果皮剥离特性的测定装置及测定方法
【专利摘要】本发明涉及果皮物理特性测定技术领域，尤其是涉及一种果皮剥离特性的测定装置及测定方法，该装置包括固定架、固定夹持机构、移动夹持机构、动力源和检测机构；固定夹持机构、移动夹持机构和动力源均设置在固定架上，固定夹持机构用于夹紧固定果实；移动夹持机构与动力源传动连接，移动夹持机构用于夹住果皮，动力源用于带动移动夹持机构运动以使果皮与果肉分离；检测机构与移动夹持机构连接，用于检测移动夹持机构对果皮的作用力变化以及移动夹持机构的位移变化。本实施例提供的果皮剥离特性的测定装置及测定方法，能够客观准确的表征柑橘果皮的特性，从而便于研究剥皮效果好、果皮损伤少的机械化剥皮设备。
【专利说明】
果皮剥离特性的测定装置及测定方法
技术领域
[0001]本发明涉及果皮物理特性测定技术领域，尤其是涉及一种果皮剥离特性的测定装置及测定方法。
【背景技术】
[0002]柑橘类水果品种繁多，营养丰富，具有重要的营养价值、经济价值，不仅是世界三大国贸农产品之一，也是中国的重要大宗农产品之一。目前，我国柑橘类水果的种植面积与年产量均为世界第一，充分体现了柑橘在我国的农业经济领域中，作为主要的大宗农产品，扮演着重要的角色，也体现了柑橘在我国的重要地位。柑橘加工业也成为我国农业经济产业中越来越重要的产业支柱，在促进农产品产业的发展中发挥着重要的作用
[0003]手动去皮不仅大大加大了柑橘加工企业的生产成本，同时也大大耗损劳动力资源，而随着国际劳动力的日益锐减，不断上升的生产成本以及市场上越来越严格的食品安全卫生要求，使得淘汰人工剥皮，实现柑橘剥皮自动化以及相关技术的开发变得更为重要。因而在柑橘加工生产技术的发展中，用机械剥皮来取代人工操作来实现柑橘剥皮的自动化生产，不仅可以节省大量的劳动力，大大降低产品的加工成本，提高生产效率，同时也保障了食品的安全卫生，促进产品品质的提高，给加工企业带来将会是更为开阔的发展空间。
[0004]要想设计出理想的柑橘机械剥皮技术及工业化机械设备，就必须对柑橘的相关特性进行大量测试和研究，全面深入地研究柑橘果、皮分离的机理，从而寻找到较为有效的理想去皮方式。通过对柑橘果皮剥离特性的测定，拓展柑橘果皮物理特性的研究范围，能够客观准确的表征柑橘果皮的特性，为实现柑橘的机械化剥皮避免在柑橘剥皮机的使用时产生剥皮效果差，果皮损伤率却很高的问题提供了数据支持。
[0005]质构仪(TextureAnalyser)又叫物性测试仪，是精确的感官测定仪器，可对样品的物性概念作出数据化的表述。近年来随着食品加工行业的不断发展，质构仪这种客观性强，操作性强的仪器，已经成为国内外很多研究机构的重要研究仪器和研究手段，是食品加工行业公认的物性(质构)标准检测仪器，如何利用质构仪来测定柑橘果皮剥离特性，以避免柑橘在机械化剥皮过程中出现的剥皮效果差，果皮损伤率高等现象成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]针对上述技术问题，本发明提供了一种果皮剥离特性的测定装置，包括固定架、固定夹持机构、移动夹持机构、动力源和检测机构；固定夹持机构、移动夹持机构和动力源均设置在固定架上，固定夹持机构用于夹紧固定果实;移动夹持机构与动力源传动连接，移动夹持机构用于夹住果皮，动力源用于带动移动夹持机构运动以使果皮与果肉分离;检测机构与移动夹持机构连接，用于检测移动夹持机构对果皮的作用力变化以及移动夹持机构的位移变化。
[0007]进一步地，固定夹持机构包括固定座、回转轴和两个夹持刃；固定座包括两个支撑板，两个支撑板平行间隔的设置在固定架上;一个夹持刃固定设置在一个支撑板的上端，另一个夹持刃通过回转轴与另一个支撑板的上端转动连接。
[0008]进一步地，移动夹持机构包括果皮夹、驱动绳索和定滑轮;定滑轮设置在固定架上，且与固定夹持机构相对;驱动绳索的一端与果皮夹连接，另一端绕过定滑轮与位于定滑轮上方的动力源传动连接;检测机构与驱动绳索连接，果皮夹用于夹住果皮。
[0009]进一步地，检测机构包括质构仪;质构仪的连接头与驱动绳索的一端连接;质构仪的动力机构为动力源。
[0010]进一步地，果皮夹包括螺栓和两个夹板，两个夹板相对设置，且至少有一个夹板的一端与驱动绳索连接;每个夹板上均设置有螺孔，螺栓穿设在两个螺孔内，螺栓用于调节两个夹板之间的距离，并将果皮固定在两个夹板之间。
[0011]本发明还提供了一种果皮剥离特性的测定方法，包括以下步骤:
[0012]将柑橘样品放入蒸锅加热预设时间；
[0013]将柑橘样品进行起皮处理，并将果实部分置于固定夹持机构上固定，果皮部分置于移动夹持机构上固定；
[0014]驱动移动夹持机构移动，利用检测机构记录果皮与果肉分离时的作用力以及位移。
[0015]进一步地，柑橘样品为多个，多个柑橘样品为成熟程度相同，表面没有发生破损，正常生长且新鲜的柑橘。
[0016]进一步地，起皮处理的具体步骤为:在柑橘样品的起皮位置划一道预设宽度的切口，并将该切口内果皮的一端向外掀开8mm?12mm。
[0017]进一步地，加热温度为75Γ?85Γ。
[0018]本发明提供的果皮剥离特性的测定装置，利用动力源带动移动夹持机构运动以分离果皮和果肉，模拟果皮剥离的过程，同时利用检测机构检测移动夹持机构对果皮的作用力变化及其位移变化，实现果实剥皮特性的测试，得到果皮分离力学特性，从而有助于设计出高剥净率、低损伤率的剥皮设备。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本发明实施例提供的果皮剥离特性的测定装置的示意图；
[0021]图2为本发明实施例提供的果皮剥离特性的测定方法中加热时间对最大拉力和分离时位移的影响条形图；
[0022]图3为本发明实施例提供的果皮剥离特性的测定方法中拉皮宽度对最大拉力和分离时位移的影响条形图；
[0023]图4为本发明实施例提供的果皮剥离特性的测定方法中拉皮方向对最大拉力和分离时位移的影响条形图。
[0024]附图标记:
[0025]1-固定架；2-固定夹持机构；21-固定座；
[0026]22-回转轴；23-夹持刃；3_移动夹持机构；
[0027]31-果皮夹；32-驱动绳索；33-定滑轮；
[0028]4-检测机构。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0031]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0032]图1为本发明实施例提供的果皮剥离特性的测定装置的示意图。如图1所示，本实施例提供的果皮剥离特性的测定装置，包括固定架1、固定夹持机构2、移动夹持机构3、动力源(图中未示出)和检测机构4;固定夹持机构2、移动夹持机构3和动力源均设置在固定架I上，固定夹持机构2用于夹紧固定果实;移动夹持机构3与动力源传动连接，移动夹持机构3用于夹住果皮，动力源用于带动移动夹持机构3运动以使果皮与果肉分离;检测机构4与移动夹持机构3连接，用于检测移动夹持机构3对果皮的作用力变化以及移动夹持机构3的位移变化。
[0033]其中，固定夹持机构2有多种结构形式，例如包括相对设置的两个半圆形弧座，其中至少有一个弧座能够相对于固定架I滑动，以便适应不同大小的果实样品(例如柑橘)。又如固定夹持机构2包括机械手，机械手最好是三爪或以上，以更好地抓紧固定柑橘样品。
[0034]移动夹持机构3也有多种结构形式，例如包括相对设置的两个夹板，两个夹板通过螺栓调节距离以便夹紧果皮，至少有一个夹板的一端连接有绳索，通过绳索拉动两个夹板移动以便拉动果皮。又如，移动夹持机构3可以为一个大小适中的轻质夹子，夹口夹住果皮，夹尾连接绳索。
[0035]还有，检测机构4可以是一种检测仪器，例如质构仪或者万能试验机等，此时动力源为仪器本身动力机构。检测机构4还可以包括拉力计和直尺，拉力计用于测拉力，直尺用于显示位移，此时动力源为外部动力源，例如电机，气缸或者液压缸等。
[0036]最后，固定架I的结构形式也有多种，例如，当检测机构4为一种检测仪器例如质构仪，由于质构仪本身具有机架和工作平台，此时固定架I可以为固定板;若检测机构4为拉力计和直尺时，固定架I可以是机架与工作台的组合。
[0037]在上述实施例的基础上，进一步地，固定夹持机构2包括固定座21、回转轴22和两个夹持刃23;固定座21包括两个支撑板，两个支撑板平行间隔的设置在固定架I上;一个夹持刃23固定设置在一个支撑板的上端，另一个夹持刃23通过回转轴22与另一个支撑板的上端转动连接。
[0038]参见图1，固定夹持机构2的一种结构形式包括固定座21、回转轴22和两个夹持刃23;固定座21包括平行间隔设置的两个支撑板，两个夹持刃23分别设置在两个支撑板的上端，其中一个夹持刃23固定不动，另一个夹持刃23通过回转轴22与支撑板转动连接，即该夹持刃23位于回转轴22的一端，回转轴22与该支撑板的上端为螺纹连接，旋转回转轴22，该夹持刃23朝另一个夹持刃23靠近。回转轴22的另一端可以设置有易于手握的手柄，该结构形式简单，操作方便，两个夹持刃23之间的距离易于调节以便适应不同大小的柑橘样品。
[0039]在上述实施例的基础上，进一步地，移动夹持机构3包括果皮夹31、驱动绳索32和定滑轮33;定滑轮33设置在固定架I上，且与固定夹持机构2相对;驱动绳索32的一端与果皮夹31连接，另一端绕过定滑轮33与位于定滑轮33上方的动力源传动连接;检测机构4与驱动绳索32连接，果皮夹31用于夹住果皮。
[0040]参见图1，移动夹持机构3的一种结构形式包括果皮夹31、驱动绳索32和定滑轮33;驱动绳索32的一端与果皮夹31连接，另一端通过检测机构4与动力源传动连接，利用定滑轮33改变力的方向，同时保证果皮夹31与固定夹持机构2持平，以维持一个方向的拉皮动作。[0041 ]在上述实施例的基础上，进一步地，检测机构4包括质构仪;质构仪的连接头与驱动绳索32的一端连接;质构仪的动力机构为动力源。
[0042]参见图1，检测机构4包括质构仪，使用时，固定架I置于质构仪的工作平台上，调节夹持刃23适应柑橘大小并夹住柑橘；
[0043]将驱动绳索32—端通过质构仪连接头与位于定滑轮33正上方的质构仪相连接，驱动绳索32另一端连接有果皮夹31;被测柑橘固定在两个夹持刃23之间，用果皮夹31夹住已起开的果皮，启动质构仪，在质构仪的竖直上升拉力下，果皮夹31沿水平方向向定滑轮33运动，果皮被拉动。果皮夹31作用力的大小通过质构仪测量出来，并在计算机上显示出拉力值和位移值。
[0044]在上述实施例的基础上，进一步地，果皮夹31包括螺栓和两个夹板，两个夹板相对设置，且至少有一个夹板的一端与驱动绳索32连接;每个夹板上均设置有螺孔，螺栓穿设在两个螺孔内，螺栓用于调节两个夹板之间的距离，并将果皮固定在两个夹板之间。
[0045]果皮夹31的一种结构形式为包括相对设置的两个夹板和螺栓，两个夹板用于夹持果皮，螺栓用于调节两个夹板之间的距离以夹住或者取下果皮。该结构简单方便，调整性好。
[0046]本发明还提供了一种果皮剥离特性的测定方法，包括以下步骤:
[0047]将柑橘样品放入蒸锅加热预设时间；
[0048]将柑橘样品进行起皮处理，并将果实部分置于固定夹持机构2上固定，果皮部分置于移动夹持机构3上固定；
[0049]驱动移动夹持机构3移动，利用检测机构4记录果皮与果肉分离时的作用力以及位移。
[0050]新鲜柑橘的果皮因其具有较大的硬度和脆性，果皮与果肉之间存在橘络，存在较大的粘着力，使得在剥皮时容易出现果皮断裂而导致果皮不容易被剥离，不利于果皮剥离特性的测定。
[0051]本实施例提供的果皮剥离特性的测定方法，对柑橘进行蒸汽加热处理可以降低果皮的硬度和脆性，减小橘络与果皮之间的粘着力，并可以有效地增强柑橘果皮的韧性，使果皮在剥皮过程中可以成片地撕扯下来，准确客观地刻画柑橘果皮剥离特性。
[0052]本实施例依据的测定原理为:在柑橘果皮拉皮过程中，拉力值反映果皮与果肉之间的粘结力与果皮的撕裂力，拉力值越小说明果皮越容易被剥离，即最大拉力值越小说明柑橘果、皮分离程度越容易；而分离时位移值越大说明拉皮结果，果皮长度越长，拉皮的效果越好。
[0053]依据该原理，将柑橘样品进行起皮处理后，将果实部分置于固定夹持机构2上固定，果皮部分置于移动夹持机构3上固定，且果皮起皮部分朝向移动夹持机构3方向；然后驱动移动夹持机构3移动，利用检测机构4记录果皮与果肉分离时的作用力以及位移。
[0054]在上述实施例的基础上，进一步地，柑橘样品为多个，多个柑橘样品为成熟程度相同，表面没有发生破损，正常生长且新鲜的柑橘。
[0055]选取多个成熟程度相同，表面没有发生破损，正常生长且新鲜的柑橘作为柑橘样品，将蒸汽加热时间、拉皮方向、拉皮宽度三个对象作为自变量因素依次进行单因素试验，获得试验数据，以分析试验指标的变化规律。每组单因素试验取10个样本测试，试验后保存记录与试验结果。
[0056]蒸汽加热时间试验条件:取拉皮方向为径向拉皮，拉皮宽度为25mm，蒸汽加热时间依次为:Imin、2min、3min、4min以及无处理作为对照组，共进行5组单因素试验。
[0057]拉皮宽度试验条件:取拉皮方向为径向拉皮，蒸汽加热时间2min，拉皮宽度依次为:20mm、25mm、30mm，共3组单因素试验。
[0058]拉皮方向试验条件:取拉皮宽度25mm，蒸汽加热时间2min，拉皮方向分别为:径向拉皮、中部往底部拉皮、中部往顶部拉皮、顶部往中部拉皮、底部往中部拉皮，共5组单因素试验。
[0059]10组试验结果中取每组试验过程中拉力最大值和果、皮分离时的位移值并求得其平均值作为测试结果分别绘制蒸汽加热时间、拉皮方向、拉皮宽度对最大拉力和分离时位移的影响条形图如图2、图3和图4所示。
[0060]由图2、图3和图4可得出以下测定结果:
[0061 ] 1、蒸汽加热可以显著降低柑橘果、皮分离时的最大拉力值;蒸汽加热时间对分离时位移值没有显著的影响，分离时位移值整体变化不大；
[0062]2、随着拉皮宽度的变化，柑橘果、皮分离最大拉力值与分离时位移无显著变化；
[0063]3、在拉皮宽度为25mm，蒸汽加热时间2min的条件下，不同拉皮方向的最大拉力值无显著差异，其中最大拉力值从小到大对应的拉皮方向依次为:底部往中部拉皮、径向拉皮、顶部往中部拉皮、中部往顶部拉皮、中部往底部拉皮。
[0064]在上述实施例的基础上，进一步地，起皮处理的具体步骤为:在柑橘样品的起皮位置划一道预设宽度的切口，并将该切口内果皮的一端向外掀开8mm?12mm。
[0065]多个柑橘样品在经过蒸汽加热后，根据实验条件的设定，在预设位置划一道预设宽度的切口，并将该切口内果皮向外掀开8mm?12mm，便于果皮夹31的夹持，利于测定试验的进行。
[0066]在上述实施例的基础上，进一步地，加热温度为75°C?85°C。
[0067]蒸汽的加热温度在75°C?85°C，优选地为80°C±2°C，根据试验条件加热预设时间。
[0068]通过以上实施方式，本实施例提供的果皮剥离特性的测定装置及测定方法，能够客观准确的表征柑橘果皮的特性，得到果实剥离的平均拉力值以及如何处理能使得拉皮效果较好，从而便于研究剥皮效果好、果皮损伤少的机械化剥皮设备。
[0069]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种果皮剥离特性的测定装置，其特征在于，包括固定架、固定夹持机构、移动夹持机构、动力源和检测机构； 所述固定夹持机构、所述移动夹持机构和所述动力源均设置在所述固定架上，所述固定夹持机构用于夹紧固定果实;所述移动夹持机构与所述动力源传动连接，所述移动夹持机构用于夹住果皮，所述动力源用于带动所述移动夹持机构运动以使果皮与果肉分离； 所述检测机构与所述移动夹持机构连接，用于检测所述移动夹持机构对果皮的作用力变化以及所述移动夹持机构的位移变化。2.根据权利要求1所述的果皮剥离特性的测定装置，其特征在于，所述固定夹持机构包括固定座、回转轴和两个夹持刃； 所述固定座包括两个支撑板，两个所述支撑板平行间隔的设置在所述固定架上；一个所述夹持刃固定设置在一个所述支撑板的上端，另一个所述夹持刃通过所述回转轴与另一个所述支撑板的上端转动连接。3.根据权利要求1所述的果皮剥离特性的测定装置，其特征在于，所述移动夹持机构包括果皮夹、驱动绳索和定滑轮； 所述定滑轮设置在所述固定架上，且与所述固定夹持机构相对;所述驱动绳索的一端与所述果皮夹连接，另一端绕过所述定滑轮与位于所述定滑轮上方的所述动力源传动连接;所述检测机构与所述驱动绳索连接，所述果皮夹用于夹住果皮。4.根据权利要求3所述的果皮剥离特性的测定装置，其特征在于，所述检测机构包括质构仪;所述质构仪的连接头与所述驱动绳索的一端连接;所述质构仪的动力机构为所述动力源。5.根据权利要求3所述的果皮剥离特性的测定装置，其特征在于，所述果皮夹包括螺栓和两个夹板，两个所述夹板相对设置，且至少有一个所述夹板的一端与所述驱动绳索连接；每个所述夹板上均设置有螺孔，所述螺栓穿设在两个所述螺孔内，所述螺栓用于调节两个所述夹板之间的距离，并将果皮固定在两个所述夹板之间。6.—种果皮剥离特性的测定方法，其特征在于，包括以下步骤: 将柑橘样品放入蒸锅加热预设时间； 将柑橘样品进行起皮处理，并将果实部分置于固定夹持机构上固定，果皮部分置于移动夹持机构上固定； 驱动移动夹持机构移动，利用检测机构记录果皮与果肉分离时的作用力以及位移。7.根据权利要求6所述的果皮剥离特性的测定方法，其特征在于，所述柑橘样品为多个，多个所述柑橘样品为成熟程度相同，表面没有发生破损，正常生长且新鲜的柑橘。8.根据权利要求6所述的果皮剥离特性的测定方法，其特征在于，所述起皮处理的具体步骤为:在柑橘样品的起皮位置划一道预设宽度的切口，并将该切口内果皮的一端向外掀开8mm?I2mmο9.根据权利要求6所述的果皮剥离特性的测定方法，其特征在于，所述加热温度为75°C?85 cC ο
【文档编号】G01N19/04GK106053338SQ201610347118
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】陈红, 李善军, 秦波, 杨炜圳, 李云朋, 彭凯杰, 徐翔宙, 尹伊君, 王大同, 潘海兵
【申请人】华中农业大学