产品分级

出处：按学科分类—农业科学 中国轻工业出版社《果蔬保鲜手册》第92页（6800字）

分级可由人工进行，也可由机械进行。下面主要介绍机械分级方法。

(一)分级基准值和分级要素

对于每一种分级机，应选择适当的物理参数作为其分选的基准值。作为基准的物理量不仅有重量、大小等直接可以测量的，也包括由它们导出的间接数值经多变量分析所得的结果。

果实不同，其分级要素也不同。等级分级要素与形状尺寸等级分级要素不同。图2－21为分级要素的分类及处理方法。

图2－21 水果的分级要素

(二)等级分级

分级是将果实按照规定的基准以上和未达到基准的操作。符合果实形状和质量基准要求的为品质等级基准，符合大小等级基准要求的为尺寸等级基准。

等级分级主要从品质特性，包括形状、着色、成熟度、病虫害、损伤程度等项目，按照优、良、合格、等外等级规格进行操作。现在多数为人工目测进行分选。根据对果实进行全部检验、还是部分检验，等级分选方法可分为挑出、分出、取出3种。最新趋势是通过计算机图像处理和无损伤技术处理进行等级分级。

1．挑出法

在输送带上从随机供给的果实中挑出不符合该输送带上所规定的品质等级果实，并将其移送到其他输送带上。图2－22中的中间与两侧通道为不同品质等级的柿子。该方法适合于柿子、柑橘、葱头、青椒、胡萝卜等比较结实的、生产率要求较高的果实。

图2－22 挑出规定外柿子

2．分出法

将输送带上供给的果实逐一进行检验，然后，分别放置在品质等级所规定的输送带上。

3．取出法

从容器中将果实逐一取出并进行检验，然后放置到品质等级所规定的输送带上。该方法适合于桃、黄瓜、落叶果、番茄等易损伤的果实。这种方法对果实的损伤小、但效率低。

进行品质等级分级的人数如果不够，分选易出错，降低商品的价值，不能充分发挥分级机的效率；所以，应安排足够的人数，在分级机周围留有足够的空间。柑橘的品质等级分选时，每1h检验1t需1名操作人员，分出法时每1h检验2500个果实需1名，取出法每1h检验2000个果实需1名。通过标准样品(图2－23)和彩色图片的识别和培训，可以提高作业精度和提高生产率。

品质等级规格区分数目如果过多，会导致分级构成复杂化，作业负荷增加，包括分级机在内分级效率下降，事先应有适宜的计划。

图2－23 分级标准样板

(三)分级机

1．尺寸等级分级

分级机的种类多种多样，有只能进行尺寸等级分级的尺寸等级分级机，也有品质等级和尺寸等级同时分级的尺寸品质等级分级机；有专用分级机，也有适应性广的分级机，其归类如图2－24所示。

图2－24 分级机的分类

以果实的重量、长度、粗细等代表径为尺寸规格，进行尺寸等级分选的操作叫尺寸等级分级。尺寸等级分级基本实现了机械化、自动化或机电一体化。技术水平日趋成熟。

重量分级机按机构组合可分为表2－8所示类型。

表2－8 重量分级机机构分类

重量式分级机是按果蔬单个重量分级的机械。广泛应用于苹果、梨、桃等落叶果实，番茄等果菜及马铃薯和根菜类等的分级中。重量式分级机已从砝码、弹簧弹力与果蔬重量的机械式比较器复数排列配置方式，转变成利用测力传感器等重量传感器，只通过一个测量器即可进行电子比较的大小、尺寸分选方式。即以采用了计算机的电子秤重量分级机为主流，精度、操作性、安全性得到了显着提高。由于机械式托盘之间的重量差常使测量精度下降，电子秤式提高了托盘重量精度管理(0．1g)，先在无果蔬时称量空托盘的重量，并储存在计算机中；当托盘承载果蔬称重时，减去托盘重量，即可求得果蔬重量。储存在计算机中的托盘重量数据随时都可更新，大大提高了测量精度。利用电子式进行分级操作，以每1h1万个的速度，检测200g左右的果蔬，精度可达±1g。数码操作可以简单、正确地进行分级重量规格的设定，还可进行果蔬排出口排列顺序的自由设定，这样可以减轻装箱作业强度。

机械式重量分级机有杠杆秤式和弹簧秤式两种。图2－25为一杠杆秤式简图。主要有装有果实的进行循环运动的移动秤和固定在分级机机架上的固定秤组成。

图2－25 机械式杠杆秤分级机

将果实装载在果盘上，当移动秤进入计量点时，移动秤的测量挂钩从控制滑道进入测量滑道。当测量挂钩向上的力(果实的重量)大于测量滑道向下的力时，测量滑道被抬起，到达落下区，果盘倾斜，果实倒出。如果果实重量小于测量设定的重量，移动秤继续前移，经过分离针，进入控制滑道，移向下一个计量点。

此机器包括数段可调整重量的阶段，每段移走符合该段事前调好重量的产品。先移走重者，后移走轻者。

目前，开始利用电子测重计代替机械称量仪。这是采用差动变压器的自动检测式重量分级机。计量装置的主要部分是计量输送带与其机械连接的差动变压器。产品的重量被转换为差动变压器的输出功率来计测。将其按规定的重量与给定的电参数值比较，由信息处理机来判明其等级。有相当于某等级的产品时，信号传入自动位移记录器。产品移动到所定的位置时发出信号，称重杯即向下滑落，产品落于该级的输送带上。

2．形状分级机

所谓形状分级机就是按分级径增大的顺序将果实分级的设备，一般有回转筛或平面筛进行组合的，两条输送带间的间隙一边前进一边渐宽的，和多辊随着向前推进，辊间的间隙逐渐变宽的装置等，形式多种多样。这些装置都设有果蔬与机械接触的机构，即一种分选能与不能穿过间隙的果蔬筛子，根据筛孔大小进行分选的分级机。这种装置精度略低但构造简单、易调整，作为生产率高、且省力的设备，适合不易碰伤的柑橘等大量加工处理果蔬的分级。至今，仍以上述用途为主发挥着作用。但是，对于那些必须机械地通过间隙的基本结构、翻滚次数多的方式，常发生损伤情况。此类分级机除用于葱头、柑橘等大型分级设施外，还可用于果蔬的小规模加工处理或个人使用。

(1)机械式形状分级机。①间隔式：这种方式利用条间隔挟持果蔬输送，随着条间隔的逐渐变宽、当条宽超过果蔬直径时，果实自然落下。②侧辊式：两辊向外回转，果蔬由辊间隔向前输送，果实在小于辊间隔的位置落下(图2－ 26)。该机适合于胡萝卜。③横辊式：这是一种由螺旋器引导，自转辊的间隔逐渐变宽而进行分选的方法。该机适合于柑橘类、胡萝卜等。④板式：图2－27为板式分级机，主要由分散辊c、定位供给装置b、分级板a组成。分散辊是将随机被输送过来的成堆的柑橘通过公转和自转均匀地分散开；定位供给装置是为保证每个柑橘能正确载入分级孔而设置，它具有与分级机同样条数的沟槽，工作部件鼓形辊一边公转和自转，一边整理供给果实。上图为整体尺寸及外形简图，中图为分级机构，下图为柑橘落下机理。由中图可以看出，分级板有数块摞列成一组，每一板块上的孔径代表该板的分级径，每块板上的分级孔的个数代表分级档数，孔径由大到小自上而下排列。每块分级板移动距离长短不同，分级径最小的板移动距离最短，相反，分级径最大的最长。分级板在移动过程中，在适当的位置发生旋转运动。当柑橘被准确地放置在分级板上后，柑橘与分级板一起向前移动，由于分级板的旋转，分级径变大，使得相应的柑橘落下，其他柑橘继续前进。由图2－27的下图可知，由于分级板的旋转是逐渐完成的，所以柑橘也是逐渐落下的，这样就可减少柑橘的落差，减轻了因设施对柑橘造成的机械损伤，这是该系统的最大特点；另外还有因果实不滚动，消除了由滚动引起的损伤；因采用无级变速机构，分级速度可自由调整。⑤振动式：在两条间隔的侧面粘有特殊的软垫，通过振动使果实前进，两条间隔设置为渐宽状(图2－28)。该机适合于樱桃、梅、樱桃番茄、球形果蔬等。

图2－26 侧辊式分级机

图2－27 板式分级机

a－分级板 b－定位供给装置 c－分散辊 d－柑橘 e－分级板转轴 f－输送带 H－理论落差 h－实际落差

图2－28 振动式分级机

机械式分级机的构造简单，故障少，易提高生产率，但果蔬在输送过程中易倾倒，有时不是按直径而是按果实的高度进行分选。因此，对于形状不整齐的果实而言易产生误差。该系统适合于对大小要求不严密的果蔬的分选。

(2)筛式分级机。①筛筒式：在转动的圆筒表面上设置有大量分级孔，圆筒按分级孔径的大小，沿果实前进方向，由小到大依次排列。为了增加设施的适应性，圆筒设计成可拆卸式，以便自由组合。果实流经转动着的辊筒表面时，比分级径小的果实自然落下，然后由排果带排出。图2－29为一筛筒式分级机的实际作业状况。图中左侧为筛筒，由里向外分级孔径逐渐变大，右侧为排果输送带。圆筒除进行尺寸等级分级外，它的另一作用是输送果实继续前进。为了减轻设施重量，便于更换，圆筒一般由轻便的塑料材料制成。由于圆筒的圆周速度低(约为10m／min)，分选面的有效长度小，所以分选能力小。这种分选方式有时发生堵塞现象，需要有人时常管理，发现异常，应停止运行，进行清理。②带孔式：为了提高筛筒式分级机的生产能力，在宽幅橡胶带上设置与筛筒式相似的分级孔(如图2－30所示)；分选面用辊轴支撑斜置，比分级孔径小的果实落下并被排出带回收。与筛筒式相比，分选的有效面积变宽，果实在斜面上翻滚时进行比较的机会增多，带速可提高到20m／min。

图2－29 筛筒式分级机

图2－30 带孔式分级机

(3)图像式分级机。根据机械的穿过原理开发的形状分级机是典型的按尺寸等级进行分选的分级机，而并不是按形状进行分选的。形状分级机已从机械式变成由CCD摄像机进行非接触摄像，用计算机进行图像处理的分级机。图像式分级机主要由CCD摄像机、图像处理装置、计算机及照明系统组成(图2－31)。它与机械式设备的最大不同就是可以进行形状的判断。图像式分级机在应用上具有稳定的、十分精确的精度和加工处理能力，可用于各种果蔬的分选。当分选大尺寸果实时，每条线的生产能力为3000个／h；小尺寸为10000个／h。其对直径、长度、粗细等的检测精度可确保在±0．1mm左右。检测项目越来越细，还可以判断直径、最大径、各种平均径、截面积、长度、各种形状系数、是否异常(如黄瓜的弯曲程度)等，这些项目不仅是尺寸等级分选，还是品质等级分选的一部分。

图2－31 图像式分级机

①光线式形状分级机：光线式分级机又有根据光束遮断法制成的分级机和根据图像处理法制成的分级机。因为能进行非接触的测量，所以能防止碰伤。根据图像处理法制成的分级机已用于黄瓜和白兰瓜的分级。用电视摄像机拍照放在料斗上的产品(见图2－32)，经色彩处理后，作为已工值化的图像资料以二元排列形式写入图谱贮存器，沿x，y两个方向扫描存贮起来的图像，求出图像外缘的坐标值送入微处理机，用微处理机解析这些数据，取出对照图谱，算出面积、长度、曲率等几何参数，进行对照、判定。

图2－32 利用电视摄像机的黄瓜自动分选装置

根据光束遮断法制成的分级机有：

a．两元件同时遮光式光学分级机：在产品输送带的一侧配置若干对受光器，开始的一对距离最大，以后各对距离逐步减小。在产品输送带的另一侧与受光器相对应的位置配置若干对投光器。我们把一对受光器和与其对应的一对投光器叫做一个组。产品在投光器和受光器之间通过时，若果实直径大到使每组的两个受光器同时遮光时，则推板或喷射气流把此果实排出输送带作为该间距所分级的果实。投光器及受光器的组数即为分选出的果实等级数。

b．脉冲计数式光线分级机：输送带料斗在发光器和受光器穿过，光线从输送带上方照入下方，当产品横越前面的光束时，就发生由于阴影而产生的脉冲，在发生脉冲的时间内统计出由编码器发生的脉冲数，则可求出果径，把它与基准值比较进行等级判别。

c．屏障光线式分级机：将好多发光器和受光器分别排成一列，照射光成屏障状。果实通过这种光束屏障时，能通过被遮挡的光束求得果高或积分并求出果实的全面积，将其与预先规定的基准值相比较来确定果实的等级。这种机器已用于黄瓜等的分级。

d．复合光线式分级机：复合式是由脉冲和屏障光线式分级机组合而成的。采用纵横都有切口的料斗，发光和受光器中，正中的部分以脉冲计数方式测量输送带运行方向的果径，其他横向排列的发光和受光器以屏障方式测量垂直于输送带方向上的果实尺寸，通过两者之和求平均果径进行分级。

②外观品质分级机：外观品质分级机是一种进行自动等级分选的分级机。它可以取代靠人眼进行品质判定的方法，使品质判定有客观性和准确性。它可以使外观分选实现机械化，省力并提高效率。其原理是用光束照射果实，通过光束反射率来判定果实的着色程度和伤痕等情况，用工业电视摄像机拍照通过图像处理判别伤痕和形状等方法。还可用光反射和透射方法判定番茄外部和内部着色程度。

③内部品质分级机：这种分选机是用一定波长的光照射产品，在不破坏产品的情况下，通过测定透过光的强度来推断产品中的糖和酸及其他成分的含量。还可测定番茄内部着色情况、果心的褐变和果实内部出现的空洞。

关于外观品质和内部品质分级机的方法和种类有很多，请参看本书第六章有关果蔬的无损伤检测一文。

(四)分级机的选择

分级机虽然只占分级包装设施中的一部分，但它集中反映了整个设施的技术特征。如果选定了分级机，整个设施的加工能力和水平，即工程的设计与性能也就基本形成；故应慎重考虑。可以选择有实际业绩的质量稳定的机型，也可以选择新开发的新机型。新机型往往有利于提高生产率、商品价值，省时省力。

主要考虑的性能有：基本性能、易操作使用、维修管理三个方面。具体应考虑的项目如表2－9所示。

表2－9 分级机选择参考项目