禽蛋產(chǎn)品檢測(cè)和分級(jí)機(jī)械化技術(shù)研究現(xiàn)狀

高 嬌，禹振軍，蔣 彬，熊 波，張迪婧

(北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定推廣站，北京 100079)

0 引言

禽蛋是最受人們歡迎的重要農(nóng)產(chǎn)品之一，我國(guó)禽蛋的消費(fèi)以鮮禽蛋和二次加工的整蛋為主，禽蛋的消費(fèi)量極大[1]。在禽蛋加工過(guò)程中的一個(gè)重要步驟是檢測(cè)分級(jí)，即把破損蛋(主要是裂紋蛋)從好蛋中挑出來(lái)，將禽蛋按照一定標(biāo)準(zhǔn)分開(kāi)包裝，不僅保證了禽蛋產(chǎn)品的品質(zhì)，還提高了經(jīng)濟(jì)效益。目前，較通用的檢測(cè)分級(jí)工作主要是對(duì)蛋的大小、干凈程度、蛋殼顏色及裂紋蛋進(jìn)行分選，分級(jí)方式可根據(jù)生產(chǎn)加工量選擇人工、半機(jī)械化和自動(dòng)化[2]。我國(guó)禽蛋檢測(cè)分級(jí)工作仍然以人工為主，即傳統(tǒng)的照蛋法和敲蛋法，通過(guò)人的眼睛和耳朵進(jìn)行識(shí)別。人工檢測(cè)效率低、易受操作人員水平影響，極大限制了禽蛋的產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)模擬人工檢測(cè)方法，采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)和音頻檢測(cè)等技術(shù)，研究禽蛋新鮮度、蛋殼裂紋等檢測(cè)分級(jí)方法，取得了一定的成效，提升了禽蛋品質(zhì)檢測(cè)與分級(jí)的機(jī)械化水平[3-4]。本文梳理了禽蛋產(chǎn)品檢測(cè)分級(jí)機(jī)械化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程、現(xiàn)階段技術(shù)水平及存在的問(wèn)題，為禽蛋產(chǎn)品檢測(cè)分級(jí)機(jī)械化技術(shù)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 技術(shù)發(fā)展進(jìn)程

1.1 禽蛋分級(jí)機(jī)械化

禽蛋檢測(cè)與分級(jí)是蛋品產(chǎn)后初加工的重要組成步驟，分級(jí)主要是依據(jù)蛋品的質(zhì)量大小，蛋品分級(jí)機(jī)械化技術(shù)的研究起步較早，始于20世紀(jì)40年代。以蛋品的質(zhì)量為分級(jí)依據(jù)，世界首臺(tái)雞蛋分級(jí)機(jī)是由荷蘭MOBA公司生產(chǎn)，于1947年問(wèn)世，生產(chǎn)能力僅為1 600枚/h，稱(chēng)量誤差也較大。該公司采用杠桿原理進(jìn)行稱(chēng)量分級(jí)，利用30年時(shí)間對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，1970年將蛋品稱(chēng)量分級(jí)與自動(dòng)包裝集成在一臺(tái)機(jī)器上，同時(shí)生產(chǎn)能力提高到14 400枚/h，稱(chēng)量分級(jí)誤差也大大降低[5]。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，蛋品分級(jí)機(jī)的稱(chēng)量部分由純機(jī)械向機(jī)電一體化方向轉(zhuǎn)變，使用電子稱(chēng)量替代天平稱(chēng)量，生產(chǎn)能力大幅度提升，在1993年推出的Omnia系列機(jī)器最低生產(chǎn)效率為3萬(wàn)枚/h[6]。目前，禽蛋分級(jí)設(shè)備做的比較好的公司如荷蘭的MOBA公司和日本的NABEL公司生產(chǎn)的高效率蛋品分級(jí)包裝機(jī)，基本上采用零速電子稱(chēng)量方式對(duì)禽蛋進(jìn)行稱(chēng)量分級(jí)，質(zhì)量精確到0.1 kg，而且稱(chēng)量速度快，分級(jí)效率高[7]。

國(guó)內(nèi)蛋品分級(jí)研究起步于20世紀(jì)70年代，較為代表性的企業(yè)有深圳振野蛋品智能設(shè)備有限公司，該公司生產(chǎn)的ZYF-J3L(IK)型蛋品分級(jí)機(jī)，生產(chǎn)效率為5 400枚/h[8]。該設(shè)備采用動(dòng)態(tài)稱(chēng)量的方式對(duì)禽蛋進(jìn)行稱(chēng)量，此種方法稱(chēng)量的精度較低，但目前國(guó)內(nèi)蛋品分級(jí)設(shè)備多采用動(dòng)態(tài)稱(chēng)量的方式進(jìn)行分級(jí)[9-10]。部分研究人員采用靜態(tài)稱(chēng)量的方式，即將單個(gè)雞蛋放到秤盤(pán)上，讀取穩(wěn)定質(zhì)量值后判斷等級(jí)，再將雞蛋撥到分級(jí)線(xiàn)進(jìn)行分級(jí)，此方法精度高但作業(yè)效率低，未被廣泛應(yīng)用[11]。市場(chǎng)上主流的蛋品稱(chēng)量分級(jí)機(jī)生產(chǎn)效率為1萬(wàn)～2萬(wàn)枚/h。

1.2 禽蛋檢測(cè)機(jī)械化

國(guó)外在20世紀(jì)90年代初就有禽蛋檢測(cè)方面基礎(chǔ)性研究，1992年美國(guó)的DIAMOND公司研制了全自動(dòng)破損檢測(cè)機(jī)；1996年利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)研發(fā)全自動(dòng)污垢檢測(cè)機(jī)。1998年日本的NABEL公司發(fā)布了自動(dòng)蛋殼裂縫檢查裝置“ACD”系統(tǒng)；2000年又發(fā)布了應(yīng)用分光技術(shù)對(duì)禽蛋進(jìn)行非破壞自動(dòng)血蛋檢查裝置“ABD”系統(tǒng)。2010年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)禽蛋的好壞。生產(chǎn)方面，MOBA、NABEL、DIAMOND等公司陸續(xù)生產(chǎn)出禽蛋裂紋在線(xiàn)檢測(cè)的分級(jí)設(shè)備和生產(chǎn)線(xiàn)，目前大型的設(shè)備處理能力已達(dá)18萬(wàn)枚/h[12]。

國(guó)內(nèi)禽蛋自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)研究從2000年以后逐步開(kāi)展，以華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、江蘇大學(xué)及福州大學(xué)等高校為主。主要基于兩個(gè)技術(shù)，一是通過(guò)分析敲擊蛋殼的聲音來(lái)檢測(cè)，另一個(gè)是通過(guò)機(jī)器視覺(jué)分析蛋殼圖片來(lái)檢測(cè)。2004年，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究者建立了鴨蛋在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要利用音頻分析方法來(lái)分析禽蛋蛋殼的裂紋，依靠采集敲擊鴨蛋的聲音信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行頻譜分析，建立好蛋與壞蛋的判別模型進(jìn)行檢測(cè)，該系統(tǒng)好蛋檢測(cè)率93%，壞蛋檢測(cè)率91%[13]。2005年，陳紅等[14]應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)檢測(cè)鴨蛋品質(zhì)(顏色、大小、新鮮度)，設(shè)計(jì)了鴨蛋品質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)分級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鴨蛋品質(zhì)參數(shù)的在線(xiàn)檢測(cè)。近幾年，國(guó)內(nèi)學(xué)者在采用彩色視覺(jué)系統(tǒng)和遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合來(lái)對(duì)殼體缺陷進(jìn)行研究等方面取得一定進(jìn)展，但大部分還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，真正生產(chǎn)應(yīng)用的禽蛋在線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)生產(chǎn)線(xiàn)仍然較少[15]。

2 技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 國(guó)內(nèi)外整體情況

目前，國(guó)內(nèi)的禽蛋分級(jí)設(shè)備多基于機(jī)械天平測(cè)質(zhì)量，根據(jù)禽蛋的質(zhì)量對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)，基本可以滿(mǎn)足質(zhì)量分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)要求，但分級(jí)效率低，為5 400～30 000枚/h左右，與世界先進(jìn)蛋品分級(jí)設(shè)備相比要低很多。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)和音頻檢測(cè)技術(shù)是禽蛋品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)最常用的方法。另還有利用蛋的動(dòng)力學(xué)特性或電學(xué)、機(jī)械學(xué)特性來(lái)檢測(cè)，還有化學(xué)檢測(cè)法、生物檢測(cè)法及綜合檢測(cè)法等。但禽蛋的內(nèi)部品質(zhì)、裂紋等檢測(cè)只是比較粗略地分類(lèi)，市場(chǎng)上自動(dòng)化禽蛋品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)機(jī)械設(shè)備較少。而發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的蛋品分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)效率較高，采用零速電子稱(chēng)量方式對(duì)禽蛋進(jìn)行稱(chēng)量分級(jí)，質(zhì)量精確到0.1 kg，而且稱(chēng)量速度快，分級(jí)效率高，且可與禽蛋自動(dòng)化無(wú)損檢測(cè)設(shè)備聯(lián)合作業(yè)，效率最高可達(dá)18萬(wàn)枚/h。其中，MOBA公司是世界領(lǐng)先的禽蛋分類(lèi)、包裝和加工機(jī)器設(shè)備制造商，該公司生產(chǎn)的雞蛋自動(dòng)分級(jí)包裝設(shè)備規(guī)格多、效率高，國(guó)際市場(chǎng)占有率達(dá)50%，在中國(guó)占據(jù)高端雞蛋加工設(shè)備市場(chǎng)份額的95%[10]。

2.2 北京市實(shí)際情況

北京市家禽養(yǎng)殖總量為974.8萬(wàn)只，飼料加工、飼喂、飲水和清糞等環(huán)節(jié)基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，但撿蛋、清洗、檢測(cè)和分級(jí)等環(huán)節(jié)機(jī)械化水平相對(duì)較低。經(jīng)過(guò)調(diào)研了解到，北京地區(qū)蛋雞養(yǎng)殖規(guī)模10萬(wàn)只以下的養(yǎng)殖場(chǎng)，對(duì)于檢測(cè)分級(jí)設(shè)備應(yīng)用較少，需求也較少，一部分小規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)無(wú)需蛋品分級(jí)檢測(cè)，另一部分采用人工分級(jí)的方法。養(yǎng)殖規(guī)模100萬(wàn)只以上的企業(yè)，多采用國(guó)外進(jìn)口的成套蛋品檢測(cè)分級(jí)設(shè)備。中等規(guī)模的養(yǎng)殖場(chǎng)多采用國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的蛋品檢測(cè)分級(jí)設(shè)備，人工輔助作業(yè)，作業(yè)效率在5 400～30 000枚/h。

3 存在的問(wèn)題及發(fā)展建議

3.1 存在的問(wèn)題

3.1.1應(yīng)用程度低

國(guó)內(nèi)禽蛋裂紋檢測(cè)主要以人工或半機(jī)械化檢測(cè)為主，通過(guò)輔助燈光照射觀察蛋殼表面的完整性來(lái)判斷。人工檢測(cè)準(zhǔn)確率低且容易眼疲勞，準(zhǔn)確度隨著檢測(cè)時(shí)間的推移逐漸降低，難以滿(mǎn)足禽蛋自動(dòng)化快速檢測(cè)加工的要求，阻礙了禽蛋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。國(guó)內(nèi)禽蛋養(yǎng)殖場(chǎng)對(duì)于成套的禽蛋檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用相對(duì)較少，只有少數(shù)大型的蛋品企業(yè)進(jìn)口國(guó)外禽蛋檢測(cè)加工設(shè)備。隨著禽蛋行業(yè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，禽蛋養(yǎng)殖場(chǎng)對(duì)國(guó)外禽蛋檢測(cè)設(shè)備的需求量逐漸增大，檢測(cè)設(shè)備進(jìn)口數(shù)量呈逐年上升趨勢(shì)。

3.1.2重視程度不夠

一是養(yǎng)殖場(chǎng)對(duì)禽蛋產(chǎn)后初加工環(huán)節(jié)重視不夠，對(duì)禽蛋品質(zhì)的檢測(cè)和質(zhì)量分級(jí)多采用人工或半機(jī)械化作業(yè)，尤其是中小規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)，將禽蛋產(chǎn)品不經(jīng)加工直接銷(xiāo)售，價(jià)格低廉導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益低。經(jīng)過(guò)調(diào)研了解到，一方面中小規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)滿(mǎn)足于現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)收入，對(duì)于禽蛋品質(zhì)提升提高經(jīng)濟(jì)效益愿望不強(qiáng)烈；另一方面中小規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)消息閉塞，對(duì)新興的蛋品分級(jí)、檢測(cè)機(jī)械化技術(shù)和裝備了解的較少，或?qū)ψ鳂I(yè)效果、經(jīng)濟(jì)效益情況存有疑慮。

二是政府部門(mén)對(duì)禽蛋產(chǎn)后初加工環(huán)節(jié)重視不夠，在農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼目錄、相關(guān)農(nóng)機(jī)統(tǒng)計(jì)工作中均沒(méi)有包括檢測(cè)、分級(jí)環(huán)節(jié)的設(shè)備，沒(méi)有將禽蛋產(chǎn)后初加工作為重要環(huán)節(jié)關(guān)注，宣傳推廣力度不夠。

三是家禽機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)對(duì)禽蛋產(chǎn)后初加工環(huán)節(jié)重視不夠。由于市場(chǎng)需求不大，以及政府部門(mén)重視程度不夠，機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠家對(duì)生產(chǎn)加工禽蛋檢測(cè)分級(jí)設(shè)備積極性不高。

3.1.3核心技術(shù)有待提高

目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)禽蛋品質(zhì)檢測(cè)的研究及檢測(cè)功能較單一，利用光學(xué)、聲學(xué)特性進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)雖然已經(jīng)取得一定成果，相關(guān)研究現(xiàn)有的成熟技術(shù)手段和方法與實(shí)際生產(chǎn)需要仍有距離，機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化程度不高，需要人工輔助作業(yè)。市場(chǎng)上現(xiàn)有的蛋品分級(jí)設(shè)備作業(yè)效率低，稱(chēng)量核心技術(shù)需要進(jìn)一步突破，以提高蛋品分級(jí)效率。

3.2 發(fā)展建議

3.2.1加大宣傳推廣力度

多措并舉，加大禽蛋分級(jí)檢測(cè)機(jī)械化技術(shù)和裝備的宣傳力度，通過(guò)農(nóng)機(jī)展會(huì)展示、項(xiàng)目帶動(dòng)、示范培訓(xùn)和媒體宣傳等多種方式，讓禽蛋養(yǎng)殖企業(yè)多了解分級(jí)檢測(cè)機(jī)械化技術(shù)和裝備的應(yīng)用效果替換人工作業(yè)后禽蛋品質(zhì)的提升和節(jié)本增效情況，促進(jìn)禽蛋養(yǎng)殖企業(yè)主動(dòng)了解、接受這項(xiàng)技術(shù)，推動(dòng)禽蛋分級(jí)檢測(cè)機(jī)械化技術(shù)和裝備的推廣應(yīng)用。

3.2.2加大科技研發(fā)力度

國(guó)內(nèi)相關(guān)研究應(yīng)該在現(xiàn)有成熟技術(shù)手段和方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要適當(dāng)拓展綜合檢測(cè)項(xiàng)目，與一些精密儀器和機(jī)械結(jié)合起來(lái)，投入到實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)中，以滿(mǎn)足禽蛋產(chǎn)業(yè)品質(zhì)提升的需要。研究吸收國(guó)外禽蛋檢測(cè)分級(jí)設(shè)備的核心技術(shù)，不斷加以改進(jìn)創(chuàng)新，提高國(guó)產(chǎn)蛋品檢測(cè)設(shè)備的自動(dòng)化、智能化技術(shù)水平。

3.2.3加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研推部門(mén)聯(lián)合

建立暢通的產(chǎn)學(xué)研推部門(mén)聯(lián)合工作機(jī)制，加強(qiáng)最新科研成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，便于對(duì)新技術(shù)、新裝備的推廣應(yīng)用。大專(zhuān)院校、科研院所等單位研發(fā)的禽蛋分級(jí)檢測(cè)新技術(shù)應(yīng)與機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)、農(nóng)機(jī)推廣部門(mén)聯(lián)合，開(kāi)展相應(yīng)的生產(chǎn)試驗(yàn)，檢測(cè)新技術(shù)、新裝備的適用性、可靠性，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)試改進(jìn)，加快新技術(shù)、新裝備的成果轉(zhuǎn)化，推動(dòng)禽蛋分級(jí)檢測(cè)機(jī)械化技術(shù)和裝備不斷更新?lián)Q代，提升禽蛋分級(jí)檢測(cè)機(jī)械化技術(shù)和裝備的科技含量水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

禽蛋檢測(cè)分級(jí)機(jī)械化技術(shù)研究在國(guó)外起步較早，技術(shù)研究、應(yīng)用發(fā)展較快，禽蛋檢測(cè)分級(jí)可聯(lián)合作業(yè)，作業(yè)效率高，精度高，設(shè)備種類(lèi)多樣，占據(jù)國(guó)際市場(chǎng)份額50%。國(guó)內(nèi)禽蛋檢測(cè)分級(jí)機(jī)械化技術(shù)研究起步較晚，且由于政府部門(mén)、科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)和養(yǎng)殖場(chǎng)等重視程度不夠，技術(shù)裝備應(yīng)用率較低，導(dǎo)致技術(shù)裝備研究發(fā)展緩慢，滯后于發(fā)達(dá)國(guó)家。應(yīng)加強(qiáng)禽蛋檢測(cè)分級(jí)核心技術(shù)科研攻關(guān)、加大禽蛋檢測(cè)分級(jí)機(jī)械化技術(shù)的宣傳力度，推動(dòng)技術(shù)裝備的推廣應(yīng)用，提高國(guó)產(chǎn)禽蛋的質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力，拉動(dòng)家禽產(chǎn)業(yè)發(fā)展。