咖啡生熟果分離脫皮脫膠組合機應用研究

劉 烽，馬佳樂，楊韓暉，文 彬，周亞輝，孫有祥，肖正昆

（云南省農(nóng)業(yè)機械研究所，云南昆明 650031）

咖啡生熟果分離脫皮脫膠組合機應用研究

劉 烽，馬佳樂，楊韓暉，文 彬，周亞輝，孫有祥，肖正昆

（云南省農(nóng)業(yè)機械研究所，云南昆明 650031）

針對云南省咖啡產(chǎn)業(yè)不斷擴大的需要，市場亟需能夠實現(xiàn)批量化、工業(yè)化生產(chǎn)加工的機器。通過自主創(chuàng)新研發(fā)出咖啡初加工組合成套設備，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，經(jīng)加工后的咖啡豆可直接進入干燥環(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

小?？Х纫殉蔀樵颇鲜—毦咛厣闹饕r(nóng)產(chǎn)品之一，在世界上享有較高的聲譽。自1988年雀巢公司進軍云南后不久，美國麥氏公司、德國紐曼和丹麥的伊卡姆，以及美國星巴克等國際巨頭紛紛進駐云南，采購云南小?？Х茸鳛樵?。

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)量都為全國的99%，位居全國第1位。隨著種植規(guī)模的不斷擴大，咖啡的初加工開始進入集中加工階段，由大戶或公司統(tǒng)一收購加工，過去一家一戶式的加工方式已不能滿足咖啡產(chǎn)品品質和規(guī)模化生產(chǎn)的要求，因而市場急需能滿足規(guī)?；a(chǎn)和提高產(chǎn)品品質的咖啡加工技術和設備，進而提升我國咖啡產(chǎn)品在國際市場上的競爭力，促進咖啡產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

一直以來，咖啡初加工設備小型化、配套性差、創(chuàng)新程度不高[1]。目前，除了單機外，陳治華等人[2]提出一種咖啡脫皮脫膠分級一體機?？Х瘸跫庸そM合機是集咖啡生熟果分離、脫皮、脫膠3道工序為一體的咖啡初加工組合設備，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)濟效益。

1 咖啡初加工組合機的主要性能參數(shù)

咖啡初加工組合機能滿足咖啡初加工工藝的要求，所用原料為成熟的、生長正常的咖啡鮮果?？Х瘸跫庸そM合機零件所用原材料均符合設計圖樣中的要求，符合國家標準和行業(yè)標準的規(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的材料制造。

主要性能指標見表1。

表1 主要性能指標

2 咖啡初加工組合機的基本原理

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，對其施加擠壓、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]。利用此原理設計制造咖啡生熟果分離機。

2.2 咖啡初加工組合機的工作原理

咖啡初加工組合機整機結構示意見圖1，咖啡初加工組合機產(chǎn)品見圖2。

圖1 咖啡初加工組合機整機結構示意

圖2 咖啡初加工組合機產(chǎn)品

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

脫皮后的咖啡豆進入脫膠清洗機的料斗，由螺旋輸送器將其向上輸送，在其自下而上的運動過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 咖啡初加工組合機動力系統(tǒng)選擇和匹配

咖啡初加工組合機中生熟果分離機、脫皮機、脫膠機、果皮螺旋輸送機，都是通過傳動軸帶動轉筒或螺旋輸送完成生熟果分離、果皮分離、豆子與果膠分離、果皮輸送等動作，均采用三相異步電動機作為動力輸出設備。生熟果分離機、脫皮機、脫膠機的轉速過快，分離不充分，達不到生熟果分離和脫皮脫膠效果，轉速過慢容易產(chǎn)生機損豆，生產(chǎn)率也達不到要求，經(jīng)過多次試驗，在滿足咖啡初加工組合機各項主要技術參數(shù)的前提下，協(xié)調各設備的匹配性，計算得出生熟果分離機的最適宜轉速為n1=600 r/min，主脫皮機的最適宜轉速為n2=405 r/min，副脫皮機的最適宜轉速為n=438 r/min，選配Y132M-4，7.5 kW，轉速為1 440 r/min的電機帶動生熟果分離機、主脫皮機和果皮螺旋輸送機，選配Y100LI-4，2.2 kW，轉速為1 420 r/min的電機帶動副脫皮機，選配Y112M-4，4 kW，轉速為1 440 r/min的電機帶動脫膠清洗機。

3 技術創(chuàng)新點

3.1 咖啡生熟果分離機的研發(fā)

目前，我國咖啡鮮果的采收管理沒有進行分級管理，給咖啡果的后續(xù)加工帶來很多困難，對咖啡豆成品品質帶來一定影響。由于國內沒有成熟的咖啡生熟果分離機產(chǎn)品，為了保障咖啡豆產(chǎn)品的品質及后續(xù)加工的有序開展，研發(fā)了咖啡生熟果分離機。其原理是利用生熟果硬軟程度不同的特點對其施加擠壓、揉碾、摩擦，使得熟果較容易地擠破、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，從而達到生熟果分離的目的。

3.2 咖啡初加工組合機的合理匹配與組合

將咖啡生熟果分離機、豆皮分離機、脫膠清洗機、果皮擠水機、循環(huán)用水裝置等有機協(xié)調地組合設計成一臺聯(lián)合機組，實現(xiàn)好豆、次豆分別加工，提高咖啡豆產(chǎn)品品質；加工后的咖啡豆即可進入后續(xù)的干燥工序，無需發(fā)酵工序；提高生產(chǎn)效率，減少人工和場地費用，大大節(jié)約加工成本。

3.3 資源再利用

設計咖啡果皮螺旋輸送機，目的是將果皮擠水，為后續(xù)的果皮利用（如：制造有機復合肥等） 創(chuàng)造好條件。整臺機組加工過程實現(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 咖啡鮮果機械虹吸機的研發(fā)

在咖啡初加工組合機研發(fā)及推廣應用過程，經(jīng)過調研和試驗發(fā)現(xiàn)，咖啡鮮果采收過程中通常會夾雜著干果、病果、樹枝、小石子和鐵釘?shù)入s質，此時若直接進入初加工環(huán)節(jié)，會直接影響咖啡豆的品質和等級，小石子和鐵釘?shù)入s質則會損傷設備。經(jīng)過多次試驗，開展了咖啡鮮果機械虹吸機的研發(fā)，該設備利用比重原理，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質居最底部，通過振動篩板和物料收集箱等裝置分流，達到分離雜質的目的。該產(chǎn)品屬國內首創(chuàng)，填補了國內咖啡加工設備的一項空白，使用效果滿意，具有較好的推廣應用價值。

4 咖啡初加工組合機在實際應用中的現(xiàn)場布置方案

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，目前為用戶設計了3種現(xiàn)場布置方案：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：在用戶原來建有虹吸池的基礎上布置：咖啡原料鮮果從鮮果池經(jīng)過咖啡鮮果虹吸池粗略分離漂果、石子，通過泵輸送進入咖啡初加工組合機進行生、熟果分離，生熟果分別完成脫皮、脫膠工序。加工過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)實現(xiàn)，僅有脫膠機出來的帶果膠的廢水處理后排放，或者專門收集用于制作農(nóng)用肥料的原料。

應用案例：項目示范點——普洱漫崖咖啡公司的咖啡初加工現(xiàn)場。

咖啡初加工組合機的現(xiàn)場布置方案1見圖3。

圖3 咖啡初加工組合機的現(xiàn)場布置方案1

4.2 配套虹吸機順山坡布置型

第2種配套虹吸機順山坡布置型：咖啡原料鮮果從鮮果池進入咖啡鮮果機械虹吸機（漂果、石子分離機），能夠進行雜質與咖啡鮮果分離和生、熟果初步分離，樹枝、樹葉等體積較大雜質首先與咖啡鮮果分離，然后石子、生果與熟果分離，之后進入咖啡初加工組合機進一步進行生、熟果分離，生、熟果分別完成脫皮、脫膠工序。這種方式中加工過程的主要生產(chǎn)用水都能夠循環(huán)使用，僅有脫膠機出來的帶果膠的水通過處理后排放。這種形式除了虹吸池的位置被咖啡鮮果機械虹吸機代替之外，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，對后續(xù)成品的加工質量有提升作用，對后續(xù)設備有一定的保護作用，循環(huán)水從原料進入開始使用至脫皮環(huán)節(jié)，節(jié)水效果顯著。

應用案例：項目示范點——普洱宏基咖啡有限公司的加工現(xiàn)場。

咖啡初加工組合機的現(xiàn)場布置方案2見圖4，現(xiàn)場圖片見圖5。

圖4 咖啡初加工組合機的現(xiàn)場布置方案2

圖5 現(xiàn)場圖片

4.3 平地布置型

第3種為平地布置型，在相對平緩的地勢上布置設備，咖啡原料鮮果從鮮果池由提升機或者用泵輸送進入咖啡鮮果機械虹吸機，其他布置基本與上述2種布置方式一致。

應用案例：項目示范點——德宏后谷咖啡有限公司的加工現(xiàn)場。

咖啡初加工組合機的現(xiàn)場布置方案3見圖6。

圖6 咖啡初加工組合機的現(xiàn)場布置方案3

5 結論

研究開發(fā)的咖啡初加工組合機是集咖啡生熟果分離、脫皮、脫膠3道工序為一體的咖啡初加工組合設備，較好地解決了各加工工序設備間的聯(lián)接及產(chǎn)量、性能的合理匹配等問題[3]，設備自動化程度高、安全可靠、使用維修方便、生產(chǎn)效率高、加工品質好，并通過技術創(chuàng)新帶動工藝創(chuàng)新，為企業(yè)節(jié)省大量的人工和場地的投入，創(chuàng)造較好的經(jīng)濟效益。同時，設備中還設計了果皮擠水、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，擠過水的果皮為后續(xù)的果皮利用創(chuàng)造條件[4]。

目前，該套設備已推廣12套，應用在普洱、臨滄、保山、楚雄等咖啡主產(chǎn)區(qū)，經(jīng)過2個采季的使用，效果較好，用戶反映使用該設備后，咖啡豆的品質有顯著提高，收購價格比平均高出10%，取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著咖啡初加工組合成套設備的進一步推廣應用，將為云南省咖啡初加工產(chǎn)業(yè)提供適合的技術和設備需求，有助于提升云南省咖啡產(chǎn)品在國際市場上的競爭力。

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

[2]陳治華，蔣快樂，陳罡，等.6BK-4.0咖啡脫皮脫膠分級一體機的應用研究 [J].中國熱帶農(nóng)業(yè)，2015（4）：51-53.

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

[4]郭登，莫麗珍.咖啡初加工與提高質量的問題 [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)新平臺建設計劃“科研院所技術開發(fā)研究專項”（2014DC033）。

劉 烽（1989— ），男，本科，助理工程師，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工機械。