桑葚果糕制备装置的设计及应用

李建凤，廖立敏

1.内江师范学院化学化工学院（内江 641100）；2.四川省高等学校“果类废弃物资源化”重点实验室（内江 641100）

桑椹为桑科植物桑树的果穗，又叫桑果、桑泡。桑葚有黑桑葚、白桑葚，黑桑葚花色苷含量高而外观显示黑色。研究表明桑葚具有增强免疫、延寿、抗诱变等作用。桑葚已被列为“既是食品又是药品”的农产品之一，既具较高的食用价值又具较高的药用价值，是开发功能性食品、保健品、休闲食品的优质原料[1]。狮湾村是四川省内江市市中区全安镇最偏远的村。作为全市301个贫困村之一，狮湾村2015年年人均纯收入位列全镇倒数第一。桑葚是狮湾村重点扶植的产业，目前该村种植有20～26.67 hm2桑葚树，果桑品种主要有无核大十、嘉陵30号等，采用全人工种植、监控、施肥、除草、修枝等管理模式。该村所产的桑葚主要通过吸引附近少量的游客前来采摘和鲜销获得回报，增加了当地农民一时的收入。桑葚未进行深加工，鲜销为主，桑葚不易储存，销售期短，经济回报有限。仅靠卖桑葚鲜果，往往存在市场波动大、规避市场风险能力差的问题，一旦桑葚鲜果滞销，贫困户将损失严重。随着居民收入的提高和健康知识的普及，人们越来越重视食品的营养和健康特性，桑葚是一种营养丰富、健康价值高、风味独特的食品原料[2-4]，将桑葚开发成桑葚果糕，存储期长，可以进行线上线下销售[6]，极大地提高了当地农民的收入。然而，目前在桑葚果糕制作过程中采用的是全人工操作，需要预先进行榨汁，随后在桑葚汁内加入添加物，如水、糖、马蹄粉等辅料；通过加热熬制使其黏稠后，放锅上进行蒸糕；在熬制过程中需要进行不断的搅拌，尽量使其与添加剂充分混合，在制作过程中较为费力，且搅拌效率低下，搅拌不均匀导致色泽、口感欠佳。农用装置的设计与应用，可以大大提高农民作业效率并且促进产业快速发展[7-10]。为解决目前制备桑椹糕效率低下、产品颜色与质地不均匀的问题，设计了一套桑葚果糕制备装置，以实现制备过程的省时省力、提高桑葚果糕的制备效率。同时通过机械搅拌，提高产品的均匀性，以改善桑椹糕的色泽和口感。

1 设计思路

为使桑葚果糕制备的各过程中实现自动化、尽量减少人工操作，该果糕制备装置应当包括制备桑葚所涉及的榨汁、加热、搅拌等步骤所必需的功能部件，并且需要实现将榨汁以及加热蒸煮桑葚汁进行连贯运行，机械式搅拌更加均匀，以实现制备过程省时省力、产品色泽均匀、软硬适中、口感更佳的目标。

2 设计过程

根据设计思路，设计了一套桑葚果糕制备装置，如图1所示。

图1 制备桑葚果糕的装置结构示意图

桑葚果糕制备的第一步是将新鲜洗净的桑葚进行榨汁，分离出残渣，因而需要设计一个榨汁箱1。该榨汁箱1作为该设备的榨汁组件，用于将清洗干净的桑葚进行榨汁；在榨汁箱1的顶部设置有用于盛放桑葚的漏料斗2，榨汁箱1上开设有与漏料斗2连通的进料口，使桑葚逐渐进入榨汁箱1内进行榨汁作业，制备过程中用于加原料桑葚。桑葚具有外皮薄软且圆滑的特点，以往多为使用高速旋转的破碎刀进行破碎，例如使用豆浆机或榨汁机进行打碎，但出汁率低；该装置采用对向挤压的破碎辊进行榨汁，从而加大外皮与桑葚汁融合；在具体设置时，为了防止桑葚圆滑的表面不易进入相对转动的破碎辊内进行挤压，采用了分层式设置，上层两个破碎辊4上交错设置有切割刀片5（见图2），且漏料斗2通过导向板3与上层两个破碎辊4之间衔接；漏料斗2内的桑葚经过导向板3下滑至上层两个破碎辊4之间进行破碎，切割刀片5将桑葚切割成不规则的形状，并使果肉外露，提高出汁率。在榨汁箱1内设置有相对转动的下层两个破碎辊6，下层两个破碎辊6为光面，且下层两个破碎辊6之间相距最小间隙，经过上层两个破碎辊4破碎后的桑葚块，在自重力的作用下掉落在下层两个破碎辊6之间，下层两个破碎辊6对其进行挤压榨汁，从而进一步提高榨汁率；并且在榨汁箱1内设置有与下层两个破碎辊6转动接触的刮板7，将下层两个破碎辊6上残留的汁液或是皮屑进行刮除；为了增强效果，该榨汁箱1由透光的亚克力板制作而成，并且上层两个破碎辊4和下层两个破碎辊6之间机械式相对转动，均采用驱动电机通过齿轮传动来实现。

图2 上层两个破碎辊的结构示意图

在榨汁完成后，需向桑葚汁内添加蔗糖、麦芽糖、凝胶剂等混合物进行搅拌蒸煮，为此该装置中设置加热锅12，该加热锅12由电加热丝进行加热，榨汁箱1的底部设置有连接加热锅12的导流板8，该导流板8为倾斜向下衔接加热锅12，使榨好的桑葚汁自流进加热锅12内进行加热。桑葚汁加热的同时，可以添加水、糖等添加物，随后进行加热搅拌，以往为人工持续进行搅拌，费时费力，且搅拌不均匀，为此该装置通过行星齿轮装置使搅拌端在加热锅12内转动方向相反进行混合搅拌，从而使混合效果更佳。在具体设置时，搅拌装置包括支架9、倒立式设置在支架9上的搅拌电机10以及连接搅拌电机10输出轴的行星齿轮架11；其中，行星齿轮架11的输出端设置有延伸至加热锅12内部的第一搅拌桨13以及多个第二搅拌桨14，且第一搅拌桨13与多个第二搅拌桨14旋转方向相反。第一搅拌桨13以及每个第二搅拌桨14上均设置有搅拌叶片15。通过一个第一搅拌桨13在加热锅12的中部进行周向旋转搅拌，例如第一搅拌桨13的转向为顺时针转动，多个第二搅拌桨14位于第一搅拌桨13的外圈，多个第二搅拌桨14进行移动搅拌，该移动方式为逆时针转动，从而在加热的同时不断使桑葚汁与添加物混合，低速旋转搅拌尤其针对添加使桑葚汁变黏稠的混合物效果更佳，增强制作成的桑葚果糕的口感。

在具体设置行星齿轮架11时，行星齿轮架11包括：连接搅拌电机10输出轴的太阳齿轮16，太阳齿轮16外圈周向啮合有多个行星齿轮17，多个行星齿轮17连接有固定架，以及多个行星齿轮17的外圈包裹与其相啮合的内齿轮圈18（见图3）。第一搅拌桨13固定连接太阳齿轮16；多个第二搅拌桨14周向分布设置在内齿轮圈18上。行星齿轮17设置有3个，且3个行星齿轮17为自转，从而将力传输至内齿轮圈18内使其转动。在将桑葚汁煮开，具有一定黏稠度后，随后可在加热锅12上进行蒸煮，期间可通过该搅拌装置进行匀速、连续搅拌，以免添加物沉底致使混合不均匀。

图3 行星齿轮架的结构示意图

3 装置的应用

经制备工艺优化得桑葚果糕的最佳配方及工艺：以质量计，24%的蔗糖、7%的麦芽糖、0.5%的柠檬酸、0.9%的果胶、0.7%的琼脂、0.15%的黄原胶，其余为鲜桑葚。首先将新鲜桑葚放入装置内榨汁，待榨汁完后向装置中加入配方中除柠檬酸外的其它成分，加热搅拌均匀约25 min，加入柠檬酸继续搅拌约5 min，将黏稠混合物注入事先准备好的硅胶模具中，置于冰箱上层冷却10 min，取出脱模得桑葚果糕（图4）。

图4 利用装置制得的产品

此桑葚果糕颜色呈现质地均匀、口感良好。在整个桑葚果糕的制备过程中，只需人工添加物料及判断榨汁与搅拌加热过程是否结束，与全人工制作相比，明显省时省力，且物料搅拌更加均匀，产品外观及口感更佳。

4 结论

通过分析桑葚果糕的手工制备过程及制备过程中存在的各种不足，设计了一种桑葚果糕制备装置。利用设计的装置制备桑葚果糕，可以达到省时省力的目的，并且制得的桑葚果糕色泽，质地均匀，风味独特，软硬适中，口感更好。通过设计的装置实现桑葚榨汁、制备过程的连续化操作，在一定程度上提高了桑葚果糕的制备效率；采用机械搅拌代替人力搅拌，使得物料均匀度更高，在一定程度上改善了外观和口感。此次设计的装置在制备桑葚果糕中一定程度上减轻了人工的工作量，但是仍然需要人工控制各步骤的时间及添加物料，因而该装置仍有较大的改进空间。后续可以通过在装置上设计微电脑，通过程序控制以使装置朝着更加自动化和智能化方向改进。