國外水果分級檢測新技術(shù)

一、日本水果的現(xiàn)代分級檢測技術(shù)

   日本消費者對水果的消費是非常挑剔的，其水果上市前都要經(jīng)過分級包裝,。有些價值較高的水果,，如冬季上市的西瓜要在標簽上標出糖度數(shù)值。目前,，在日本許多高新技術(shù)在水果檢測領(lǐng)域得到應(yīng)用,。計算機技術(shù)、無損傷檢測技術(shù)以及自動化控制技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代分級檢測技術(shù)提供了廣闊的空間,，使分級檢測技術(shù)正在由半自動化向全自動化,、外部品質(zhì)檢測向內(nèi)部品質(zhì)檢測、復(fù)雜化向簡單化和方便化,、規(guī)格標準的文字化向數(shù)字化,、機械設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化向簡單化、數(shù)據(jù)的人工管理向計算機管理方向轉(zhuǎn)化,。

   1．設(shè)備結(jié)構(gòu)的簡單化 現(xiàn)行的分級設(shè)備只能進行大小分級,，為完成各個等級的分級，需要數(shù)臺相同設(shè)備,，而且每臺設(shè)備占地面積龐大,。水果不同，有時分級設(shè)備也不同,，專用性強,，利用率低。例如,，柑橘可利用滾筒式,，而蘋果、桃等則不易采用,。

   日本最新研制的圖像處理式分級系統(tǒng)采用無損傷檢測技術(shù),、計算機處理，可使大小分級和等級分級一次性完成,，機械設(shè)備主要起了傳輸作用,，得到了大大簡化。同時,，還可根據(jù)生產(chǎn)能力隨時進行組合,，對分級場地無特殊要求。只要對計算機程序或設(shè)備略加修改,，即可用于不同水果,，應(yīng)變性強,。計算機、電氣設(shè)備的大量應(yīng)用使得制造成本有所提高,，但機械設(shè)備的簡化,，又使成本大為降低，以至最終成本變化不大,。

   2．規(guī)格標準的數(shù)字化 現(xiàn)行的等級標準多為文字描述,，無具體數(shù)字，即定性而非定量,。這樣往往造成雖是同等級,，但因產(chǎn)地不同，實際質(zhì)量不盡相同,，對于消費者而言,，容易造成混亂或誤解。圖像處理式分級系統(tǒng)因應(yīng)用了計算機技術(shù),，使信息數(shù)字化,，例如，我們可將顏色數(shù)值為90—100的規(guī)定為優(yōu)級,，80—89為良,，損傷面積超過總面積1％降一級，超過3％降兩級等,，類似這樣的工作均可進行量化,。

   3．分級客觀化 在日本，分級作業(yè)多為集體作業(yè),，即果農(nóng)將各自生產(chǎn)的水果集中到所屬農(nóng)協(xié)水果分級場地,，經(jīng)統(tǒng)一分級后推向市場。由于果農(nóng)的管理水平不同,，栽培環(huán)境各異,，往往導(dǎo)致水果質(zhì)量不同。過去因人為進行評價,，常常出現(xiàn)矛盾,，現(xiàn)在，應(yīng)用計算機圖像處理技術(shù),，進行隨機取樣,，計算機通過隨機取樣圖像可以計算出這個圖象內(nèi)水果的大中小、優(yōu)良中差等個數(shù)及受損情況,、所占比例,，并作出綜合質(zhì)量判斷，這種方法省時省力且客觀公正。

   二,、分級作業(yè)概述

   1．分級的要求 分級內(nèi)容一般分為等級和大小兩項,，涉及多項物理指標和化學(xué)指標。所謂等級分級是指諸如優(yōu),、良,、中、合格,、等外等幾個規(guī)格,，評價指標有外觀的顏色、光澤,、內(nèi)部的糖度,、酸度、果肉軟硬度,、有無外部損傷、內(nèi)部缺陷,、奇形怪狀等,；大小分級是指諸如超大、大大,、大,、中、小,、小小,、過小等多個規(guī)格，評價指標包括直徑,、長短,、粗細、輕重等,。

   2．分級的自動化 現(xiàn)代化分級技術(shù)包括上線,、清洗、涂蠟,、干燥,、分級、裝箱等多項流水作業(yè)程序,，其中分級既是核心又是近年來發(fā)展最快,、現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用最多的部分。

   傳統(tǒng)的機械式,、電子式分級流程先是由人工進行等級分級,，后由數(shù)臺相同的機械電子設(shè)備分別自動完成大小分級，分級過程為半自動化。而現(xiàn)代計算機圖像處理式取代了人工分級,，可不分先后地進行等級和大小的同時自動分級,，大大提高了工作效率。

   全自動圖像處理式分級系統(tǒng)一般由CCD攝像機,、無損傷檢測裝置,、傳送帶、計算機,、電器控制系統(tǒng)等組成,。在水果分級過程中，水果位于傳送帶上,，CCD攝像機配置在傳送帶的上方及周邊,，在傳送帶的兩側(cè)安裝有無損傷檢測裝置。當水果通過CCD攝像機時,，水果的顏色,、大小、形狀,、表面損傷情況等均被記錄下來,，通過這些信息的計算機處理即可完成一般分級作業(yè)。若想進一步了解內(nèi)部質(zhì)量情況,，可通過無損傷檢測裝置測定糖度和酸度等指標,。

   三、內(nèi)部品質(zhì)的無損傷檢測

   內(nèi)部品質(zhì)包括水果的糖度,、酸度和缺陷等指標,。眾多情況，水果的成熟程度可以用水果的顏色間接地代表,，但表示成熟度的根本是水果內(nèi)部的糖度,、酸度、果肉軟硬度程度等指標,。糖酸度的破壞性檢測技術(shù)早已被人們掌握,，而無損傷檢測是近年來發(fā)展起來的高科技技術(shù)。水果品種多種多樣,，不同水果有時需要不同的檢測方式方法,。檢測方法按檢測項目大致可分為近紅外糖酸度分析法、力學(xué)成熟度分析法,、可見光成熟度分析法,、激光分析法、X射線分析法,。按安裝方式可分為隨身攜帶式和在線固定式,。

   1．近紅外分析法 目前這種方法應(yīng)用的最多最廣,，技術(shù)相對成熟。通常,，將波長為0．8-2．5μm的紅外線稱為近紅外線,。所謂近紅外分光分析法，就是基于水果內(nèi)所含各種成分的分子結(jié)構(gòu)在近紅外區(qū)域的吸收現(xiàn)象,，利用了雙回歸分析等統(tǒng)計方法及計算機技術(shù),，進行成分、理化特性分析的方法,。其原理是當近紅外線照射到水果時,，一部分被反射，一部分被吸收,，檢測與成分相關(guān)的特定的吸收光帶,，就可算出成分含量。

   該方法在水果檢測方面,，主要用于測量糖度和酸度,。日本公司已開發(fā)出柑橘糖酸度無損傷在線檢測裝置，主要由光源,、光學(xué)傳感器,、數(shù)據(jù)處理三大部分組成。利用該裝置,，柑橘在不受任何破壞的情況下，即可獲得糖酸度值,。另有攜帶式糖酸度檢測裝置,，與固定式相比，除可檢測糖酸度外,，還可在水果成長過程中,，隨時監(jiān)測果實內(nèi)部成分的變化，為栽培管理和適時收獲提供科學(xué)依據(jù),。

   2．力學(xué)成熟度空洞分析法 該方法就像人們挑選西瓜時一樣,，由機械裝置向水果發(fā)出敲打動作，通過傳感器檢測振動頻率或傳播速度及計算機進行波形分析比較,，最終判斷出水果的成熟程度,。經(jīng)分析得出，振動頻率越低或傳播速度越慢成熟度越高,。

   目前,，已有企業(yè)開發(fā)研制出在線西瓜成熟度空洞檢測裝置。該裝置由升降敲打,、傳感器,、托盤、計算機等部分組成。通過波形的頻率及相關(guān)關(guān)系的分析,，分別判斷成熟程度和有無空洞現(xiàn)象,。這種裝置在日本已經(jīng)得到應(yīng)用。

   另外,，日本的研究人員還開發(fā)了一種用振動傳播速度來判斷甜瓜成熟度的攜帶式檢測裝置,。該裝置由敲打裝置、信號處理,、A／D轉(zhuǎn)換器及筆記本電腦組成,。從測量結(jié)果可以得出，傳播速度與果肉的實際硬度間具有相關(guān)關(guān)系,，且與品嘗實驗結(jié)果一致,。此外，在甜瓜栽培管理過程中,，該裝置通過敲打判別果肉軟硬度,，還可推測網(wǎng)紋形成的時期、從而進行溫度和水的管理,，以期達到形成最佳網(wǎng)紋,。

   3．可見光成熟度分析法 利用菠蘿成熟程度與透光量之間的相關(guān)關(guān)系以及重病害果不透光的特性，可對菠蘿的成熟度和病害果進行判別,。如日本科研單位開發(fā)研制的攜帶式菠蘿成熟度檢測裝置,，以自然光為光源，由檢測,、信號輸出增幅放大,、演算、結(jié)果顯示等幾部分組成,。經(jīng)實驗,，采摘前和采摘后檢測精度分別為80％、95％,，因此,，可作為采摘期預(yù)測和采摘后的成熟度檢測技術(shù)普及推廣。

   4．激光糖度分析法 果實的糖度由果實中含有的蔗糖來決定,。充分利用蔗糖只吸收特殊光線(激光具有較好的單色性)的性質(zhì),，通過測量隨蔗糖含量而變化的特殊光線量，即可最終確定水果的糖度,。已有公司應(yīng)用該技術(shù)開發(fā)出激光甜瓜糖度在線檢測裝置,。據(jù)介紹，該裝置通過轉(zhuǎn)換開關(guān),，還可測量成熟度和西瓜的糖度,。其性能達到每小時檢測7200個,，當取檢測總數(shù)的68％時，其糖度精度達到±0．5Brix,，96％時為±1．0Brix以內(nèi),。

   5．X射線分析法 X射線具有穿透能力，而物質(zhì)的密度大小又影響X射線的穿透量的多少,，通過對穿透量的分析,，就可探明物質(zhì)內(nèi)部的情況。因農(nóng)產(chǎn)品的密度與金屬等物質(zhì)相比要小得多,，所以所需X射線強度很弱,，通常稱其為軟X射線。應(yīng)用軟X射線可以檢測如馬鈴薯,、西瓜內(nèi)部的空洞,，柑橘中的皺皮等內(nèi)部缺損現(xiàn)象。檢測裝置由X射線發(fā)射,、接收,、遮擋罩板、計算機等組成,。檢測的結(jié)果與我們平時習慣了的圖像形式不同,，它是以波形出現(xiàn)的(這主要是為了減少成像時間，加快檢測速度),，正常果的波形圓滑,，而皺皮果由于局部密度的減小，使得波形中產(chǎn)生突變,，根據(jù)波形中有無突變現(xiàn)象及其大小,，即可判斷皺皮發(fā)生情況。

   另外,，還有一些項目的檢測方法，如柑橘腐爛紫外光檢測,、桃腐爛近紅外檢測,、蘋果水心病近紅外檢測、澀柿可見光檢測等技術(shù)均已成熟,。

   四,、結(jié)束語

   日本水果檢測技術(shù)的發(fā)展，有其特定的經(jīng)濟,、文化和社會背景,。(1)日本經(jīng)濟發(fā)達，國民收入水平高,；(2)國民飲食消費挑剔,；(3)勞動力價格高,，從事農(nóng)業(yè)的人口老齡化問題日趨嚴重；(3)政府大力扶持水果分級技術(shù)的發(fā)展,。其主要形式是財政支持,，一般為政府補助50％，農(nóng)協(xié)25％,，其余由果農(nóng)負擔,。

   我國國情與日本不同。勞動力資源豐富,，國民收入低,，對質(zhì)優(yōu)價高水果雖有一定的需求，但多數(shù)還是以廉價為主,，因此,，我國對水果分級技術(shù)的研究、引進應(yīng)根據(jù)國情有選擇地進行,。例如,，以出口創(chuàng)匯為主的水果應(yīng)進行分級處理，例如,，陜西的蘋果,，已經(jīng)從國外引進了分級設(shè)備與技術(shù)，以利更好地出口創(chuàng)匯,。其次,，整套全自動化分級設(shè)備涉及多種單元操作，人工可以完成的操作,，如搬運,、裝箱等，不一定要用機械設(shè)備,，應(yīng)充分發(fā)揮廉價勞動力的作用,，這樣既能保證水果的分級質(zhì)量，又能降低成本,，解決勞動力就業(yè)問題,。有些人工不能代替的工作，如內(nèi)部的糖度,、內(nèi)部缺陷,、質(zhì)量綜合評價等，這方面的技術(shù)和設(shè)備可適當引進,，當然國內(nèi)的科研也應(yīng)側(cè)重這方面,，這樣可以快速提高我國水果分級技術(shù)的發(fā)展。