番茄果實與莖稈分離力的影響因素分析

黃國偉 畢新勝 肖彬彬 邱 博

（石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子 832003）

加工番茄果實與莖稈的分離力是指果實與莖稈分開所需的拉力，其大小反映果實與莖稈之間的連接強度，也直接反映果莖分離的難易程度，其分離力大小可為加工番茄的品種培育以及番茄收獲機的設計提供理論依據。針對果實分離力，國內外學者做出了大量研究，并取得諸多成果，謝方平等［1］對穗稻的連接力進行了分析，認為成熟度是影響粒穗分離力的重要因素，成熟度高，粒穗分離力小；李耀明等［2］認為沿柄軸方向，水稻分離力最大；Fluck等［3］通過對3種不同品種的食用番茄進行分離試驗認為番茄果秧分離力在19～48N；張進等［4］對番茄果秧分離力進行了測量，認為分離力在5～30N；但上述關于加工番茄果實與莖稈的分離力研究只停留在單純的對其在垂直角度下的拉力研究，忽略了果實與莖稈之間本身的機械物理特性對其分離力的影響，對不同拉伸角度下的果莖分離力沒做探討，且加工番茄的堅實度和質量對番茄分離力也具有一定的影響。本試驗對成熟番茄在不同角度，不同質量和不同果實堅實度情況下的果秧分離力進行了測量和分析，旨在為番茄機械收獲提供理論基礎。

1 加工番茄果實的概述

新疆是全球三大番茄加工主產區之一［5］，加工番茄的植株高度一般在400～800mm，分枝數多，每株番茄主莖桿上平均有5～12個側枝，且在離地高度第3～5個側枝上的果實數量最多，果實多數呈橢圓型，比普通栽培番茄略小，一般在25～110g，果皮比普通栽培番茄厚，加工番茄縱徑大多在25～95mm，橫徑大多在20～60mm。對新疆地區的幾種典型番茄品種里格爾87－5，石紅20，屯河41的統計分析［6］，見表1。

2 材料與方法

2.1 試驗裝置

試驗在GDE－500電動單柱式立式拉力機臺上進行，本試驗機可對果實與莖稈進行拉伸、果實壓縮，果實堅實度等進行測量與分析。本試驗用兩種夾具進行配合：一種是雙平板夾具，適合于夾持果實的莖稈，夾具的平面光滑（見圖1），另一種是與量角器配合使用的可調角度夾具（見圖2），以便在不同角度下對其測量，從而改變試驗對象的受力方向。力傳感器的量程為0～50N，精度值為0.001N，由計算機對其試驗過程中的數據進行采集和處理［7］。

表1 加工番茄物理特性Table 1 Processing tomato physical characteristics

圖1 平板夾具Figure 1 Plate clamp

圖2 可調卡具Figure 2 Adjustable clamp

2.2 試驗對象

以新疆地區的里格爾87－5﹑石紅20﹑屯河41為材料，進行拉伸試驗，加載速度為0～500mm／min，拉伸角度γ＝a－90°；a的測量：臺鉗上豎直放置量角器可便利測出（見圖3），試驗受力的方向分別為15°，30°，45°，60°，75°，90°。

2.3 試驗方法

根據前期對分離力單因素試驗結果分析，選取拉伸角度、果實質量、果實堅實度作為考察因素，運用混合水平的正交試驗設計方法進行統計分析。試驗水平編碼與試驗方案見表2和表3［8］，共進行18組試驗，每組試驗取10次數據平均值，試驗指標為果實與莖稈的分離力，試驗方案設計及結果分析采用mintab軟件分析。

圖3 拉伸角度示意圖Figure 3 Diagram of stretching angle

表2 試驗因素水平與編碼值Table 2 Coding of experimental factors and level

3 結果與分析

3.1 試驗結果回歸分析

應用minitab軟件對試驗結果進行分析，見表4。角度、質量對分離力的影響較大，堅實度對分離力影響較小，根據試驗數據分別建立里格爾87－5，石紅20，屯河41的角度、質量、果實堅實度與番茄果實與莖稈分離力之間的回歸方程：

回歸系數顯著性水平都明顯小于0.05，表明回歸模型擬合的很好。

3.2 各因素對分離力的影響

（1）由圖4可知，質量和角度與分離力的關系，隨著質量和角度的增大分離力逐漸增大，在15°至60°時，隨著質量和角度的增加時分離變化不是很明顯，但也呈現增加趨勢，在60°至90°時，隨著質量和角度增加，分離力成明顯增加趨勢，在75°左右時隨著質量的增加，分離力變化最為顯著，總體而言，當質量和角度同時達到最大值時，分離力也達到最大值。

（2）由圖5可知，角度和堅實度與分離力的關系，當角度不變時，隨著番茄堅實度的增加分離力呈現一定的波動性，但變化較小；當堅實度不變時，隨著角度的增加分離力逐漸增加，當堅實度在3～4N時，角度為75°左右時存在一定的波動性，但總體還是成增加的趨勢。

（3）由表4可知，里格爾87－5，石紅20，屯河41的P值分別為0.530，0.399，0.108，都大于0.05，說明 P值對分離力的影響不大，由于本試驗有的是混合正交試驗，質量和堅實度兩因素有一定的交互作用，但規律不顯著。

表3 正交試驗結果Table 3 Design and results of experiments

表4 性能指標的方差分析Table 4 Variance analysis of performance indexes

圖4 不同品種下質量和角度與分離力的等值線圖Figure 4 Separation force’isoline map of quality and Angle in different varieties

圖5 不同品種角度和堅實度與分離力的等值線圖Figure 5 Separation force’isoline map of quality and firmness in different varieties

4 結論

（1）不同品種的番茄分離力并不相同，屯河41的分離力最大，里格爾87－5和石紅20的分離力相差不大。

（2）同一品種番茄的分離力隨著堅實度的變化，分離力變化不大，影響不顯著。

（3）同一品種番茄的分離力隨著角度的增加，分離力逐漸增加，在90°時，分離力達到最大值。

（4）同一品種番茄的分離力隨著質量的增加分離力逐漸增加，質量最大時，分離力也達到最大。

（5）同一品種番茄的分離力，當角度和質量同時增加，分離力變化最顯著。

1 謝方平，羅錫文，湯楚宙.水稻粒穗分離力的研究［J］.湖南農業大學學報：自然科學版，2004，30（5）：470～471.

2 李耀明，孫夕龍，徐立章.水稻穗頭連接力的試驗與分析［J］.江蘇大學學報（自然科學版），2008，29（2）：99～100.

3 Fluck R C.Detachment of tomato fruit from vines as influenced by fruit maturity and plant desiccation［J］.TRANSACTIONS of the ASAE，1970，13（6）：704～707.

4 張進，畢新勝，肖彬彬，等.加工番茄果莖分離力研究［J］.安徽農業科學，2012，40（8）：5 051～5 053.

5 番茄醬加工工藝及品質控制［J］.農產品加工，2010，11（226）：55～57.

6 畢新勝，肖彬彬，張進，等.加工番茄回轉滾筒式果秧分離機構參數正交試驗優化［J］.農業機械學報，2012，43（8）：95～98.

7 李勇，張宏文，楊濤.棉花收獲期棉絮分離力的試驗研究［J］.石河子大學學報（自然科學版），2011，29（5）：635～636.

8 鄧后勤，夏延斌，危小湘.魚刺分離機的機械設計分析［J］.食品與機械，2007，23（1）：100～102.