國(guó)外水果分級(jí)檢測(cè)新技術(shù)
一、日本水果的現(xiàn)代分級(jí)檢測(cè)技術(shù)
日本消費(fèi)者對(duì)水果的消費(fèi)是非常挑剔的，其水果上市前都要經(jīng)過分級(jí)包裝。有些價(jià)值較高的水果，如冬季上市的西瓜要在標(biāo)簽上標(biāo)出糖度數(shù)值。目前，在日本許多高新技術(shù)在水果檢測(cè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)以及自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代分級(jí)檢測(cè)技術(shù)提供了廣闊的空間，使分級(jí)檢測(cè)技術(shù)正在由半自動(dòng)化向全自動(dòng)化、外部品質(zhì)檢測(cè)向內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)、復(fù)雜化向簡(jiǎn)單化和方便化、規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的文字化向數(shù)字化、機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化向簡(jiǎn)單化、數(shù)據(jù)的人工管理向計(jì)算機(jī)管理方向轉(zhuǎn)化。
1．設(shè)備結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化 現(xiàn)行的分級(jí)設(shè)備只能進(jìn)行大小分級(jí)，為完成各個(gè)等級(jí)的分級(jí)，需要數(shù)臺(tái)相同設(shè)備，而且每臺(tái)設(shè)備占地面積龐大。水果不同，有時(shí)分級(jí)設(shè)備也不同，專用性強(qiáng)，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(jí)系統(tǒng)采用無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理，可使大小分級(jí)和等級(jí)分級(jí)一次性完成，機(jī)械設(shè)備主要起了傳輸作用，得到了大大簡(jiǎn)化。同時(shí)，還可根據(jù)生產(chǎn)能力隨時(shí)進(jìn)行組合，對(duì)分級(jí)場(chǎng)地?zé)o特殊要求。只要對(duì)計(jì)算機(jī)程序或設(shè)備略加修改，即可用于不同水果，應(yīng)變性強(qiáng)。計(jì)算機(jī)、電氣設(shè)備的大量應(yīng)用使得制造成本有所提高，但機(jī)械設(shè)備的簡(jiǎn)化，又使成本大為降低，以至最終成本變化不大。
2．規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化 現(xiàn)行的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)多為文字描述，無(wú)具體數(shù)字，即定性而非定量。這樣往往造成雖是同等級(jí)，但因產(chǎn)地不同，實(shí)際質(zhì)量不盡相同，對(duì)于消費(fèi)者而言，容易造成混亂或誤解。圖像處理式分級(jí)系統(tǒng)因應(yīng)用了計(jì)算機(jī)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(jí)，80—89為良，損傷面積超過總面積1％降一級(jí)，超過3％降兩級(jí)等，類似這樣的工作均可進(jìn)行量化。
3．分級(jí)客觀化 在日本，分級(jí)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(jí)場(chǎng)地，經(jīng)統(tǒng)一分級(jí)后推向市場(chǎng)。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(jìn)行評(píng)價(jià)，常常出現(xiàn)矛盾，現(xiàn)在，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，進(jìn)行隨機(jī)取樣，計(jì)算機(jī)通過隨機(jī)取樣圖像可以計(jì)算出這個(gè)圖象內(nèi)水果的大中小、優(yōu)良中差等個(gè)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(shí)省力且客觀公正。
二、分級(jí)作業(yè)概述
1．分級(jí)的要求 分級(jí)內(nèi)容一般分為等級(jí)和大小兩項(xiàng)，涉及多項(xiàng)物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)。所謂等級(jí)分級(jí)是指諸如優(yōu)、良、中、合格、等外等幾個(gè)規(guī)格，評(píng)價(jià)指標(biāo)有外觀的顏色、光澤、內(nèi)部的糖度、酸度、果肉軟硬度、有無(wú)外部損傷、內(nèi)部缺陷、奇形怪狀等；大小分級(jí)是指諸如超大、大大、大、中、小、小小、過小等多個(gè)規(guī)格，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括直徑、長(zhǎng)短、粗細(xì)、輕重等。
2．分級(jí)的自動(dòng)化 現(xiàn)代化分級(jí)技術(shù)包括上線、清洗、涂蠟、干燥、分級(jí)、裝箱等多項(xiàng)流水作業(yè)程序，其中分級(jí)既是核心又是近年來(lái)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(jī)械式、電子式分級(jí)流程先是由人工進(jìn)行等級(jí)分級(jí)，后由數(shù)臺(tái)相同的機(jī)械電子設(shè)備分別自動(dòng)完成大小分級(jí)，分級(jí)過程為半自動(dòng)化。而現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖像處理式取代了人工分級(jí)，可不分先后地進(jìn)行等級(jí)和大小的同時(shí)自動(dòng)分級(jí)，大大提高了工作效率。
全自動(dòng)圖像處理式分級(jí)系統(tǒng)一般由CCD攝像機(jī)、無(wú)損傷檢測(cè)裝置、傳送帶、計(jì)算機(jī)、電器控制系統(tǒng)等組成。在水果分級(jí)過程中，水果位于傳送帶上，CCD攝像機(jī)配置在傳送帶的上方及周邊，在傳送帶的兩側(cè)安裝有無(wú)損傷檢測(cè)裝置。當(dāng)水果通過CCD攝像機(jī)時(shí)，水果的顏色、大小、形狀、表面損傷情況等均被記錄下來(lái)，通過這些信息的計(jì)算機(jī)處理即可完成一般分級(jí)作業(yè)。若想進(jìn)一步了解內(nèi)部質(zhì)量情況，可通過無(wú)損傷檢測(cè)裝置測(cè)定糖度和酸度等指標(biāo)。
三、內(nèi)部品質(zhì)的無(wú)損傷檢測(cè)
內(nèi)部品質(zhì)包括水果的糖度、酸度和缺陷等指標(biāo)。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(biāo)。糖酸度的破壞性檢測(cè)技術(shù)早已被人們掌握，而無(wú)損傷檢測(cè)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的高科技技術(shù)。水果品種多種多樣，不同水果有時(shí)需要不同的檢測(cè)方式方法。檢測(cè)方法按檢測(cè)項(xiàng)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(duì)成熟。通常，將波長(zhǎng)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(jì)方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行成分、理化特性分析的方法。其原理是當(dāng)近紅外線照射到水果時(shí)，一部分被反射，一部分被吸收，檢測(cè)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(cè)方面，主要用于測(cè)量糖度和酸度。日本公司已開發(fā)出柑橘糖酸度無(wú)損傷在線檢測(cè)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(cè)裝置，與固定式相比，除可檢測(cè)糖酸度外，還可在水果成長(zhǎng)過程中，隨時(shí)監(jiān)測(cè)果實(shí)內(nèi)部成分的變化，為栽培管理和適時(shí)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(shí)一樣，由機(jī)械裝置向水果發(fā)出敲打動(dòng)作，通過傳感器檢測(cè)振動(dòng)頻率或傳播速度及計(jì)算機(jī)進(jìn)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(dòng)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(cè)裝置。該裝置由升降敲打、傳感器、托盤、計(jì)算機(jī)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(wú)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(dòng)傳播速度來(lái)判斷甜瓜成熟度的攜帶式檢測(cè)裝置。該裝置由敲打裝置、信號(hào)處理、A／D轉(zhuǎn)換器及筆記本電腦組成。從測(cè)量結(jié)果可以得出，傳播速度與果肉的實(shí)際硬度間具有相關(guān)關(guān)系，且與品嘗實(shí)驗(yàn)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(cè)網(wǎng)紋形成的時(shí)期、從而進(jìn)行溫度和水的管理，以期達(dá)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(duì)菠蘿的成熟度和病害果進(jìn)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(cè)裝置，以自然光為光源，由檢測(cè)、信號(hào)輸出增幅放大、演算、結(jié)果顯示等幾部分組成。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，采摘前和采摘后檢測(cè)精度分別為80％、95％，因此，可作為采摘期預(yù)測(cè)和采摘后的成熟度檢測(cè)技術(shù)普及推廣。
4．激光糖度分析法 果實(shí)的糖度由果實(shí)中含有的蔗糖來(lái)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(cè)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(cè)裝置。據(jù)介紹，該裝置通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，還可測(cè)量成熟度和西瓜的糖度。其性能達(dá)到每小時(shí)檢測(cè)7200個(gè)，當(dāng)取檢測(cè)總數(shù)的68％時(shí)，其糖度精度達(dá)到±0．5Brix，96％時(shí)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(duì)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(qiáng)度很弱，通常稱其為軟X射線。應(yīng)用軟X射線可以檢測(cè)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(cè)裝置由X射線發(fā)射、接收、遮擋罩板、計(jì)算機(jī)等組成。檢測(cè)的結(jié)果與我們平時(shí)習(xí)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(shí)間，加快檢測(cè)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(wú)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(xiàng)目的檢測(cè)方法，如柑橘腐爛紫外光檢測(cè)、桃腐爛近紅外檢測(cè)、蘋果水心病近紅外檢測(cè)、澀柿可見光檢測(cè)等技術(shù)均已成熟。
四、結(jié)束語(yǔ)
日本水果檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，有其特定的經(jīng)濟(jì)、文化和社會(huì)背景。(1)日本經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，國(guó)民收入水平高；(2)國(guó)民飲食消費(fèi)挑剔；(3)勞動(dòng)力價(jià)格高，從事農(nóng)業(yè)的人口老齡化問題日趨嚴(yán)重；(3)政府大力扶持水果分級(jí)技術(shù)的發(fā)展。其主要形式是財(cái)政支持，一般為政府補(bǔ)助50％，農(nóng)協(xié)25％，其余由果農(nóng)負(fù)擔(dān)。
我國(guó)國(guó)情與日本不同。勞動(dòng)力資源豐富，國(guó)民收入低，對(duì)質(zhì)優(yōu)價(jià)高水果雖有一定的需求，但多數(shù)還是以廉價(jià)為主，因此，我國(guó)對(duì)水果分級(jí)技術(shù)的研究、引進(jìn)應(yīng)根據(jù)國(guó)情有選擇地進(jìn)行。例如，以出口創(chuàng)匯為主的水果應(yīng)進(jìn)行分級(jí)處理，例如，陜西的蘋果，已經(jīng)從國(guó)外引進(jìn)了分級(jí)設(shè)備與技術(shù)，以利更好地出口創(chuàng)匯。其次，整套全自動(dòng)化分級(jí)設(shè)備涉及多種單元操作，人工可以完成的操作，如搬運(yùn)、裝箱等，不一定要用機(jī)械設(shè)備，應(yīng)充分發(fā)揮廉價(jià)勞動(dòng)力的作用，這樣既能保證水果的分級(jí)質(zhì)量，又能降低成本，解決勞動(dòng)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(píng)價(jià)等，這方面的技術(shù)和設(shè)備可適當(dāng)引進(jìn)，當(dāng)然國(guó)內(nèi)的科研也應(yīng)側(cè)重這方面，這樣可以快速提高我國(guó)水果分級(jí)技術(shù)的發(fā)展。
