许多香辛料原料在收集、运输和贮藏过程中混入了泥砂、石、草等杂物，将会影响成品质量，损害人体健康，并且对后序加工设备造成不利影响。在进行产品加工之前，必须对其进行分选或分级，清理杂物，使香辛料原料的规格和品质指标达到标准。

分选是指清除物料中的异物及杂质；分级是指对分选后的物料按其尺寸、形状、密度、颜色或品质等特性分成等级。分选与分级作业的工作原理和方法虽有不同之处，但往往是在同一个设备上完成的。

香辛料原料分选、分级机械的主要作用为：a.保证产品的规格和质量指标。b.降低加工过程中原料的损耗率，提高原料利用率。c.提高劳动生产率，改善工作环境。d.有利于生产的连续化和自动化。e.有利于降低产品的成本。

香辛料原料常用的分选、分级有多种方法，较为常见的方式有以下几种。

①按物料的宽度分选、分级，一般可采用筛分，通常圆形筛孔可以对颗粒物料的宽度差别进行分选和分级，长形筛孔可以针对颗粒物料的厚度差别进行分选和分级。

②按物料的长度分选、分级，利用旋转工作面上的袋孔（一般称为窝眼）对物料进行分选和分级。

③按物料的密度分选、分级，主要用于颗粒的粒度或形状相仿但密度不同的物料，利用颗粒群相对运动过程中产生的离析现象进行分选和分级。颗粒群的相对运动可以由工作面的摇动或气流造成。

④按物料的流体动力特性分选、分级，主要是利用物料的流体动力特性的差别，在垂直、水平或者倾斜的气流或水流中进行分选和分级，实际上是综合了物料的粒度、形状、表面状态及密度等各种因素进行的分选和分级。

⑤按物料的电磁特性分选，主要用于香辛料原料中铁杂质的去除。

⑥按物料的光电特性分选、分级，利用物料的表面颜色差异，分出物料中的异色物料，如辣椒色选机等。

⑦按物料的内部品质分选、分级，根据物料的质量指标（如水分、糖度、酸度等化学含量）进行分选和分级，采用的方法往往是物料的某些成分对光学特性、磁特性、力学特性、温度特性的影响等无损检测的方法。从香辛料安全性和营养性考虑，内部品质的分选和分级比其他的分选和分级更具有广泛的意义。

⑧按物料的其他性质分级，采用某些与物料的品质指标有关联的物理方法检测物料并进行分选、分级。如采用嗅觉传感器检测物料的味道，采用计算机视觉系统检测物料的纹理、灰度等。

许多香辛料的原料、半成品和成品都是粉粒料，粉粒料中的颗粒常有不同的粒度、粒形、表面粗糙度、密度、颜色、磁性、介电性等各种不同的物理性质，其中，根据不同的粒度和粒形特征进行分选的筛分机械是粉粒料中最常用的机械。

振动分选一般是通过机械的振动将原料通过一层或数层带孔的筛而使物料按宽度或厚度分成若干个粒度级别的过程。

一、摆动筛

摆动筛又称摇动筛，摆动筛和振动筛均属于平筛类，两者区别不大。与振动筛相比，摆动筛摆动幅度较大，数量级为厘米，振动筛振幅数量级为毫米。摆动筛是以往复运动为主，而以振动为辅，摆动次数在600次/min以下。摆动筛通常采用曲柄连杆机构传动，电动机通过皮带传动使偏心轮回转，偏心轮带动曲柄连杆使机体（上有筛架）沿着一定方向作往复运动。由于机体的摆动，使筛面上的物料以一定的速度向筛架的倾斜端移动。筛架上装有多层活动筛网，小于第一层筛孔的物料从第一层筛子落到第二层筛子，而大于第一层筛孔的物料则从第一层筛子的倾斜端排出收集为一个级别，其他级别依此类推。

摆动筛的机体运动方向垂直于支杆或悬杆的中心线，机体和出料方向有一倾斜角度，由于机体摆动和倾角存在而使筛面上的物料以一定的速度向前运动，物料是在运动过程中进行分级的。摆动筛的筛面是平的，因而全部筛面都在工作，制造和安装都比较容易，结构简单，调换筛面十分方便，适用于多种物料的分级。缺点是动力平衡较差，运行时连杆机构易损坏，噪声较大等。

物料在摆动的筛面上主要有两种运动，一种是使物料沿筛面倾斜方向向下移动，或称正向移动；另一种是使物料沿筛面倾斜方向向上移动，或称反向移动。物料正向移动速度快，可使物料层处于较薄状态，从而增加过筛机会。若该速度过快，就需要较长的筛面，否则，就会造成来不及过筛的物料进入另一级中。另外，由于料层太薄，物料在筛面上跳动过大而影响过筛机会。一般正向运动大于反向运动，才能使物料不断向出料口移动。然而又必须有一定的反向移动，才能使物料有更多机会通过筛孔。因此，摆动筛安装好后，要多次调试，选择最佳进料量，做到既有较高的分级效率又有较大的生产能力。

摆动筛的特点是用机械的方法带动微振动，使物料在振动中移动和分级。但振动产生噪声，并影响零部件的寿命，则必须控制。这就是摆功筛中振动和平衡一对矛盾。为了防止发生剧烈的振动，除了在制造、安装中保证其精度外，设计上通常采取平衡重平衡或对称平衡的方法。

平衡重平衡法，即在偏心装置上加设平衡重物，是以平衡轮来平衡单筛体惯性力的方法。平衡重装置的方位应与筛体运动方向相平行，当曲柄连杆机构转到水平位置时，平衡重所产生的离心惯性力恰好与筛体产生的惯性力方向相反而起平衡作用。但是，当转到垂直方向，反而会产生不平衡的惯性力。采用平衡重平衡，需要确定平衡重物的重量和相位。

对称平衡法，即采取双筛体的方法平衡，是在偏心轴上装置两个偏心轮，用两个连杆带动上下筛体运动。同向双筛体一上一下。由于上下两个偏心轮的偏心方向相反，则上下两筛体的运动方向也相反，使筛体水平方向的惯性力得以抵消而平衡。垂直方向的不平衡则不能避免。

二、除石机

除石机用于除去原料中的砂石。常用的方法有筛选法和比重法等。筛选法除石机是利用砂石的形状和体积大小与加工原料的不同，利用筛孔形状和大小的不同除去砂石。密度除石机是利用砂石与原料密度不同，在不断振动或外力（如风力、水力、离心力等）作用下，除去砂石。

（一）粒状原料密度除石机

密度除石机常用于清除物料中密度比原料大的并肩石（类似豆类大小石子）等重杂质的一种装备。该机主要由进料、筛体排石装置、吹风装置、偏心振动机构等部分组成，如图5-1所示为QSC型密度除石机。

密度除石机由进料装置、筛体、风机、传动机构等部分组成。传动机构常采用曲柄连杆机构或振动电机两种。进料装置包括进料斗、缓冲匀流板、流量调节装置等组成。筛体与风机外壳固定连接，风机外壳又与偏心传动机构相连，因此，它们是同一振动体。筛体通过吊杆支承在机架上。除石筛面一般用薄钢板冲压成双面突起的鱼鳞形筛孔。密度除石机中的筛孔并不通过物料，而只作通风用，所以筛孔大小、凸起高度不同，出风的角度就会不同，从而影响到物料的悬浮状态和除石效率。筛面向后逐渐变窄，后部称为聚石区，筛面与其上部的圆弧罩构成精选室，改变圆弧罩内弧形调节板的位置，可改变反向气流方向，以控制石子出口区含粮粒数。鱼鳞形冲孔除石筛面的孔眼均指向石子运动方向（后上方），对气流进行导向和阻止石子下滑，它并不起筛选作用。吹风系统包括风机、导风板、匀风板、风量调节装置等，气流进入风机，经过匀风板、除石筛面，穿过物料后，排放到机箱内循环使用。

图5-1　QSC型密度除石机

1—进料口　2—进料斗　3—进风调节手轮　4—导风板　5—出料口6—进风调节装置　7—风机　8—偏心传动　9—出石口　10—精选室11—吊杆　12—匀风板　13—除石筛面　14—缓冲匀流板

密度除石机工作时，物料不断地进入除石筛面的中部，由于物料各成分的密度及空气动力特性不同，在适当的振动和气流作用下，密度较小的物料颗粒浮在上层，密度较大的石子沉入底层与筛面接触，形成自动分层。由于自下而上穿过物料的气流作用，使物料之间孔隙度增大，降低了料层间的正压力和摩擦力，物料处于流化状态，促进了物料自动分层。因除石筛面前方略微向下倾斜，上层物料在重力、惯性力和连续进料的推力作用下，以下层物料为滑动面，相对于除石筛面下滑至净料粒出口。与此同时，石子等杂物逐渐从物料颗粒中分出进入下层。下层石子及未悬浮的重颗粒在振动及气流作用下沿筛面向后上滑，上层物料也越来越薄，压力减小，下层颗粒又不断进入上层，在达到筛面末端时，下层物料中物料颗粒已经很少了。在反吹气流的作用下，少量物料颗粒又被吹回，石子等重物则从排石口排出。密度除石机工作时，要求下层物料能沿倾斜筛面向后上滑而又不在筛面上跳动。

（二）块根类原料转筒式除石机

块根类原料转筒式除石机是用来除去块根类香辛料原料中的石块泥砂。如图5-2所示为除去夹杂在原料中砂石的转筒式除石机。其工作原理是砂石与生姜等原料的密度差较大，从而利用它们在水中不同的沉降速度进行分离。

该除石机由两段组成，前段为扬送轮5，后段为转鼓7，扬送轮外安装有小斗，作除砂用。扬送轮内有大斗，作去石用。转鼓上有筛孔，转鼓的内外壁上都有螺旋带，分别用来输送石块和泥沙。当料水混合物由流送槽2进入转鼓7后，生姜继续向前流送，而夹杂在生姜中的砂石因密度较大而沉降到转鼓内螺旋带上，随着螺旋带旋转向料水混合物相反的方向移动，落入扬送轮的大斗内，被提升后由砂石出口排出。通过筛孔的泥砂由转鼓外壁的螺旋带推至前段，经扬送轮外小斗撮起，在转动中滑入轮内大斗与石块一起排除。

为了防止原料下沉到转鼓壁上，该机还安装有水泵，使流送水循环，加大水流速度。生产中为了加强除石效果，可串联两台或两台以上转筒式除石机，除石效率可达92%以上，且对原料流送过程影响较小，所以得到广泛应用。(www.daowen.com)

图5-2　转筒式除石机

1—循环水泵　2—流送槽　3—主轴　4—砂石出口5—扬送轮　6—除石器　7—转鼓　8—螺旋带　9—流送沟

三、除铁机

除铁机用于除去原料中的铁质磁性杂物，如铁片、铁钉、螺丝等。常用的方法是磁选法，利用磁力作用除去夹杂在香辛料原料中的铁质杂物。

香辛料原料在加工前必须经过严格的磁选，除去夹在原料中的铁性杂质，香辛料原料中混入的磁性金属杂质，对加工机械和人身安全危害较大，必须用除铁机去除。除铁机又称磁力除铁机，它的主要工作部件是磁体。每个磁体都有2个磁极，其周围存在磁场，磁体分为电磁式和永磁式2种形式。电磁式除铁机磁力稳定，性能可靠，但必须保证一定的电流。永磁式除铁机结构简单，使用维护方便，不耗电能，但使用方法不当或时间过长磁性会退化。

磁选设备有永磁溜管、胶带式除铁机和永磁滚筒等。

（一）永磁溜管

永磁溜管的永久磁铁装在溜管上边的盖板上，一般在溜管上设置2～3个盖板，每个盖板上装有2组前后错开的磁铁。工作时，原料从溜管端流下，磁性物体被磁铁吸住。工作一段时间后进行清理，可依次交替地取下盖板，除去磁性杂质，溜管可连续进行磁选，永磁溜管结构简单，不占地方。为提高分离率，应使流过溜管的物料层薄而均匀。

（二）永磁滚筒

永磁滚筒除铁机主要由进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置等部分组成。磁芯由铁氧体永久磁铁和铁隔板按一定顺序排列成170°的圆弧形，安装在固定的轴上，形成多极头开放磁路。磁芯圆弧表面与滚筒内表面间隙小而均匀（一般小于2 mm），滚筒由非磁性材料制成，外表面敷有无毒而耐磨的聚氨酯涂料作保护层，以延长使用寿命。滚筒通过蜗轮蜗杆机构由电动机带动旋转。磁芯固定不动，滚筒重量轻，转动惯量小。永磁滚筒能自动地排除磁性杂质，除杂效率高（98%以上），特别适合除去粒状物料中的磁性杂质。

为了有效地保障安全生产和产品质量，在香辛料原料加工的全过程中，凡是高速运转的机器的前部应装有磁选设备。为了保证磁选效果，物料通过磁极面的速度不宜过快，永磁溜管的物料速度一般为0.15～0.25 m/s，永磁滚筒的圆周速度一般为0.6 m/s左右。

四、光电分选分级机械与设备

利用紫外、可见、红外等光线和物体的相互作用而产生的折射、反射和吸收等现象，对物料进行非接触式检测的方法是20世纪60年代开始用于农产品和香辛料质量检验的新方法。根据物料的吸收和反射光谱可以鉴定物质的性质，例如，利用紫外光作激励光源照射香辛料获得香辛料上的辐射荧光，根据荧光的强度可以判别香辛料上附着的微生物及其代谢物（如黄曲霉素）。香辛料物料的光学特性是指物料对投射其表面上的光产生反射、吸收、透射、漫射或受光照后激发出其他波长的光的性质。物料是由许多微小的内部中间层组成的，不同物料的物质种类、组成不同，因而在光学特性方而的反映也不尽相同。

香辛料物料在种植、加工、贮藏、流通等过程中难免会出现缺陷，例如含有异种异色颗粒、变霉变质粒、机械损伤等，因而在工业生产中有必要对产品进行检测和分选。然而，常规手段大多依靠跟手配合的人工分选，具有生产率低、劳动力费用高、容易受主观因素干扰、精确度低等缺陷，无法对颜色变化进行有效分选。光电检测和分选技术克服了手工分选的缺点，具有以下明显的优越性：a.既能检测表面品质，又能检测内部品质，而且检测为非接触性的，因而是非破坏性的。经过检测和分选的产品可以直接出售或进行后续工序的处理。b.排除了主观因素的影响，对产品进行全数（100%）检测，保证了分选的精确性和可靠性。c.劳动强度低，自动化程度高，生产费用降低，便于实现在线检测。d.机械的适应能力强，通过调节背景光或比色板，即可以处理不同的物料，生产能力大，适应了日益发展的商品市场的需要和工厂化加工的要求。

香辛料植物是在自然条件下生长的，它们的叶、茎、秆、果实等在阳光的抚育下，形成了各自固有的颜色。这些颜色受到辐照、营养、水分、生长环境、病虫害、损伤、成熟程度等诸多因素的影响，会偏离或改变其固有的颜色。换言之，人们可以通过农产品的颜色变化，识别、评价它们的品质（包括内部的成分含量，如糖度、酸度、淀粉、蛋白质等成分含量）特性。

色选机是利用光电原理，从大量散装产品中将颜色不正常或感染病虫害的个体（球状、块状或颗粒状）及外来杂质检测分离的设备（图5-3）。光电色选机的工作原理：贮料斗中的物料由振动喂料器送入通道成单行排列，依次落入光电检测室，从电子视镜与比色板之间通过。被选颗粒对光的反射及比色板的反射在电子视镜中相比较，颜色的差异使电子视镜内部的电压改变，并经放大。如果信号差别超过自动控制水平的预置值，即被存贮延时，随即驱动气阀，高速喷射气流将物料吹送入旁路通道。而合格品流经光电检测室时，检测信号与标准信号差别微小，信号经处理判断为正常，气流喷嘴不动作，物料进入合格品通道。

光电色选机主要由供料系统、检测系统、信号处理与控制电路、剔除系统四部分组成。供料系统由贮料斗、振动器、斜式槽（立式）或带式输送器（卧式）组成。其作用是使被分选的物料均匀地排成单列，穿过检测位置并保证能被传感器有效检测。色选机系多管并列设置，生产能力与通道数成正比，一般有20、30、40、48等系列。

图5-3　光电色选机系统示意图

供料的具体要求是：a.计量。保证每个通道中单位时间内进入检测区的物料量均匀一致。b.排队。保证物料沿一定轨道一个个按顺序单行排列进入检测位置和分选位置。c.匀速。为了保证不合格品确实被剔除，物料从检测位置到达分选位置的时间必须为常数，且须与从获得检测信号到发出分选动作的时间相匹配。

检测系统主要由光源、光学组件、比色板、光电探测器、除尘冷却部件和外壳等组成。检测系统的作用是对物料的光学性质（反射、吸收、透射等）进行检测以获得后续信号处理所必需的受检产品的正确的品质信息。光源可用红外光、可见光或紫外光，功率要求保持稳定。检测区内有粉尘飞扬或积累，影响检测效果，可以采用低压持续风幕或定时地高压喷吹相结合以保持检测区内空气明净，环境清洁，并冷却光源产生的热量，同时还设置自动扫帚装置，随时清扫，防止粉尘积累。

剔除系统接收来自信号处理控制电路的命令，执行分选动作。最常用的方法是高压脉冲气流喷吹。它由空压机、贮气罐、电磁喷射阀等组成。喷吹剔除的关键部件是喷射阀，应尽量减少吹掉一颗不合格品带走的合格品的数量。为了提高色选机的生产能力，喷射阀的开启频率不能太低，因此，要求应用轻型的高速、高开启频率的喷射阀。

五、金属及异杂物识别机械

香辛料加工过程中，不可避免地会受到金属或其他异物的污染。为此，在香辛料生产线中（尤其是自动化和大规模生产过程中），由于产品安全、设备防护、法规或（客户）合同要求等原因，往往需要安装金属探测器或异物探测器。

（一）金属探测器

金属探测器工作环境通常要求有一个无金属区，装置周围一定空间范围内不能有任何金属结构物（如滚轮和支承性物）。相对于探测器，一般要求紧同结构件的距离约为探测器高度的1.5倍，而对于运动金属件（如剔除装置或滚筒）需要2倍于此高度的距离。此环境下可检出物料中的铁性和非铁性金属，探测性能与物体磁穿透性能和电导率有关，可探测出直径＞2 mm的球形非磁性金属和直径＞1.5 mm的球形磁性金属颗粒，另外金属颗粒的大小、形状和（相对于线圈的）取向非常重要，金属探测器的灵敏度设置要考虑这些因素。探测的最终目的是除去物料中混入的金属或受金属污染的产品，因此金属探测器连接的剔除机械要能保证百分之百将污染物剔除，尽量减少因剔除金属或金属污染产品而引起的未受污染的产品损失。被剔除的受污染产品要收集在一个不再回到加工物流的位置。

（二）X射线异物探测器

自20世纪70年代后期开始，X射线异物探测器逐渐应用于香辛料加工业中，随着图像处理技术的发展及先进的快速微处理机的应用，利用X射线探测器全自动检测香辛料已经成为可能。

X射线异物探测器的探测原理是基于X射线的成像比较原理，X射线是短波长（λ≤10-9m）高能射线，可穿透（可见光不透的）生物组织和其他材料。透过这些材料时，X射线能量会发生衰减。物体不同，X射线衰减程度也不同。检测到的是X射线经处理的二维图像，将这种图像与标准图像比较，可判断被测物料中是否含有异常物体。

X射线异物探测器可应用于以下内容的检测：a.金属、玻璃、石块和骨头等物质，铝箔包装内的不锈钢物质。b.含有高水分或盐分的香辛料，以及一些能降低金属检测器敏感度的产品。c.检视包装遗留或不足、产品放置不当及损坏的产品。

X射线异物探测敏感度主要取决于异物造成X射线的减弱程度在大小和厚度方面与产品相比较的结果。如表5-1所示为在20 m/min的检测速度下，一些异物的检测敏感度水平。X射线不易检测到密度较低的异物，因此，对纸、绳子和头发等检测尚有困难。

表5-1　X射线异物探测器对某些香辛料中异物的检测敏感度