СПОСОБ СОРТИРОВКИ КАРТОФЕЛЕПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОРТИРОВКИ КАРТОФЕЛЕПРОДУКТОВ
METHOD OF SORTING POTATO PRODUCTS AND DEVICE FOR SORTING POTATO PRODUCTS

Изобретение касается способа сортировки картофелепродуктов, перемещаемых в виде продуктового потока через зону детектирования, в которой осуществляется детектирование нежелательных продуктов в указанном продуктовом потоке и их удаление из продуктового потока.
Согласно современному состоянию уровня техники картофелепродукты сортируются путем освещения картофелепродуктов одним или несколькими лазерными лучами и последующим детектированием света, рассеянного продуктами или прямо отраженного. На основе этого прямо отраженного или рассеянного света устанавливается наличие любых дефектов в продуктах или присутствие посторонних объектов. Такие сортировочные системы описаны, например, в документах US 4723659 и US 4634881.
Однако известные сортировочные системы для картофелепродуктов имеют тот недостаток, что для обнаружения различных дефектов в продуктах или посторонних объектов приходится использовать лазерные лучи с разной длиной волны. Поэтому известные сортировочные машины обычно снабжаются несколькими источниками лазерного излучения с разной длиной волны, причем для каждой длины волны должны быть предусмотрены соответствующая система детектирования с детекторами и соответствующие диафрагмы для прямо отраженного и рассеянно отраженного света. Более того, применение нескольких источников лазерного излучения требует почти идеального выравнивания по одной линии лазерных лучей, генерируемых этими источниками.
Поскольку при сортировке картофелепродуктов должны обрабатываться сигналы от всех детекторов, блок управления указанных сортировочных систем вынужден обрабатывать огромное количество данных.
Более того, установлено, что некоторые дефекты картофелепродуктов, такие как, например, наличие соланина в них, не поддаются обнаружению.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков путем обеспечения способа и сортировочной машины, которые делают возможным обнаружение наличия дефектов в картофелепродуктах или посторонних объектов в продуктовом потоке с очень незначительным пределом погрешности с помощью одного луча света. Указанными дефектами могут быть, например, наличие глазков, боковых отростков или почек, гнили, вмятин, нативных сахаров, потемнении по кольцу сосудистых пучков и др.
Более того, изобретение делает возможным обнаружение наличия соланина в картофелепродуктах.
Для достижения этой цели в указанной зоне детектирования луч света с длиной волны от 350 до 450 нм направляется на указанные продукты и детектируется интенсивность света, излучаемого продуктами, в полосе детектирования от 460 до 600 нм. По результатам детектирования продукт квалифицируется как нежелательный и удаляется из продуктового потока, если указанная интенсивность света ниже заданного значения.
Практически указанная полоса детектирования лежит между 480 и 580 нм, и обнаружение наличия пика флуоресценции проводится именно в этой полосе детектирования; при отсутствии указанного пика флуоресценции продукт квалифицируется как нежелательный и удаляется из продуктового потока.
Для сортировки сырых картофелепродуктов указанная полоса детектирования предпочтительно лежит между 540 и 570 нм, и обнаружение наличия пика флуоресценции проводится именно в этой полосе детектирования, в частности пика флуоресценции, имеющего длину волны примерно 560 нм. При отсутствии пика флуоресценции продукт квалифицируется как нежелательный и предпочтительно удаляется из продуктового потока.
В соответствии с представляющим интерес вариантом осуществления способа изобретения картофелепродукты, обжаренные в растительном масле, сортируются по принципу детектирования наличия пика флуоресценции в полосе детектирования от 480 до 580 нм. В частности, детектируется наличие пика флуоресценции, имеющего длину волны примерно 520 нм. При отсутствии такого пика флуоресценции продукт квалифицируется как нежелательный и удаляется из продуктового потока.
Далее, согласно специальному варианту осуществления способа изобретения обнаружение наличия гликоалкалоида, в частности соланина, в указанных картофелепродуктах производится путем детектирования флуоресценции, возникающей в результате падения указанного луча света на продукты, в спектре красного света. В частности, интенсивность света, излучаемого продуктами, детектируется в полосе детектирования от 600 нм до 700 или 750 нм. По результатам этого продукт квалифицируется как продукт, содержащий гликоалкалоид, и удаляется из продуктового потока, если указанная интенсивность превышает заданное значение. Указанный пик флуоресценции для обнаружения наличия соланина детектируется в данном случае длиной волны примерно 680 нм.
Согласно предпочтительному варианту осуществления способа изобретения указанные продукты перемещаются в зоне детектирования перед задним элементом, причем этот задний элемент тянется во всю ширину продуктового потока так, что луч света ударяется об этот задний элемент всякий раз, когда на пути луча света продукт отсутствует. При этом задний элемент будет испускать свет, имеющий длину волны, которая соответствует указанной полосе детектирования, когда указанный луч света ударяется об него. Предпочтительно задний элемент флуоресцирует в диапазоне длин волн, в котором не содержащий дефектов продукт имеет пик флуоресценции, в то время как в диапазоне длин волн, в котором расположен пик флуоресценции для детектирования наличия соланина, указанный задний элемент не флуоресцирует.
Изобретение относится также к сортировочной машине для осуществления способа изобретения, которая снабжена источником света, генерирующим луч света, имеющий длину волны в диапазоне от 350 до 450 нм, который ударяется об указанные продукты в зоне детектирования, причем сортировочная машина содержит детектор, который чувствителен к зеленому свету, имеющему длину волны от 460 до 600 нм, и который генерирует сигнал детектирования как функцию обнаруженной интенсивности света. Этот детектор взаимодействует с системой управления удаляющим устройством для удаления нежелательных продуктов из продуктового потока в том случае, если обнаруженная детектором интенсивность света ниже заданного значения.
Другие особенности и преимущества изобретения будут понятны из нижеследующего описания некоторых конкретных вариантов осуществления способа и сортировочной машины согласно изобретению. Это описание приводится просто в качестве примера и ни в коем случае не ограничивает объем заявленной защиты; приведенные ниже цифровые обозначения относятся к прилагаемым фигурам.
Фиг.1 показывает спектр флуоресценции мякоти картофеля при возбуждении лазером с длиной волны 405 нм.
Фиг.2 показывает спектр флуоресценции кожуры картофеля при возбуждении лазером с длиной волны 405 нм.
Фиг.3 показывает спектр флуоресценции арахисового масла при возбуждении лазером с длиной волны 405 нм.
Фиг.4 показывает спектр флуоресценции ломтиков картофеля, обжаренных в арахисовом масле, в частности чипсов, при возбуждении лазером с длиной волны 405 нм.
Фиг.5 показывает спектр флуоресценции подсолнечного масла с высоким содержанием олеина (HOSO) при возбуждении лазером с длиной волны 405 нм.
Фиг.6 показывает спектр флуоресценции ломтиков картофеля, в частности чипсов, обжаренных в масле, при возбуждении лазером с длиной волны 405 нм.
Фиг.7 показывает спектр флуоресценции масла из кукурузных зародышей при возбуждении лазером с длиной волны 405 нм.
Фиг.8 показывает спектр флуоресценции масла для жарки, представляющего собой смесь из подсолнечного, рапсового масел и олеина пальмового масла, при возбуждении лазером с длиной волны 405 нм.
Фиг.9 показывает спектр флуоресценции масла капусты полевой (сурепицы) при возбуждении лазером с длиной волны 405 нм.
Фиг.10 показывает спектр флуоресценции подсолнечного масла при возбуждении лазером с длиной волны 405 нм.
Фиг.11 показывает схематическое изображение сортировочной машины в перспективе.
Фиг.12 показывает схематическое изображение устройства детектирования для сортировочной машины изобретения.
На разных фигурах одни и те же цифровые обозначения относятся к одним и тем же или аналогичным элементам.
В способе изобретения картофелепродукты сортируются на основе флуоресценции. Установлено, что, когда УФ свет с длиной волны от 350 до 450 нм ударяется о картофелепродукты, то картофелепродукты, не имеющие дефектов, начинают излучать свет в результате флуоресценции, имеющей длину волны, которая преимущественно располагается в диапазоне длин волн от 460 нм до 600 нм. Дефекты, которые присутствуют в картофелепродуктах, или посторонние объекты в продуктовом потоке не имеют указанной флуоресценции. Обычно дефекты можно наблюдать визуально; они включают, например, наличие глазков, боковых отростков или почек, гнили, вмятин, нативных сахаров, потемнений по кольцу сосудистых пучков и др.
В соответствии с изобретением продуктовый поток картофелепродуктов перемещается через зону детектирования, в которой продукты освещаются УФ-светом. Интенсивность света, испускаемого продуктами в результате флуоресценции, детектируется в полосе детектирования от 460 нм до 600 нм. Если наблюдаемая интенсивность в зоне детектирования ниже конкретного заданного значения для данного продукта, то это свидетельствует об отсутствии пика флуоресценции, и сортируемый продукт квалифицируется как нежелательный и при необходимости удаляется из продуктового потока. Под нежелательным продуктом понимается посторонний компонент или картофелепродукт с дефектом.
Пик флуоресценции, образующийся в результате возбуждения светом с длиной волны от 350 до 450 нм, обычно наблюдается в полосе детектирования от 480 до 580 нм, независимо от длины волны возбуждающего светового луча.
Для сырых картофелепродуктов предпочтительно используется полоса детектирования от 540 до 570 нм. Как видно из фиг.1, в случае сырых картофелепродуктов, очищенных от кожуры, пик флуоресценции имеет длину волны примерно 560 нм, если указанный луч света генерируется, например, источником лазерного излучения с длиной волны 405 нм. Поэтому при сортировке продуктового потока из указанных картофелепродуктов наличие пика флуоресценции предпочтительно обнаруживается примерно при 560 нм.
Кроме того, установлено, что и картофельная кожура показывает пик флуоресценции вблизи практически той же длины волны, так что способ изобретения может также применяться для обнаружения, например, дефектов на поверхности неочищенных от кожуры картофелепродуктов. Спектр флуоресценции картофельной кожуры представлен на фиг.2.
Однако способ изобретения особенно выгоден для сортировки картофелепродуктов, обжаренных в растительном масле. Такие продукты могут, например, состоять из тонких обжаренных ломтиков картофеля, в частности чипсов или из обжаренной картофельной соломки, например картофеля фри.
Растительное масло, в котором обжариваются картофелепродукты, может быть, например, арахисовым маслом, подсолнечным маслом с высоким содержанием олеина (HOSO), маслом из кукурузных зародышей, маслом для жарки, маслом капусты полевой (сурепицы) или подсолнечным маслом. Это растительное масло предпочтительно показывает пик флуоресценции в диапазоне примерно от 500 до 540 нм при возбуждении УФ светом, в частности светом, имеющим длину волны в диапазоне от 350 до 450 нм.
Фиг.3 показывает спектр флуоресценции арахисового масла. Из фиг.3 можно видеть, что первый пик флуоресценции присутствует с максимумом в диапазоне от 510 до 525 нм, в то время как второй пик флуоресценции наблюдается вблизи длины волны 670 нм.
При определении спектра флуоресценции тонких ломтиков картофеля без дефектов, обжаренных в арахисовом масле фиг.3, в частности чипсов, наличие пика флуоресценции было установлено вблизи длины волны 520 нм, в то время как флуоресценция вблизи длины волны 670 нм была незначительной, как показано на фиг.4.
Более того, оказалось, что этот пик флуоресценции вблизи 520 нм показывает относительно высокую интенсивность, благодаря чему его можно легко обнаружить. Предполагается, что существует определенное взаимодействие между маслом и картофелепродуктами, результатом которого является то, что при обжаривании картофелепродуктов в растительном масле пики флуоресценции самого масла и сырого картофеля усиливают друг друга.
При наличии дефектов в продуктах, обжаренных в арахисовом масле, указанный пик флуоресценции вблизи длины волны 520 нм отсутствует, равно как и в случае присутствия в продуктовом потоке посторонних объектов.
Таким образом, нежелательные продукты в продуктовом потоке из картофелепродуктов, обжаренных в арахисовом масле, обнаруживаются путем детектирования отсутствия указанного пика флуоресценции в диапазоне от 480 до 580 нм, и если такой пик флуоресценции отсутствует, то продукт квалифицируется как нежелательный продукт. В ходе сортировки картофелепродуктов эти нежелательные продукты удаляются из продуктового потока.
Фиг.7 показывает спектр флуоресценции подсолнечного масла, имеющего высокое содержание олеина (HOSO), в то время как фиг.8 представляет спектр флуоресценции тонких картофельных ломтиков, обжаренных в указанном масле, в частности чипсов, не имеющих дефектов.
Эти спектры указывают на то, что подсолнечное масло с высоким содержанием олеина показывает пики флуоресценции примерно при 515 нм и вблизи 670 нм. Последний из этих пиков флуоресценции нельзя наблюдать в случае обжаренных картофелепродуктов, в то время как пик флуоресценции с очень высокой интенсивностью можно наблюдать в случае таких обжаренных картофелепродуктов вблизи 520 нм.
Дефекты картофельных ломтиков, обжаренных в указанном подсолнечном масле с высоким содержанием олеина, не показывают пика флуоресценции в диапазоне от 480 нм до 580 нм, так что в отсутствие всякой флуоресценции в этом диапазоне длин волн продукт квалифицируется как нежелательный продукт и предпочтительно удаляется из продуктового потока.
Таким образом, установлено, что флуоресценция в диапазоне длин волн от 480 нм до 580 нм картофелепродуктов, обжаренных в подсолнечном масле с высоким содержанием олеина, почти полностью аналогична флуоресценции картофелепродуктов, обжаренных в арахисовом масле.
Фиг.7-10 показывают спектры флуоресценции соответственно масла из кукурузных зародышей, масла для жарки, масла капусты полевой (сурепицы) и подсолнечного масла, причем масло для жарки состоит из подсолнечного масла, рапсового масла и олеина пальмового масла.
Все эти спектры флуоресценции показывают пики в диапазоне длин волн от 480 до 580 нм. Следовательно, картофелепродукты, обжаренные в каком-либо одном из перечисленных растительных масел, также сортируются по принципу детектирования наличия флуоресценции в полосе детектирования от 480 до 580 нм. Если в этой полосе детектирования флуоресценции не наблюдается, то данный продукт квалифицируется как нежелательный и предпочтительно удаляется из продуктового потока.
Кроме того, в картофелепродуктах предпочтительно детектируется также наличие гликоалкалоида, в частности соланина. Это осуществляется путем детектирования флуоресценции в спектре красного света.
В некоторых случаях наличие соланина становится очевидным из появления позеленевших участков на картофелепродукте, однако соланин может также присутствовать и без указанного изменения цвета продукта. Способ изобретения позволяет обнаруживать соланин, независимо от указанного изменения цвета.
В частности, интенсивность света, излучаемого картофелепродуктами, детектируется в полосе детектирования от 600 до 750 нм, в частности в полосе от 600 до 700 нм, при этом продукт квалифицируется как продукт, содержащий соланин, если интенсивность света, обнаруженная в указанной полосе детектирования при возбуждении УФ светом, превышает заданное значение. Затем такой продукт предпочтительно удаляется из продуктового потока.
Поэтому предпочтительно проводить обнаружение наличия пика флуоресценции, имеющего длину волны в диапазоне от 670 до 690 нм, в частности длину волны порядка 680 нм. Если такой пик флуоресценции присутствует, то продукт квалифицируется как продукт, содержащий гликоалкалоид, в частности соланин, и удаляется из продуктового потока.
Возможный вариант сортировочной машины для применения способа изобретения представлен на фиг.1. Эта сортировочная машина снабжена вибростолом 1, на который подаются подлежащие сортировке картофелепродукты 2. В результате вибраций вибростола 1 продукты 2 попадают на откидную плиту 3. Далее, под действием силы тяжести продукты 2 перемещаются по всей поверхности откидной плиты 3 в виде широкого продуктового потока толщиной примерно в один продукт по всей практически ширине, причем продукты 2 сходят с откидной плиты 3 в самом нижнем ее конце. Затем продукты 2 перемещаются в свободном падении в виде продуктового потока через зону детектирования 4, в которой они сканируются лучом света 5, направленным поперек продуктового потока.
В зоне детектирования продуктовый поток картофелепродуктов движется вдоль заднего элемента 6, вытянутого во всю ширину продуктового потока. Затем задний элемент 6 позиционируется таким образом, что указанный световой луч 5, сканирующий продуктовый поток, ударяется об указанный задний элемент 6 всякий раз, когда продукт 2 отсутствует на пути светового луча 5.
Ниже зоны детектирования 4 продукты 2 из продуктового потока перемещаются вдоль удаляющего устройства 7, которое делает возможным удаление нежелательных продуктов из продуктового потока. Удаляющее устройство 7 сформировано рядом клапанов сжатого воздуха 8, тянущимся параллельно продуктовому потоку и поперечно к устройству 9 для перемещения последнего. Продукт квалифицируется как нежелательный, когда клапан сжатого воздуха 8 находится в открытом положении, которое соответствует положению нежелательного продукта, так что последний под действием генерируемой в этих условиях струи сжатого воздуха будет выдуваться из продуктового потока. В результате формируется продуктовый поток 10, который практически не содержит нежелательных продуктов, а также поток, отделенный от потока 10, включающий практически только нежелательные продукты 11.
Кроме того, сортировочная машина содержит устройство детектирования 12, которое обеспечивает генерирование указанного луча света 5 и детектирование света, излучаемого продуктами 2 в указанной зоне детектирования 4.
Как схематически представлено на фиг.4, указанное устройство детектирования содержит источник света 13, генерирующий луч света 5 с длиной волны от 350 до 450 нм. Этот источник света 13 предпочтительно является источником лазерного излучения и поэтому генерирует лазерный луч. Лазерный луч имеет, например, длину волны 378 нм или 405 нм.
Луч света 5 отражается в виде луча от источника света 13, падающего на зеркало 14, а затем на полигональное зеркало 15, вращающееся вокруг главной оси. Это полигональное зеркало 15 имеет последовательно расположенные по его периметру грани 17. Луч света 5 ударяется о полигональное зеркало 15 и с помощью одной из его граней 17 направляется на продуктовый поток и указанный задний элемент 6. В результате вращения полигонального зеркала луч света 5 перемещается по всей ширине продуктового потока, как показывает стрелка 18, и благодаря этому сканирует сортируемые продукты 2.
Когда луч света 5 ударяется о сортируемый продукт 2, то этот продукт возбуждается лучом света 5 и начинает флуоресцировать. Свет 19, излучаемый в результате этой флуоресценции, посылается с помощью полигонального зеркала 15 и разделителя луча 20 к детекторам 21 и 22 через соответствующие полупрозрачные зеркала 23 и 24.
Первый детектор 21 из указанных детекторов чувствителен к зеленому свету, имеющему длину волны, например, от 460 до 600 нм, и генерирует сигнал детектирования как функцию детектируемой интенсивности света, излучаемого продуктом 2, расположенным на пути светового луча 5. Этот детектор 21 взаимодействует с системой управления, которая контролирует работу вышеуказанного удаляющего устройства 7, и когда интенсивность света, обнаруженная детектором 21, ниже заданного значения, дает сигнал на удаление соответствующего продукта из продуктового потока. Если указанная интенсивность света ниже заданного значения, то пик флуоресценции в полосе детектирования от 460 до 600 нм отсутствует, и, следовательно, продукт квалифицируется как нежелательный продукт.
Второй детектор 22 чувствителен к красному свету, в частности к свету, имеющему длину волны в диапазоне, например, от 600 до 700 нм, и предпочтительно детектирует свет с длиной волны порядка 680 нм. Детектор 22 генерирует сигнал детектирования как функцию обнаруженной интенсивности света, который контролирует работу указанного удаляющего устройства 7. В частности, продукт удаляется из продуктового потока с помощью удаляющего устройства 7, если указанная интенсивность красного света, обнаруженная детектором 22, превышает заданное значение. В этом случае детектируемая флуоресценция указывает на наличие соланина в продукте, расположенном на пути светового луча.
Далее, задний элемент 6 начинает излучать свет с длиной волны, соответствующей практически указанной полосе детектирования, когда указанный луч света ударяется о задний элемент 6. Тем самым подтверждается, что клапаны сжатого воздуха 8 удаляющего устройства 7 активируются только в том случае, если нежелательный продукт расположен на пути светового луча 5; если же на пути светового луча 5 продукта 2 нет, то указанные клапаны не активируются. В частности, задний элемент 6 флуоресцирует в том случае, когда указанный луч света ударяется об него, и он начинает предпочтительно излучать свет, имеющий длину волны в диапазоне от 500 до 560 нм.
Для определения наличия соланина в картофелепродуктах способом изобретения задний элемент 6 подбирается таким образом, чтобы он не излучал света в полосе детектирования от 600 нм до 700 нм, предпочтительно - до 750 нм, в частности, в полосе детектирования вблизи 680 нм, при падении на него указанного луча света 5.
Само собой разумеется, что изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления способа и сортировочной машины для сортировки картофелепродуктов.
Так, к примеру, в сортировочной машине вибростол 1 и/или откидная плита 3 могут быть заменены ленточным транспортером для перемещения сортируемых продуктов в зону детектирования.
Кроме того, длина волны пика флуоресценции для детектирования дефектных продуктов или посторонних объектов в продуктовом потоке может несколько сдвигаться как функция длины волны светового луча, ударяющегося о продукты и возбуждающего их. Т.е. пик флуоресценции для детектирования наличия соланина может также сдвигаться как функция длины волны возбуждающего светового луча.
Помимо этого должно быть понятно, что детектирование дефектов или посторонних компонентов в продуктовом потоке может осуществляться полностью независимо от детектирования наличия соланина.