番茄果实与茎秆分离力的影响因素分析

黄国伟 毕新胜 肖彬彬 邱 博

（石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 832003）

加工番茄果实与茎秆的分离力是指果实与茎秆分开所需的拉力，其大小反映果实与茎秆之间的连接强度，也直接反映果茎分离的难易程度，其分离力大小可为加工番茄的品种培育以及番茄收获机的设计提供理论依据。针对果实分离力，国内外学者做出了大量研究，并取得诸多成果，谢方平等［1］对穗稻的连接力进行了分析，认为成熟度是影响粒穗分离力的重要因素，成熟度高，粒穗分离力小；李耀明等［2］认为沿柄轴方向，水稻分离力最大；Fluck等［3］通过对3种不同品种的食用番茄进行分离试验认为番茄果秧分离力在19～48N；张进等［4］对番茄果秧分离力进行了测量，认为分离力在5～30N；但上述关于加工番茄果实与茎秆的分离力研究只停留在单纯的对其在垂直角度下的拉力研究，忽略了果实与茎秆之间本身的机械物理特性对其分离力的影响，对不同拉伸角度下的果茎分离力没做探讨，且加工番茄的坚实度和质量对番茄分离力也具有一定的影响。本试验对成熟番茄在不同角度，不同质量和不同果实坚实度情况下的果秧分离力进行了测量和分析，旨在为番茄机械收获提供理论基础。

1 加工番茄果实的概述

新疆是全球三大番茄加工主产区之一［5］，加工番茄的植株高度一般在400～800mm，分枝数多，每株番茄主茎杆上平均有5～12个侧枝，且在离地高度第3～5个侧枝上的果实数量最多，果实多数呈椭圆型，比普通栽培番茄略小，一般在25～110g，果皮比普通栽培番茄厚，加工番茄纵径大多在25～95mm，横径大多在20～60mm。对新疆地区的几种典型番茄品种里格尔87－5，石红20，屯河41的统计分析［6］，见表1。

2 材料与方法

2.1 试验装置

试验在GDE－500电动单柱式立式拉力机台上进行，本试验机可对果实与茎秆进行拉伸、果实压缩，果实坚实度等进行测量与分析。本试验用两种夹具进行配合：一种是双平板夹具，适合于夹持果实的茎秆，夹具的平面光滑（见图1），另一种是与量角器配合使用的可调角度夹具（见图2），以便在不同角度下对其测量，从而改变试验对象的受力方向。力传感器的量程为0～50N，精度值为0.001N，由计算机对其试验过程中的数据进行采集和处理［7］。

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

图1 平板夹具Figure 1 Plate clamp

图2 可调卡具Figure 2 Adjustable clamp

2.2 试验对象

以新疆地区的里格尔87－5﹑石红20﹑屯河41为材料，进行拉伸试验，加载速度为0～500mm／min，拉伸角度γ＝a－90°；a的测量：台钳上竖直放置量角器可便利测出（见图3），试验受力的方向分别为15°，30°，45°，60°，75°，90°。

2.3 试验方法

根据前期对分离力单因素试验结果分析，选取拉伸角度、果实质量、果实坚实度作为考察因素，运用混合水平的正交试验设计方法进行统计分析。试验水平编码与试验方案见表2和表3［8］，共进行18组试验，每组试验取10次数据平均值，试验指标为果实与茎秆的分离力，试验方案设计及结果分析采用mintab软件分析。

图3 拉伸角度示意图Figure 3 Diagram of stretching angle

表2 试验因素水平与编码值Table 2 Coding of experimental factors and level

3 结果与分析

3.1 试验结果回归分析

应用minitab软件对试验结果进行分析，见表4。角度、质量对分离力的影响较大，坚实度对分离力影响较小，根据试验数据分别建立里格尔87－5，石红20，屯河41的角度、质量、果实坚实度与番茄果实与茎秆分离力之间的回归方程：

回归系数显著性水平都明显小于0.05，表明回归模型拟合的很好。

3.2 各因素对分离力的影响

（1）由图4可知，质量和角度与分离力的关系，随着质量和角度的增大分离力逐渐增大，在15°至60°时，随着质量和角度的增加时分离变化不是很明显，但也呈现增加趋势，在60°至90°时，随着质量和角度增加，分离力成明显增加趋势，在75°左右时随着质量的增加，分离力变化最为显著，总体而言，当质量和角度同时达到最大值时，分离力也达到最大值。

（2）由图5可知，角度和坚实度与分离力的关系，当角度不变时，随着番茄坚实度的增加分离力呈现一定的波动性，但变化较小；当坚实度不变时，随着角度的增加分离力逐渐增加，当坚实度在3～4N时，角度为75°左右时存在一定的波动性，但总体还是成增加的趋势。

（3）由表4可知，里格尔87－5，石红20，屯河41的P值分别为0.530，0.399，0.108，都大于0.05，说明 P值对分离力的影响不大，由于本试验有的是混合正交试验，质量和坚实度两因素有一定的交互作用，但规律不显著。

表3 正交试验结果Table 3 Design and results of experiments

表4 性能指标的方差分析Table 4 Variance analysis of performance indexes

图4 不同品种下质量和角度与分离力的等值线图Figure 4 Separation force’isoline map of quality and Angle in different varieties

图5 不同品种角度和坚实度与分离力的等值线图Figure 5 Separation force’isoline map of quality and firmness in different varieties

4 结论

（1）不同品种的番茄分离力并不相同，屯河41的分离力最大，里格尔87－5和石红20的分离力相差不大。

（2）同一品种番茄的分离力随着坚实度的变化，分离力变化不大，影响不显著。

（3）同一品种番茄的分离力随着角度的增加，分离力逐渐增加，在90°时，分离力达到最大值。

（4）同一品种番茄的分离力随着质量的增加分离力逐渐增加，质量最大时，分离力也达到最大。

（5）同一品种番茄的分离力，当角度和质量同时增加，分离力变化最显著。

1 谢方平，罗锡文，汤楚宙.水稻粒穗分离力的研究［J］.湖南农业大学学报：自然科学版，2004，30（5）：470～471.

2 李耀明，孙夕龙，徐立章.水稻穗头连接力的试验与分析［J］.江苏大学学报（自然科学版），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 张进，毕新胜，肖彬彬，等.加工番茄果茎分离力研究［J］.安徽农业科学，2012，40（8）：5 051～5 053.

5 番茄酱加工工艺及品质控制［J］.农产品加工，2010，11（226）：55～57.

6 毕新胜，肖彬彬，张进，等.加工番茄回转滚筒式果秧分离机构参数正交试验优化［J］.农业机械学报，2012，43（8）：95～98.

7 李勇，张宏文，杨涛.棉花收获期棉絮分离力的试验研究［J］.石河子大学学报（自然科学版），2011，29（5）：635～636.

8 邓后勤，夏延斌，危小湘.鱼刺分离机的机械设计分析［J］.食品与机械，2007，23（1）：100～102.