國外水果分級檢測新技術
一、日本水果的現(xiàn)代分級檢測技術
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在水果檢測領域得到應用。計算機技術、無損傷檢測技術以及自動化控制技術的發(fā)展為現(xiàn)代分級檢測技術提供了廣闊的空間，使分級檢測技術正在由半自動化向全自動化、外部品質檢測向內部品質檢測、復雜化向簡單化和方便化、規(guī)格標準的文字化向數(shù)字化、機械設備結構的復雜化向簡單化、數(shù)據(jù)的人工管理向計算機管理方向轉化。
1．設備結構的簡單化 現(xiàn)行的分級設備只能進行大小分級，為完成各個等級的分級，需要數(shù)臺相同設備，而且每臺設備占地面積龐大。水果不同，有時分級設備也不同，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、計算機處理，可使大小分級和等級分級一次性完成，機械設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備略加修改，即可用于不同水果，應變性強。計算機、電氣設備的大量應用使得制造成本有所提高，但機械設備的簡化，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，但因產地不同，實際質量不盡相同，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)因應用了計算機技術，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)，即果農將各自生產的水果集中到所屬農協(xié)水果分級場地，經統(tǒng)一分級后推向市場。由于果農的管理水平不同，栽培環(huán)境各異，往往導致水果質量不同。過去因人為進行評價，常常出現(xiàn)矛盾，現(xiàn)在，應用計算機圖像處理技術，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 分級內容一般分為等級和大小兩項，涉及多項物理指標和化學指標。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、內部的糖度、酸度、果肉軟硬度、有無外部損傷、內部缺陷、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)代化技術應用最多的部分。
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)。若想進一步了解內部質量情況，可通過無損傷檢測裝置測定糖度和酸度等指標。
三、內部品質的無損傷檢測
內部品質包括水果的糖度、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。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 目前這種方法應用的最多最廣，技術相對成熟。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，就是基于水果內所含各種成分的分子結構在近紅外區(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，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)測果實內部成分的變化，為栽培管理和適時收獲提供科學依據(jù)。
2．力學成熟度空洞分析法 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關系的分析，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得到應用。
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轉換器及筆記本電腦組成。從測量結果可以得出，傳播速度與果肉的實際硬度間具有相關關系，且與品嘗實驗結果一致。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關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、結果顯示等幾部分組成。經實驗，采摘前和采摘后檢測精度分別為80％、95％，因此，可作為采摘期預測和采摘后的成熟度檢測技術普及推廣。
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，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。已有公司應用該技術開發(fā)出激光甜瓜糖度在線檢測裝置。據(jù)介紹，該裝置通過轉換開關，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。
5．X射線分析法 X射線具有穿透能力，而物質的密度大小又影響X射線的穿透量的多少，通過對穿透量的分析，就可探明物質內部的情況。因農產品的密度與金屬等物質相比要小得多，所以所需X射線強度很弱，通常稱其為軟X射線。應用軟X射線可以檢測如馬鈴薯、西瓜內部的空洞，柑橘中的皺皮等內部缺損現(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均已成熟。
四、結束語
日本水果檢測技術的發(fā)展，有其特定的經濟、文化和社會背景。(1)日本經濟發(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的發(fā)展。其主要形式是財政支持，一般為政府補助50％，農協(xié)25％，其余由果農負擔。
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的研究、引進應根據(jù)國情有選擇地進行。例如，以出口創(chuàng)匯為主的水果應進行分級處理，例如，陜西的蘋果，已經從國外引進了分級設備與技術，以利更好地出口創(chuàng)匯。其次，整套全自動化分級設備涉及多種單元操作，人工可以完成的操作，如搬運、裝箱等，不一定要用機械設備，應充分發(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，如內部的糖度、內部缺陷、質量綜合評價等，這方面的技術和設備可適當引進，當然國內的科研也應側重這方面，這樣可以快速提高我國水果分級技術的發(fā)展。
