水果品质检测分级加工处理过程中机械损伤研究

谢佳骏，张若宇，坎杂（石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子832000）

水果品质检测分级加工处理过程中机械损伤研究

谢佳骏，张若宇，坎杂
（石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子832000）

保持水果高水平品质是消费者们追求的重要目标，因此商品化处理中水果品质检测分级很重要，但是品质分级检测机械会造成水果机械损伤。本文论述了水果品质检测分级加工过程中机械损伤的研究方法和进展，并在前期研究的基础上尝试提出相应解决思路，为今后水果品质检测与分级装备的研究设计提供参考。

水果；品质检测；分级；加工；机械损伤

1 引言

机械损伤是造成水果缺陷的一种主要形式。在高度机械化的国家，水果由于机械损伤而引起的平均损耗占总重量的30%～40%[1]。大部分水果皮薄、质地脆嫩，在运输过程中易受到机械损伤，受伤部位组织细胞结构遭到破坏，在各类酶的催化作用下，细胞组成成分降解，果实迅速变软。王艳颍等[2]研究发现，机械损伤造成红富士苹果原果胶含量降低，可溶性果胶和纤维素含量升高，果实迅速软化。解静[3]在番茄上的研究上也发现，机械损伤造成果实原果胶含量下降，果实硬度下降，这可能是由于机械损伤会破坏果实结构，促进底物与酶的接触，造成细胞壁网状结构解体，使果实硬度降低。果蔬在受到机械损伤后，呼吸代谢和愈伤代谢活动加快，会加快果蔬贮放过程中营养物质的转化和消耗，使得很多营养成分向次生代谢产物转化，品质下降。研究发现，机械损伤会造成红富士苹果果实可溶性固形物含量降低，这可能是由于机械损伤使果实呼吸速率加快，有机酸和糖类作为底物而被迅速消耗[4]。陈蔚辉[5]研究发现，在较短的时间内，机械损伤造成橄榄果实碳水化合物的水解，可溶性固形物含量上升，但是随着进一步降解，可溶性固形物含量又会迅速下降，而且机械损伤造成橄揽果实有机酸和抗坏血酸含量下降[6]，原因可能是机械损伤引起橄榄果实呼吸强度提高，释放的热量增加，果实生理代谢加快，造成大量营养物质被消耗。此外，研究发现机械损伤还会造成果实中挥发性物质改变[7]。MariaSerrano[8]研究发现，机械损伤降低了李子果实的精胺含量，提高了果实亚精胺和脱落酸的含量。

随着我国果品商品化品质检测与分级技术的实施，随之产生的水果机械损伤问题不容忽视。因此，对水果在品质检测分级加工过程中不同的运动状态以及不同环节所受到的机械损伤亟待研究，以便对水果品质检测与分级机械化和自动化装备的研发提供指导。

本文调研了目前水果品质检测与分级主要环节，包括上料环节、输送环节、分通道环节以及分级执行环节存在的问题，并在前期研究的基础上尝试提出相应解决思路，为今后水果品质检测与分级装备的研究设计提供参考。

2 水果品质检测分级中的机械损伤

果实在加工过程中容易在冲击、碰撞、跌落和振动等物理特性的作用下，产生即时损伤和延迟损伤，其中即时损伤主要以脆性破坏为主，延迟损伤以粘弹性变形为主，水果类一般属于粘弹性体。果实通常受到随机载荷的作用，主要包括短时间的冲击和长期循环反复的振动作用，其中振动是造成果实在加工过程中产生机械损伤的主要原因。

2.1 上料环节的机械损伤

上料装置有刮板式输送带、普通PVC带、辊杠中间有间隙的辊轴输送、毛刷辊或者包裹海绵的辊。这几类上料装置中，刮板式输送带为刚性金属或硬质橡胶等材料，在输送运动过程中，水果碰撞到板壁会对其造成碰撞损伤。

2.2 分通道环节的机械损伤

分通道机构使水果由乱序输送变为单排有序输送，检测时水果之间没有相互重叠，不影响检测效果。分通道机构V形板底部有输送带或者锥形滚子输送水果，可使水果分为单通道，此过程中水果由上一加工环节跌落至V槽内，会撞击板壁造成损伤，由于有初始速度，水果跌落瞬间受到更大载荷力。

2.3 输送环节的机械损伤

现有的水果分级加工处理中输送环节的主要方式有普通输送带、网状输送带、辊式输送和托盘输送等。带式输送过程中水果会在输送带上滚动引起相互碰撞造成损伤；网状输送带为刚性金属材料，也会对水果造成损伤；辊式输送则是辊之间的间隙会导致果柄卡入，或果梗折断从而影响品质；托盘输送时托盘的材料为硬质，也容易对水果造成损伤。

2.4 分级执行环节的机械损伤

现有的水果分级执行机构主要以翻转形式实现，倾覆果盘使水果翻滚落入分级区域，此过程中的果盘材料的冲击和倾覆后的跌落会造成机械损伤。

3 水果品质分级中机械损伤现有解决方法及存在问题

3.1 针对上料环节的机械损伤

对于上料环节，现有减小机械损伤的方法主要是在上料时添加柔性辊子对水果的滚落进行缓冲。但此方法对于带果梗和易损水果仍不可行，会引起水果间的碰撞以及毛刷辊对果皮的损伤。在普通的PVC带上输送时，不会因输送介质产生损伤，但是水果间的相互撞击、冲击会使其损伤；现有另一种上料方式为毛刷辊输送，毛刷辊上料输送一方面可以缓解因冲击所造成的损伤，另一方面则可以对果实表面进行表面刷洗，但对于输送带果梗的水果品种，若果梗卡入毛刷间隙容易发生折断现象，影响水果品质。

3.2 针对分通道环节的机械损伤

分通道环节主要通过改变分通道方式如在输送前端安装毛刷盘，对水果有导向缓冲作用，若检测分级其他如柑橘之类的硬皮质水果则可以继续用V槽类输送。在设计中可以更换边缘和中间部分的部件。对于此环节的水果受到的机械损伤，主要通过改善V槽板的材料和添加缓冲介质来解决。若改进V板材料，用缓冲性能较好的材料，则可以缓解，但是跌落造成的跌落损伤仍无法避免，螺旋输送水果坠入槽中螺旋推进，过程中会对水果造成挤压。还有一类结构简单即在输送带上端安装板直接进行分通道，但是板边缘会对果梗以及表面造成机械损伤。

3.3 针对输送环节的机械损伤

在输送环节中现最主要的改进方法是通过改进输送介质，如有通过改变输送带材料，将刚性较大材料换为柔性材料，对水果输送过程中的振动起到缓冲作用；或者在原介质基础上添加缓冲垫，但是这种方法处理水果机械损伤的实效性不高，长时间使用后缓冲作用失效。输送环节最大的问题是各工作环节的连接，这个过程中也会引起水果较大的机械损伤，现有解决此类问题的方法就是通过添加一些缓冲介质，如在两工作环节之间加入毛刷辊对输送的水果进行缓冲，或是在两个工作环节间加入柔性档帘减缓速度使水果在工作部件间的输送损伤减小，所以需要通过改善机器结构参数并根据水果的物料特性对机器进行设计，减小机械损伤。

3.4 针对分级执行机构的机械损伤

分级执行环节的机械损伤现主要来源于跌落损伤，所以需要注意的是果盘材料的选择，以及分级驱动部件的动作形式。现有的驱动部件使果盘倾覆角度有90°和45°的倾覆，对于硬皮质水果，机械损伤程度较小，不适用于易损水果。现有的执行方式通过改变输送介质的倾覆角度减少损伤，效果不明显，水果由输送介质经分级执行中还会有跌落，所以为使此过程中机械损伤较小，应注意以下几点：（1）确定使水果能进行柔性翻转的部件，根据物料特性参数确定部件形状尺寸以及材料，使水果在输送线上完成精确检测的同时，尽量减少部件对其造成的机械损伤；（2）确定柔性分级驱动部件，根据物料特性参数确定部件驱动方式，使水果在分级过程中减少机械损伤。

4 小结

综上所述，根据目前水果品质检测分级加工过程中存在的问题和不足，提出为减少水果品质检测与分级中的机械损伤，应该实现生产线的柔性上料、柔性输送、单粒化和柔性翻转以及柔性分级驱动，进而实现减少水果外观品质检测中因各环节机械设备所造成的二次机械损伤，不仅能提高水果检测品质，满足市场消费者要求，也使我国水果在市场的竞争力提高，对调节市场供应、维护果农的生产积极性具有重大社会意义和经济价值。

[1]华云龙，张伟，董务民.力学可以为农业现代化作贡献[J].力学进展，1998，28（3）：291.

[2]王艳颖，胡文忠，庞坤，等.机械损伤对富士苹果采后软化生理的影响[J].食品研宄开发，2008，29（5）：132-135.

[3]解静，罗自生.1-MCP对番茄冷害及机械损伤的影响[M].杭州：浙江大学，2010.

[4]王艳颖，胡文忠，庞坤，等.机械损伤对富士苹果营养成分变化的影响[J].食品科技，2007（10）：70-74.

[5]陈蔚辉，彭惠琼.机械损伤对橄榄采后品质及其生理的影响[J].食品科学，2008，29（1）：329-333.

[6]陈守江，张德静.机械伤对草莓贮藏期间生理变化的影响[J].保鲜与加工，2006（1）：16-17.

[7]MaoLC，LuFJ，WangGZ.Applicationof1-MCPreduces woundresponsesandmaintainsqualityinfresh-cutapple[J]. AsiaPacificJournalofClinicalNutrition，2007（16）：111-115. [8]MariaS.Roleofcalciumandheattreatmentsinalleviating physiologicalchangesinducedbymechanicaldamageinplum[J]. PostharvestBiologyandTechnology，2004（34）：155-167.

2015—03—27