果蔬采后處理高新技術(shù)課件

果蔬采后處理高新技術(shù)應(yīng)用和無損傷檢測(cè)

第一節(jié)果蔬采后處理高新技術(shù)應(yīng)用果蔬采后處理中的現(xiàn)代分級(jí)檢測(cè)技術(shù)是高新技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的典范，它在日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)推廣應(yīng)用。現(xiàn)代分級(jí)檢測(cè)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、無損傷檢測(cè)技術(shù)以及自動(dòng)化控制技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。這三項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代分級(jí)檢測(cè)技術(shù)提供了廣闊的空間，使分級(jí)檢測(cè)技術(shù)正在由半自動(dòng)化向全自動(dòng)化轉(zhuǎn)化，由單純的外部品質(zhì)檢測(cè)向同時(shí)進(jìn)行內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)轉(zhuǎn)化，規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)由文字化向數(shù)字化轉(zhuǎn)化，機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)由復(fù)雜化向簡(jiǎn)單化轉(zhuǎn)化，數(shù)據(jù)由人工管理向計(jì)算機(jī)管理化方向轉(zhuǎn)化。

一、果蔬分級(jí)的自動(dòng)化

果蔬的現(xiàn)代化分級(jí)技術(shù)包括上線、清洗、涂蠟、干燥、分級(jí)、裝箱等多項(xiàng)流水線作業(yè)程序。其中，分級(jí)既是核心又是近年來發(fā)展最快、現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用最多的部分。傳統(tǒng)的機(jī)械式、電子式果蔬分級(jí)流程如圖6-1所示，它先是由人工進(jìn)行品質(zhì)等級(jí)分級(jí)，后由數(shù)臺(tái)相同的機(jī)械電子設(shè)備分別自動(dòng)完成尺寸等級(jí)分級(jí)，分級(jí)過程為半自動(dòng)化。而現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖像處理式取代了人工分級(jí)，可不分先后地進(jìn)行品質(zhì)等級(jí)和尺寸等級(jí)的同時(shí)自動(dòng)分級(jí)，新技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)方式。

全自動(dòng)圖像處理式分級(jí)系統(tǒng)一般由CCD攝像機(jī)、無損傷檢測(cè)裝置、輸送帶、計(jì)算機(jī)、電氣控制系統(tǒng)等組成。圖6-2所示為一柑橘分級(jí)過程。其分級(jí)操作大致分為縱向一字排列、分離、攝像、無損傷檢測(cè)、計(jì)算機(jī)處理判斷等過程。為了保證攝取的圖像準(zhǔn)確無誤，避免柑橘之間發(fā)生摞列粘連現(xiàn)象，通過成v字形安裝的兩輸送帶的速度差，使摞列在一起的柑橘形成一字排列；通過滾式輸送帶的設(shè)計(jì)速度大于分離輸送帶速度的原理，使粘連在一起的柑橘實(shí)現(xiàn)了分離。

一、果蔬分級(jí)的自動(dòng)化

5臺(tái)CCD攝像機(jī)配置在輸送帶的上方及周邊，可以全方位地?cái)z取柑橘的圖像，但為了獲得柑橘上下兩面的圖像，特設(shè)柑橘翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。在輸送帶的兩側(cè)安裝有無損傷檢測(cè)裝置，可進(jìn)行糖度、酸度、腐爛損傷程度、有無皺皮現(xiàn)象的檢測(cè)。當(dāng)柑橘通過CCD攝像機(jī)時(shí)，柑橘的顏色、大小、形狀、內(nèi)部質(zhì)量、糖度和酸度、表面損傷情況等均被記錄下來，通過這些信息的計(jì)算機(jī)綜合處理即可完成分級(jí)作業(yè)。

現(xiàn)行的多數(shù)分級(jí)設(shè)備因只能進(jìn)行大小等級(jí)分級(jí)；為完成各個(gè)等級(jí)的分級(jí)，需要數(shù)臺(tái)相同設(shè)備，而且每臺(tái)設(shè)備占地面積大。水果不同，有時(shí)分級(jí)設(shè)備也不同，專用性強(qiáng)，利用率低。例如，柑橘可利用滾筒式，而蘋果、桃等則不易采用。

二、設(shè)備結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化

圖像處理式分級(jí)設(shè)備因尺寸等級(jí)和品質(zhì)等級(jí)分級(jí)一次性完成，機(jī)械設(shè)備主要起了輸送作用，所以機(jī)械設(shè)備得到了大大簡(jiǎn)化。同時(shí)，還可根據(jù)生產(chǎn)能力隨時(shí)進(jìn)行組合，對(duì)分級(jí)場(chǎng)地?zé)o特殊要求。只要對(duì)計(jì)算機(jī)程序或設(shè)備略加修改，即可用于不同水果，應(yīng)變能力強(qiáng)。計(jì)算機(jī)、電氣設(shè)備的大量應(yīng)用雖然使得制造成本有所提高；但機(jī)械設(shè)備的簡(jiǎn)化，使成本又大為降低，以至最終成本變化不大。

現(xiàn)行的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)多為文字描述，無具體數(shù)字，既定性而非定量。這樣往往造成雖是同等級(jí)，但因產(chǎn)地不同，實(shí)際質(zhì)量不盡相同，對(duì)于消費(fèi)者而言，容易造成混亂或誤解。現(xiàn)代分級(jí)檢測(cè)處理因應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，使信息變成了數(shù)字化，即可實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)的量化等級(jí)評(píng)價(jià)。例如，我們可將果實(shí)顏色值90～100的規(guī)定為優(yōu)級(jí)，80～89為良；損傷面積超過總面積1％降一級(jí)，超過3％降兩級(jí)等，類似這樣的工作均可進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。

三、規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化

在發(fā)達(dá)國(guó)家，分級(jí)作業(yè)多為集體作業(yè)。即農(nóng)民將各自生產(chǎn)的果蔬產(chǎn)品集中到所屬農(nóng)協(xié)果蔬分級(jí)場(chǎng)地或果蔬采后處理工作站，經(jīng)統(tǒng)一分級(jí)后推向市場(chǎng)。由于農(nóng)戶的管理水平不同，栽培環(huán)境各異，往往導(dǎo)致果蔬質(zhì)量不同。以往是人工通過目測(cè)進(jìn)行評(píng)價(jià)，經(jīng)常出現(xiàn)誤差與矛盾?，F(xiàn)在，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，進(jìn)行隨機(jī)取樣，客觀地評(píng)價(jià)各自果蔬的質(zhì)量，避免了矛盾的發(fā)生。四、管理計(jì)算機(jī)化

四、管理計(jì)算機(jī)化

圖6-3所示為一柑橘品質(zhì)自動(dòng)評(píng)價(jià)裝置。通過這個(gè)裝置主要實(shí)現(xiàn)了形狀、顏色的定量化，客觀地進(jìn)行評(píng)價(jià)；在以往的評(píng)價(jià)方法中，樣品所占比例為10％，采用該裝置后可提高到30％～40％，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具說服力。對(duì)柑橘的評(píng)價(jià)有尺寸和顏色、傷痕，也就是尺寸和等級(jí)，為了實(shí)現(xiàn)高速處理必須同時(shí)進(jìn)行尺寸和品質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)。四、管理計(jì)算機(jī)化

為此，實(shí)時(shí)顏色演算裝置成為該系統(tǒng)最大難點(diǎn)。顏色的判斷只要取得顏色比就可進(jìn)行定量化，但處理裝置成本高，難以實(shí)用。所以，在該系統(tǒng)內(nèi)編制了超高速圖像處理專用程序；由兩臺(tái)攝像機(jī)攝取的圖像通過一臺(tái)圖像處理裝置同時(shí)進(jìn)行形狀、尺寸、顏色的測(cè)量，降低了成本；增加專用的CCD攝像機(jī)實(shí)時(shí)處理插板，實(shí)施三通道處理，實(shí)現(xiàn)了在線高速檢測(cè)。在檢測(cè)時(shí)，為保證精度，取攝影范圍50cm×50cm，共兩處。為了消除外部光的影響，安裝了遮光罩，保證內(nèi)部一定的光強(qiáng)度。

評(píng)價(jià)過程大致如下：被攝取的圖像傳到圖像處理裝置，通過高速圖像處理裝置進(jìn)行解析，勾畫出輪廓、檢測(cè)出每個(gè)柑橘的尺寸、顏色以及數(shù)量?？梢詫㈩伾殖晌鍌€(gè)等級(jí)；隨機(jī)取樣數(shù)目占輸送帶上柑橘總量的30％～40％。該系統(tǒng)代替了人工檢查作業(yè)，大大地改善了工作環(huán)境。

分選后的多種規(guī)格的果實(shí)分別裝入紙箱中，然后分別印字、統(tǒng)一封箱，通過紙箱上印有的大小和品質(zhì)等級(jí)字樣加以區(qū)別內(nèi)容物，再分別送往各自的商品貨架上，如圖6-4所示。在沒有文字識(shí)別系統(tǒng)之前，送往貨架上的商品由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，商品數(shù)量、等級(jí)管理工作困難。日本石井工業(yè)公司開發(fā)的文字識(shí)別系統(tǒng)很好地解決了上述問題。

五、文字識(shí)別系統(tǒng)五、文字識(shí)別系統(tǒng)

文字識(shí)別系統(tǒng)安裝在封箱機(jī)之后，它由紙箱定位裝置、光源、CCD攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)以及運(yùn)行軟件組成。其工作原理是利用神經(jīng)所具有的學(xué)習(xí)、邏輯推理、判斷功能，解析由CCD攝像機(jī)攝取的文字圖像，高速、高精度地讀出文字、圖形等，即使是有時(shí)文字模糊不清，不完整，通過學(xué)習(xí)功能同樣能正確讀出(如圖6-5所示)，讀取精度高達(dá)99％。不但能讀取文字還可識(shí)別顏色，生產(chǎn)能力可達(dá)200--300箱／min。五、文字識(shí)別系統(tǒng)

該系統(tǒng)的開發(fā)成功，使商品管理完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境。第二節(jié)果蔬的品質(zhì)等級(jí)檢測(cè)

果蔬的品質(zhì)檢測(cè)包括表面品質(zhì)檢測(cè)和內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)兩項(xiàng)內(nèi)容。表面品質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目有表面顏色、果形、表面損傷等。內(nèi)部品質(zhì)包括水果的糖度、酸度、葉綠素和內(nèi)部缺陷、病變等指標(biāo)。眾多情況，果實(shí)的成熟程度可以用果實(shí)的顏色間接地代表；但表示成熟度的真實(shí)指標(biāo)是果實(shí)內(nèi)部的糖度、酸度、葉綠素含量、果肉軟硬程度等。

第二節(jié)果蔬的品質(zhì)等級(jí)檢測(cè)

糖酸度的破壞性檢測(cè)技術(shù)早已被人們掌握，而無損傷檢測(cè)是近年來發(fā)展起來的高新技術(shù)。果蔬品種多種多樣，不同果蔬有時(shí)需要不同的檢測(cè)方式方法。無損傷檢測(cè)方法按檢測(cè)手段大致可分為近紅外分析法、力學(xué)分析法、可見光分析法、激光分析法、X射線分析法等。按安裝方式可分為便攜式和在線固定式。一、電磁波分析法(一)X射線分析法

X射線與電波、可見光相同，是電磁波的一種，只是波長(zhǎng)不同。但X射線具有很強(qiáng)的穿透能力，穿透能力又受物質(zhì)密度的影響，密度大，穿透能力?。幻芏刃?，穿透能力大。我們做身體透視檢查時(shí)能看清身體內(nèi)部的骨骼與其他部位，就是利用了這個(gè)原理。對(duì)于可見光而言，即使只有一張黑紙也無法通過；可見光具有反射性質(zhì),而X射線沒有同樣的反射。

所謂軟X射線是指長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域的X射線，比一般的X射線能量低、物質(zhì)穿透能力差。在果蔬檢測(cè)方面，因果蔬的密度與骨骼等物質(zhì)相比要小得多，所以所需x射線強(qiáng)度很弱，軟X射線足以滿足實(shí)際檢測(cè)要求。應(yīng)用軟X射線可以檢測(cè)如馬鈴薯、西瓜內(nèi)部的空洞，柑橘的皺皮等內(nèi)部缺損現(xiàn)象。柑橘在生長(zhǎng)過程中，由于環(huán)境條件的影響，常出現(xiàn)皺皮現(xiàn)象(果皮大，果肉小)。皺皮果的水分少．味道差，屬等外品，在進(jìn)行分級(jí)時(shí)必須將其分選出來。

一、電磁波分析法

在利用x射線檢測(cè)果蔬時(shí)，人們常常存有各種顧慮，擔(dān)心殘留問題。首先，x射線不是放射能，不存在殘留問題；使用的X射線能量低，被照射的果蔬不會(huì)被放射化；檢測(cè)用的X射線，不會(huì)損傷果蔬營(yíng)養(yǎng)，不會(huì)改變果蔬風(fēng)味，另外，軟X射線沒有殺菌、防腐的效果。一、電磁波分析法1．西瓜空洞的檢測(cè)圖圖6-6為一西瓜空洞檢測(cè)裝置示意圖。如圖所示，軟x射線發(fā)生器和x射線照相機(jī)以被測(cè)西瓜為中心，分別布置在西瓜的上下，該圖所示為軟x射線發(fā)生器在上，向下發(fā)射x射線，在西瓜的下方是x射線照相機(jī)。1．西瓜空洞的檢測(cè)

x射線照相機(jī)的檢測(cè)直徑范圍最大為φ150mm，對(duì)于尺寸大的西瓜而言，雖然只能檢測(cè)φ150mm范圍內(nèi)的中心部，不能觀察全貌，但由于空洞現(xiàn)象常發(fā)生在西瓜的中心部附近，在實(shí)際使用中不會(huì)成為大問題?？斩礄z測(cè)范圍與西瓜大小之間的關(guān)系如圖6—7所示。西瓜的直徑大小差異很大，不同大小的西瓜需要不同的x射線強(qiáng)度，為了及時(shí)調(diào)節(jié)x射線強(qiáng)度，先用光電管測(cè)量西瓜的大小，然后根據(jù)測(cè)量的西瓜直徑調(diào)節(jié)x射線的發(fā)射強(qiáng)度。包括輸送帶在內(nèi)，整個(gè)x射線檢測(cè)裝置置于安全保護(hù)罩內(nèi)。

在由x射線照相機(jī)攝取的西瓜內(nèi)部圖像中，白色代表空洞部分，黑色代表果肉。如果是沒有空洞的西瓜也就沒有白色部分，相反，如有空洞則會(huì)出現(xiàn)白色部分，因此，利用這個(gè)原理很容易將它們區(qū)分出來。實(shí)際判斷情況如圖6-8所示。1．西瓜空洞的檢測(cè)1．西瓜空洞的檢測(cè)2、柑橘皺皮果的檢測(cè)

圖6-9為柑橘皺皮果檢測(cè)裝置示意圖與檢測(cè)波形。檢測(cè)裝置由X射線發(fā)射、接收、遮擋罩板、輸送帶、計(jì)算機(jī)等組成。為了人身安全，用2.3mm厚的鐵板制成防護(hù)罩，防止x射線的泄露。x射線發(fā)射裝置與接收裝置分別布置在輸送帶的兩側(cè)。當(dāng)輸送帶上無柑橘輸送過來時(shí)，接收裝置接收全部x射線信號(hào)，并變換成電信號(hào)，經(jīng)A/D變換后進(jìn)入計(jì)算機(jī)，此時(shí)的信號(hào)數(shù)值最大；當(dāng)有柑橘通過時(shí)，信號(hào)數(shù)值將隨密度的增減而變化。2、柑橘皺皮果的檢測(cè)

2、柑橘皺皮果的檢測(cè)

檢測(cè)的結(jié)果與我們平時(shí)習(xí)慣了的圖像形式不同，它是以波形形式出現(xiàn)的，這主要是為了減少成像時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)(5個(gè)／s)的目的。由圖6-9中的下圖正常果與皺皮果的波形可以看出，正常果的波形圓滑過度，而皺皮果由于局部密度的突然減小，使得波形中途產(chǎn)生突變，根據(jù)波形中有無突變現(xiàn)象或大小，即可檢測(cè)有無皺皮現(xiàn)象發(fā)生。2、柑橘皺皮果的檢測(cè)

在實(shí)際檢測(cè)中，檢測(cè)精度是決定該技術(shù)能否應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)之一。檢測(cè)精度受多種因素影響，諸如柑橘的檢測(cè)位置、柑橘的大小、x射線的強(qiáng)度、輸送帶的速度、判斷值的選擇等。皺皮是一種生理現(xiàn)象，因常發(fā)生在柑橘的柄和花兩端，所以x射線掃描區(qū)域和計(jì)算分析的重點(diǎn)也為兩端，中間可以忽略；X射線強(qiáng)度過強(qiáng)和過弱，均造成無法識(shí)別波形有無突變問題，在檢測(cè)前，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)；輸送帶的速度過快，檢測(cè)精度降低，過慢將影響生產(chǎn)率；判斷值的選擇需根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)找出合理的數(shù)。2、柑橘皺皮果的檢測(cè)

x射線在果蔬檢測(cè)方面的應(yīng)用及適應(yīng)性見表6-1。表6-1X射線在果蔬方面的應(yīng)用(二)紫外線分析法

在柑橘的收獲、運(yùn)輸、分選過程中，因柑橘與容器間發(fā)生表面摩擦、果柄刺傷果實(shí)等情況，常使柑橘表面受損。受損后果皮中的精油細(xì)胞遭到破壞而析出表面。柑橘一旦受損，不但影響品質(zhì)而且很快就會(huì)發(fā)生腐爛，并傳染給周圍柑橘，嚴(yán)重時(shí)，幾天內(nèi)整箱柑橘將會(huì)爛掉。雖然在分選過程中，人們可以通過肉眼檢測(cè)出受損柑橘，但當(dāng)操作工疲勞以及受損部位與正常部位的差別不大時(shí)，常有漏檢情況發(fā)生。為此，為了提高檢測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，利用無損傷檢測(cè)技術(shù)有效地解決了這個(gè)問題。

(二)紫外線分析法

紫外線波長(zhǎng)分布在100～380nm范圍之間，尤其是被稱為化學(xué)線的320～380nm間的紫外線具有激發(fā)分子運(yùn)動(dòng)的作用。在暗室中，當(dāng)受損的柑橘受到紫外光源照射時(shí)，分子由基態(tài)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，損傷部就會(huì)通過發(fā)出熒光的形式放出輻射能，而熒光屬可見光，此時(shí)顯得格外明亮。與之相反，正常部理論上無可見光。這樣，在正常部與損傷部之間就形成了大的明暗反差。損傷果的檢測(cè)正是利用了柑橘正常部和損傷部在紫外光源照射下的反射差異，通過攝像、計(jì)算機(jī)圖像處理后進(jìn)行檢測(cè)的。

(二)紫外線分析法

圖6-10為一在線柑橘損傷果紫外光檢測(cè)裝置示意圖，它由攝像機(jī)、紫外燈、輸送帶、光源罩等組成。暗室由光源罩和橡膠簾構(gòu)成，它的作用是切斷可見光源，減少影響因素。光源多采用燈管型日光燈，為了更有效地增強(qiáng)光源強(qiáng)度，將光源罩制成半圓筒形，內(nèi)表面涂成白色，增加反射效果，其圓心為柑橘的攝像位置：在光源罩上開一圓孔，留出攝像通路。當(dāng)柑橘進(jìn)入暗室，到達(dá)攝像機(jī)下時(shí)，攝像機(jī)開始攝像，然后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理和判斷。(二)紫外線分析法

圖6-11為同一柑橘損傷檢測(cè)時(shí)的一組照片，從上圖的常規(guī)照片中，很難看出有受損現(xiàn)象，但在紫外線光源的照射下，柑橘的上部發(fā)出熒光(中圖)，而柑橘的正常部位幾乎無可見光出現(xiàn)，下圖為計(jì)算機(jī)圖像處理后的畫面，白色面積代表了受損面積。計(jì)算白色面積的大小，即可算出損傷面積的大小并做出判斷。(二)紫外線分析法

柑橘表面損傷檢測(cè)精度受到紫外光源強(qiáng)度、紫外光源峰值波長(zhǎng)、光源距離、柑橘損傷程度、柑橘的溫度、柑橘種類等因素影響。紫外光源的峰值波長(zhǎng)影響熒光的強(qiáng)度大小，選擇峰值波長(zhǎng)為352nm、經(jīng)特殊加工(可見光少)的光源效果較佳。因紫外光源過強(qiáng)，其效果增加不明顯，所以一般以60W為宜。為減少干擾，常在攝像機(jī)前加濾光片。值得注意的是，溫州蜜橘受損后，在紫外光源的照射下，熒光效果比較明顯，而有的橘類果實(shí)則沒有熒光現(xiàn)象，如檸檬。有無熒光現(xiàn)象關(guān)鍵是看果皮中是否存在發(fā)熒光的物質(zhì)。

(二)紫外線分析法

值得注意的是，有時(shí)一些附著在柑橘表面上的農(nóng)藥等物質(zhì)也會(huì)發(fā)出熒光，圖像處理后呈現(xiàn)白色，這些白色除發(fā)光點(diǎn)多、分布分散、形狀與損傷部略顯不同外，還無其他更好的方法將它們區(qū)別開來，有出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷的可能。另外，利用紫外光照相技術(shù)還可檢測(cè)蔬菜的新鮮程度。THANKYOUSUCCESS2023/6/939可編輯(三)可見光分析法1．菠蘿成熟度的判別日本在20世紀(jì)80年代末期，因外國(guó)菠蘿的大量進(jìn)口，使得原產(chǎn)于沖繩縣的當(dāng)?shù)夭ぬ}生產(chǎn)受到很大沖擊，鮮食果大幅度減少，為了生產(chǎn)高質(zhì)量的鮮食菠蘿，能在收獲前判斷菠蘿的成熟度，日本科研單位研制開發(fā)出了便攜式菠蘿成熟度檢測(cè)裝置及判斷程序，如圖6-12。它利用菠蘿成熟程度與透光量之間的相關(guān)關(guān)系以及重病害果不透光的特性，對(duì)菠蘿的成熟度和病害果進(jìn)行判別。該裝置以自然光為光源，由檢測(cè)、信號(hào)輸出增幅放大、演算、結(jié)果顯示部分組成。1．菠蘿成熟度的判別

透射光及環(huán)境光量檢測(cè)器采用了有效檢測(cè)面積為lOOmm2、感應(yīng)波長(zhǎng)范圍為190～1100nm、峰值波長(zhǎng)960nm的濱松電子社的產(chǎn)品。該檢測(cè)器的射入光量可在1×10-11～1×10-3W范圍內(nèi)變化，并與輸出電流(A)有直線關(guān)系。使用溫度范圍-20～+80℃。透射光檢測(cè)器的放大器靈敏度設(shè)定為107(v／A)，環(huán)境光量的檢測(cè)器為105(V／A)。1．菠蘿成熟度的判別

菠蘿的成熟度不同，透射光量也不同。相對(duì)未成熟果而言，成熟果透射量為10～15倍，過成熟果為10～100倍，它們之間相差很大。為了使輸出不超過5V、在不飽和范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)，采用了ND濾光片(13％、25％、50％、75％)減少透射量。在亮度檢測(cè)器上也采用了相同的ND濾光片組合。為了使同一菠蘿在不同的環(huán)境亮度情況下具有相同結(jié)果，對(duì)透射光量進(jìn)行了亮度系數(shù)修正，確保判斷結(jié)果正確。

測(cè)量時(shí)，菠蘿貼緊用難以透光的黑色無紡織物覆蓋的圓筒狀海綿護(hù)罩上，打開手柄上的開關(guān)。透射果實(shí)的光由在護(hù)罩中心深處設(shè)置的透射光檢測(cè)器接收，同時(shí)果實(shí)周圍的光量由兩個(gè)亮度檢測(cè)器接收。信號(hào)經(jīng)增幅、放大、變換、修正后，果實(shí)的成熟度即可得到判斷。成熟度通過發(fā)紅、黃、綠色的LED燈表示，其中，重病害果作為未成熟果處理。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，采摘前和采摘后檢測(cè)精度分別為80％、95％，因此，可作為采摘期預(yù)測(cè)和采摘后的成熟度檢測(cè)技術(shù)普及推廣。1．菠蘿成熟度的判別菠蘿成熟度檢測(cè)裝置的主要參數(shù)見表6-2所示。表6-2菠蘿成熟度檢測(cè)裝置的主要參數(shù)1．菠蘿成熟度的判別2、柿子澀度的判別

在日本，柿子中有一種叫早熟的西村甜柿，9月上旬收獲，因其顏色好，常作為贈(zèng)送禮品用，附加值高。但最大缺點(diǎn)是有時(shí)夾雜一些澀柿，如何檢測(cè)澀柿成為難點(diǎn)。澀柿的傳統(tǒng)檢測(cè)方法是觀察其形狀和顏色，依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。但柿子的形狀、顏色都隨收獲時(shí)間、氣象條件的變化而發(fā)生微妙的變化，若想完全去除澀柿十分困難。

2、柿子澀度的判別

甜柿和澀柿混合的品種稱不完全甜柿，開花時(shí)期氣溫低、花粉管伸張不良、無種子時(shí)澀果多。即使是在溫室進(jìn)行栽培、進(jìn)行人工授粉效果也不理想，有時(shí)提高地溫可以得到改善。甜柿和澀柿的差異有兩點(diǎn)。一是種子是否均勻地分布在果實(shí)中。如果沒有種子果實(shí)是澀柿，即使有種子但偏向一側(cè)，則沒有種子部分的果肉發(fā)澀。二是有無單寧成不溶性褐變之后的褐變型單寧細(xì)胞。2、柿子澀度的判別

柿子中可溶性單寧成分含量的多少，使柿子呈現(xiàn)出澀與不澀兩種不同的口感。單寧呈細(xì)胞狀分布在果肉中，澀感是單寧(可溶性單寧)在口中破碎流出，與口中的黏膜蛋白質(zhì)結(jié)合，呈現(xiàn)出的一種獨(dú)特味感。自然脫澀后，單寧凝縮呈不溶性，無澀感。不溶性單寧在果肉中作為褐色物質(zhì)呈點(diǎn)狀分布，通常稱其為“芝麻”，通過檢測(cè)有無“芝麻”，即可進(jìn)行澀柿的判別。2、柿子澀度的判別

澀柿判別裝置如圖6-13所示，主要由光源和鏡頭組成，可見光由下方照射到果實(shí)上。當(dāng)果實(shí)放在檢測(cè)臺(tái)上時(shí)，自動(dòng)點(diǎn)燈。如果有“芝麻”時(shí)，光大部分被吸收，光的透射極少，果實(shí)略顯暗色，此時(shí)為甜柿，相反，沒有“芝麻”時(shí)，光透射極多，柿子果實(shí)透紅明亮，此時(shí)為澀柿。通過目測(cè)光的透射量可以判斷澀柿與甜柿。2、柿子澀度的判別

(四)近紅外分析法

現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)是90年代以來發(fā)展最快、最引人注目的光譜分析技術(shù)。通常，將波長(zhǎng)為0.8～2.5μm的紅外線稱為近紅外線。所謂近紅外分析法，就是通過近紅外光譜，利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)行成分、理化特性分析的方法。因近紅外光譜是由于分子振動(dòng)的非諧振動(dòng)性產(chǎn)生的，主要是含氫基團(tuán)(OH、SH、CH、NH等)振動(dòng)的倍頻及合頻吸收。(四)近紅外分析法

基團(tuán)的吸收頻譜表征了這些成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)，測(cè)量的近紅外譜區(qū)信息量也就極為豐富，所以它適合果蔬的糖酸度以及內(nèi)部病變的測(cè)量分析。例如食品常見成分：水、糖度、酸度的吸收反映出基團(tuán)CH的特征波峰。根據(jù)這些基團(tuán)特征波出現(xiàn)的位置、吸收強(qiáng)度等，可定性、定量地描述某種成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，用近紅外線測(cè)得的糖度值與用光學(xué)方法測(cè)得的糖度值之間呈直線相關(guān)，在波長(zhǎng)為914、769、745、786nm時(shí)測(cè)量精度最高，相關(guān)系數(shù)約為0.989。(四)近紅外分析法

由于有機(jī)物對(duì)近紅外吸收較弱，近紅外能深入果實(shí)內(nèi)部，所以可以從透射光譜中獲得果實(shí)深部信息，故易實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)。此外，近紅外光子的能量比可見光還低，不會(huì)對(duì)人體造成傷害，屬于綠色分析技術(shù)。但近紅外分析是屬于從復(fù)雜、重疊、變動(dòng)的光譜中來提取弱信息的技術(shù)，要用現(xiàn)代化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。而建立一個(gè)優(yōu)秀的(穩(wěn)定性好、精度高)模型是近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。(四)近紅外分析法

建立近紅外分析方法的步驟有四點(diǎn)：選擇有代表性的校正集樣本并測(cè)量其近紅外光譜；采用標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)可的參考方法測(cè)定所關(guān)心的組分或性質(zhì)數(shù)據(jù)；根據(jù)測(cè)量的光譜和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過合理的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立校正模型，在光譜與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)前，對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理；對(duì)未知樣本組成性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。

1．糖酸度的檢測(cè)

近紅外在果實(shí)檢測(cè)方面，主要用于測(cè)量糖度和酸度。圖6-16為日本某公司開發(fā)的柑橘糖酸度無損傷在線檢測(cè)裝置。該裝置主要由光源、光學(xué)檢測(cè)器、數(shù)據(jù)處理三大部分組成。由于反射光不能反映柑橘內(nèi)部情況，所以光由果實(shí)一側(cè)的中部照射。透射果實(shí)內(nèi)部的光由在線特殊檢測(cè)器接收，并獲得果實(shí)的透射光譜，經(jīng)光電變換進(jìn)入演算部，在演算部，進(jìn)行糖酸度計(jì)算，并將其結(jié)果送往各個(gè)裝置。

1．糖酸度的檢測(cè)

因?yàn)楦涕倨け容^厚，為了使近紅外光有足夠的能量透射柑橘，加大了光源功率。分選速度為3～5個(gè)／s，測(cè)量誤差在1度以內(nèi)，果徑范圍在45～120mm，果高31mm以上，最小果實(shí)間隔10mm，適合16種柑橘。利用該裝置，柑橘在不受任何破壞的情況下，即可瞬時(shí)獲得糖酸度值。在顯示器上不但分別顯示了糖、酸度值，而且還顯示了糖酸比，因?yàn)榇砀涕偈欠窈贸缘闹笜?biāo)是糖酸比。酸度值雖然能進(jìn)行常規(guī)測(cè)量，但因濃度含量太低，誤差比糖度值的誤差大。

1．糖酸度的檢測(cè)

圖6-17為一便攜式糖酸度檢測(cè)裝置。與固定式相比，除可檢測(cè)糖酸度，進(jìn)行品質(zhì)分級(jí)外。還可在果實(shí)成長(zhǎng)過程中，隨時(shí)監(jiān)測(cè)其內(nèi)部成分的變化，提供生長(zhǎng)記錄，為栽培管理和適時(shí)收獲提供科學(xué)依據(jù)。

1．糖酸度的檢測(cè)

2．蘋果水心病的判別

蘋果的水心病是一種生理現(xiàn)象，有這種現(xiàn)象的蘋果易發(fā)生褐變，不宜貯藏，但鮮食時(shí)備受歡迎。為此，在貯藏前，有必要對(duì)蘋果進(jìn)行有無水心病的檢測(cè)。即有水心病的蘋果應(yīng)該馬上上市出售，無水心病或水心病較輕的蘋果，應(yīng)作為貯藏用。通常，隨著蘋果成熟度的增加，細(xì)胞內(nèi)糖的蓄積不斷增多，由于細(xì)胞膨脹、破裂等組織變化，光的散射減少，蘋果組織的光學(xué)密度降低，透射光量增大。因此，通過檢測(cè)透光量的多少，就可知道蘋果的內(nèi)部質(zhì)量情況。

2．蘋果水心病的判別

圖6-18上圖為蘋果水心病判別儀，該儀器由光源、信號(hào)接收器、外罩、顯示面板、手柄組成。蘋果的-N為鎢燈光源，一側(cè)為硅光電接收器，測(cè)量部分的外形酷似耳機(jī)形狀。

2．蘋果水心病的判別

測(cè)量時(shí)，先用事先準(zhǔn)備好的標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行感光度調(diào)整，然后將蘋果放在光源與接收器之間，罩上外罩，遮擋住其他光線進(jìn)行測(cè)量。判別結(jié)果以LED燈的顏色表示，綠色代表無水心病，黃色為有可能發(fā)生水心病，紅色為有水心病。

2．蘋果水心病的判別

影響判斷結(jié)果的因素有很多，如蘋果的直徑大小、形狀、蘋果內(nèi)部組織的粗密、蘋果的表面色素、表皮厚度、溫度、蘋果的品種等。

3.桃表面損傷圖像處理分析

近紅外線不但可以檢測(cè)物料的內(nèi)部成分，還可用于表面的品質(zhì)評(píng)定。桃在收獲、運(yùn)輸、分選過程中，極易受到各種損傷，常見的有擠壓損傷、沖擊損傷、腐爛、脫皮、摩擦損傷、病蟲傷等。其中，有些損傷容易識(shí)別，而有的損傷難以辨認(rèn)，如擠壓損傷。利用近紅外進(jìn)行攝像，可以擴(kuò)大人類的視覺范圍，使難以辨認(rèn)的損傷變得更容易些，這就是利用近紅外線進(jìn)行表面損傷檢測(cè)的意義所在。

4.近紅外成熟度的檢測(cè)

果實(shí)的成熟度一般用著色、底色脫落、果肉軟化程度來主觀地進(jìn)行判斷。這些量與通過分光分析得到的物理量間的關(guān)系如下：著色——由可見光分光得到的色調(diào)等的顏色信息底色——葉綠素吸收軟化——隨著果肉比阻力變化的光滲透深度變化

果實(shí)成熟度的定義因廠家不同而各異，日本的三井金屬礦業(yè)公司通過光檢測(cè)器測(cè)量糖度，同時(shí)讀出葉綠素的吸收以及隨著果肉軟化光的滲透深度變化，最終的成熟度由這兩個(gè)物理量計(jì)算得出。

4.近紅外成熟度的檢測(cè)

4.近紅外成熟度的檢測(cè)

成熟度檢測(cè)器是取代人工檢測(cè)的客觀評(píng)價(jià)尺度之一，利用這種檢測(cè)器可以進(jìn)行果蔬適宜收獲期的指導(dǎo)，排除過熟果、粉質(zhì)化蘋果。通過顏色檢測(cè)器(著色)與成熟度值的組合，可分選像梨一樣依據(jù)顏色難以進(jìn)行等級(jí)分選的果實(shí)。

（五)紅外線分析法

通常，我們利用長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行果實(shí)成熟度的判斷，這主要是利用隨著果實(shí)成熟度的增加，其顏色、硬度、振動(dòng)的變化。但對(duì)于諸如西瓜、甜瓜等外觀難以識(shí)別的果實(shí)而言、成熟度難以判別。果實(shí)的成熟會(huì)引起呼吸量、生理現(xiàn)象的變化，由此導(dǎo)致表面溫度的變化。紅外線顯像法就是通過果實(shí)表面溫度的變化進(jìn)行果實(shí)成熟度判別的。利用這種方法時(shí)，由于表面溫度差非常小，需要進(jìn)行加大溫差操作處理。

例如，先貯藏在5℃環(huán)境中，測(cè)量時(shí)移至20℃室溫中進(jìn)行。圖6-22所示為甜瓜的表面溫度分析。溫度測(cè)量是在5℃低溫室中貯藏1d后取出，再經(jīng)過9分鐘之后進(jìn)行的。溫度按未熟、適熟、過熟順序逐漸升高。

（五)紅外線分析法

(六)激光分析法

果實(shí)的糖度由果實(shí)中含有的蔗糖來決定。充分利用蔗糖只吸收特殊光線的性質(zhì)，通過測(cè)量隨蔗糖含量而變化的特殊光線量，即可最終確定甜瓜的糖度。圖6—23為1995年日本住友金屬礦山公司開發(fā)的激光甜瓜糖度在線檢測(cè)裝置。

(六)激光分析法

在暗室的不同位置上，甜瓜受到波長(zhǎng)分別為880hm、910nm及930nm激光的照射，通過各波長(zhǎng)獲得的吸光度算出糖度。據(jù)介紹，該裝置通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，還可測(cè)量甜瓜的成熟度和西瓜的糖度。其性能達(dá)到每小時(shí)檢測(cè)7200個(gè)，當(dāng)取檢測(cè)總數(shù)的68％時(shí)，其糖度精度達(dá)到±0.5°Bx，96％時(shí)為±1.0°Bx以內(nèi)。該裝置于1997年在日本北海道得到應(yīng)用。二、力學(xué)分析法

(一)西瓜空洞的判別

西瓜的力學(xué)空洞成熟程度分析法就像人們挑選西瓜時(shí)一樣，通