Розробка ефективного та економічно вигідного методу переробки кедрових горіхів
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.328828Ключові слова:
кедровий горіх, шкаралупа, ефективний пристрій, реологічні та механічні властивості, розрахунок міцностіАнотація
Це дослідження аналізує міцнісні характеристики шкаралупи кедрового горіха для підвищення ефективності вилучення ядра. Сучасні методи мають недоліки, зокрема пошкодження ядра, необхідність попереднього нагрівання та високе енергоспоживання. Лабораторними випробуваннями за допомогою структурометра ST-2 аналізували механічні та реологічні властивості шкаралупи за різної вологості.
Найефективніший метод розколювання шкаралупи без пошкодження ядра (горіхи 10,8–11,4 мм) – використання конусного індентора 90° при вологості 16–17 % із середньою руйнівною силою 7,0 кг. Математичне моделювання визначило, що за ударної сили 49 Н і деформації 1,1–1,3 мм необхідна енергія руйнування 0,245 Дж. Аналіз у Inventor підтвердив зміщення шкаралупи перед руйнуванням на 0,016 мм із рівномірним розподілом напруження.
Маятниковий стенд використовувався для дослідження руйнування шкаралупи під ударом. Оптимальні умови розколювання: маса вантажу 40–60 г, швидкість 35–40 м/с. Рифлена ударна поверхня (90°) зі співвідношенням L/D=0,4–0,6 знизила енергію руйнування на 10–15 %.
Попереднє прискорення у повітряному потоці перед ударом спричинило мінімальні пошкодження ядра, але низький аеродинамічний опір обмежував ефективність. Для вирішення цієї проблеми розроблено пристрій, що поєднує обертовий зубчастий диск для початкового прискорення та потік стисненого повітря для досягнення швидкості 35–40 м/с. Це підвищило вихід цілих ядер на 15–20 %, зменшило енергоспоживання на 10 % і мінімізувало пошкодження продукту.
Запропонований метод підвищує ефективність переробки, знижує витрати та втрати. Його можна застосовувати у харчовій та фармацевтичній промисловості для оптимального вилучення ядра з мінімальними пошкодженнями
Посилання
- Cárcel, L. M., Bon, J., Acuña, L., Nevares, I., del Álamo, M., Crespo, R. (2012). Moisture dependence on mechanical properties of pine nuts from Pinus pinea L. Journal of Food Engineering, 110 (2), 294–297. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.04.018
- Li, L., Man, X., Zhang, H., Lan, H., Tang, Y., Fan, X., Zhang, Y. (2023). Determination of Critical Moisture Content Facing Walnut Shell Breaking and Optimization of Combined Hot Air and Microwave Vacuum Drying Process. Applied Sciences, 13 (24), 13287. https://doi.org/10.3390/app132413287
- Han, B., Su, G., Zeng, Y., Yang, J., Fan, X., Zhang, Y. et al. (2023). FDEM investigation on the crack propagation characteristics of walnut shell under multi-contact loadings. Frontiers in Materials, 10. https://doi.org/10.3389/fmats.2023.1293683
- Nevzorov, V. N., Kokh, Zh. A., Golubev, I. V. (2023). Technology and equipment for extraction pine nut kernels. Conifers of the boreal area, XLI (6), 536–540.
- Lisowski, A., Pajor, M., Świętochowski, A., Dąbrowska, M., Klonowski, J., Mieszkalski, L. et al. (2019). Effects of moisture content, temperature, and die thickness on the compaction process, and the density and strength of walnut shell pellets. Renewable Energy, 141, 770–781. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.04.050
- Queirós, C. S. G. P., Cardoso, S., Lourenço, A., Ferreira, J., Miranda, I., Lourenço, M. J. V., Pereira, H. (2019). Characterization of walnut, almond, and pine nut shells regarding chemical composition and extract composition. Biomass Conversion and Biorefinery, 10 (1), 175–188. https://doi.org/10.1007/s13399-019-00424-2
- Vursavuş, K., Özgüven, F. (2005). Fracture Resistance of Pine Nut to Compressive Loading. Biosystems Engineering, 90 (2), 185–191. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2004.11.004
- Man, X., Li, L., Zeng, Y., Tang, Y., Yang, J., Fan, X. et al. (2023). Mechanical impact characteristics of hollow shell granule based on continuous damage theory. Powder Technology, 429, 118946. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118946
- Özgüven, F., Vursavuş, K. (2005). Some physical, mechanical and aerodynamic properties of pine (Pinus pinea) nuts. Journal of Food Engineering, 68 (2), 191–196. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.05.031
- Abdoh, D. A. (2024). Three-dimensional modeling of impact fractures in brittle materials via peridynamics. Engineering Fracture Mechanics, 297, 109884. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2024.109884
- Hamitbek, A. H., Kairbaeva, A. E. (2024). Experimental studies for the Development of special equipment for cleaning cedar nuts from the shell. Kompleksnoe Ispolzovanie Mineralnogo Syra = Complex Use of Mineral Resources, 333 (2), 34–40. https://doi.org/10.31643/2025/6445.15
- Huang, B., Liu, J., Jiao, J., Lu, J., Lv, D., Mao, J. et al. (2022). Applications of machine learning in pine nuts classification. Scientific Reports, 12 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-022-12754-9
- Li, L., Mao, B., Zeng, Y., Tang, Y., Man, X., Fan, X. et al. (2023). Experimental study on crack irregularity of hollow shell particle under impact loading. Powder Technology, 427, 118704. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118704
- Zhang, H., Liu, H., Zeng, Y., Tang, Y., Zhang, Z., Che, J. (2022). Design and Performance Evaluation of a Multi-Point Extrusion Walnut Cracking Device. Agriculture, 12 (9), 1494. https://doi.org/10.3390/agriculture12091494
- Man, X., Li, L., Zhang, H., Lan, H., Fan, X., Tang, Y., Zhang, Y. (2023). Study on the Relationship between Crack Initiation and Crack Bifurcation in Walnut Shells Based on Energy. Agriculture, 14 (1), 69. https://doi.org/10.3390/agriculture14010069
- Nevzorov, V. N., Koch, Zh. A., Matskevich, I. V., Golubev, I. V. (2022) development of equipment for calibration and sorting of pine nuts. Conifers of the boreal area, XL (5), 439–443.
- Khamitbek, A. Kh., Kairbayeva, A. Y., Butabayev, M. Kh. (2024). Pat. No. 9833 KZ. A Device for Breaking the Shell of a Cedar Nut.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Ayat Khamitbek, Mir Butabayev, Ainura Kairbayeva, Sarsembek Oralbayev, Galymzhan Nasrullin
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
