Progettazione e sperimentazione di una pelatrice combinata per castagne d'acqua

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2393 (2023) Citare questo articolo

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La castagna d'acqua è una verdura acquatica caratteristica della Cina e la sua richiesta di sbucciare frutta fresca è in rapido aumento. Mirando ai problemi esistenti di alta intensità di manodopera e bassa efficienza della pelatura manuale, è stata progettata una macchina combinata per la pelatura delle castagne d'acqua, che utilizzava un coltello rotante per rimuovere germoglio e radice e nastri a frizione differenziale per rimuovere la buccia laterale. Le prestazioni della pelatrice sono state testate con castagne d'acqua di Xiaogan, Hubei, Provenza. Nelle condizioni di una massa di alimentazione di 200 g e di una velocità di rotazione di 10 giri/min, il test a fattore singolo è stato effettuato con la velocità di taglio come fattore di influenza e la velocità di taglio di germoglio e radice come indice di valutazione. I risultati hanno mostrato che la velocità di taglio del frutto fresco del germoglio e della radice della castagna d'acqua era rispettivamente del 79,04% e dell'83,77% quando la velocità di taglio del coltello rotante era di 1,2 m/s. Nei nastri ad attrito differenziale, le velocità lineari alte e basse sono state prese come fattori di influenza e la velocità di rimozione della pelatura laterale è stata utilizzata come indice di valutazione. Il tasso di rimozione della pelatura laterale è stato dell'84,93% alla velocità lineare ad alta velocità di 2,1 m/s e alla velocità lineare a bassa velocità di 1,58 m/s. Sono state valutate le prestazioni dell'intera macchina e i risultati hanno mostrato che la perdita di lavoro della macchina combinata per la pelatura delle castagne d'acqua è stata del 43,03% e il tasso di pelatura complessiva è stato del 77,43%, raggiungendo i requisiti di progettazione. Questo studio può fornire un riferimento per la ricerca e lo sviluppo del dispositivo per la pelatura delle castagne d'acqua.

La castagna d'acqua, conosciuta anche come Eleocharis, è una delle verdure acquatiche più importanti della Cina. È ampiamente coltivato nell'Hubei, nel Guangxi, nello Zhejiang, nell'Hunan e in altri luoghi, con un'area totale di 50.000 hm2 e la produzione annua di frutta fresca di castagna d'acqua è di 600.000-800.000 tonnellate1,2. Attualmente, incentrata sull'attuazione della strategia nazionale di rivitalizzazione rurale e sulle esigenze dello sviluppo economico della contea "una contea, un prodotto", la piantagione di castagne d'acqua nel Guangxi, Hubei e in altri luoghi si sta sviluppando rapidamente3,4,5. Le castagne d'acqua dolce dopo la sbucciatura possono essere utilizzate per la lavorazione di frutta candita e frutta in scatola, che può raggiungere un valore economico più elevato6,7. Tuttavia, la pelatura delle castagne d'acqua viene ancora eseguita principalmente manualmente, con elevata intensità di manodopera, bassa efficienza e alti costi di produzione, il che è difficile da soddisfare le esigenze dello sviluppo industriale. La tecnologia della pelatura è diventata uno degli ostacoli allo sviluppo dell'industria delle castagne d'acqua.

Studiosi nazionali e stranieri hanno studiato le comuni tecnologie di pelatura di frutta e verdura8,9,10,11, tra cui principalmente il peeling chimico, il peeling a vapore, il peeling meccanico, ecc.12,13,14,15. La pelatura a vapore farà cuocere le castagne d'acqua e perderà il loro sapore fresco16,17, quindi questo metodo non è fattibile. Il peeling chimico è imbevuto di liscivia, che è altamente inquinata dai liquidi di scarto e soggetta a residui di liscivia e ha un impatto sulla sicurezza alimentare18,19,20. La pelatura meccanica è il metodo di pelatura più antico e più lungo applicato per frutta e verdura, ed è anche un metodo più efficiente e rispettoso dell'ambiente21,22,23. Il peeling chimico e il peeling a vapore possono inserire un gran numero di frutti target contemporaneamente, in modo da ottenere un'elevata efficienza lavorativa. Tuttavia, al momento, il problema della maturazione della polpa o dei residui liquidi dannosi non può essere risolto. La pelatura meccanica non causerà potenziali rischi per la sicurezza e la salute dei frutti e soddisfa i requisiti alimentari. Pertanto, l'industria della pelatura si concentra generalmente su macchinari, come Cao Chengmao, che ha progettato una pelatrice per germogli di bambù con taglio a coltello e attrito volvente, pelatura meccanizzata di germogli di bambù24; Zeng Rong ha progettato una sgusciatrice integrata multicanale per semi di loto freschi. La ruota scanalata di profilatura multicanale è stata utilizzata per realizzare lo scarico singolo di semi di loto freschi, il taglio circolare di taglierine interne ed esterne e la separazione di gusci e noccioli laminati, in modo da realizzare la sgusciatura dei semi di loto freschi25; Yu Guohong ha progettato un pelapatate dolce con profilo adattivo flessibile basato sulle caratteristiche fisiche delle patate dolci per ottenere migliori prestazioni di pelatura delle patate dolci26. Xu Xieqing ha progettato una macchina per la pelatura dei semi di loto freschi basata sul metodo del getto d'acqua per ridurre il lavoro manuale e migliorare l'efficienza della pelatura27.