农业部农业机械试验鉴定总站
【 大  中  小 】 【 红  绿  蓝  黑 】 【打印】 【关闭

专家呼吁:应大力推广水果品质机械化分选技术

作者: 中国农业大学食品科学与营养工程学院教授 韩东海

0

中国农业大学食品科学与营养工程学院教授韩东海长期从事水果机械化分选技术的教学与研究,他在对我国水果产品加工分选技术现状进行较为深入调查的基础上,撰写了《水果品质机械化分选是产业兴旺的关键》。文章分析了我国水果产业发展面临的问题,阐述了水果机械化分选技术的价值和意义,介绍了水果分选机械化技术构成,对大力推广水果品质分选机械化技术提出了建议。现将文章全文登载,供读者参考。 ——编者按

 

水果品质机械化分选是产业兴旺的关键

一、水果产业面临的问题

当前,中国的水果产业与其他产业类似,供需关系正面临着不可忽视的结构性失衡。总体上是中低端产品过剩,高端产品供给不足。

以苹果为例,2013/2014产季中国苹果产量达到3800万吨,同期鲜苹果消费量达3286.4万吨。2017年全国苹果产量预计达到4600万吨,鲜食占苹果供应总量的83%,深加工量占15%,出口占2%,鲜食量是市场消费量中最重要的部分。在人口总数基本不变的情况下,苹果产量大幅度增加,势必导致销售难问题。

中国所产苹果80%是属于中低端果,优质果品太少。华圣果业在收购的苹果中,平均竟有28%为不合格品,如表所示。2017年3月,走访了山西省运城市苹果产区的果商。运城水果的面积和产量均居全国地级市首位,其中苹果面积13.7万hm2,总产量4万吨。在分选方面,多数果商采用最初级的机械秤式重量分选机,按照重量进行大小分级,极少数果商具有糖度分选能力,分选作业全程自动化程度较低,特别是手工包装环节,尚需大量人力。众多苹果经纪人苦于找不到高质量的苹果不敢接订单,造成低质量苹果价格低、销售更难。

   2001-2007年华圣苹果采购数量与不合格率

年份

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

7年总计

采购数量(吨)

13488

17040

5040

13320

12960

19360

9600

90808

质量不合格率

24%

37%

46%

25%

22%

26%

25%

28%

国产水果同时面临着进口水果的挤压。亚果会行业新闻显示,目前法国苹果的批发价为10元/公斤,烟台苹果则为10.5元/公斤;埃及橙子5元/公斤,赣南橙则能卖到6元/公斤,价格上相差无几。然而,进口水果的商品果成果率高达80%到90%,上架后的损耗率也只有5%到8%,而国内水果的商品果成品率只有50%到60%,进口水果远远胜于国产水果。此外,进口水果普遍采用光电分级,把一个个水果放在流水线上过一遍‘X光’,测量糖度、水分等指标,然后选择达标的水果统一装箱。消费者开箱以后吃到的每一个水果,大小和口味基本一致。而国产水果普遍用机械分级,流水线上是一个标准果大小的洞,过大或过小都会被剔除出去,而口味是否一致就不得而知了。进口水果品质稳定再加上价格也并不明显高出,使得国产水果销售更加困难。

再说柑橘。2017年我国柑橘产量预计达2850万吨,2020年预测达3750万吨。虽然我国一直着力解决多年存在的滞销价跌、柑橘果品供大于求的问题,但至今依然突出。目前我国的柑橘产业已经进入到高品质需求时期,这个时期价格的竞争更加激烈,对品质的要求更加关注。

可喜的是,业界有人意识超前,利用水果分选技术很好地解决了供需矛盾。2009年12月,江西瑞金的黄小红发现一些商家在销售脐橙之前,首先进行分选,清洗,和包装,经过这样简单的处理后,脐橙就可以轻松地卖出高价。于是,黄小红花了300多万元买了一台在当时很先进的脐橙分选设备,将脐橙分出12个等级,根据个人喜好和需求对全国市场进行细分,直径110毫米以上的特大果发往河南、福建、广东;直径85毫米到110毫米的大果,发往北京、西安、沈阳,直径75毫米到85毫米的小果,发往浙江、上海,直径60毫米到75毫米的特小果,主要销往大型超市,这样一来,平均每斤脐橙的价格,就比别人卖价高出60%,当年销售1000万公斤,多赚了3600万元。

过去我国苹果生产者往往较为重视产中管理而忽视产后环节。今后应逐步普及果实采收后进行精选、分级、清洗、杀菌、打蜡、防腐保鲜、精细包装等商品化处理的技术。因此,水果品质智能自动分选技术是水果种植乡村振兴,水果产业兴旺的关键。

由此可见,导致水果产业供需关系失衡有采前的栽培管理问题,也有采后分级处理问题。本文就采后分选处理问题进行论述。

二、分选分级的目的和意义

对我国苹果主产区200户果农的实地调查发现,果色越好,果实越大,价格越高,不同着色等级和大小等级的相邻等级价差在0.6-1.0元/公斤范围内,并且等级价差有增大的趋势。脐橙经过糖酸度分选后,价格约提高30%左右。韩国市场显示,鲜桃糖度相差0.5°Brix,就是一个等级,差价5000Won/10kg,如下表所示。

 韩国鲜桃糖度与市场价格

Source: Agricultural outlook 2003.Korean rural economic institute

 

农产品质量分级的研究表明,农产品质量分级的重要性源于农业生产的特殊性,分级的经济学原理在于满足消费者的差异化偏好,降低农产品交易的不确定性,以及作为卖方的差异化竞争工具。农产品质量分级促进农业现代化,一方面是通过满足市场对农产品质量的多元化需求、促进农产品流通,实现了农产品的市场化,另一方面是通过农产品市场的等级价格信息反过来引导农业生产要素的投入和配置,提高了农业生产的现代化水平。

分选分级的目的就是为了响应党中央国务院2018年1号文件的号召,构建农村一二三产业融合发展体系,重点解决农产品销售中的突出问题,加强农产品产后分级、包装、营销。

三、分选技术概述

水果分选涉及两大独立要素。一是外观品质,多为物理指标,涉及果实直径大小、颜色、形状、瑕疵等。二是内部品质,以生化要素为主,包括果实成熟度、糖酸度、褐变、霉变等。智能分选就是通过电子称重、图像识别、近红外光谱分析等现代化技术,将参差不齐的果实按照两大要素自由组合有序排列。自动分选是指在上料、卸料、分选、装箱、包装、码垛等整个分选过程中全面实现自动化。

结构简单、价格低廉的代表性初级分选设备有滚筒筛孔式、辊带式和机械秤称重式两类,高级的有电子秤称重式重量分选机,这些只能满足外观品质分选要求。滚筒式、辊带式用于柑橘类水果果实,机械秤称重式主要用于苹果、梨、桃等物料。电子秤称重式适用多种水果果实,包括柑橘、苹果、梨、桃等。智能分选设备是最新技术的体现,不但可以满足外观品质分选要求,同时还能满足内部品质检测。

滚筒筛孔式分选机由数个直径约为80cm的滚筒组成,在每个滚筒上根据分选要求布满孔径大小相同的筛孔,按照筛孔直径大小滚筒由小到大依次有序排列。滚筒即有筛选作用,还可实现果实的输送。这种分选设备的优点是结构简单,滚筒更换容易。因其滚筒结构导致了水果在分选中落差较大,所以主要用于不怕磕碰的柑橘类水果。此类设备价格差异也比较大,少至上千元,2人上果,3人装箱,一天分选数吨。

机械秤称重式分选机由移动托盘(相当于移动秤)和数个固定秤组成,移动托盘和固定秤相当于可绕支点转动的两根杠杆,平时处于锁定状态。每个固定秤上砝码重量各异。当载有水果的移动托盘移动至固定秤时,移动托盘右端与固定秤左端处于结合状态,如果此时移动托盘上水果重量所产生的力矩大于固定秤的力矩,则水果被倾斜而出,完成分选作业。此类设备结构简单,维修方便,价格约在4万元左右,3人上果,5人包装,一天能分选20吨。选果速度大约为9600个果/小时,9个分选等级。

电子秤称重式分选机是机械式的升级版。只需一台电子秤,即可实现多个级别的快速分选,单通道每秒可达10个以上,且机械结构更加简单,电子电路系统相对复杂一些。单通道价格在20万元以上,选果速度45000个/小时。分9个级别,自动分选水果只需1人辅助,装箱需要20人。

智能分选设备是在全新理念基础之上诞生的,运用了大量智能IT和现代快速无损检测技术,是分选技术的一次划时代革新,真正实现了水果果实本质的分选分级。同时,还大大简化了机械结构,自动化、智能化程度显著提高,是未来水果加工技术发展的趋势之一。智能分选主要包括图像处理和近红外光谱分析两大主流技术。图像处理主要用于颜色,形状、瑕疵等外部品质分析判别,近红外光谱分析主要测量检测成熟度、糖酸度、褐变、霉变等内部品质。

四、国外分选技术的发展史

世界上分选水果的初期阶段,都是用肉眼观察、手工作业,根据水果形状和大小分出等级。进入上世纪70年代,普及的分级设备是通过大小各异的孔或间隙进行分级的尺寸分级机,随后又出现了通过光束进行非接触式检测果高、果径的光线式分级机,使得水果分选精确度有了提高。进入上世纪80年代,研制开发出由测力传感器、测力线圈等电信号测量重量的电子秤式重量分级机。在同一时期,开发出了图像式尺寸分级机。该机通过计算机处理来自果实上方或下方的照射光所形成的图像,可求得该果实的面积、最大果径、最小果径、果高等,最后,进行尺寸分级。80年代中期,黑白CCD摄像机开始应用于尺寸分级。其原理是对用摄像机摄取的图像进行图像处理,可计算出水果长度、粗细、弯曲程度,例如对黄瓜进行等级与尺寸分级。其后,彩色CCD摄像机首先应用于柑橘的等级分选。采用可见光的红、绿波长段,由彩色摄像机检测果实的着色程度,由颜色判断成熟度、病虫害等。80年代后期,开始实验检测果实内部品质,并研制开发出了用敲打分析、软X射线检测西瓜空洞装置。另外,利用近红外光谱分析的原理,进行在线果实内部化学成分的分析,开发出了果实糖度、成熟度分选技术。上世纪90年代,等级分级技术进一步发展,一些新的无损伤检测技术不断被开发利用。内外品质检测项目由糖酸度扩展到诸如腐烂、褐变、伤痕等更广泛的范围。

综述几十年间水果分选技术的进步,可归纳为以下四个特点∶

a.高效率化。由小型分级机向大型分级机发展。由小型的小规模处理向由大型分级场所进行大量处理的方向发展;

b.高精度化。由机械式计量向电子式计量发展。由利用机械秤、筛孔计量向利用负荷线圈、CCD摄像的电子式计量方向发展;

c.高功能化。由单一品种分级机向对应多品种的分级机发展。由一台分级机进行一个品种的分选向由一台分级机进行多种品种的分选方向发展;

d.高品质化。由尺寸分级机向等级尺寸分级机发展。由通过果蔬的大小、重量等尺寸进行分选向由形状、果皮颜色、损伤、内部品质等进行等级分选的方向发展。

五、国内分选技术应用现状

国内分选技术应用主要涉及两个方面,一是果业经营主体,二是分选设备制造水平。

1)果业经营主体。国内果农以农户为主,水果专业合作社比较少。中小型果商多,龙头果品企业少。现在,不论是小农户果农还是果商都认识到了分选的重要意义,但受经济规模和产量所限,所采取的策略不尽相同。农户果农基本没有能力购买分选设备;小型果商只能进行简单的初级分选;果品龙头企业实力雄厚,拥有先进的技术和设备,销售周期长,销量大、销售范围广。作者曾走访过赣州四家年脐橙销售量高达2000万斤的龙头企业,两家泊头鸭梨出口龙头企业都具有生产效率高、技术先进的智能分选设备。

2)分选设备制造水平。我国水果分选设备属于农业机械,始于30年前,起步和发展远远落后于一般农业机械。而在同期,正是日本水果分选技术向智能分选升级的时期,我们落后日本整整30年。近年来虽然通过仿制国外产品,逐步研制和生产出一些分选设备,但总体上数量不多,应用不广。目前国内分选状况是初级与现代并存,既有原始的分选方法,也有最先进的技术和设备。数量居多的小型初级分选设备多为国产,少量大型先进的设备几乎全部为进口,或核心部件靠进口。这些设备价格昂贵,最贵的高达几百万甚至上千万元。

国内水果分选设备制造企业数量较少。详细数据难以统计,估计不会超过30家,市场占有率比较高的有4家。早期的龙口凯祥30年来一直奋斗在水果分选战线上,现已销售大约6000台。先后成立未满20年的江西绿萌和宜昌新丰可谓后起之秀,特别是江西绿萌今日已成为行业龙头企业,截至目前大约销售700多台,其中可以检测糖酸度内置近红外的设备从2015年开始销售,共计27台,每年增长都超过100%,2017年产值突破一个亿。新丰已销售分选设备4000多台,主攻柑橘市场。创立近10年的深圳鼎为凭借着国家级高新技术企业、软件企业,力争打造成该领域的综合性服务商。还有部分企业涉足水果分选设备的生产,比如江苏福尔喜、北京福润美、烟台法国迈夫诺达,漳州的台湾统农等。

国内水果分选设备制造企业规模小,兼业多。绿萌最大,最专业,只关注水果分选设备研发与制造。现有员工180余人,产品出口国外,在南非设有办事处。其次是宜昌新丰,职工近百人,年销售收入5000余万元。

国内水果分选设备制造企业尚无行业组织,属于各自为战,自生自灭,既没有行业规划,更谈不上互相交流和行业自律,企业技术实力参差不齐。

六、解决方法与措施的建议

1)统筹兼顾培育新型农业经营主体。积极扶持现有的水果专业合作社和果品企业做大做强。同时按照中央今年1号文件的精神,发展多样化的联合与合作,提升小农户组织化程度。注重发挥新型农业经营主体带动作用,改善小农户生产设施条件,提升小农户抗风险能力。切实发挥全国农业信贷担保体系作用,通过财政担保费率补助和以奖代补等,加大对新型农业经营主体支持力度。例如,可由地方政府组织协调与资助,建设一批大型水果采后服务中心,修建现代化冷库、采购大型高效智能分选设备、配备专职管理人员,为小农户果农提供采后保鲜贮藏、分选分级、装箱包装等有偿租赁服务,雇佣当地果农就业,提高社会效益。运城市苹果产区,就有这样的个人设施,提供类似服务,效果不错。

2)多种模式共举,发展高端分选机械设备。电子称重技术无需外援,果品分选设备制造企业自身完全可以解决。图像处理技术相对成熟,即使企业自身不能开发,委托或购买第三方系统即可实现。水果果实糖酸度等内部品质快速无损检测技术是近红外光谱分析,该技术由仪器硬件、算法软件和预测模型三部分组成。这个技术系统的研发需要一定的实践经验和知识积累,需要一些特殊设计光学零部件和结构,需要分选设备、实际用户、高校科研单位的学者三方参与。首先要以企业为主进行研发,模式可多种多样。有实力的企业可自筹资金自主研发,无力研发的企业要加强与高校和科研机构的联合攻关,国家给予补贴、资助或售后退税。联合攻关前需要明确知识产权、利益分成、售后服务等利害关系。由于糖酸度检测模型的维护需要数年时间,专业性强,售后技术支持和服务也比以往技术要繁重数倍。

3)国家应成立水果分选设备行业协会,统一组织协调各方诉求,进行技术培训,满足行业发展要求。

2018年中央1号文件,为水果产业发展营造了一个良好氛围。相信上述建议的实施,将为推进我国农机装备产业转型升级,发展高端农机装备制造,夯实农业生产能力基础,谱写新时代乡村全面振兴新篇章。

发布时间:2018-03-20    提交人:中国农业机械化信息网信息中心 刘玉    责任编辑:中国农业机械化信息网信息中心 刘玉