全文总字数：6667字
-
百香果，详见图1，西番莲属西番莲科草质藤本果实，又名西番莲、鸡蛋果、巴西果，现世界各地均有种植[1]。现在中国最大的百香果产区是广西，仅钦州浦北某合作社就种植达800hm2，年总产量超过9.5万t[2]。百香果果汁含有17种氨基酸，同时还有丰富的钙、磷、铁等21种微量元素[3]，多种有机酸、维生素等人体必需的有益成分[4]，具有生津利咽、提神醒脑、抵抗精神抑郁、提高人体免疫力等功效。百香果是以汁用为主的水果，成熟果实含汁30%以上，其果汁色泽鲜艳，天然色泽介于柠檬黄与橙黄之间，浓郁的香味集番石榴、菠萝、芒果、香蕉等多种热带亚热带水果的香味于一体，有果汁王之美称，果汁色、香、味、营养极佳，富含人体必需的17种氨基酸及多种维生素、微量元素等160多上有益成分[4]，适合生产果汁、果冻、果露、果酱等产品，具有消除疲劳、提神醒酒、降脂降压、消炎去斑、护肤养颜等神奇功效。绪论 - 课题背景及研究目的与意义
百香果果汁及果肉包裹于厚厚的果壳中，而且果肉粘附于果壳内壁上，食用时需要用棍棒搅动或汤匙挖出，或是用力吸出[5]。百香果全身都是宝，百香果皮含有的营养成分比百香果的果肉还要高，而且人们食用以后能提高身体内超氧化物歧化酶的活性能深度清洁肌肤，也能防止毒素在身体内堆积，能抑制有害物质，在皮肤表层沉淀，经常食用，能起到美容养颜，美白肌肤的重要作用。在食用百香果果皮以后，能促进身体新陈代谢，能加快身体内毒素排出，对增强身体素质有极大好处。百香果果皮能净化血液，它能防止胆固醇和甘油三脂在血管壁上淤积，能促进血液循环，增加血管弹性，平时经常使用，既能预防血液类疾病，又能防止血栓发生。另外百香果皮还能稳定血压和血脂，对中老年经常出现的高血压与高血脂有良好预防作用。延缓衰老是人们吃百香果果皮的重要作用之一，它含有的维生素和胡萝卜素以及，氨基酸等营养成分，能减少自由基对人体的伤害[6]，而且能促进人体各组织细胞再生与代谢，能让人体保持年轻健康的状态，经常食用能延缓一些衰老症状发生。
近年来，百香果等浆果类水果综合利用的趋势逐渐扩大，消费市场对浆果类水果的需求也逐渐扩大[7]，为了降低生产成本满足广大消费者的需求，我国研究所以及各高校加大对浆果类水果分离理论和计算实验、皮肉分离设备方面的研究，百香果的皮肉分离装置设计是非常有实用意义的[8]，它既能使百香果资源效益最大化又能为百香果果浆的提取提供了便利。百香果具有比较坚硬的外壳，而要加工百香果需要对其进行壳仁分离，在其加工工艺过程中，最关键的技术是百香果壳仁分离环节，但其果汁及果肉包裹于厚厚的果壳中，而且果肉粘附于果壳内壁上，食用时需要用棍棒搅动或汤匙挖出，或是用力吸出;在工业化加工中需要耗费大量的劳动力将果肉与果壳分离，采用机械分离不甚理想。由于百香果的大小不一，这给壳肉分离带来了一定困难，分离效率过低，就会严重影响果实分离品质，那么就需要设计一种能适应百香果的专用脱壳机器。一般的破壳机，由于只是适应某一些大小差异不大的坚果，所以直接用以加工百香果，脱壳效率会比较低下。设计一种适用于百香果的专用脱壳机，对提高壳肉分离生产效率和百香果综合利用产业发展有重要的基础作用。
- 国内外百香果皮肉分离装置的发展现状及趋势
1.2.1国外皮肉分离装置的发展趋势
国外脱壳装置发展较早。早在20世纪80年代，美国的TungLiang设计了一种脱壳机，能够对坚果尺寸进行分级破壳，且通过变形控制来引导坚果的运动方向,在当时具有很大的脱壳效率。而且Dursun发现了挤压位置对坚果破壳的影响，这在坚果破壳机的设计方面有很大贡献，特别对于挤压辊方式的破壳机[9]。Patel发明了利用二氧化碳激光束切割坚果的方法，此方法的破壳率接近百分之百，精确度相当高[10]。而激光的应用技术，在坚果的脱壳率检测方面，也有一些成果。T.Pearson和R.Young设计了一种对杏仁脱壳情况进行分类的装置，在坚果经过辊压破壳，在振动工作台和风选箱的筛选后，仍可能有部分带有破碎的壳体。将经过一次处理的坚果通过一个倾斜45°的滑道，滑道周围有几对激光成像装置，该装置射出激光束，另一端的摄像机接收光谱，并将像素传到特殊的电路板中，通过PC端用C语言等计算机语言设置程序[11]，让达到特定像素后，滑道尾部的筛选器对坚果进行筛选。当坚果通过时，带壳碎片的坚果的光谱和完全脱壳的有区别，进而像素有一定区别，完全脱壳的坚果可以通过，而带壳碎片的坚果则被导向到另一处，再进行一次脱壳步骤，这样能有效的提高完全的脱壳率，特别是那些壳碎片对后续加工流程影响很大的坚果。Prussia、Verma研究出能够让澳洲坚果高速运动，通过冲击硬物表面破壳的方法，这种撞击的脱壳方法同样的对于壳仁间隙较大坚果的非常有效。由法国研制的火烧法，先用液化气火焰在高温下烧掉外壳，然后再用机械方式进行挤压等处理，将那些没有烧尽的外壳处理掉，由于未烧尽的外壳比较容易处理，所以脱壳率能极大的提高，但是燃烧温度却难以控制，如若没有精确的控制，易导致坚果烧焦[13]。A.A.Atiku、N.A.Aviara等设计了一种班巴拉花生脱壳机的结构[14]，该脱壳机由料斗、脱壳、风选、动力四部分组成，料斗位于脱壳部分上方，矩形形状，与水平面呈一定斜角，这样能使物料呈一定速率进入脱壳装置。脱壳装置由两个挤压辊构成，其中一个是静止的，另一个由发动机通过带轮控制它旋转，主动辊上焊接着3条有一定角度的去壳钢条，该钢条和辊的宽度相同，两辊间的宽度小于班巴拉花生的外壳，大于花生的果仁。当花生进入脱壳装置时，主动辊带动被动辊呈相反的方向运动，花生被辊挤压而破裂，从而掉入风选装置中。风选装置内有风箱，它设置了一定的风力，将较轻的果壳吹出果壳的出口，而果壳和果实在这分离开，果实落入风箱下方的滑道内，从而便于收集。动力装置主要由电动机构成，为主用辊提供动力。
有一种花生脱壳机械利用离心[15]的原理。由一个圆锥形的进料斗构成，料斗的进口由开关控制，当叶轮的转速到达一定程度时，坚果就会进入去壳部分。去壳部分主要是一个叶轮，由一定数量的空心方形钢管构成，焊接在中心的四周，将叶轮组装在发动机上，去壳部分下方有余隙，当坚果在叶轮内因滚动而破壳后，破壳的坚果因由一定离心力，而甩向边缘的间隙，这些间隙刚好能够使破壳的坚果通过，之后坚果顺着下落到收集破壳坚果的滑道，实现初步破壳的过程。关于腰果破壳方式，第一种是用一副刀具，每把刀具都做成坚果外形轮廓的一半，将坚果通过工作台自动定位到刀具放置的指定位置，当这副刀具合在一起时，便可切掉坚果外壳，同时通过销钉楔入果壳末端，即可进行壳仁分离，不过当坚果小于一定尺寸时，便不可用了。
1.2.2国内百香果皮肉分离装置的研究现状
我国从20世纪80年代开始研究脱壳机，由于要求分离精度较高，所以发展较为缓慢[16]。1989年，徐祯祥、王汉涛等人设计了一种坚果破壳机，该机通过用特制的液压包，将压力均匀的压在外壳上，可对多种大小不同坚果进行破壳。采用液压控制，果壳受力均匀的破裂，可保证果实的完整度。1994年，麻来友、康克继等人设计了坚果破碎分选自动流水线，该机器的自动化程度较高，将进料装置、筛选装置、破碎分离装置、挑选和包装装置结合在一起，对果壳的破碎及皮肉的分离精度较高，其破碎部分是通过将果壳通过两挤压辊之间，通过滚动挤压，将其外壳压破，之后通过风选机等后续部分，将壳肉分离[17]。2009年，袁秋萍、周正礼等设计了一种脱壳机[18]，坚果进入破壳筒内时，由高速旋转的撞击棒将其撞击，在与反弹柱的多次相互撞击后，不同方向受到撞击，均匀开裂，以此提高果实完整的目的。此三种装置的不足之处在于百香果的果肉为固液共存状态，高速旋转的撞击帮撞击果壳，果肉因高速旋转而部分浪费，并且易使果壳碎屑掉入果汁，降低了加工效率，影响后续的百香果饮品的口感。
