日本的水果分级检测新技术

一、日本水果的现代分级检测技术

    日本消费者对水果的消费是非常挑剔的,其水果上市前都要经过分级包装。有些价值较高的水果,如冬季上市的西瓜要在标签上标出糖度数值。目前,在日本许多高新技术在水果检测领域得到应用。计算机技术、无损伤检测技术以及自动化控制技术的发展为现代分级检测技术提供了广阔的空间,使分级检测技术正在由半自动化向全自动化、外部品质检测向内部品质检测、复杂化向简单化和方便化、规格标准的文字化向数字化、机械设备结构的复杂化向简单化、数据的人工管理向计算机管理方向转化。

    1.设备结构的简单化 现行的分级设备只能进行大小分级,为完成各个等级的分级,需要数台相同设备,而且每台设备占地面积庞大。水果不同,有时分级设备也不同,专用性强,利用率低。例如,柑橘可利用滚筒式,而苹果、桃等则不易采用。

    日本最新研制的图像处理式分级系统采用无损伤检测技术、计算机处理,可使大小分级和等级分级一次性完成,机械设备主要起了传输作用,得到了大大简化。同时,还可根据生产能力随时进行组合,对分级场地无特殊要求。只要对计算机程序或设备略加修改,即可用于不同水果,应变性强。计算机、电气设备的大量应用使得制造成本有所提高,但机械设备的简化,又使成本大为降低,以至最终成本变化不大。

    2.规格标准的数字化 现行的等级标准多为文字描述,无具体数字,即定性而非定量。这样往往造成虽是同等级,但因产地不同,实际质量不尽相同,对于消费者而言,容易造成混乱或误解。图像处理式分级系统因应用了计算机技术,使信息数字化,例如,我们可将颜色数值为90—100的规定为优级,80—89为良,损伤面积超过总面积1%降一级,超过3%降两级等,类似这样的工作均可进行量化。

    3.分级客观化 在日本,分级作业多为集体作业,即果农将各自生产的水果集中到所属农协水果分级场地,经统一分级后推向市场。由于果农的管理水平不同,栽培环境各异,往往导致水果质量不同。过去因人为进行评价,常常出现矛盾,现在,应用计算机图像处理技术,进行随机取样,计算机通过随机取样图像可以计算出这个图象内水果的大中小、优良中差等个数及受损情况、所占比例,并作出综合质量判断,这种方法省时省力且客观公正。

    二、分级作业概述

    1.分级的要求 分级内容一般分为等级和大小两项,涉及多项物理指标和化学指标。所谓等级分级是指诸如优、良、中、合格、等外等几个规格,评价指标有外观的颜色、光泽、内部的糖度、酸度、果肉软硬度、有无外部损伤、内部缺陷、奇形怪状等;大小分级是指诸如超大、大大、大、中、小、小小、过小等多个规格,评价指标包括直径、长短、粗细、轻重等。

    2.分级的自动化 现代化分级技术包括上线、清洗、涂蜡、干燥、分级、装箱等多项流水作业程序,其中分级既是核心又是近年来发展最快、现代化技术应用最多的部分。

    传统的机械式、电子式分级流程先是由人工进行等级分级,后由数台相同的机械电子设备分别自动完成大小分级,分级过程为半自动化。而现代计算机图像处理式取代了人工分级,可不分先后地进行等级和大小的同时自动分级,大大提高了工作效率。

    全自动图像处理式分级系统一般由CCD摄像机、无损伤检测装置、传送带、计算机、电器控制系统等组成。在水果分级过程中,水果位于传送带上,CCD摄像机配置在传送带的上方及周边,在传送带的两侧安装有无损伤检测装置。当水果通过CCD摄像机时,水果的颜色、大小、形状、表面损伤情况等均被记录下来,通过这些信息的计算机处理即可完成一般分级作业。若想进一步了解内部质量情况,可通过无损伤检测装置测定糖度和酸度等指标。

    三、内部品质的无损伤检测

    内部品质包括水果的糖度、酸度和缺陷等指标。众多情况,水果的成熟程度可以用水果的颜色间接地代表,但表示成熟度的根本是水果内部的糖度、酸度、果肉软硬度程度等指标。糖酸度的破坏性检测技术早已被人们掌握,而无损伤检测是近年来发展起来的高科技技术。水果品种多种多样,不同水果有时需要不同的检测方式方法。检测方法按检测项目大致可分为近红外糖酸度分析法、力学成熟度分析法、可见光成熟度分析法、激光分析法、X射线分析法。按安装方式可分为随身携带式和在线固定式。

    1.近红外分析法 目前这种方法应用的最多最广,技术相对成熟。通常,将波长为0.8-2.5μm的红外线称为近红外线。所谓近红外分光分析法,就是基于水果内所含各种成分的分子结构在近红外区域的吸收现象,利用了双回归分析等统计方法及计算机技术,进行成分、理化特性分析的方法。其原理是当近红外线照射到水果时,一部分被反射,一部分被吸收,检测与成分相关的特定的吸收光带,就可算出成分含量。

    该方法在水果检测方面,主要用于测量糖度和酸度。日本公司已开发出柑橘糖酸度无损伤在线检测装置,主要由光源、光学传感器、数据处理三大部分组成。利用该装置,柑橘在不受任何破坏的情况下,即可获得糖酸度值。另有携带式糖酸度检测装置,与固定式相比,除可检测糖酸度外,还可在水果成长过程中,随时监测果实内部成分的变化,为栽培管理和适时收获提供科学依据。

    2.力学成熟度空洞分析法 该方法就像人们挑选西瓜时一样,由机械装置向水果发出敲打动作,通过传感器检测振动频率或传播速度及计算机进行波形分析比较,最终判断出水果的成熟程度。经分析得出,振动频率越低或传播速度越慢成熟度越高。

    目前,已有企业开发研制出在线西瓜成熟度空洞检测装置。该装置由升降敲打、传感器、托盘、计算机等部分组成。通过波形的频率及相关关系的分析,分别判断成熟程度和有无空洞现象。这种装置在日本已经得到应用。

    另外,日本的研究人员还开发了一种用振动传播速度来判断甜瓜成熟度的携带式检测装置。该装置由敲打装置、信号处理、A/D转换器及笔记本电脑组成。从测量结果可以得出,传播速度与果肉的实际硬度间具有相关关系,且与品尝实验结果一致。此外,在甜瓜栽培管理过程中,该装置通过敲打判别果肉软硬度,还可推测网纹形成的时期、从而进行温度和水的管理,以期达到形成最佳网纹。

    3.可见光成熟度分析法 利用菠萝成熟程度与透光量之间的相关关系以及重病害果不透光的特性,可对菠萝的成熟度和病害果进行判别。如日本科研单位开发研制的携带式菠萝成熟度检测装置,以自然光为光源,由检测、信号输出增幅放大、演算、结果显示等几部分组成。经实验,采摘前和采摘后检测精度分别为80%、95%,因此,可作为采摘期预测和采摘后的成熟度检测技术普及推广。

    4.激光糖度分析法 果实的糖度由果实中含有的蔗糖来决定。充分利用蔗糖只吸收特殊光线(激光具有较好的单色性)的性质,通过测量随蔗糖含量而变化的特殊光线量,即可最终确定水果的糖度。已有公司应用该技术开发出激光甜瓜糖度在线检测装置。据介绍,该装置通过转换开关,还可测量成熟度和西瓜的糖度。其性能达到每小时检测7200个,当取检测总数的68%时,其糖度精度达到±0.5Brix,96%时为±1.0Brix以内。

    5.X射线分析法 X射线具有穿透能力,而物质的密度大小又影响X射线的穿透量的多少,通过对穿透量的分析,就可探明物质内部的情况。因农产品的密度与金属等物质相比要小得多,所以所需X射线强度很弱,通常称其为软X射线。应用软X射线可以检测如马铃薯、西瓜内部的空洞,柑橘中的皱皮等内部缺损现象。检测装置由X射线发射、接收、遮挡罩板、计算机等组成。检测的结果与我们平时*惯了的图像形式不同,它是以波形出现的(这主要是为了减少成像时间,加快检测速度),正常果的波形圆滑,而皱皮果由于局部密度的减小,使得波形中产生突变,根据波形中有无突变现象及其大小,即可判断皱皮发生情况。

    另外,还有一些项目的检测方法,如柑橘腐烂紫外光检测、桃腐烂近红外检测、苹果水心病近红外检测、涩柿可见光检测等技术均已成熟。

    四、结束语

    日本水果检测技术的发展,有其特定的经济、文化和社会背景。(1)日本经济发达,国民收入水平高;(2)国民饮食消费挑剔;(3)劳动力价格高,从事农业的人口老龄化问题日趋严重;(3)政府大力扶持水果分级技术的发展。其主要形式是财政支持,一般为政府补助50%,农协25%,其余由果农负担。

    我国国情与日本不同。劳动力资源丰富,国民收入低,对质优价高水果虽有一定的需求,但多数还是以廉价为主,因此,我国对水果分级技术的研究、引进应根据国情有选择地进行。例如,以出口创汇为主的水果应进行分级处理,例如,陕西的苹果,已经从国外引进了分级设备与技术,以利更好地出口创汇。其次,整套全自动化分级设备涉及多种单元操作,人工可以完成的操作,如搬运、装箱等,不一定要用机械设备,应充分发挥廉价劳动力的作用,这样既能保证水果的分级质量,又能降低成本,解决劳动力就业问题。有些人工不能代替的工作,如内部的糖度、内部缺陷、质量综合评价等,这方面的技术和设备可适当引进,当然国内的科研也应侧重这方面,这样可以快速提高我国水果分级技术的发展。

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