張惠 賈首星 鄭炫 韓大龍

摘要：針對(duì)紅棗采后加工及商品化處理的分級(jí)環(huán)節(jié)，闡述了紅棗采后不同階段的分級(jí)需求以及我國(guó)紅棗分級(jí)設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀，介紹了不同階段紅棗分級(jí)方法和分級(jí)設(shè)備類(lèi)型與特點(diǎn)，指出了紅棗分級(jí)機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：紅棗；分級(jí)設(shè)備；果品

中圖分類(lèi)號(hào)：S226.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-1302（2014）02-0341-02

收稿日期：2013-07-12

基金項(xiàng)目：2010年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化專(zhuān)項(xiàng)扶持項(xiàng)目（編號(hào)：2130134）。

作者簡(jiǎn)介：張惠（1987—），女，碩士研究生，從事農(nóng)產(chǎn)品智能化檢測(cè)與分級(jí)研究。 E-mail：542691032@qq.com。

通信作者：賈首星，研究員，主要從事農(nóng)產(chǎn)品分級(jí)研究。E-mail：jia-shouxing@163.com。我國(guó)是世界上唯一的紅棗出口國(guó)，占有絕對(duì)的貿(mào)易主導(dǎo)地位[1]。近年來(lái)，我國(guó)紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，紅棗栽培規(guī)模及產(chǎn)量迅速擴(kuò)大。由于新疆具有得天獨(dú)厚的光熱資源及環(huán)境資源優(yōu)勢(shì)，適宜紅棗種植，目前新疆已成為世界上最大的紅棗生產(chǎn)基地[2-4]。紅棗加工、商品化處理過(guò)程中，分級(jí)是紅棗采后保鮮、貯藏、加工以及流通等生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。紅棗采后初步分級(jí)是棗農(nóng)初步定價(jià)的重要依據(jù)。分級(jí)是提高產(chǎn)品附加值、增加經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。分級(jí)包裝后的紅棗在大小、成熟度、色澤、品質(zhì)等方面基本一致，大幅提高了產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，減少損失，有利于運(yùn)輸、儲(chǔ)藏，加速了紅棗產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。

1紅棗分級(jí)階段

新疆南疆地區(qū)地處塔克拉瑪干沙漠的周邊，氣候干熱、晝夜溫差大、光照時(shí)間長(zhǎng)，有利于棗果積累糖分與營(yíng)養(yǎng)。新疆歷年棗樹(shù)種植面積及產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，迫切需要研發(fā)紅棗商品化處理技術(shù)。我國(guó)紅棗品種繁多、外形不規(guī)則，果型介于中型果及小型果之間，比較難分級(jí)，嚴(yán)重影響棗農(nóng)增產(chǎn)增收。紅棗采后主要有3個(gè)分級(jí)階段：第一階段，紅棗的初期分級(jí)階段。紅棗采收后，為了方便定價(jià)需要進(jìn)行初選，即對(duì)紅棗進(jìn)行初分；第二階段，企業(yè)分級(jí)加工階段。企業(yè)采購(gòu)紅棗之后要對(duì)紅棗進(jìn)行等級(jí)劃分，這樣有利于進(jìn)行紅棗的制干、包裝等加工環(huán)節(jié)。第三階段，高端分級(jí)階段。目前已將光電技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于紅棗內(nèi)部品質(zhì)（糖度、硬度、酸度等）智能化無(wú)損檢測(cè)分級(jí)中。

2紅棗各階段分級(jí)設(shè)備類(lèi)型與特點(diǎn)

2.1紅棗初期分級(jí)設(shè)備

紅棗采收后，棗農(nóng)要將參雜在紅棗中的雜質(zhì)、爛果等去除，還要將采回紅棗初步按個(gè)頭大小分成3級(jí)，以便定價(jià)。紅棗的初期分級(jí)主要采用滾筒式紅棗分級(jí)機(jī)。滾筒式分級(jí)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧、造價(jià)低，不但增加了農(nóng)民經(jīng)濟(jì)效益而且提高了棗農(nóng)種植紅棗的積極性?，F(xiàn)行的滾筒式分級(jí)設(shè)備主要有孔式、柵條式、層疊式分級(jí)機(jī)。

2.1.1滾筒孔式紅棗分級(jí)機(jī)滾筒孔式紅棗分級(jí)機(jī)的滾筒篩一般為圓柱形或圓臺(tái)形，篩孔為圓形或長(zhǎng)圓形，都是按照正三角形或整齊交錯(cuò)孔形排列[5]。

2.1.2滾筒柵條式紅棗分級(jí)機(jī)柵條式的分級(jí)機(jī)主要有2種：一種是柵條滾筒軸線與地面呈一定夾角；另一種是滾筒內(nèi)壁焊接有窄葉片，窄葉片呈螺旋形，在滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中起到絞龍的作用，輔助紅棗軸向移動(dòng)（圖1）。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)型輕巧、成本低，能滿足廣大棗農(nóng)的需求。

2.1.3滾筒層疊式紅棗分級(jí)機(jī)層疊式紅棗分級(jí)機(jī)是將多個(gè)滾筒篩籠按重疊式安裝，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、分級(jí)均勻等優(yōu)點(diǎn)，可一次將紅棗分成多個(gè)等級(jí)。在筒篩外形尺寸相同的條件下，柵條式筒篩的有效面積系數(shù)比孔式筒篩高50%，極大地提高了紅棗的通過(guò)性，既保證了分級(jí)質(zhì)量，又不易傷棗。

2.2企業(yè)加工紅棗的分級(jí)設(shè)備

企業(yè)加工紅棗的分級(jí)設(shè)備主要是滾杠式分級(jí)機(jī)（圖2）。滾杠式（別稱(chēng)輥軸式）分級(jí)設(shè)備應(yīng)用極為廣泛，具體分為多層嵌套式（也稱(chēng)復(fù)式）、直線排列式、變間隙式3種[6]。其中，滾杠變間隙式分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)小巧、操作方便、可調(diào)性好、破損率低、串級(jí)率低、不易卡棗，分級(jí)效果較好。滾杠變間隙式紅棗分級(jí)機(jī)的輸送帶由分級(jí)滾杠組成，利用電機(jī)帶動(dòng)，通過(guò)鏈條或皮帶傳動(dòng)，帶動(dòng)滾杠在托軌上移動(dòng)，托軌高度不同導(dǎo)致滾杠間隙發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)紅棗分級(jí)。滾杠在鏈條槽內(nèi)移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行自轉(zhuǎn)。托軌分為三角形、階梯形2種，滾杠經(jīng)過(guò)每個(gè)三角形時(shí)相鄰滾杠的間隙隨之發(fā)生變化，處于三角形頂部和底端的滾杠間隙最大，調(diào)整托軌的高度可改變相鄰滾杠之間的間隙。

階梯形托軌的滾杠式紅棗分級(jí)機(jī)的滾杠間隔被安裝在特制鏈條頂部及鏈條槽中，所有滾杠都可自轉(zhuǎn)，安裝在鏈條槽里的滾杠可隨鏈條槽上下活動(dòng)。不同高度托軌的滾杠間隙不同，脫軌高度降低，滾杠間隙增大。間隙漸變式紅棗分級(jí)機(jī)在紅棗分級(jí)過(guò)程中，滾杠因與皮帶的摩擦作用，做相對(duì)滾動(dòng)，紅棗隨之不斷翻滾，以便分級(jí)（圖3）。滾杠式分級(jí)機(jī)械整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分級(jí)效果較好、工作效率高、操作方便、設(shè)備占用空間相對(duì)較大，較適合企業(yè)。

2.3紅棗的高端分級(jí)設(shè)備

大棗經(jīng)過(guò)分級(jí)后，投入市場(chǎng)，價(jià)格檔次明顯拉開(kāi)，對(duì)于上等紅棗，如新疆的哈密大棗、和田玉棗，應(yīng)進(jìn)一步對(duì)其表面缺陷、成熟度、果形、顏色、成分等進(jìn)行分級(jí)鑒定。

2.3.1光電式品質(zhì)分級(jí)設(shè)備光學(xué)分級(jí)機(jī)（光線式分級(jí)機(jī)）分級(jí)原理為：將紅棗排列在傳輸帶上，計(jì)算紅棗經(jīng)過(guò)光電系統(tǒng)下方的遮光時(shí)間，利用遮光時(shí)間與傳輸速度的關(guān)系獲得紅棗的外徑及大小。光電分級(jí)技術(shù)可同時(shí)對(duì)紅棗進(jìn)行大小、外觀品質(zhì)、內(nèi)部品質(zhì)分級(jí)。圖4為光電式紅棗分級(jí)機(jī)，其傳送帶的合適位置上裝有2組由相對(duì)的射光器L及感光器R組成的、不同級(jí)別的分機(jī)器，當(dāng)紅棗隨傳送帶經(jīng)過(guò)分機(jī)器時(shí)，光束被遮擋住，通過(guò)計(jì)算遮光時(shí)間與傳輸速度得出紅棗的外徑及大小，實(shí)現(xiàn)分級(jí)。

外觀品質(zhì)分級(jí)機(jī)是用光束照射果品，利用光束反射率來(lái)判斷紅棗的差色程度、傷痕等。果品通過(guò)電子發(fā)光點(diǎn)時(shí)，光電管接收并測(cè)定其表面產(chǎn)生的反射光波長(zhǎng)。不同顏色果品的反

射光的波長(zhǎng)也不同。系統(tǒng)對(duì)采集的波長(zhǎng)進(jìn)行分析并進(jìn)行取舍，實(shí)現(xiàn)分級(jí)。內(nèi)部品質(zhì)分級(jí)機(jī)利用一定波長(zhǎng)的光照射產(chǎn)品，通過(guò)測(cè)定透過(guò)光的強(qiáng)度來(lái)推斷果實(shí)成熟度、內(nèi)部糖分含量、酸度等。目前，透光檢測(cè)法檢驗(yàn)果品內(nèi)部品質(zhì)應(yīng)用效果較好[7]。

2.3.2機(jī)器視覺(jué)智能化分級(jí)設(shè)備機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在水果分級(jí)方面應(yīng)用效果較好，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)器視覺(jué)紅棗分級(jí)設(shè)備利用圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)果品品質(zhì)不僅客觀、準(zhǔn)確、快速，而且對(duì)果品無(wú)損傷，目前已廣泛應(yīng)用于蘋(píng)果、柑橘、西紅柿、桃子、梨等近球形單粒水果外觀品質(zhì)的檢測(cè)與分級(jí)[8]。基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的紅棗品質(zhì)檢測(cè)分級(jí)技術(shù)是利用MATLAB等圖像處理軟件對(duì)紅棗的大小、形狀、顏色、表面缺陷等外部品質(zhì)進(jìn)行處理，提取外部品質(zhì)特征從而根據(jù)外觀等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)。機(jī)器視覺(jué)智能化分級(jí)是對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)、光學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)、模式識(shí)別、人工智能技術(shù)等進(jìn)行綜合，可以迅速、大量、全面地獲取果品信息，一次性完成果梗完整性、果形、尺寸、果面損傷、成熟度等分級(jí)，得到果形大小、果面損傷面積等具體數(shù)值并進(jìn)行分類(lèi)[9]。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)（圖5）主要由圖像獲取、圖像處理分析、輸出或顯示3部分組成，通常需要將CCD攝像機(jī)、檢測(cè)裝置、傳送帶、計(jì)算機(jī)、伺服控制系統(tǒng)等設(shè)備[10]。分級(jí)時(shí)，水果在傳送帶上面，CCD攝像機(jī)裝在傳送帶的上方及周邊，在傳送帶的兩側(cè)安裝有檢測(cè)裝置。當(dāng)水果通過(guò)CCD攝像機(jī)時(shí)，CCD攝像機(jī)會(huì)通過(guò)圖像采集卡將水果圖像傳入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行一系列處理，從而確定水果的特征信息，如顏色、直徑、形狀、表面損傷情況等，再根據(jù)處理結(jié)果控制伺服機(jī)構(gòu)，智能分析判定紅棗等級(jí)，電腦根據(jù)信息發(fā)出指令控制伺服機(jī)構(gòu)，分級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施相應(yīng)動(dòng)作并與輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)果品的分級(jí)（圖5）。

3結(jié)論

目前，我國(guó)紅棗種植規(guī)模擴(kuò)大、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不斷加速，迫切需要提高紅棗商品化處理技術(shù)，以增加紅棗產(chǎn)品附加值。根據(jù)我國(guó)國(guó)情和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，對(duì)紅棗初期分級(jí)階段及企業(yè)分級(jí)階段而言，滾杠式紅棗分級(jí)機(jī)較為合適，基本可以滿足紅棗分級(jí)的要求，在我國(guó)今后一段時(shí)期內(nèi)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。智能化紅棗分級(jí)設(shè)備尚不成熟，且成本高，但對(duì)于紅棗高端分級(jí)不可或缺[11]。因此，將機(jī)械式分級(jí)設(shè)備及智能化分級(jí)設(shè)備相結(jié)合，合理利用機(jī)械式分級(jí)設(shè)備及智能化分級(jí)設(shè)備，是紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

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