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美国食品科技期刊，2010
ISSN 1557-4571
2010 学术期刊公司
水果蔬菜擦丝和削皮机械的设计与研发
摘要：为节约水果擦丝和削皮的时间，在水果加工时需要水果擦丝器和削皮器。特别是在制作沙拉或装饰（如果盘装饰）时，擦丝器显得尤为重要。在具体装饰过程中，需要一种合适的擦丝器。这对于食品（加工）企业以最小的成本运转公司非常重要。手工削皮浪费时间，可能需要几个工人来执行这项工作，从而增加公司运营成本。因此，在本研究项目中，设计了一种同时包含擦丝和削皮功能的机器设备。这种新机器设备适合家用，它形制小、重量轻，方便携带和储存。它的零部件包含夹钳、擦丝刀、削皮刀片、移动手把以及一对终端切割刀。通过对经挑选的水果进行机器自动擦丝削皮和手工擦丝削皮的实验，结果表明该机器能对多种水果和蔬菜进行擦丝，且与手工削皮相比，能节约94%的时间。
关键词：水果擦丝削皮机，擦丝，削皮，水果，蔬菜
前言
水果或者蔬菜的擦丝对于获得优良的粉碎产品很重要，在当前的市场上，擦丝器多种多样，形状大小不一，每种擦丝器都含有几种不同的刀片。选择大小合适的刀片对于机器的具体使用目的是关键的。根据Sharon和Christine2000年发表的观点来看，圆孔越大，工作效果最好。然而，CIA2007年的报告认为，圆孔越小，终端产品越好。机器最好的那面用来擦丝，且应该被运用来擦那些结实而质地坚硬有纹理的食物（原材料）。目前市场上可得到的擦丝器设计是盒子型的擦丝器，它有大小不一的四个面，每个面形状也不尽相同。平板型擦丝器对于直接制作锅烩或沙拉是一个很好的选择。表面有数排切割面的平板擦丝器或曲线擦丝器是广泛熟知的擦丝器型号。一般说这种工具表面为金属层，打有很多锋利的孔，或者装有切割槽，把食物材料切割成碎片（Better Homes和Gardens, 2003）。市场上用来加工水果和蔬菜的擦丝器通常都是手动型的。
水果削皮即把通常起保护作用的皮与果肉分离开。传统方法是用锋利的刀，刀锋在果肉与皮之间用力，然后分开他们。不同的水果形状大小有差异，需要不同种类的机器分别来加工这些水果。因此，加工特定的水果需要使用特定的机器，以最大限度地提高加工效率，例如给橘子削皮。削皮机要把壳（会有些果肉）削下来。众所周知，在削皮的工艺中，用两块对应的刀片来确保和循环移动以保证水果切片的平均大小。用来削苹果、梨等水果的机器设备在很久前就为人熟知，他们是不同形制的。如今市场上可买到的水果削皮机是用来为皮层光滑的水果去皮的，如橘子和西瓜。
根据马丁的研究（2000），一些削皮机器内装置可移动螺丝钳，它有一对钳子，用来夹紧水果或蔬菜，呈杯状的刀片在水果的轮廓上移动，把皮削掉。阿斯卡里（2005）说道，尽管大多数水果果皮的厚度都大致相同，但也有些果皮厚度不一，例如橘子，外果皮的厚度和中果皮的厚度从果蒂处开始到其相对应的极点花蒂处逐渐变化，这种厚度的变化可能达到2-4毫米。
已经有很多设计方案使削皮机械化，主要是运用机床装置加工水果：水果被置于夹板中间，一个或多个固定或者转动的工具在水果表面来面做削皮工作，就像人工削皮一样，把皮分离开来。在工业用途中有很多类似的机器发明，适用于柑橘类水果的削皮，如橘子。一些发明适用于菠萝、瓜和芒果的削皮。还有一些发明不仅仅为某种特定的水果削皮，而是还适用于多种水果的削皮。
就中小型号削皮机而言，水果或者蔬菜的两端被卡在回旋支撑点和基座之间，由电动机牵引来回转动。支架臂上的旋转刀片也由这个同一的发动机牵引。而且，刀片在水果或蔬菜的表面来回运动，使得刀锋和水果或蔬菜的表面接触（以便削掉皮）。此种削皮机削皮、粉碎时不能把水果或蔬菜的两端切掉，使用者需人工用刀将其切除，因而增加了劳动量。更实用的做法就是，装置一对水果或蔬菜的末端切割刀片，在削皮完成之后不需要再单独把削果皮的蔬菜或水果拿下来进行末端切割。此外，这种类型的削皮机并不包含任何特殊结构的擦丝装置。一种外来水果火龙果日益流行，这种水果的皮呈鳞纹状结构，市场上的削皮机不易把它的皮削掉。由于这种水果引起了不少消费者的关注，这种水果的加工和该水果的饮料生产正变得流行起来。因此，需要一种合适的削皮机来保证完成火龙果的削皮工作。
这项科技研究的目标是研发出一种适合家庭使用的擦丝削皮机，它体积小，重量轻，便于携带和储存。同时也是为了研发出一种廉价但用途深远的机器设备，用于中小型水果或蔬菜的系统加工过程。
材料和方法
这项研发设计始于2008年，2009年完成。
设计方法和原理
该机器设备设计来为水果或蔬菜擦丝和削皮，它形制小，质地轻，方便携带和储存，适合在家用。
设计理念
这项发明是关于水果或蔬菜擦丝削皮机器的，它是一种多功能的机器，可以擦丝、削皮和切割水果或蔬菜。这三种功能的结合使其不同于市场上其他的擦丝机或者削皮机。不管瓜果的皮层有无鳞纹刺丁，也不管瓜果的形状是球形还是椭圆形，这种机器都能把它的皮削下来，而且不是用手工工具，节约了时间和精力。
特殊的机器组成部件被设计来为水果或蔬菜，或同时为水果和蔬菜擦丝，可以用它来分别制作粉碎状或丝状的水果和蔬菜，如胡萝卜丝、木瓜丝，对于沙拉和食物装饰搭配的制作很有用。除了它有水果和蔬菜擦丝和削皮的功能外，这种机器设备还廉价且有深远的用途，用于中小型水果或蔬菜的系统加工过程。
擦丝、削皮和切割三种功能的融合有利于减少加工时间，把这几种加工程序联合成一道处理工序，其目的是减少运营成本。
概念选择过程
表格一阐释了联合三种功能的具体设计方式。
机器装备研发和操作性研究
在这种机器的研发中，需要建立两种重要的研究步骤。一是机器设备的制造装配，二是装配好的机器的运营研究。
设备的组装
该机器设备的正视图见图1，其零部件包括三叉器、推杆、擦丝片、削皮刀、手柄和终端切割刀。这些主要零部件的详细设计说明见表1，整个机器由不锈钢（SUS316）制作而成。下面简要地介绍了它的结构：
表一：组合工序的详细设计说明
所需工序 零部件 功能作用
擦丝 擦丝机 为瓜果擦丝
削皮 削皮刀 为瓜果削皮
切割 末端切割刀 摩擦削皮后切割瓜果
图一：机器正视图（正面图 ） 1：推杆 2：三叉器 3：磨皮机 4：削皮刀 5：末端切割刀 6：开关 7：安全盖 8：臂杆
三叉架：三叉器置于机身内，三叉架托起将被磨皮和削皮的瓜果，然后使瓜果在三叉架上转动。
推杆：推杆和三叉架位于同一轴柱上，它位于与三叉架相对的另一轴柱端，通过螺母调节器，推杆可以上下移动。推杆将水果推送与三叉架靠近，以确保水果在三叉架上正常旋转。
擦丝器：擦丝器安装在一跟可移动杆上，其功能之一是将水果或蔬菜，或水果和蔬菜擦成丝，用作食物的装饰点缀。
削皮刀：削皮刀装在臂杆上，其功能是削掉水果和蔬菜的皮。
臂杆：臂杆位于一个滑动柱上，与水果旋转轴平行移动。臂杆一端装着削皮刀，用来为瓜果削皮。用弹性机制作用于臂杆，让臂杆轻轻挨着水果，使得削皮刀靠近水果。臂杆确保了削皮刀在水果的外轮廓上移动，因此水果的皮可以完全被削掉。
末端切割刀：末端切割刀安装在另一个操作杆上，它的功能是切掉水果的末端。
动力装置：本机器使用使用电动机动力。
操作性研究
水果被置于三叉架中心，推杆抵在水果上端的中心点，护住水果。然后，打开开关，启动机器。左拧开关按钮，启动擦丝机；右拧开关按钮，启动削皮机。一旦机器启动，下夹持器会转到水果，同时擦丝刀或者削皮刀开始与水果直立轴平行移动，确保刀片和水果皮层接触。
水果或蔬菜的擦丝是运用表面有孔的擦丝机完成，而削皮则是靠臂杆和削皮刀的功能结合，在水果整个外形轮廓上一定完成的。在水果或蔬菜成功被削完皮或切成丝后，水果的两端会被移动的末端切割刀片切下。要完成这道工序，擦丝器应与处于转动状态中的水果或蔬菜的表面接触。
实验测试
水果和蔬菜
在马来西亚雪兰莪州本地市场上能买到很多水果，如木瓜、苹果、橘子、梨、柠檬、红色或白色的火龙果，同时也能买到很多蔬菜，诸如黄瓜、土豆和胡萝卜。这些水果和蔬菜被进行了擦丝和削皮（实验检测），对削皮器（本文只削皮刀片）的功效进行了评估。
样本大小
样本是根据其高度（单位：厘米）和直径（单位：厘米）来确定的。
削皮时间测试
通过该机器对经挑选后的水果和蔬菜削皮，测试了每一样本所需的削皮时间。同时，也使用了刀子进行手工削皮，目的是对两种削皮方式所需的时间进行对比。所有的时间花费指数为三种测试的平均时间数。
机器测试
本水果机器经过了擦丝、削皮和切割的测试过程。
结果和论述
擦丝
这是一种能自动将水果或蔬菜擦成丝的机器，不管这种水果的皮层有无鳞纹刺丁，图3和4a-c展示了一些能用这种机器擦丝的水果和蔬菜，如木瓜、胡萝卜和黄瓜。
图三：黄瓜擦丝
图四：擦丝：（a）黄瓜丝 （b）胡萝卜丝 （c）木瓜丝
图五：削皮后的结果：（a）木瓜 （b）木瓜果肉 （c）木瓜皮
从图三可以看出，这种机器能成功将黄瓜制成碎片状或丝状产品。擦丝的时间因原料的形状和大小的不同而有所差异。如果原料的直径在四到十厘米之间，擦丝时间在三到八秒（得看原料的高度）。擦丝程序可以根据需要持续下去。
削皮和削皮耗时
这是一种能自动将水果或蔬菜擦削皮的机器，不管这种水果是圆形（球行）还是椭圆形。很多水果和蔬菜可以用它这种机器削皮，如木瓜。芒果和土豆。图5a-c就是一些削皮的例子。
测试结果显示，与手工削皮相比，这种机器能节约94%的削皮时间（见图六）。这对于水果和蔬菜的加工来说是非常有用的。当然，削皮时间还取决于皮层的大小和质地，小体积水果的削皮速度比大体积水果要快，比如，图土豆的削皮比橘子的要快，因为土豆体积要小，如表二所示。水果和蔬菜的手工削皮比机器削皮要慢。因此，通过使用这种机器，苹果、柠檬和土豆的节约的削皮时间比那些低于92%的要多，这可能是由于皮的硬度不同。和皮质明显较软火龙果相比，这种新机器为皮质较硬的水果削皮效率要高，比如苹果。
机器特点
当前存在的水果和蔬菜的削皮和擦丝机的设计和发明都是两种分开的机器。表三展示了一些美国专利申请处公开的擦丝机和削皮机，表四描述了它们和这项新设计的机器对比时的一些相似的科技特点。2008年，这项新设计在马来西亚被列为专利存档了。它表明，这项新的机器设计结合了擦丝机、削皮机和切割机的功能，目前市场上还找不到这样的机器。这种新机器使得水果或蔬菜的削皮变得高效率。比如，水果在削皮完成后紧接着就擦丝，两道工序都是在同一机器中完成。表四也清楚地表明两种机器的不同，这种新的擦丝削皮机简化了其很多优点。
结论
新的水果和蔬菜的擦丝削皮机器被设计且装配出来了，经检测，该装置具有为中小型水果和蔬菜擦丝削皮的功效，如苹果、橘子、黄瓜、木瓜和土豆。用这种机器可以成功地自动将水果或蔬菜切成丝或片，也发现能将挑选后的水果和蔬菜满意地削去皮。然而，有几方面还有待提高，如在切割程序中添加敏感探测仪器，进一步的改修和提高将使它在商业运作中发挥更新的潜力，作为万能的擦丝削皮机，促进工序的提高。由于形制小、质地轻，这种新型机器也适合家用和食品供给行业使用，如酒店。
鸣谢
参考文献