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国内外香蕉采后处理设备方面的发展现状与对策

时间:2014-10-08 来源:未知 作者:小韩 本文字数:5207字
论文摘要

  引言

  香蕉是世界第四大水果,我国是世界第四大生产国。据统计,世界上种植香蕉的国家约有 136 个,中国、印度等发展中国家香蕉种植面积和产量均占世界总量 1/2 以上。在国内,香蕉种植主要分布在广东、广西、福建、云南、海南 5 省。随着香蕉产业机械化技术的不断升级与应用,世界香蕉生产正逐渐向集约化、机械化、标准化、优质化方向发展。从香蕉产前的备耕种植到采后处理,所有环节都需要机械化配套生产,机械化作业水平的提高有助于实现香蕉产业的现代化发展。

  香蕉的采后处理技术流程一般包括: 采收、运送、落梳、清洗、分级过磅、消毒风干以及保鲜运输。在国外,香蕉采后的所有处理环节都已实现了机械化操作,并形成一条完整的采后商品化处理生产线,有效提高了香蕉的生产质量和生产效率。我国为了使香蕉能在国际市场争得一席之地,国内也开始逐步推行机械化生产,在采收和运输环节上取得了不少的突破。但是,我国香蕉产业机械化生产水平总体上与国外还是存在着较大的差距。为此,通过探讨国内外在香蕉采后处理设备方面的发展现状,针对存在的问题提出建议与对策,为提高国内香蕉机械化处理水平提供理论参考。
  
  1 采收

  香蕉的采收主要以人工采摘为主,这种落后的采收方式需要耗费大量的劳动力,而且采收效率低,碰撞损伤严重。

  早在 1960 年,澳大利亚的昆士兰州,一种名为“香蕉折弯器”的装备被用于辅助砍蕉。该装置为一根顶部装有钢杆的 8 英尺长杆,杆上有两挂钩。采摘时,顶部朝下的挂钩支撑切割后弯曲的假茎并由底部朝上的挂钩把假茎向下拉,该装置的切割高度可达到1. 35m。美国麻省理工学院于 2005 年研制出一种砍蕉辅助装置,对夹持器进行了优化改进,在夹持和脱离蕉柄时更加方便和灵活。广西大学王小纯等人研制了一种简易的人工砍蕉机械辅助装置。该装置的机架上安装有立柱和由外端连接手轮的蜗轮蜗杆传动机构,立柱上段有防止蕉轴前后滑移的支撑挡板和保证蕉穗自动对中的 U 型护栏; 下段固定有蜗轮和齿条,两者通过铰链和锁扣进行链接。该装置使用时安全、稳定,减少了香蕉的机械损伤,降低了劳动强度,提高了砍蕉效率。

  基于砍蕉辅助装置,真正实现香蕉采摘的全机械化使用是在澳大利亚西澳大利亚州,1985 年西澳大利亚州农业部针对香蕉的物理特性,研制出一种能采摘香蕉的机械。该机械通过一个可自由收缩的液压臂把机械手送到合适位置,由切割机构切断香蕉,抓斗抓取香蕉串放入位于机械手末端的斗装容器中,并放置在由一部微型拖拉机驱动并牵引的拖车上。

  Tom Johnston在 2000 年通过增加伸缩臂、液压操纵机构和抓取器对一台挖掘机进行了改进,使其操作更加灵活。海南大学李海恒等人设计了一种香蕉采摘机械,整机为一台配备有拖车和运蕉吊索机构的微型拖拉机,采摘部分由液压马达驱动的切割装置和液压缸驱动的夹紧装置构成,通过驱动杆的升降和旋转把切割后的香蕉串放置在拖车上。该机械降低了劳动的强度,提高了香蕉的商品价值。

  随着机器人的逐步应用,农业采摘机器人成为了农业工程领域的研究热点,很多研究机构已经开始把农业机器人应用到农产品的采摘上。华南农业大学王红军等人应用仿生学原理,通过机构的改进设计和人工采摘动作的机械手模拟,对采摘机构进行了仿真分析。分析表明,采摘机械手运动过程稳定可靠,遵循了农艺生长规律,满足采摘位置需求,缩短了砍切时间。香蕉采摘机械装置的开发与应用具有广阔的市场应用前景和现实意义。

  2 运送

  香蕉运送方式主要有车载运送和索道运输两种。

  车载运送包括改装的平板车、摩托车和拖拉机等。

  平板车和摩托车运蕉是在车上铺上海绵垫作保护,运送至采后商品化处理车间; 拖拉机运蕉是把收割下的蕉穗吊挂在拖拉机上运回处理车间,这些车载式的运输方式在我国海南省较为常见。在牙买加较早开展了一项调研显示,运蕉卡车在行驶过程中的振动对于机械损伤影响不大。澳洲、菲律宾、我国台湾等国家和地区采用采收车进行收获,澳洲蕉园里的采收车甚至可以在每棵香蕉树下进行采摘。华南农业大学设计了一种运蕉车,整车采用 L 型车架设计,果穗直立式装载,果柄承受自重,试验效果良好。

  索道运输是指根据蕉园的布局和整体规划,呈放射状或者矩形网状的方式安装数条连续的空中索道,滑车在索道上运载香蕉至加工点。香蕉采摘后,通过拖车或人工搬运的方式运送到就近的索道下,并用绳子绑挂在滑车的吊钩上,串联起来运输。

  索道采收的方式是一种半机械化采收技术,砍蕉、运蕉、落梳等工序都可以无着地进行,划伤、压伤和碰伤等机械损伤明显减少。早在 1971 年,国外蕉园已开始研制和使用索道采收方式,国外香蕉的采收索道主要有 3 种方式: 用 1. 5'镀锌管作托管的滑道运送,直接用 14mm 圆钢作为滑道的无托管运送以及钢缆绳运送。带托管以及无托管的采收索道由于容易并接、运行 质 量 可 靠、拉 运 量 大,最 为 常 用。

  Kemp等于 1977 年设计了一种改进型蕉园索道,该索道在丘陵山区运行使用,效果良好。周昆华等人结合国内外先进技术,对香蕉采收轨道进行了完善,“岔道”变轨技术的首次使用,很好地解决了轨道间交叉运送的问题,提高了该设施的实用性。我国在广东、广西、福建和海南等地也陆续建成了多个香蕉索道采收生产示范点。华南农业大学研制的电动蕉园货运系统,牵引滑车和滑轮挂钩组均设在导轨上,中间由连接杆连接,通过滑车牵引挂有香蕉果穗的滑轮挂钩组在轨道上行进,完成香蕉的无损输送,该系统已在广东省增城市祥惠合作社得到推广应用; 研制的另一种钢索牵引悬挂式货运系统以卷扬机为动力,采用缆绳牵引的方式悬挂输送,弯道配置导向机构,具有运行稳定性好、地形适应性强等特点,已在广东省东莞市农科中心果园推广应用。该单位推广应用的链式循环货运索道系统,由电动机驱动,经减速器带动链条运动,配备水平、垂直和组合托索机构、自动张紧机构等使其可在复杂丘陵地区随意铺设,实现连续和循环的物料运送,已经在广东省龙门县和江西省安远县投入使用,生产率最高达 6. 48t/h。

  在不同的运送方法下,蕉指的损伤率会有一定的差异。数据显示,人工抬运的损伤率为 23. 6% 、平板车加海绵垫运输为 8. 14% 、摩托车加海绵垫运输为11. 5% 、索道运输的损伤率最少,为 2. 71%。采用索道运输方式很好地保证了香蕉果实的外观质量和商品价值,增加了市场的竞争力。

  3 商品化处理

  运输到采后商品化处理车间的香蕉会保持悬挂状,落梳是商品化处理的首要环节。具体方法是先摘除果指残花,然后用锋利的落梳刀把蕉梳和果穗连接轴切开。目前,国内外所有香蕉商品化处理车间都是采用人工落梳,落梳刀呈弧状,沿果柄轴茎至上而下进行切割。中国热带农业科学院海口实验站设计了一种新型落梳刀,采用 S 形刀柄及半弧形刀体,增加了操作者手与刀之间的操作空间,避免了落梳时手与果轴之间的摩擦,保证了落梳刀落梳时的稳定性,提高了落梳效率。华南农业大学杨洲等人研制了一种回转式的香蕉落梳机,通过电机驱动一对齿轮组。其中,第 2 级齿轮上固定刀盘,使刀盘上面的第 1落梳刀和第 2 落梳刀随齿轮的旋转运动而做回转运动,对香蕉进行切割。香蕉落梳机实现了落梳过程的自动化,缩短了加工周期,便于与无损采收索道一起组成商品化处理流水线。

  落梳后的香蕉会放入含有 0. 1% ~ 0. 2% 明矾水或漂白粉的低压循环喷水池中进行清洗和修把; 再用低压循环喷水进行二次清洗; 接着通过自动喷洒装置对香蕉进行消毒保鲜,然后用 700 ~1 000 W 的鼓风机进行风干,最后进行包装。在国外,从清洗、消毒、风干到包装等各个生产环节都已全部实现了机械化操作。澳大利亚的大型香蕉加工处理厂会在落梳前对香蕉进行悬挂式喷淋清洗,落梳后放置在滚筒运输带上进行流水线作业。厄菲两国香蕉处理设备还有挂蕉轨道、喷淋装置、蕉杆及滑轮收集道、二道清洗、杀菌池、循环水送蕉装置及不合格蕉收集装置等,机械化程度很高。在我国,香蕉种植大多属于个体承包、面积少、作业位置不固定、往往利用劳动力进行各环节的处理,机械化程度很低。近几年,单个自动化处理工序机械开始被应用。西澳自动化设备有限公司制作的香蕉喷淋清洗设备配合索道进行不下架清洗,机身采用合金和不锈钢制成,容量大,清洗速度快。石家庄宏涛科技有限公司自主研制的车载厢式香蕉清洗机采用高压水流冲击香蕉表面,UV/O3 复合消毒系统,过滤筛和活性炭进行过滤相结合,均取得良好效果并投入市场使用。借鉴国外香蕉商品化处理的经验,结合国内香蕉种植与处理的现状,国内开始尝试对香蕉的处理进行流水线的操作。海南东方元和实业有限公司在香蕉基地的包装场建有环形索道,采收车推入包装场挂到环形索道后,整个处理流程,香蕉都不用堆放在地上,避免了任何机械性碰伤。广西壮族自治区水果生产技术指导总站于 2003年研制组装出固定式和移动式两种投资少、实用、高效的香蕉采后商品化处理生产线。该装置使用时,香蕉在清洗箱进行清洗并休整后在保鲜装置上处理,放入托盘在称重台上承重连同托盘推入倾斜的辊筒导入轨道中,并沿着辊筒输送轨道移动,通过风干系统进行风干,载有香蕉的托盘移动达到包装台后进行装箱、抽真空、包装,空托盘会放到有高低落差的辊筒上进行回送。装置装拆简便,结构紧凑,占地面积小,操作简单,生产效率高,可就地就近使用,机械化程度有一定程度的提高。

  4 保鲜与贮运

  香蕉从砍蕉开始到销售前都要进行冷藏保鲜处理,保持或降低蕉体温度,以维持蕉果的新鲜度。机械化的贮运保鲜处理一般指对蕉果进行化学性保鲜和冷藏运输。目前,香蕉的保鲜可采用臭氧、高锰酸钾、过氧化钙等化学物质,保鲜效果俱佳。香蕉的运输要在保鲜的基础上进行冷藏,冷藏方式一般是机械冷库和气调库。机械冷库通过液态制冷剂的汽化和蒸发,带走冷库中的热量,使冷库保持低温。汽化后的制冷剂通过压缩机的加压,把热量传递给冷却介质,进而冷凝成液体,实现循环制冷。而气调库就是在冷藏的基础上进行气体成分的调节,整个气调系统包括制氮系统、二氧化碳脱除系统、乙烯脱除系统、加湿系统和温度、湿度及气体成分自动检测控制系统等。资料显示,将香蕉贮藏在含氮 93% ,二氧化碳 5%和氧气 2% 的环境中,经 7 星期仍保持硬绿。通风换气是香蕉运输过程中需要注意的一项技术。香蕉满车后应留一点空隙,利用车内的冷气及压力将热空气逼出,这样降温速度更快,当车内温控器温度达到规定的最低控制温度值时,要停止制冷,改为用车内通风机进行车内强迫通风。现阶段,我国香蕉北运采用机械或加冰冷藏车,代替传统的普通棚车运输。夏秋季节的长途货运,船上和火车上都会设置机械制冷系统,货箱( 舱) 等均拥有隔热绝缘、温度控制系统、空气交换系统等,冷库和气调技术广为应用。

  2007 年,广东徐闻县水果蔬菜研究所进行了香蕉的冷藏贮运试验研究,试验过程包括无机械损伤采收、落梳清洗、药剂处理、加工包装、冷度贮藏及低温贮运等环节,该试验最终获得了成功,有效地延长了保质期,保证了香蕉的价格优势。2006 年以来,厦门漳州市开始接受使用冷藏集装箱运输内贸香蕉的方式,并大范围使用冷藏集装箱运输香蕉到北方各地。国外发达国家在香蕉采后处理方面有一套规范的配套流程,该流程包含清洗、风干、消毒、运输等全部内容,商品化处理量几乎达到 100%。香蕉的冷藏技术对香蕉的贮藏效果及销售价格起着至关重要的作用,先进的冷藏技术可以提高香蕉的果品质量和市场的竞争力,经济效益明显。

  5 发展对策与建议

  1) 国内香蕉种植呈现整体集中、局 部分散的特点,对不同种植规模的蕉园,要做到"因地制宜",在商品化流水线处理链的使用上不可千篇一律。应根据当地的地理环境、种植条件以及劳动力利用情况对设备进行合理的改进。

  2) 香蕉采后处理的每个环节都影响着香蕉的质量,对于处理链上的薄弱环节,如落梳、清洗、包装等要加大研制力度与投资力度,提高整条流水线操作的全机械化水平。

  3) 香蕉采后处理的机械化研究还处在发展阶段,诸如采收、运送已经初见成效的环节存在材料使用不当、更新换代以及机电一体化结合不够完善等问题,还需要不断改进,以符合资源节约型可持续发展要求。4) 加大香蕉生产机械与装备的推广扶持力度,真正提升我国香蕉产业水平,推动产业发展。

  6 结语
  
  香蕉采后处理要向机械化、自动化、智能化方向发展,就必须提高机械化处理装备的水平。我国的香蕉采后处理装备还处在模仿国外产品和不断尝试探索的阶段,针对国内香蕉种植现状,完善节能、可靠的采收和运输系统,研制全自动的商品化处理链,努力攻克技术难关,设计出符合我国香蕉生产的配套装备设施,宣传推广机械装备的使用,是农业工程工作者的奋斗目标。蕉园的采后处理机械化是一项大工程,需要政府的支持、科研院校的应用研究和大力投入,以提高香蕉的商品价值,提升机械化水平,促进我国香蕉产业的快速持续发展。

  参考文献:

  [1] 平英华,陈永生. 香蕉生产全程机械化探讨[J]. 热带农业科学,2010,30( 11) : 65-67.
  [2] 李君,杨洲,汪刘一,等. 香蕉生产机械化研究与应用[J]. 安徽农业科学,2011,39( 3) : 1836-1838.

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