胡椒酶法与机械法联合脱皮试验及结果分析

张 园，邓怡国※，李明福，韦丽娇，张晓红，王业勤，李玉林，葛 畅

（1.中国热带农业科学院农业机械研究所，湛江 524091；2.湛江市一兀农业科技有限公司，湛江 524088）

0 引言

在胡椒鲜果脱皮的众多加工方法中，占据主导地位的水浸法脱皮浸泡时间约需5～7 d，加工周期过长，还存在水资源浪费严重，劳动强度大，白胡椒有异味等不足；化学脱皮法，成本较高，废液污染环境，同时存在一定的安全隐患；酶法脱皮虽可缩短脱皮周期，但酶制剂成本较高，培育适用于胡椒脱皮更短周期的酶系也较复杂，目前技术还停留在实验室阶段；机械脱皮可以在较短的时间内完成，但过程涉及的设备较多，工况复杂，同时机械缺陷也会导致脱皮不彻底、果核破损率高和浪费较严重等问题，亦未能推广应用[1-3]。胡椒产业的发展急需一种更加简化的工艺和高效的脱皮设备以满足市场发展的更高要求。

纵观胡椒加工现状，酶法、生物法以及水浸法等，抛开加工成本、周期、成品质量等因素，完成最终的脱皮仍需人工进行辅助。但随着近年农村劳动力的逐步匮乏，基本无人愿意继续从事农业一线生产工作，农村面临无劳动力可用的现状，人成为发展农业的最大瓶颈。而机械脱皮方式在缓解农村劳动力紧缺方面虽有一定的帮助，但无论庞大的机组还是产品质量、原料利用等方面依然制约其机械化发展的步伐。

基于胡椒加工规模化、产业化的发展要求，胡椒鲜果脱皮的关键技术还难以符合相关国际标准，胡椒产品缺乏足够的市场竞争力现状并未根本解决，较大程度制约着胡椒产业的可持续发展。因此，加强胡椒鲜果脱皮关键技术的攻关，着力开展高效、高品质、无污染、低成本的新型加工工艺研究和配套设备研究意义显著。

1 试验测试

1.1 试验标准

胡椒鲜果酶法与机械法联合脱皮作业的实施按照工艺试验方案开展，其中，胡椒鲜果预处理机（击打式水域环境）的试验按照农业部热带作物机械质量监督检验测试中心样机检测试验大纲进行，胡椒鲜果脱皮机的试验按照中国热带农业科学院农业机械研究所发布的企业标准Q/RJ04—2015《胡椒鲜果脱皮机》（备案号：QB/440800651153—2015）的技术要求进行。整体作业质量与理论设计指标和现有技术情况进行比对分析评定。

1.2 试验方案及要求

1）试验用样机技术状况符合企业标准Q/RJ04—2015《胡椒鲜果脱皮机》的相关技术要求。

2）试验测试工作由操作熟练的专职技术人员负责，配备辅助人员进行操作。

3）试验用动力设备初测能满足试验要求。

4）试验用原料（胡椒鲜果）应有代表性并能满足试验要求。

5）选择有代表性并符合工艺布局的场地，测时间不少于3 h，并留有适当的稳定区。

6）试验方案按照总体脱皮工艺流程进行，详细步骤见试验方法。

1.3 技术性能指标

按照能量递减规律和初步的工艺经济性分析，胡椒鲜果脱皮工艺及配套设备的各项技术参数需满足表1的参数值范围。

表1 脱皮工艺及主要参数设定指标

1.4 试验项目与方法

1.4.1 胡椒鲜果表皮预处理试验

1）试验所需材料。胡椒鲜果穗采摘于广东省湛江市徐闻县广东五一农场的胡椒种植基地，采摘后8h内运达试验地中国热带农业科学院农业机械研究所，随即开展试验。

2）试验用设备。胡椒鲜果表皮预处理机开展试验时，配套4.7 kW的可调速电机和旋钮式指针显示调速器，其它相关的仪器设备有：分拣平台、漏/控水台、乘水桶、水（软）管、电子称、纸笔等。

3）工序简介。具体工艺步骤为：整穗胡椒鲜果筛分→按照试验方案分类称量→开始入料试验（人工或传送带）→标记分类乘装→控水→分拣→脱粒率和预破损率测试。整个试验过程中为实现柔性击打环境和稀释胡椒表皮化学成分需注入一定的水量。

4）脱皮试验。胡椒鲜果的表皮预处理破损试验主要按照以下步骤：

工序a——胡椒整穗果筛分。采摘的胡椒果穗中有红果或80%以上的黄果为合格果穗，试验用胡椒鲜果穗，需表皮没有腐烂迹象，先除去采摘过程中的杂质，再人工进行筛分鲜果穗，等待试验标准所需的称重分类[5,6]。

工序b——标准分类称重。完成工序a的鲜果穗经分类后，使用电子称以25 kg为一个标准单位进行称重，依次乘装为8份，准备为试机及分类试验使用准备。

工序c——入料试验。胡椒鲜果预处理机正常运转过程后，运行10 min后确保机械运转平稳，即开始准备试验，试验时将乘装好的试验用鲜果经人工或传送带喂入至进料口，同时从注水孔注水。

手动调整水龙头旋钮，分别改变注水量大小2次，再利用调速器调整主轴转速2次，主轴转速选取100 r/min和300 r/min两档，注水量以流量表阀门进行控制，保持喂入速度均匀，每个试验方案胡椒鲜果用量为25 kg。

工序d——标记乘装。将承装桶分别用号码笔标记记录与试验记录薄一并对应，试验结束后的物料从出料口排出，人工对应分类分别乘装，待后续清洗控水用。

工序e——控水。对已乘装在编号桶内的胡椒果物料分别进行独立清洗，清洗后的胡椒鲜果依次放入控水台进行自然控水，待分拣和后续测试使用。

工序f——分拣结果及指标测试（脱粒率和预处理率）。依据试验方案将控水完成后的胡椒果按照编号，随机抽取，每份100粒，每次10份，使用器皿定量乘装，分别清洗后肉眼观察或触摸观察实际预破损情况，并对应进行数据记录。过程中同时记录每个器皿中未脱粒果穗数。

测试材料取材后，其余预处理鲜果投入复合酶浸泡池待酶制剂处理。

1.4.2 复合酶制剂处理试验

将胡椒鲜果表皮预处理试验后得到的预处理鲜果投入至已配比好的3%浓度，pH值7.0的复合酶恒温水域中浸泡，根据后续工艺需要浸泡10～24 h后乘装，以备脱皮试验用。同时做分类计时工作。

1.4.3 胡椒鲜果脱皮试验

1）试验用材料。经复合酶制剂浸泡的预处理鲜果，分类乘装待试验。

2）试验所需设备。胡椒鲜果脱皮机采用摩擦式工作原理，试验过程中配套2.2 kW的空调速电机和指针显示调速器进行，其它相关仪器设备有：分拣平台、电子称、乘水桶、漏/控水台、水（软）管、纸笔等。

3）工艺简介。因脱皮后的胡椒鲜果表皮中有大量的果胶、糖类、胡椒碱、胡椒油等成分，粘性较大，因此整个试验过程中需在接触水域模式下进行，水流通在摩擦轮心上，水量可调。具体工艺为：复合酶制剂浸泡的预处理果分类→称重标记→入料试验→分装→控水→分拣（测试脱皮率等）。

4）脱皮试验。胡椒鲜果的脱皮试验主要按照以下步骤进行：

工序a——分类。经复合酶制剂不同浸泡时间的预处理果，分类及编号。

工序b——称重。完成工序a之后的胡椒鲜果，使用电子称进行分类称重，25 kg为一个标准单位，乘装为8份，待试机及分类试验时使用。

工序c——入料试验。将乘装好的标准分类试验用胡椒物料，投入到脱皮机进料口，均匀阶段性调速注水并保持机械正常运转，待试运行一段时间后，各项指标均匀，且确保机械运转平稳，即可开始试验。

分别调整脱皮间隙卡位和使用调速器改变脱皮机主轴转速2次（100～150 r/min），利用导料槽均匀控制进料量，每次试验标准单位为25 kg。

工序d——分装。将脱皮试验完成的物料从出料口排出，分别用桶分类乘装，并使用号码笔记录与试验记录薄一并对应，待清洗控水及后续流程用。

工序e——控水。将已编号的乘装在桶内的胡椒物料分别进行独立清洗，清洗后的胡椒鲜果放入控水台进行自然控水或风干。

工序f——分拣（测试脱皮率）。将控水结束的胡椒果使用烧杯定量乘装，每个编号（每种方案）随机抽取10份，每份100粒，清洗后分别肉眼观察（果膜损伤/脱皮不彻底等指标）各方案实际脱皮情况，并进行数据记录；随机定量乘装后，再分别进行果核损伤率和含杂率测试。

2 试验数据

在相应的工况下，胡椒鲜果表皮预处理率、试验生产率、单位时间耗水量、单位时间耗电量、脱皮及损伤数据测定，见表2—6。

表2 胡椒鲜果表皮预破损数 个

表3 纯工作小时生产率 kg/h

表4 单位小时耗电量 kW/h

表5 单位小时耗水量 t/h

表6 胡椒鲜果脱皮率结果测定

通过表2—6试验测定数据，计算可得出该工艺各相关测定项目结果。各检测指标和参照指标数值见表7所示。

表7 胡椒鲜果脱皮工艺试验项目检测结果

3 结果分析及结论

通过试验结果数据分析知：

1）胡椒鲜果脱皮机试验工作过程中，预处理及脱皮机整机运转平稳，工作安全可靠，喂出料顺畅，该胡椒脱皮配套装备可较好的完成脱皮工作，达到设计指标要求。当脱皮装置的间隙调整为2～3倍胡椒果直径时，控制主轴转速为100 r/min时，胡椒鲜果脱皮率可达到95%以上，同时，测得的果核破损率低于3%，采用接触式水域工作原理，在确保脱皮效果的同时，可以较好的排出杂质。

2）胡椒鲜果表皮破损预处理与复合酶试剂酶解处理联合机械脱皮，可在24 h内达到95%以上的脱皮效果，显著缩短脱皮周期。

3）该胡椒鲜果脱皮总体工艺纯工作小时生产率为153 kg/h，从试验情况来看，生产率大小主要取决于脱皮工艺技术的严谨性，并与操作人员熟练度、场地配套等因素有关。如实行标准化生产，操作人员进行培训，或配套设备进行扩容或性能提升，则生产率更高，反之则低。

4）整个工艺的最优脱皮效率可达95.3%以上，果核破损率和含杂率可控制在3%和2%以内，原料的损失浪费还有进一步减少的空间[7,8]。同时，脱皮率、果核破损率等与胡椒鲜果表皮预破损处理方式、酶制剂的选择及作用时间、机械原理与机构、操作方式、及配套设备可靠性等多个因素相关，本文的研究还有待进一步精深化。