我国是一个水果生产大国，尤其近几年的发展极为迅速。2006年我国的水果产量达1．5×10⁸t，占世界总产量的13％左右。虽然我国水果产量很大，但价格却较低，而且以国内消费为主，出口量不足总产量的5％。其主要原因是水果采后商品化处理程度低，导致水果竞销能力差。发达国家的经验告诉我们，水果产值的大部分是由其产后处理和加工创造出来的，所以水果的产后加工成为提高其市场竞争力的关键。近几年我国水果产后处理和加工行业迅速发展，不仅水果的清洗、打蜡等前处理设备比较成熟，而且机械分级与电脑分级也被广泛应用。

1  国内外水果商品化处理技术的现状与存在问题

    水果采后商品化处理工艺，主要包括果品表面保鲜与美化处理，水果内、外部品质检测，以及商标打印与包装处理等几个方面的内容。

果品表面保鲜与美化处理主要指清洗表皮、表面上保鲜剂及表皮打蜡增加光泽等；水果内部品质检测项目主要包括糖度、硬度、酸度、可溶性固形物含量等；外部品质指标有水果的果形、大小、色泽、表面质量和颜色等内容。

1．1果品的表面保鲜与美化处理

在20世纪70年代，澳大利亚、日本、韩国等国就开始生产柑橘洗涤、打蜡保鲜设备，我国在20世纪90年代参考国外机型，也开发研制了系列球形水果洗涤、打蜡保鲜加工设备，该类设备由洗果、提升、保鲜、打蜡、烘干等部件组成，生产率主要有1．5，3，5，8，10t/h几种，烘干方式主要有电、煤气、柴油等几种方式。该类设备目前存在的问题主要是：①洗果适应性差，对一些比较脏的水果清洗不干净，同时在环境温度低于6℃时不能使打蜡后的水果完全干燥；②难以处理像梨等有梗的水果；③我国制造的水果洗涤、打蜡设备普遍存在外观粗糙、加工精度低及可靠性差等质量问题。

1．2水果品质检测

水果品质检测是水果商品化处理的关键环节，目前主要有机械式与光电式两大类。

1.2．1机械式分级   

机械式分级技术在国内外都已普遍运用，用于尺寸分级的有滚筒式和辊带式2种，用于重量分级的主要有弹簧秤式等形式。辊带间隙式分级机在我国占有较大的市场份额，该设备采用先进的辊带间隙式分级原理，工作时分级辊作匀速转动，输送带作直线运动，当水果直径小于分级辊与输送带之间的间隙时，则顺间隙掉入水果槽实现分级；机械式尺寸分级不能用于梨、香梨等带梗的水果；重量分级方式误差太大，最大误差在10％以上。

1．2 .2光电式品质检测

光电式品质检测可分为外部品质检测和内部品质检测。目前使用的检测方法主要有光学方法(机器视觉、高光谱／多光谱、红外线、x射线、NMR核磁共振成像)，以及冲击核测、介电特性检测等传感器手段。水果在其生产过程中受到人为因素和自然等因素的影响，产品品质差异很大，品质检测必须具备实时性与非破坏性。

    (1)水果外部品质检测。国外较早开始了利用计算机分级的研究，早期的水果分级方法主要是通过CCD相机，采用无损检测和计算机分析处理等手段，对水果逐一进行分析判别后得出综合结论。人工神经网络技术是模仿生物大脑结构和功能而构成的信息处理技术，在机器视觉系统中的应用大大地提高了品质检测的智能性。

    Kavdir等人使用神经网络算法对柑、橙、柚等水果进行分级，把缺陷和物理特征作为神经网络分类器的输人参数，对柚子和橙子的分级准确率达98．5％，对橘子的分级准确率达98．3％。

    机器视觉系统数据的提取需要高精度的图像，为了获得能提供有效品质特征信息的图像，国外在农产品的传输、水果定向和传感器设计上进行了大量的研究工作。研究表明，采用高光谱和多光谱技术可以快速得到高精度的图像，高光谱图像的光谱分辨率相当高，能够精确获得果品的缺陷、污点等特征光谱段，但对果梗和花萼的成像可能造成误判，Throop等人设计的传送机构使果梗和花萼不可见，苹果以45°

    1995年美国研制成功的Merling高速高频计算机视觉水果分级系统，生产率为40 t／h，美国每年有50％以上的苹果要经过分级设备处理。美国Antoline公司的水果分级设备在世界上处于领先地位，其产品已经系列化(5个型号)，能够按照质量、颜色、形状分级，传送通道可以多达9道，出口可达60个，每道的最高传送速率为12个／s，其传输系统可以容纳不同尺寸的水果，其视觉系统采用2架单色相机，能计算出水果的三维尺寸。

    韩国SENAN--TECH株式会社可以生产多达8个通道的多通道预选线，能够对水果进行质量、大小、颜色和缺陷等多指标分选，计算机分析系统可以提供水果分选的各种信息，包括大小的比例情况、每小时的处理量和水果的优质度等。

    国内的水果自动分级研究起步较晚，中国农业大学的汪懋华和刘禾最先开始研究苹果自动分级的图像分割问题；浙江大学的应义斌，景寒松，饶秀勤等人对苹果、黄花梨、橘、橙等水果也进行了较深入的研究；2004年浙江大学应义斌教授主持研发的水果品质智能化实时检测与分级生产线正式投放市场，它可以按照不同国家的水果分级标准对所需的外部特征信息进行分等、分级，生产率可达40 000个／h。

    中国农业大学籍保平教授的项目组也研发了一条机器视觉水果分级系统，可以对水果的外部缺陷、色泽、尺寸和形状进行全面检测，在此基础上，对水果进行高速精确的分级。它在水果的尺寸大小、颜色的表达中采用了简单算法，提高了分级速度，缺陷检测采用界面合成技术和近红外技术，保证了检测的精度和速度。

    此外，江西的绿荫世韩和湖北第二开关厂等企业通过引进韩国的技术，也先后开展了光电分选线的生产。

    从几年来的运用看，外部品质光电分选生产线主要存在以下突出问题：①水果输送主要部件果杯对果子大小的适应性差，适应大果的难以适应小果，适应小果的又不适应大果；②受倾倒果杯电磁铁灵敏度的限制，设备分选速度难以进一步提高；③光电分级部分与前处理部分配套不理想，前处理部分的生产率以汕来计算，而光电部分以(个／h)来衡量，两者不能很好地配套，造成水果进入光电分选部分时，单列化不彻底，影响分级效果；④整个设备过载能力差，输送水果一旦超过额定生产率，光电分选软件处理的结果就全部乱套。

    (2)水果内在品质检测。国内外在水果内在品质检测研究方面均处于起步阶段，自动分级设备基本上还处于实验室阶段。国内胥芳等人基于苹果的介电特性，采用最佳分级阈值在线学习方法来检测内部腐烂的苹果。实验结果表明，苹果直径为7．0-8．5 cm，等外品腐烂部分苹果直径大于2 cm时，分级的准确率为80％。

    刘燕德利用傅立叶光谱仪，PLS模式水果糖度预测值和真实值的相关系数为0．86，标准预测误差为0．97；PCA模式下的相关系数为0．85，标准预测误差为1．27。实验结果表明，在12 500~3 800光谱内糖度检测的可行性。

    日本三菱电器公司研制的水果成熟度分级机，是利用传感器综合测出梨的表面颜色，对特定光的透光率、水果形状和大小，并与事先储存在计算机中的优良果的数据进行对比，推算出水果的成熟度和糖分。

由于水果内部品质检测起步比较晚，还有许多理论问题需要解决，尤其分级的准确性有待进一步提高。

1．3自动化包装处理

由于水果贴印商标与自动化包装的难度较大，目前国内外在这方面的研究还限于理论方面的研究，没有成熟的机型。实践中运用较多的主要是一些简易接果斗与一些简易输送包袋台，以及一些半自动的袋装机、装网机等简单设备。

2发展对策

    根据国内外水果商品化处理技术发展的现状与存在的主要问题，当前我国应加强以下几方面的研究。

    (1)在水果的清洗、打蜡、烘干等前处理设备研究方面，应主要加强水果清洗方式的研究，尽快解决洗果适应性差的问题，以能够把一些比较脏的水果彻底清洗干净；同时加强水果输送方式的研究，解决好梨、香梨等有梗水果不便输送的问题。

    (2)在光电式水果品质检测方面：①加强水果输送果杯的研究，解决果杯对水果尺寸适应性差的问题，并尽快解决果杯与电磁铁配合不好的问题；②加强光电分级部分与前处理部分统一控制的研究，力争在短时间内解决前后生产率不匹配和水果单列化不彻底的问题；③积极开展水果内在品质检测的理论研究，尽快使水果内在品质检测分级设备走出实验室。

(3)继续推进简易接果台与输送包装台的优化改进工作，逐步提高自动化包装水平。

邓良平

(湖南省水利水电职业技术学院电力工程系，湖南长沙410131)

农产品加工学刊2008年第12期总第157期