、加工品質(zhì)好，并通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新帶動(dòng)工藝創(chuàng)新，為企業(yè)節(jié)省大量的人工和場(chǎng)地的投入，創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，設(shè)備中還設(shè)計(jì)了果皮擠水、水循環(huán)使用裝置，把生熟果分離、脫皮這2道工序中使用的水循環(huán)起來(lái)使用，僅僅只是把脫膠工序中的帶濃稠膠水的廢水排放至污水沉淀池并做后續(xù)的中和處理后排放，這樣可以大幅度地減少污水排放，具有節(jié)能、節(jié)水和減少污染的環(huán)保效益，擠過(guò)水的果皮為后續(xù)的果皮利用創(chuàng)造條件[4]。

目前，該套設(shè)備已推廣12套，應(yīng)用在普洱、臨滄、保山、楚雄等咖啡主產(chǎn)區(qū)，經(jīng)過(guò)2個(gè)采季的使用，效果較好，用戶反映使用該設(shè)備后，咖啡豆的品質(zhì)有顯著提高，收購(gòu)價(jià)格比平均高出10%，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著咖啡初加工組合成套設(shè)備的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，將為云南省咖啡初加工產(chǎn)業(yè)提供適合的技術(shù)和設(shè)備需求，有助于提升云南省咖啡產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]畢曉菲，胡發(fā)廣，陳雷，等.中國(guó)云南與巴西咖啡初級(jí)加工現(xiàn)狀比較及存在問(wèn)題探討 [J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2016（6）：68-70.

[2]陳治華，蔣快樂(lè)，陳罡，等.6BK-4.0咖啡脫皮脫膠分級(jí)一體機(jī)的應(yīng)用研究 [J].中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)，2015（4）：51-53.

[3]陳劍豪.咖啡濕法加工配套設(shè)備的配置方案分析 [J].熱帶作物機(jī)械化，1996（1）：1-5.

[4]郭登，莫麗珍.咖啡初加工與提高質(zhì)量的問(wèn)題 [J].云南熱作科技，1991（4）：27-31.◇

Application and Study of Coffee Fruit Combine Machine for Separating Decorticating and Degumming

LIU Feng，MA Jiale，YANG Hanhui，WEN Bin，ZHOU Yahui，SUN Youxiang，XIAO Zhengkun
（Yunnan Agricultural Machinery Research Institute，Kunming，Yunnan 650031，China）

This paper aimed at the present increasing expanding need of coffee industry on Yunnan province，initial processing assembled machine for coffee fruits has been researched by independent innovation with closely meeting the demand of market.This machine could completely finish three functions including separating mature and immature fruits，decorticating and degumming，and then the processed fruits could directly been dried，thus fitting with the production requirements of the coffee industry.

coffee fruits；separate；decorticate；degum；combine machine

S226

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.039

1671-9646（2017） 12b-0042-04

2017-10-10

云南省科技創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)計(jì)劃“科研院所技術(shù)開(kāi)發(fā)研究專(zhuān)項(xiàng)”（2014DC033）。

劉 烽（1989— ），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械。