陆 荣，高连兴，Chen Charles，Butts C L



美国花生脱壳加工技术特点及启示

陆 荣1,2，高连兴1※，Chen Charles3，Butts C L4

（1. 沈阳农业大学工程学院，沈阳 110866；2. 辽宁生态工程职业学院，沈阳 110122；3. 奥本大学农学院，奥本 AL 36849；4. 美国农业部农业研究局国家花生研究实验室，道森 GA 31742）

脱壳加工是花生进入消费领域前的关键环节，其技术与装备水平决定了花生果仁质量，关系到花生食品安全。美国先进而独特的花生脱壳加工技术，是其花生制品丰富及国际竞争力提升的重要原因之一。为发掘可供中国借鉴的技术和经验，在实地考察基础上，运用社会调查法、文献研究法和经验总结法，从美国花生脱壳概念、加工分类及其重要性入手，系统分析了美国花生脱壳加工方式、脱壳厂及脱壳加工装备、典型花生脱壳工艺及装备配置流程。分析了美国花生收储、脱壳和销售的产地化、一体化和工厂化脱壳加工等特点。总结了花生脱壳技术和设备的最新进展，包括果仁储藏技术、典型花生脱壳加工工艺等技术和在脱壳加工装备总体构成中增加花生与果仁处理设备、独立驱动多滚筒花生脱壳机分级脱壳等。分析了中国花生脱壳技术概况和向双滚筒循环脱壳、设备大型化发展等最新进展。针对中国花生脱壳加工的主要问题，在分析中国国情和借鉴美国花生脱壳加工经验的基础上，提出了进一步加强脱壳技术研究、提高花生预处理、果仁精选技术与储藏技术、建立适当规模的花生收储与脱壳中心和提高花生产业有序化等发展建议。

农业机械；技术；加工；花生；脱壳；收获后机械；脱壳装备；美国

0 引 言

花生是世界、更是中国的重要油料作物。中国和美国虽皆花生生产大国，但花生处理加工、出口和利用情况显著不同，其中2018年花生产量分别为17 000 kt和2 477 kt，各占世界40.52%和5.93%分别位居世界第一和第四位；花生及制品出口量却分别为685 kt和567 kt，占世界的20.22%和16.74%[1-4]。中国花生产量是美国的7倍，但出口量却仅为1.2倍，而且美国花生价格高且以制品出口为主。中美榨油花生分别占国内花生50.3%和13.0%，中国约39.6%花生用以烤、炒和煮等粗加工，而美国约58.5%花生用于花生酱和花生点心精深加工[5-6]。

结实于地下的花生只能收获荚果，但人们只消费果仁。无论直接食用、榨油、食品加工和种用，必须先去除花生外壳、清除收获时夹带的石子、土块和黏附在外壳的沙土等杂质，获得纯净花生果仁。花生脱壳机械已广泛应用，但脱壳导致的果仁机械损伤一直是世界难题，也是影响脱壳质量与效率的关键。直观可见的果仁破碎、开裂和破损等不但造成果仁损失和价格降低，而且容易受到黄曲霉素侵染和其他污染，严重威胁花生及其制品的食品安全；隐性损伤（衣皮完好但内部损伤）严重影响种子发芽且难以发现和剔除，对花生再生产潜在危害巨大[7-11]。

美国不但花生收获机械化技术先进，花生脱壳加工装备技术同样世界领先，花生在专门的脱壳厂中连续化脱壳加工，一般脱壳厂的年脱壳加工能力60 kt；花生公司一般拥有5～7个脱壳厂和众多匹配的花生收购站（收购点），实行花生收购、储藏和加工一体化；4～5个独立驱动滚筒的大型脱壳机既可进行并列脱壳，也可进行3～4级的分级脱壳，单机效率达23 h/t。优质、高效的花生脱壳加工是美国花生食品加工业发展、花生及其制品国际竞争力强的关键之一[12-14]。相反，中国虽是世界花生生产第一大国，也曾借助廉价劳力而形成的花生价格优势驾驭国际市场。但是，随着廉价劳力时代结束和人们食品安全意识增强，花生脱壳加工技术相对落后导致果仁损失和质量问题已经凸显，已成为发展花生食品加工业、提高国际竞争力的桎梏[15-16]。分析美国花生脱壳加工技术发展状况、特点并加以借鉴，对发展中国花生脱壳加工技术具有重要意义。

1 花生脱壳加工基本概况

1.1 花生脱壳概念及内涵

花生脱壳是一个既有狭义又有广义内涵的概念：狭义的花生脱壳是指使花生外壳碎裂、从果壳中分离出果仁的过程，仅指一个操作环节或称工序；广义的花生脱壳则是指将花生荚果加工成果仁的整个操作过程，其不仅包含脱壳一个环节，也包含为提高脱壳质量与效率、脱壳前所进行的花生荚果清选和分级等处理环节，以及脱壳后的果仁清选、挑选、分级和包装等多个环节，是一个十分复杂的加工处理过程。

中国和印度等花生主产国，因技术水平远不及美国和阿根廷等国家[17-18]，花生脱壳通常是狭义概念。相反，美国、阿根廷和巴西等花生脱壳加工技术水平相当或相近，花生脱壳是广义概念，通常称为“花生脱壳加工”，同时将脱壳加工环节称为脱壳产业（peanut shelling industry）。

1.2 花生脱壳加工的分类

美国花生脱壳主要有两种分类方式，即按花生脱壳加工目的不同，分为专用花生脱壳和商用花生脱壳；按脱壳后花生果仁用途不同，分为榨油用花生脱壳、种用花生脱壳、食品加工用花生脱壳、检验用花生脱壳和科研用花生脱壳[19-22]（表1）。

表1 美国花生脱壳主要分类及特点

商用花生脱壳是一种生产加工行为，包括榨油用、种用和食品加工用花生脱壳，包括出口花生果仁的脱壳加工量约占美国花生产量95%以上[23-25]。因花生脱壳加工量巨大、特别是种用花生脱壳季节非常集中，需要高效率的大型系列化脱壳加工装备。专用花生脱壳也称样本花生脱壳，是指花生检验或科研等特殊需要的花生脱壳，一般脱壳量不大，但通常有特殊要求，如花生科研涉及的花生品种或处理多、样本多和批次多，每次脱壳物料不能混杂，脱壳后要求快速方便地清种，需要具有特殊功能的小型专用花生脱壳装备[7, 26-29]。

1.3 花生脱壳加工的重要性

美国花生产业基本流程如图1所示，花生处理加工是花生生产和消费领域的中间系统和桥梁，是花生消费、出口和花生生产持续发展的基本保证[28-33]。花生处理加工过程分2个阶段进行，第一阶段为花生收购与储藏阶段，第二阶段为花生脱壳加工阶段。花生收购与储藏在花生收购站或收购点（peanut buying station）中进行，主要完成花生荚果干燥、作为第三方的州联邦检验局（the federal state inspection service, FSIS）检验人员进行检验（花生称量、取样、验质和定级）、清选和储藏等，重点是防止花生储藏过程中霉变、保持原有风味，为后续脱壳加工准备品质合格的原料花生[5-6,28-29]。花生脱壳加工在花生脱壳厂（peanut shelling plant）内进行，将花生荚果加工成质量合格、满足各类用户不同需求的花生果仁，重点是减轻果仁损伤和污染、减少果仁中的杂质成分，达到食品加工的食品安全标准要求。

脱壳加工主要包括花生脱壳前荚果清选与分级、花生脱壳、脱壳后的花生果仁处理、黄曲霉抽检（用于食品加工果仁）和计量包装等环节。

花生果仁是脱壳加工的最终产品，也是花生制品加工中涉及到食品安全的主要原材料。因此，美国联邦政府将花生脱壳加工确定为产生物理危害、影响花生食品安全的关键[20,30]，对花生脱壳加工质量提出了更高要求。特别在2013年美国花生酱的沙门氏菌爆发（the salmonella outbreaks）以来，所有花生脱壳加工产业严格执行世界食品认证制度（global food safety initiative certification）[31-34]，并且每年一次地进行花生脱壳厂食品安全评估。

图1 美国花生产业基本流程

2 花生脱壳厂发展概况及最新进展

2.1 花生脱壳厂发展历程

从20世纪30年代后期开始，美国部分花生农场陆续兴建专门的小型花生脱壳厂，其年脱壳能力2 000 t、最大脱壳效率4 t/h。后来陆续出现了当时认为“大型”的花生脱壳厂，年花生脱壳能力达到15 000 t，脱壳效率达到12 t/h[35-39]。直到20世纪80年代，花生脱壳厂已由农场所有转为大型综合花生公司所有，花生脱壳加工规模进一步扩大，陆续出现了脱壳效率10.9、16.3、21.8和27.2 t/h等4种规模的花生脱壳厂，脱壳加工技术与装备水平得到显著提高[38-40]。

进入21世纪以来，原有花生公司经营规模扩大，同时出现了由众多农场入股成立的花生公司如American Peanut Growers Group Limited Lliability Co.（LLC）等，花生脱壳厂脱壳能力和效率进一步提高。截止2002年，产量占美国花生40%的佐治亚州，共建有10个花生脱壳厂，其中Golden Peanut Co.和 Birdsong Peanuts Co.是2个美国著名的大型花生综合公司，占有佐治亚州73%的花生脱壳加工份额[41-45]。

2.2 花生脱壳厂发展现状

目前，美国花生脱壳厂是一种特殊的加工厂，其根据现代工厂理念，结合脱壳加工要求、工艺过程和特点专门而设计，具有合理的功能分区、车间布局，输送和环境系统等，最终形成花生脱壳加工生产线。花生脱壳厂生产与一般工厂不同，即从原料进厂到成品出厂，花生是唯一加工对象，全程没有其他材料介入。典型的花生脱壳厂占地与布局等外貌如图2a、图2b所示，脱壳厂一般划分5个功能区和2个系统（不包括花生储藏部分），即花生卸料区（farmers stock receiving section）、花生清选区（cleaner section）、花生脱壳区（sheller section）、果仁成品区（finishing section）和花生壳处理区（hull section），物料输送系统（transporting systems of peanuts）和空气流动系统（air flow systems）。

花生清选区和脱壳区是主要的花生脱壳加工区，主要有花生清选（图2c）、分级（图2d）、脱壳、分离、果仁精选和包装等车间。

1.一次清选机 2.去石机 3.二次清选机 4.提升机 5.输料管 6.振动筛

1.Precleaner 2.Stoner 3.Secondary cleaner 4.Elevator 5.Conveyor 6.Screen

图2 美国LMC设计的典型花生脱壳厂及车间

Fig.2 LMC peanut shelling plants and workshops in the USA

美国Birdsong Peanut Co.、Premium Peanut Co.、Lewis M. Carter Manufacturing Company (LMC)、Premium Peanut Co.、Golden Peanut Co.和Olam International Limited Lliability Co. (Olam)等大型花生综合公司，拥有分布在不同花生产地的多个脱壳厂，花生年脱壳能力达到或接近300 kt（表2）[46-50]。为确保脱壳厂全年运行的花生供应，公司拥有数量匹配、布局在各花生产地的收购站，同时与花生农场实行“订单花生”，保证花生的源头供应。

表2 美国典型花生公司花生脱壳能力概况

2.3 花生脱壳厂最新进展和发展态势

1）脱壳厂规模继续扩大

由于美国花生种植面积和产量相对稳定，花生公司之间对花生资源的竞争日益激烈，一些公司或退出花生脱壳产业或进行联合，通过扩大花生收购站和脱壳厂规模而获得更大经济效益成为一种态势。

2）果仁储藏间温湿控制技术

花生果仁是花生脱壳加工的最终产品，相比花生荚果储藏难度大。花生脱壳厂普遍建有温、湿度控制的果仁储藏间（图3a），如LMC和APGG等均已采用温、湿度控制储藏技术。将相对湿度控制在55～70%、温度在55°F（约12.78 ℃）以下，可使花生果仁储存一年而不会影响口味或其他品质[50]。

3）清洁能源与节能技术应用

自2011年以来，大型花生公司APGG已将太阳能发电技术应用于花生收购站和脱壳厂（图3b），年发电量达到6.0×105kW·h以补充脱壳厂的电能消耗[50]。花生脱壳厂普遍采用电气系统编程逻辑控制器（programmable logic controllers，PLC），通过计算机化电气系统对脱壳加工过程制定具体的防护措施，允许设备按顺序自动启动，实现花生脱壳厂电力系统安全、经济运行。

图3 美国APGG花生脱壳厂

3 花生脱壳加工装备与技术概况及最新进展

3.1 脱壳加工装备总体构成及功能

美国花生脱壳加工装备是从脱壳前荚果处理到最终果仁计量包装整个过程所需机械设备的总称。花生脱壳加工装备总体构成、设备名称和脱壳加工过程的先后顺序如图4所示。

根据基本功能和特点不同，可将花生脱壳加工过程及其设备分以下4种部分：

1）花生处理设备 为提高脱壳质量与效率而在脱壳前进行的花生荚果清选、去石和分级处理机械，如花生清选机、去石机和分级机等。

2）花生脱壳机 使花生荚果外壳碎裂、花生果仁流出并去除花生壳的机械即花生脱壳机，是花生脱壳加工装备中决定脱壳质量和效率的核心机械。

3）果仁处理设备 包括分选出花生果仁中未脱壳的较小花生荚果仁果分选机、选出未成熟的瘪果仁和破碎果仁的果仁筛选机、进一步清除各种外来杂质的果仁去石机、选出破皮和异色果仁的色选机和果仁分级机等。

4）装袋与称量设备 为方便果仁运输和存储、产品交易，将合格的花生果仁按标准进行包装和称量的设备，即自动装袋称量机。

图4 美国LMC公司制造的18 t/h花生脱壳加工主要装备

美国花生脱壳加工装备主要由LMC公司制造，其主要单元设备主要包括花生清选机、花生去石机、花生分级机、花生脱壳机、仁果比重分选机、果仁筛选机、果仁去石机、果仁色选机、果仁筛分机、自动包装机等[51]。这些设备的基本功能、类型和特点详见表3。

表3 美国LMC公司制造的花生脱壳装备主要构成及特点

3.2 花生及果仁处理与包装技术最新进展

近年来，花生脱壳前荚果处理、脱壳后果仁处理和包装等环节技术最新进展如下：

1）花生清选和分级技术进展 对于传统的花生脱壳加工，花生清选和分级一直是建议环节，如今大型花生脱壳厂已普遍应用，特别用于食品加工的花生脱壳，多数进行花生的二次预清和二次分级，花生脱壳效率提高约25%、脱壳损伤减轻约1%～2%。花生清选和分级设备处理能力也普遍提高，如LMC Cleaner-8448花生清选机已达到12～15 t/h。有些脱壳厂开始采用具有防堵塞的回转带式分级筛进行花生荚果分级[51-54]。

2）果仁精细化处理技术进展 花生果仁已属于半成品或成品，相比花生荚果处理难度大，因此需要更多环节、更精细的技术与设备。花生脱壳厂采用精度较高的密度分选机（density separator）替代传统的比重清选机（conventional gravity separator）；为进一步提高果仁净度，普遍增加了果仁去石机；LMC VISTASORTOR果仁色选机最小分辨率0.04，色选准确率已达到≥99.99%,最大分选效率达到15 t/h；LMC 500型比重分离机分离小果仁、中果仁、大果仁的生产率分别达4.63、10.89、13.61 t/h，配备电机功率13.5 kW；LMC ROCA 60 Destoner 最大效率达到9.5 t/h[49]。

3）果仁包装技术进展 在过去的30 年间，散装花生的包装已经从100磅（约45.36 kg）的麻袋发展到1 t的盖洛德箱包装、再到今天的1 t柔性合成方形提袋[49,57]。

3.3 花生脱壳机发展概况及最新进展

美国1907年发明手摇往复式花生脱壳机，1913年发明动力式花生脱壳机[55-58]。20世纪50年代初到80年代初，相关的公立大学和农业部科研部门，集中研究了商用花生脱壳机构原理和结构型式，最终确定了“刮搓脱壳”原理及其脱壳机构“基本构型”与参数，即由打杆式滚筒和栅格式凹板筛构成的卧式脱壳机构（图5）。脱壳滚筒分为开式和闭式2种，带有4个矩形钢制脱壳打杆，脱壳滚筒外端直径25.4～27.9 cm，滚筒转速160～300 r/m；凹板筛内径为30.5～35.6 cm、包角180°～270°。采用气吸式风筛清选装置，流速为5.08～7.62 m/s的气流将花生壳吸出[59-63]。

1.喂料斗 2.凹板筛 3.开式滚筒 4.开闭滚筒

1.Surge hopper 2.Grate 3.Open-type cylinder 4.Solid-type cylinder

图5 花生脱壳机构构型

Fig.5 Peanut shelling mechanism configuration

脱壳装置工作时，随滚筒转动的脱壳打杆与栅格凹板筛相对运动，对花生荚果形成刮、剪、搓和摩擦等机械作用下，花生外壳逐渐开裂、破碎，花生果仁离开果壳并随之一起通过凹板筛间隙而离开脱壳室，花生壳等被联通到凹板筛下方的负压空气系统吸走，果仁及未脱壳荚果落入清选筛。

20世纪90年代以来，“基本构型”花生脱壳机在美国普遍应用，其中90%由美国机械制造公司LMC制造[60]。LMC在原有技术基础上，推出3个“T”形打杆的开式滚筒和薄钢片式栅格凹板筛构成的脱壳机构，其中，“T”形打杆是在矩形打杆外端焊接径向直刃刮板而形成，采用宽38.1 mm、厚6.4 mm的薄钢栅筛；脱壳滚筒外径至36～40 cm，最大有效长度增加到1.0～1.5 m，降低了滚筒转速至260 r/m；凹板筛内径相应增大至43～48 cm；变单滚筒为4～5个滚筒（图6）。

进入21世纪以来，LMC将“T”形脱壳打杆的直刃刮板改进为波纹刃刮板，薄钢栅筛的钢片厚度从6.4 mm降到3.5～4 mm，进一步增大脱壳机构的刮削能力，提高了筛面利用系数，从而提高脱壳效率。目前，广泛应用的4～5个滚筒大型脱壳机，最大单机脱壳效率达到23 t/h。通过更换相应规格的脱壳部件，脱壳机既可用于榨油、加工和种用花生脱壳，也可对同一级花生荚果并列脱壳或进行不同尺寸花生的分级脱壳。每个脱壳滚筒均独立配置驱动电机和减速器（图6b），既简化了整机结构、减少传动的功率损失，又可根据需要实现每个滚筒独立运行。虽然脱壳滚筒独立驱动运行，但整机只采用一套气吸和振动筛等复式清选系统，简化清选系统、提高清选效果。如图6a所示，脱壳机除第一次气吸清选外，上筛和下筛分别设有吸风口进行二次气吸清选；5个滚筒脱壳机（图6b）每个脱壳装置均设有气吸室进行第一次清选，清选后的花生果仁经统一筛选后进入比重分选装置二次清选。这种“独立脱壳、统一清选”结构，进一步改善了清选效果和脱壳质量。

1.风机 2.主风管 3.上筛吸风管 4.喂料槽 5.脱壳装置 6.维护平台 7.下筛 8.人行梯 9.下吸风口 10.下筛吸风管 11.电机及减速器 12.比重分选装置 13.排杂口 14.上筛

1.Fan 2.Main pipe 3.Pipe for upper screens 4.Surge hopper 5.Shelling device 6. Maintenance platform 7.Lower screen 8.Step ladder 9.Lower suction outlet 10.Pipe for lower screens 11.Motor and reducer 12.Gravity table 13.Pipe for light hulls and skins 14. Upper screens

图6 美国多滚筒花生脱壳机

Fig.6 American peanut shellers with multi-cylinders

4 花生脱壳加工工艺及装备配置流程

4.1 榨油用花生脱壳加工及装备配置流程

相比种用花生、食品加工用花生脱壳加工，美国榨油用花生脱壳加工环节最少、流程最简单、配置的设备数量也最少。其脱壳加工工艺流程、环节和配置的设备如图7a所示。

整个工艺流程：花生经提升机输送至清选机进行清选，清选后的花生荚果经提升机、喂料斗进入第一级脱壳机脱壳，石子、土块和残茬等杂质分离出来，瘪花生、离壳果仁和碎秸秆等经旋风分离器、传送机送至果仁回收器分离后，汇至脱壳机果仁路径；脱壳后果仁及未脱壳荚果经振动筛选机分离，果仁进入比重分选机精选，而未脱壳荚果通过提升机进入脱壳间隙和凹版筛隙更小的第二级脱壳机再次脱壳；两个脱壳机均与气吸系统相连，脱壳过程中的花生壳直接通过气流吸出并经旋风分离器、回收器传输机送至花生壳处理加工设备；精选后的果仁经磁选后传送至榨油设备[64-67]。

该流程主要有3个特点，即清选出的有用成分和杂质“分路”处理，提高花生资源利用率；采用2个花生脱壳机进行未脱壳花生的二级循环脱壳；因榨油过程设有精制、漂白和脱臭等环节，基本可去除黄曲霉毒素等，所以不进行黄曲霉检测。榨油对花生果仁质量要求不高，一般不能种用与食品加工用的破碎、两瓣和黄曲霉含量超标果仁均可用于榨油。因此，榨油用花生脱壳是3种商用花生脱壳中加工环节最少、加工装备最简单的一种。

图7 榨油和种用花生脱壳典型工艺流程及设备

4.2 种用花生脱壳加工及装备配置流程

美国种用花生脱壳加工及设备配置流程如图7b所示，主要由一次和二次花生预清，一级、二级和三级花生脱壳，振动筛选，比重分选，光电色选，筛式果仁分级（筛分机），种子处理（包衣等处理），计量包装等工艺环节及其相应的设备构成[68-69]。

一次清选主要清除花生荚果中的石子、土块等杂质外，同时将选出的离壳果仁和荚果一同送入二次清选装置（一般为滚筒筛），清选出的碎果仁等用于榨油，完好果仁及荚果进入振动筛选机；振动筛选机将来自第一级脱壳机和滚筒筛分离除碎仁和半仁，未脱壳的中等尺寸荚果送至第二级脱壳机循环脱壳；比重分选机再将果仁中未脱壳小花生荚果返回到第三级脱壳机脱壳；所有果仁再经色选、筛选进行种子包衣等处理后计量包装。

种用花生脱壳工艺及设备流程比榨油用花生脱壳复杂，其采用三级循环脱壳原理并增加了色选、分级等多个处理环节，最终将处理后的种子称量和包装。其中，将破碎果仁直接选出用于榨油，而特大果仁选出作为食品加工用。

4.3 加工用花生脱壳加工及装备配置流程

果仁作为花生食用加工的主要原料，有害杂质、劣变成分和黄曲霉浓度超标等问题，关系到人类健康和生命安全。因此，美国联邦政府对食品加工用花生脱壳质量要求非常严格。相比榨油和种用花生脱壳技术，食品加工用花生脱壳加工技术水平不断提高，其工艺过程及设备配置主要差别和特点如下：

1）加强了花生清选功能 除进行花生二次清选外，对一次清选出的离壳果仁和小瘪花生另需经单独筛选和比重选，将离壳果仁分离后，小瘪花生再分出两级，分别进入第三级、第四级脱壳机进行脱壳。

2）增加了花生分级环节 将二次清选后的花生荚果分出4个等级，特大荚果一般带壳保留、高价销售，其余3个等级花生分别进入一级、二级和三级脱壳机进行脱壳。

3）实行4级混联脱壳 每级脱壳机分离出的未脱荚果在循环至下一级脱壳，直至第4级脱壳。第4级脱壳机脱出的果仁一般为籽粒不饱满的瘪果仁，单独用于榨油；第一级脱壳机脱出的果仁为大果仁，单独配置果仁处理设备，而二级和三级脱壳机果仁处理合用一套果仁处理设备。

4）增加果仁处理环节 如果仁处理设备有比重分选机、去石机、光电色选和果仁分级机等，增加了包装前的黄曲霉含量抽检，当黄曲霉质量浓度≥200g/L时[32]，可通过重新脱壳或果仁“脱衣”去除黄曲霉，也可将其用于榨油的原料。

5 美国花生脱壳加工主要特点

1）花生脱壳加工工厂化

花生脱壳加工全过程在标准化设计的脱壳厂内进行，卫生安全且环境可控，更好满足日益严格的食品安全要求。流送式、气力式和机械式输送系统使脱壳加工过程中各环节连续，缩短了输送路径、又减少了上料和卸料次数，减少损伤与损失。工厂化有利于设备单元优化配置和连续化与规模化生产，实现优质、高效、低耗和安全地脱壳加工。花生脱壳厂全年运行，既提高了设施和脱壳加工装备利用率，又可将各种成分果仁更好地满足用户常年需求。

2）脱壳加工过程精细化

花生脱壳加工前伸至花生清选和分级，后延至花生果仁的多个精选环节。前者既可清除收获时夹带及果壳黏附杂质，以免加剧果仁脱壳损伤、部分杂质残留在果仁中而降低果仁质量，又可防止石子和土块等杂质造成脱壳部件的损坏和磨损加剧；后延使脱壳后的花生果仁得到精细处理，通过精选、色选和分级等系列技术与装备，提高了花生果仁的出厂质量。

3）装备技术先进且大型化和系列化

作为花生脱壳加工装备核心的脱壳机，采用“刮搓脱壳”脱壳机构不断改进和优化，“独立脱壳、统一清选”的多滚筒脱壳机原理独特、结构简化，既可独立工作也可联合脱壳，提高了脱壳效率和质量。花生荚果清选、分级、果仁精选、色选、分级和包装设备等，按流水线脱壳加工统一配备，形成系列化。

4）花生收储和脱壳加工产地化

为最大限度降低运输成本，及时干燥而减轻花生损伤与损失并提高品质，美国花生脱壳厂及其收购站均建在花生产区，完成花生收购、干燥、储藏和脱壳加工。脱壳厂和收购站投资建厂之前，均进行严格的可行性研究，综合考虑花生产区地形地貌、交通条件、花生种植地块、面积、产量和运输半径等综合因素。

5）花生“产-购-储-脱”有序化

“产-购-储-脱”系统有序是美国花生产业的一个显著特点。花生公司与农场建立“订单花生”关系，稳定原料来源保障；花生公司与果仁用户之间建立果仁供销关系，花生果仁有序地流向榨油、加工企业和用种农场等果仁用户。花生公司下属的花生收购站和脱壳厂之间数量匹配、产地布局合理。花生从种植农场到收购站、再到脱壳厂，花生果仁从脱壳厂到果仁用户，所有流通环节均处于系统、有序和高效状态。

6 中国花生脱壳加工的现状及发展建议

6.1 中国花生脱壳加工现状及问题

中国国情与美国显著不同，大面积花生种植和脱壳机研究始于20世纪90年代[8,70]。根据花生种植分散、户均种植规模小和农民经济收入水平不高等实际情况，陆续研制出多种具有清选功能的小型花生脱壳机并迅速投入使用。截止到2005年，除部分地区种用花生仍采用人工脱壳外，中国基本实现了花生脱壳机械化，成为花生生产过程中率先实现机械化环节[70-71]。花生脱壳机研究最新进展如下：

1）花生脱壳机技术进展

脱壳机普遍采用了螺纹钢或方钢打杆和钢筋栅条凹板筛；中大型脱壳机开始采用双滚筒结构，可在不进行荚果分级情况下实现循环分级脱壳，提高脱壳效率到2～3 t/h，少数大型脱壳机脱壳效率达到6～8 t/h，脱壳质量有一定提高。

2）花生荚果清选去石机的应用

花生清选去石机的作用正在受到重视，大型脱壳机与清选去石机配套，减轻了石子和土块等杂质对脱壳质量影响，提高了脱壳关键部件使用寿命。

3）花生果仁处理普遍加强

果仁清选、色选和分级技术等已普遍应用，特别广泛应用于出口花生果仁的处理，提高了花生果仁加工质量。

中国花生脱壳加工技术虽然发展很快，对花生生产、加工和出口起到了保证作用，但仍存在以下问题：

1）脱壳场所及脱壳方式问题

中国的花生脱壳多数在农户庭院、少量在固定的脱壳点场地的露天环境下进行。因条件简陋和设备频繁转移，难以配置多环节、规模化和流水化脱壳加工设备，实现连续脱壳加工。除少数花生去石清选与脱壳2个环节连续进行外，其余绝大部分花生的清选、脱壳、色选、分级等均分段进行，增加了花生上料、卸料次数，不仅效率低下而且增加了花生损失和损伤，严重影响脱壳质量与效率。露天环境下的脱壳作业，因没有除尘等防护措施，脱壳过程容易引起花生果仁的卫生和安全问题。

2）花生脱壳机原理与性能问题

中国花生脱壳机虽然种类繁多、大小各异，但脱壳装置结构原理和关键部件结构参数等完全或基本相同，主要采用打击和挤搓脱壳原理，脱壳滚筒由4个方钢或螺纹钢打杆焊合而成，凹板筛为钢筋焊制的栅格筛，脱壳部件产生较大的挤压力。为获得足够的打击力，脱壳滚筒转速一般高达400～500 r/h。因此，中国的花生脱壳损伤率一般超过5%～6%[72-80]。

3）花生及其果仁处理技术问题

尽管花生清选去石机开始应用，但仅有一部分大型脱壳机脱壳作业时配备清选去石机，而多数情况下直接进行脱壳，忽略清选环节。中国因花生新品种不进行荚果和果仁均齐性审验，部分品种花生因荚果和果仁均齐性差而影响脱壳性能。中国尚未开展花生荚果分级技术研究，也没有花生分级设备应用；中国针对花生果仁的包装和储存技术研究尚不深入，造成果仁包装粗放、规格不统一，也没有严格的包装、储藏和运输技术标准和操作规范，容易使花生果仁产生二次和多次损伤。

4）花生“产-购-储-脱”系统无序

农户花生种植规模小而分散，自己很少储藏花生。花生收获、晾晒后一般进行袋装，等待榨油和加工企业或中间商来产地收购。因销售季节集中且时间较短，农民必须及时将花生售完，使分散的农户在销售过程中基本处于被动地位。一般情况下，农户根据用户要求或直接销售花生荚果或尽快脱壳后销售花生果仁。除少数企业承包一部分耕地种植花生或与农民签订花生生产订单外，绝大多数农民的花生种植、销售、脱壳等缺少计划和组织。这种“产-购-储-脱”系统无序化状况，将严重制约中国花生产业持续高效发展。

6.2 中国花生脱壳加工的发展建议

分析中国花生脱壳加工发展问题和展望今后发展，必须注意中国花生产业的几个特殊情况：一是全国花生总产量大但农户种植单元规模小而分散，需要处理好一家一户的花生生产和脱壳加工规模化要求的关系；二是农民种植的花生品种品系繁多，荚果类型和外形差异较大，脱壳特性不同，即便同一品种花生的荚果整齐度也远不如美国种植的花生，给脱壳加工技术带来难度；三是花生生产、收购、储藏和脱壳加工等环节基本处于脱节状态；四是花生脱壳加工技术研究起步晚、基础差，正处于快速发展阶段。针对中国花生产业和脱壳加工实际情况，借鉴美国花生脱壳加工经验和技术成果，对中国花生脱壳加工发展提出以下建议：

1）进一步加强花生脱壳机技术研究

美国花生脱壳机研究历史久远，20世纪50年代以后，持续深入地进行了花生脱壳原理、脱壳机构、总体结构、关键脱壳部件材料等研究，以及花生品种、物料特性，环境温湿度等对花生脱壳性能的影响[81-82]。LMC从刮搓脱壳原理到超大型脱壳机结构等多方面持续地创新。相反，中国花生脱壳机尚存在脱壳质量和效率问题，需从脱壳原理、机构和材料等多方面进行深入、系统地研究与试验，研发出适应中国花生种植模式和花生品种特点的系列脱壳机。

2）提高花生脱壳前的荚果处理技术

根据中国花生新品种审验没有整齐度要求、花生荚果和果仁外形差异显著的情况，增加花生脱壳前荚果分级设备，有利于改善花生脱壳性能。

3）加强果仁处理和黄曲霉检测技术研究

应用密度分选等方法进一步降低杂质含量，加强花生果仁的安全储藏技术研究。对于花生食品加工用花生果仁，应该增加黄曲霉检测环节，确保花生食品加工原料的质量安全。对此，重点借鉴美国花生精细化技术特点，结合花生生产实际情况，逐步提高中国果仁处理技术和装备水平，为中国花生食品加工业发展奠定基础。

4）提高花生产业的系统化程度

借鉴美国花生“产-购-储-脱-销”系统化经验和特点，鼓励企业、农村专业合作社等投资花生产业领域、建立大型综合花生公司，政府作为第三方建立花生质量检验标准、制定合理定价和公平交易机制，规范花生收购行为，让农民放心生产花生、企业放心购买花生。实行“订单花生”和“订单果仁”的花生收购与果仁销售机制，加快花生“产-购-脱-销”系统化建设，使花生种植农户进入到现代花生产业体系之中，保证花生收购、储藏和脱壳加工有序进行。

5）逐步建立花生收储与脱壳中心

借鉴美国花生收购站和脱壳厂发展经验及其运行模式，针对中国以小而分散户经营为主的花生生产方式，在花生种植集中的主产区逐步建立数量和规模适当、区域分布合理的花生收购、储藏和脱壳加工中心，通过这些中心与分散的花生种植户建立“订单”关系，使分散的花生种植和统一、规模化的现代花生产后处理加工密切结合，形成现代的花生产业“统”、“分”结合关系，既可使千家万户的农民安心种植，又可化解花生食品企业和中间商花生储藏、脱壳的风险与投资。建立花生收-储-脱中心，不仅有利于提高花生脱壳加工设备及其利用水平，实现花生脱壳加工的规模化和工厂化，提高花生脱壳质量和效率，而且对提高中国花生产业化水平、促进花生制品加工业发展和提升花生出口竞争力，具有重要的现实意义和长远意义。

7 结 论

在分析美国花生脱壳加工内涵、分类及其在花生产业地位的基础上，从脱壳加工方式及运行系统条件入手，剖析了美国花生脱壳装备与技术构成、应用现状、功能结构、典型脱壳加工工艺流程及装备配置等，对美国花生脱壳加工技术与装备的最新进展和动态进行初步总结和展望，其中包括，花生脱壳厂的脱壳加工能力继续扩大、果仁储藏技术、清洁能源与节能技术最新进展；脱壳加工过程的花生清选、分级、果仁精细化处理、果仁包装环节的技术及装备最新进展；花生脱壳机的刮搓式脱壳原理、波纹刃刮板打杆和薄钢片式栅格凹板筛等关键部件、多滚筒独立驱动和复式清选等技术最新进展等。归纳出美国花生脱壳加工工厂化与规模化、脱壳加工过程精细化、装备大型化和系列化、花生收储和脱壳加工产地化、花生“产-购-储-脱”有序化等主要特点。

在借鉴、吸收国外先进技术的基础上，全面了解、结合实际、合理借鉴观点，深入系统地分析了中国花生脱壳加工现状，找出了存在的脱壳方式、花生脱壳机原理与性能、花生及其果仁处理技术和花生“产-购-储-脱”系统等主要问题及其原因。针对中国花生脱壳加工及产业发展实际，借鉴美国花生脱壳加工技术和发展经验，提出了进一步加强花生脱壳机技术研究、提高花生脱壳前的荚果处理技术、加强花生果仁处理与黄曲霉检测技术研究、提高花生产业系统化程度和逐步建立花生收储与脱壳中心等中国花生脱壳加工的发展建议。提高花生脱壳加工质量，对促进中国花生生产和食用加工业发展，提升国际市场竞争力，具有重大经济意义和长远的战略意义。

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Technology and characteristics of peanut shelling of United States and enlightenment

Lu Rong1,2, Gao Lianxing1※, Chen Charles3, Butts C L4

(1.110866,; 2.,110122,; 3.; 4.,)

Peanut is a very important crop for production and trade of the edible oil not only in China and also in the world. Both China and the United States of America (USA) are important peanut producers and exporters in the world. In 2018, the total groundnut production of China and the USA were about 17 000 kt and 2 477 kt, accounting for 40.52% and 5.93% of the total production in the world respectively. The peanut exportation as well as peanut product exportation from the two countries were 685 kt and 567 kt, accounting for 20.22% and 16.74% of world total respectively. In China, the peanut production is about 7 times of the United States, but the peanut exportation only is 1.2 times of the United States in 2018, which indicates that the United States has become the most efficient and most advanced in peanut processing in the world. Based on comprehensively analysis, the main reasons for the United States to be the leading nation in peanut industry are not only the high mechanization level in peanut harvest but also the most advanced technology in peanut shelling processing. Peanut processing includes the procurement, storage, shelling, grading, and transportation of raw peanuts. The peanut shelling industry is responsible for the food safety and the quality throughout the supply chain. Shelling is a very important part of the post-harvest processing of peanut, which is not only a necessary step in peanut production and processing, but also the key source of peanut kernel damage. The technology status of peanut shelling mechanization determines the peanut kernel quality level, which includes peanut hulling loss, damage, health and safety. The United States is not only the earliest and most technologically advanced country in realizing peanut harvest mechanization, but also the earliest in realizing the mechanization of peanut shelling, with leading technology in the world. The advanced technology and equipment in peanut shelling processing have played an important role in the change of peanut consumption structure and the promotion of demand, the development of food processing industry and the enhancement of the international competitiveness of peanut and its products of the United States. In order to explore the technology and learn from the experience of the USA on peanut shelling which can be referred by Chinese peanut enterprises and engineers, classify, and review the peanut shelling technology of the USA were conducted based on onsite observation and public survey of documents. By means of the systematical analysis of the process of American peanut shelling, the layout of shelling plant and related shelling equipment, and the typical peanut shelling process and equipment configuration，the technical characteristics of American peanut shelling, which is significant different from China in aspects such as the industrialization and the large scale, the advanced equipment and well-equipped assembling, localization and ordering were summarized. The problems that the United States will focus on in the future, including but not limited to the selection, the storage safety, the transportation of peanut nuts, the detection and elimination of aflatoxin, the further improvement of processing efficiency and the optimizing of technology and equipment, etc were also predicted. At last, the suggestions on the development of peanut shelling technology according to the geographical location and gradually innovating from one-stage shelling to cyclic shelling were provided, according to the actual condition of Chinese peanut shelling. Also, suggests were provide developing shelling process from a narrow scope to a broader scope and setting up a standardized process for peanut shelling. The above findings and suggestions should be useful to the improvement of peanut shelling technology not only in China but also in other countries.

agricultural machinery; technology; processing; peanut; shelling; post-harvest machinery; sheller; the United States

2019-03-31

2019-05-03

国家重点研发计划项目（2016YFD0702102）和国家自然科学基金项目（51575367、50775151）

陆 荣，讲师，博士生，主要从事农产品收获与加工机械研究。Email：lurong1025@126.com

高连兴，教授，博士生导师，主要从事农产品收获与加工机械研究。Email：lianxing_gao@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.033

S225.7+3; S226

A

1002-6819(2019)-11-0287-12

陆 荣，高连兴，Chen Charles，Butts C L. 美国花生脱壳加工技术特点及启示[J]. 农业工程学报，2019，35(11)：287－298. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.033 http://www.tcsae.org

Lu Rong, Gao Lianxing, Chen Charles, Butts C L. Technology and characteristics of peanut shelling of United States and enlightenment[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(11): 287－298. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.033 http://www.tcsae.org