水果品質檢測分級加工處理過程中機械損傷研究

謝佳駿，張若宇，坎雜（石河子大學機械電氣工程學院，新疆石河子832000）

水果品質檢測分級加工處理過程中機械損傷研究

謝佳駿，張若宇，坎雜
（石河子大學機械電氣工程學院，新疆石河子832000）

保持水果高水平品質是消費者們追求的重要目標，因此商品化處理中水果品質檢測分級很重要，但是品質分級檢測機械會造成水果機械損傷。本文論述了水果品質檢測分級加工過程中機械損傷的研究方法和進展，并在前期研究的基礎上嘗試提出相應解決思路，為今后水果品質檢測與分級裝備的研究設計提供參考。

水果；品質檢測；分級；加工；機械損傷

1 引言

機械損傷是造成水果缺陷的一種主要形式。在高度機械化的國家，水果由于機械損傷而引起的平均損耗占總重量的30%～40%[1]。大部分水果皮薄、質地脆嫩，在運輸過程中易受到機械損傷，受傷部位組織細胞結構遭到破壞，在各類酶的催化作用下，細胞組成成分降解，果實迅速變軟。王艷潁等[2]研究發現，機械損傷造成紅富士蘋果原果膠含量降低，可溶性果膠和纖維素含量升高，果實迅速軟化。解靜[3]在番茄上的研究上也發現，機械損傷造成果實原果膠含量下降，果實硬度下降，這可能是由于機械損傷會破壞果實結構，促進底物與酶的接觸，造成細胞壁網狀結構解體，使果實硬度降低。果蔬在受到機械損傷后，呼吸代謝和愈傷代謝活動加快，會加快果蔬貯放過程中營養物質的轉化和消耗，使得很多營養成分向次生代謝產物轉化，品質下降。研究發現，機械損傷會造成紅富士蘋果果實可溶性固形物含量降低，這可能是由于機械損傷使果實呼吸速率加快，有機酸和糖類作為底物而被迅速消耗[4]。陳蔚輝[5]研究發現，在較短的時間內，機械損傷造成橄欖果實碳水化合物的水解，可溶性固形物含量上升，但是隨著進一步降解，可溶性固形物含量又會迅速下降，而且機械損傷造成橄攬果實有機酸和抗壞血酸含量下降[6]，原因可能是機械損傷引起橄欖果實呼吸強度提高，釋放的熱量增加，果實生理代謝加快，造成大量營養物質被消耗。此外，研究發現機械損傷還會造成果實中揮發性物質改變[7]。MariaSerrano[8]研究發現，機械損傷降低了李子果實的精胺含量，提高了果實亞精胺和脫落酸的含量。

隨著我國果品商品化品質檢測與分級技術的實施，隨之產生的水果機械損傷問題不容忽視。因此，對水果在品質檢測分級加工過程中不同的運動狀態以及不同環節所受到的機械損傷亟待研究，以便對水果品質檢測與分級機械化和自動化裝備的研發提供指導。

本文調研了目前水果品質檢測與分級主要環節，包括上料環節、輸送環節、分通道環節以及分級執行環節存在的問題，并在前期研究的基礎上嘗試提出相應解決思路，為今后水果品質檢測與分級裝備的研究設計提供參考。

2 水果品質檢測分級中的機械損傷

果實在加工過程中容易在沖擊、碰撞、跌落和振動等物理特性的作用下，產生即時損傷和延遲損傷，其中即時損傷主要以脆性破壞為主，延遲損傷以粘彈性變形為主，水果類一般屬于粘彈性體。果實通常受到隨機載荷的作用，主要包括短時間的沖擊和長期循環反復的振動作用，其中振動是造成果實在加工過程中產生機械損傷的主要原因。

2.1 上料環節的機械損傷

上料裝置有刮板式輸送帶、普通PVC帶、輥杠中間有間隙的輥軸輸送、毛刷輥或者包裹海綿的輥。這幾類上料裝置中，刮板式輸送帶為剛性金屬或硬質橡膠等材料，在輸送運動過程中，水果碰撞到板壁會對其造成碰撞損傷。

2.2 分通道環節的機械損傷

分通道機構使水果由亂序輸送變為單排有序輸送，檢測時水果之間沒有相互重疊，不影響檢測效果。分通道機構V形板底部有輸送帶或者錐形滾子輸送水果，可使水果分為單通道，此過程中水果由上一加工環節跌落至V槽內，會撞擊板壁造成損傷，由于有初始速度，水果跌落瞬間受到更大載荷力。

2.3 輸送環節的機械損傷

現有的水果分級加工處理中輸送環節的主要方式有普通輸送帶、網狀輸送帶、輥式輸送和托盤輸送等。帶式輸送過程中水果會在輸送帶上滾動引起相互碰撞造成損傷；網狀輸送帶為剛性金屬材料，也會對水果造成損傷；輥式輸送則是輥之間的間隙會導致果柄卡入，或果梗折斷從而影響品質；托盤輸送時托盤的材料為硬質，也容易對水果造成損傷。

2.4 分級執行環節的機械損傷

現有的水果分級執行機構主要以翻轉形式實現，傾覆果盤使水果翻滾落入分級區域，此過程中的果盤材料的沖擊和傾覆后的跌落會造成機械損傷。

3 水果品質分級中機械損傷現有解決方法及存在問題

3.1 針對上料環節的機械損傷

對于上料環節，現有減小機械損傷的方法主要是在上料時添加柔性輥子對水果的滾落進行緩沖。但此方法對于帶果梗和易損水果仍不可行，會引起水果間的碰撞以及毛刷輥對果皮的損傷。在普通的PVC帶上輸送時，不會因輸送介質產生損傷，但是水果間的相互撞擊、沖擊會使其損傷；現有另一種上料方式為毛刷輥輸送，毛刷輥上料輸送一方面可以緩解因沖擊所造成的損傷，另一方面則可以對果實表面進行表面刷洗，但對于輸送帶果梗的水果品種，若果梗卡入毛刷間隙容易發生折斷現象，影響水果品質。

3.2 針對分通道環節的機械損傷

分通道環節主要通過改變分通道方式如在輸送前端安裝毛刷盤，對水果有導向緩沖作用，若檢測分級其他如柑橘之類的硬皮質水果則可以繼續用V槽類輸送。在設計中可以更換邊緣和中間部分的部件。對于此環節的水果受到的機械損傷，主要通過改善V槽板的材料和添加緩沖介質來解決。若改進V板材料，用緩沖性能較好的材料，則可以緩解，但是跌落造成的跌落損傷仍無法避免，螺旋輸送水果墜入槽中螺旋推進，過程中會對水果造成擠壓。還有一類結構簡單即在輸送帶上端安裝板直接進行分通道，但是板邊緣會對果梗以及表面造成機械損傷。

3.3 針對輸送環節的機械損傷

在輸送環節中現最主要的改進方法是通過改進輸送介質，如有通過改變輸送帶材料，將剛性較大材料換為柔性材料，對水果輸送過程中的振動起到緩沖作用；或者在原介質基礎上添加緩沖墊，但是這種方法處理水果機械損傷的實效性不高，長時間使用后緩沖作用失效。輸送環節最大的問題是各工作環節的連接，這個過程中也會引起水果較大的機械損傷，現有解決此類問題的方法就是通過添加一些緩沖介質，如在兩工作環節之間加入毛刷輥對輸送的水果進行緩沖，或是在兩個工作環節間加入柔性檔簾減緩速度使水果在工作部件間的輸送損傷減小，所以需要通過改善機器結構參數并根據水果的物料特性對機器進行設計，減小機械損傷。

3.4 針對分級執行機構的機械損傷

分級執行環節的機械損傷現主要來源于跌落損傷，所以需要注意的是果盤材料的選擇，以及分級驅動部件的動作形式。現有的驅動部件使果盤傾覆角度有90°和45°的傾覆，對于硬皮質水果，機械損傷程度較小，不適用于易損水果。現有的執行方式通過改變輸送介質的傾覆角度減少損傷，效果不明顯，水果由輸送介質經分級執行中還會有跌落，所以為使此過程中機械損傷較小，應注意以下幾點：（1）確定使水果能進行柔性翻轉的部件，根據物料特性參數確定部件形狀尺寸以及材料，使水果在輸送線上完成精確檢測的同時，盡量減少部件對其造成的機械損傷；（2）確定柔性分級驅動部件，根據物料特性參數確定部件驅動方式，使水果在分級過程中減少機械損傷。

4 小結

綜上所述，根據目前水果品質檢測分級加工過程中存在的問題和不足，提出為減少水果品質檢測與分級中的機械損傷，應該實現生產線的柔性上料、柔性輸送、單粒化和柔性翻轉以及柔性分級驅動，進而實現減少水果外觀品質檢測中因各環節機械設備所造成的二次機械損傷，不僅能提高水果檢測品質，滿足市場消費者要求，也使我國水果在市場的競爭力提高，對調節市場供應、維護果農的生產積極性具有重大社會意義和經濟價值。

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2015—03—27