油茶果预处理装备及发展趋势

徐克生， 杜鹏东*， 汤晶宇， 王 东， 吴 昊， 张禹鑫

(1.国家林业和草原局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086；2.中国林业科学研究院林业新技术研究所，北京 100091；3.国家林业和草原局机电工程实验室，黑龙江 哈尔滨 150086；4.国家林业和草原局林业技术装备工程技术研究中心，黑龙江 哈尔滨 150086；5.哈尔滨理工大学，黑龙江 哈尔滨 150080)

茶油是我国重要的木本食用油料，含有多种不饱和脂肪酸和活性成分，长期食用具有降低血脂、预防心血管病、提高人体免疫力、降低癌症发病率等功效[1-2]。油茶果是制作茶油的原料，成熟期的油茶果果壳微裂，此时应及时采收。采收后的油茶果经过一系列处理后进行压榨工作，其步骤主要有：采收→堆沤→晾晒→脱蒲(壳)→清选→干燥→炒制→碎粉→制饼→压榨，其中对油茶果预处理主要包括堆沤、晾晒、脱蒲(壳)、清选、干燥工序。本文主要列举部分整体式和分体式油茶果脱壳、清选装备，并分析我国油茶果预处理装备发展趋势，以期为今后油茶果预处理成套装备的研制开发提供参考。

1 我国油茶主要产区

油茶果由油茶蒲(果壳)、茶蒂、茶籽组成，整体呈球状或卵圆状，直径在2～4 cm分布不等，分为1～5室，每室内有种子1粒或2粒，油茶果如图1所示。茶籽背面呈圆形拱起，腹面扁平，表面淡棕色，富含油脂。

图1 油茶果

我国油茶的品种主要有普通油茶、小果油茶、攸县油茶、浙江红花油茶、腾冲红花油茶[3]，主要分布于长江流域以南地区，陕西、河南也有部分种植，江西、湖南、广西等省区是油茶主要产区[4]。普通油茶种植面积最广，除陕西外，其他种植油茶的12省区均有种植普通油茶。腾冲红花油茶仅在云南有种植。小果油茶种植区域分布仅次于普通油茶，湖南、贵州和广西是小果油茶的主要产区。攸县油茶在陕西、湖南、浙江均有种植，其中陕西是主产区。浙江红花油茶在浙江、江西、福建均有种植。浙江种植的油茶品种最多，主要有普通油茶、浙江红花油茶、小果油茶、攸县油茶，湖南、江西、福建次之。

2 油茶果预处理流程及装备

2.1 堆沤

油茶果采收期集中在10～11月，采收后一般要堆沤5～7天，其目的是让茶籽起到后熟作用，增加其含油量。堆沤现场如图2所示。

图2 堆沤

2.2 晾晒

将堆沤处理后的油茶果摊开翻晒，晾晒3～4天后，部分油茶果自然开裂，一般晾晒10天左右才能使淀粉和可溶性糖等有机物充分转化成油脂。晾晒现场如图3所示。

图3 晾晒

2.3 脱蒲(壳)、清选

评价机械脱壳、清选运行好坏的指标主要有损失率、生产率、脱净率、破损率、清选率(含杂率)。损失率主要指油茶果在进行机械脱壳过程中因为某些原因损失掉的部分，如因尺寸原因无法被脱壳。脱净率指油茶果壳与茶籽分离、脱净的比例。破损率指在脱壳过程中对油茶籽造成的破损所占的比例。清选率指清选后的茶籽中所含杂物的比例。

油茶果的脱壳方法主要分为鲜果脱壳与爆蒲脱壳。影响鲜果机械脱壳的主要因素有含水率、油茶果精细化分级等。鲜果机械脱壳前必须进行堆沤、晾晒等方法以降低含水率。影响爆蒲脱壳的主要因素有温度、传送速度和平铺厚度等。鲜果机械脱壳原理主要有撞击、剪切、挤压、碾搓和搓撕等，现有的鲜果脱壳机绝大多数采取以上一种或兼具多种原理使茶籽与茶壳分离。张风等[5]采用挤压原理设计了一台油茶鲜果剥壳机，如图4所示。唐湘等[6]采用撞击、搓擦原理，设计了一种油茶果脱壳装置，如图5所示。杨树松等[7]采用挤压、揉搓的破壳原理，设计了一台油茶果破壳装置，如图6所示。

目前，我国油茶壳籽清选设备的研制处于起步阶段，主要采用的清选原理有风选、色选、浮选、摩擦清选、尺寸筛选和对辊间隙清选，或是其中一种、二种及以上的组合[8]。刘浩等[9]利用色选原理研制了一台油茶壳籽色选试验样机，如图7所示。李阳等[10]利用摩擦清选原理，设计了一台油茶壳籽清选机构，如图8所示。朱广飞等[11]利用尺寸筛选原理，设计一台油茶壳籽清选分离装置，如图9所示。

图6 油茶果破壳装置1.机架；2.电动机；3.带轮传动系统；4.进料斗；5.破壳筒；6.破壳滚筒；7.出料口；8.控制系统

图7 色选试验样机1.机架；2.振动给料器；3.电机与拨片；4.色选通道；5.光源；6.线阵CCD工业相机

图8 油茶籽清选机总体结构1.输送装置；2.进料斗；3.布料器；4.振动电机；5.振动器；6.调节架；7.AV减速电机

图9 分离装置结构1.搅拌轴；2.搅拌齿；3.圆弧槽筛网

刘晓敏等[12]设计的油茶果脱壳机由分级装置、脱壳装置和清选装置构成，如图10所示。分级装置中，通过带螺旋叶片的导向辊带动油茶果移动完成油茶果的分级。脱壳装置由楔形滚筒和圆弧压板组成，油茶果通过楔形滚筒和圆弧压板提供的挤压力、搓擦力脱壳。清选装置采用尺寸筛选的方式，仅实现了油茶果壳的粗选，即将壳籽混合物中一些较大的碎壳、小部分未完成脱壳的油茶果从壳籽混合物中清选出来，并未实现壳籽的分离，且此种分级、脱壳方式易造成茶籽破损率较高。

李善淼等[13]采用剪切、撞击和撕搓相结合的方法，设计了油茶青果脱皮机与转子滚刀脱壳机构，如图11所示。作业时，油茶果在破壳箱中受到旋转滚刀反复割切和撞击，被割裂的果实在彼此撞击或与箱壁摩擦下实现油茶果的脱壳。高速旋转下，转子滚刀结构会造成茶籽大量破损。为实现油茶壳籽的清选，又设计了并联式螺旋分离器，如图12所示。但仅对并联式螺旋分离器做了分离过程的理论分析，并未进行试验验证。

图10 油茶果脱壳机

图11 油茶青果脱皮机与转子滚刀结构1.机架；2.振动分离筛；3.曲柄轮；4.主轴皮带轮；5.进料斗；6.电机；7.连杆；8.破壳箱；9.脱壳部件主轴；10.轴承座；11.破壳刀具；12.刀具连接片；13.法兰盘；14.连接销轴

图12 并联式螺旋分离器1.入料槽；2.螺旋面；3.回转面；4.茶籽出口；5.果皮出口；6.万向轮

国家林草局哈尔滨林机所油茶机械装备研发团队对油茶果的形状、大小等特性进行分析后，研究出一种多通道精细化油茶果脱壳清选方法，脱壳技术工艺流程如图13所示。对采摘下的油茶果进行分级，按照不同体积将油茶果分为多级，对每一级的油茶果分别进行脱壳，再将脱壳后的壳、籽混合在一起通过外径尺寸进行筛选分成四级：碎渣、小果壳和小茶籽、大果壳和大茶籽、特大果壳，除去碎渣与特大果壳，其余两级分别进行清选，获得茶籽。此脱壳技术已申报7件技术专利，其中发明专利4件。

图13 多通道精细化油茶果机械脱壳技术工艺流程

多通道精细化油茶果机械脱壳设备的多个料斗和多个脱壳机构成一排设置在机架上，每个料斗的下方对应设置一个脱壳机构。油茶果经过分级后进入脱壳装置中，脱壳装置由底板、传动轴、滚筒和多个抽打辊组成，传动轴通过轴承座设置在机架上，其上固定有滚筒，滚筒上设置有多个呈交错布置的抽打辊，滚筒的底部设置有与抽打辊端部有一定距离的底板，底板固定在机架上，其上设置有多个能容纳油茶果壳和茶籽通过的孔。通过传动机构驱动传动轴，带动滚筒转动，分选后的体积相差不多的油茶果进入到各自对应的料斗中，通过抽打辊与底板的挤压以及抽打辊的撞击作用将油茶果壳撕碎，达到脱壳的目的。

得到壳、籽混合物后，进入分级式油茶果轴辊强制带入壳籽分离装置。多个小轴辊组件和多个大轴辊组件成一排设置在机架上，且相邻两个大轴辊组件之间设有一个小轴辊组件，一个大轴辊组件与一个小轴辊组件之间设有一定间隙，相邻的小轴辊组件和大轴辊组件通过齿轮啮合传动，多通道分级脱壳机清选辊如图14所示。轴辊的横截面为棘轮轮齿形，如此设置可增大摩擦力，将果壳强行带出。当茶籽和果壳进入到大轴辊和小轴辊之间时，因茶籽形状比果壳形状相对规则，果壳受到轴辊向下的力较大而被强行带走，茶籽受到切向力较大被向前传动，直至进入到出口处被收集。

图14 多通道分级脱壳机清选辊

采用多通道精细化油茶果机械脱壳技术工艺研制了1GT-1500型油茶鲜果分级脱壳机，如图15所示。已于2017年完成油茶果脱壳机原理验证试验，2018年完成油茶果脱壳机性能应用试验，脱壳机工作过程中性能稳定，满足使用需求。

图15 1GT-1500型油茶鲜果分级脱壳机

晾晒好的油茶籽应放在通风干燥处存放1～2月后油茶籽出油率达到最高时，复晒1～2天后，进行压榨处理。

2.4 烘干

传统油茶籽的干燥方式为晾晒，但受到天气影响较大，机械干燥能有效防止天气造成的影响，还能提高生产效率。目前，主要应用的机械干燥方法是热风干燥。通过热风干燥的茶籽在贮藏过程中酸价和过氧化值升高最小、品质最好，且干燥时间大大缩短，是油茶籽加工企业首选的干燥处理方法。油茶籽烘干机如图16所示。

3 发展趋势

3.1 油茶果预处理成套技术

根据油茶果采摘后处理流程，规划出油茶鲜果预处理成套技术工序图，使采摘下来的油茶鲜果通过油茶果上料机进入到分级设备、脱壳设备，脱壳后的壳、籽混合物通过提升机进入到清选设备完成壳、籽分离，最后将茶籽输送到烘干设备，完成整套油茶果预处理工序。该套处理设备的开发，将大大缩短油茶果榨油前预处理工作的时间，提高生产效率。油茶鲜果成套处理技术工序如图17所示。

图16 油茶籽烘干机

图17 油茶鲜果成套处理技术工序

3.2 小型简便化处理设备

针对小面积油茶种植户，开展小型简便化处理设备，工序不需一次性完成，具有可移动、轻小便携、成本低、便于运输、操作简单、易于维护等特点。

3.3 智能化发展

将油茶果预处理设备单机配备程序化控制方案，一是使脱壳设备可以根据上料口的喂入量自动调节分级、脱壳、清选、烘干等装置的转速、转矩等，减少人工操作，实现全自动运行。二是具有智能化监控功能，实现一个工人可以通过电脑反馈的信息同时操纵多台设备，减少所需劳动力，实现智能化。三是将油茶产区的处理设备纳入多机物联网络，通过大数据共享实现对油茶果收获量、处理量的快速统计，对后期茶油产量进行预估，分析年度油茶产量与市场的关系，进而对茶油市场供应进行有效配置与调节。