之前的文章已說過這台機器的檢測方式,嚴格來說是屬於漫透射型的光譜檢測

透漫射檢測原理示意  


參考的原型機是久保田牌的機器

久保田手提式水果檢測機  


要說哪裡不同的話,主要就是燈光系統。這台機器用的IR燈泡功率比久保田牌強過數倍,光強度可穿透西瓜、柚子等厚皮水果達16公分深,因此可檢測其他廠牌無法檢測的厚皮水果

手提式水果糖酸度檢測機取樣說明01  


再來是久保田牌內建檢量線只有幾種薄皮類水果,所以有隨機附取樣程式,由使用者自行取樣建立檢量線

手提式水果糖酸度檢測機取樣說明02  


這種銷售策略也不能說不對,畢竟建立一條能用的水果檢量線數據,需要大量的水果和人力成本,這部分交給買家自行處理可以壓低最終售價。但這招在台灣是行不通的,遇到的台灣買家都是要求能立即使用,最好檢量線數據都是免費贈送


據所知當初購買久保田牌的用戶有要求原廠幫忙建立數據,但原廠開出的條件是用戶提供取樣用水果,工程師出差取樣的工本費等費用。我認為這是合理的要求,想當然用戶是不接受這樣的條件,因為購買的用戶只是要拿來當研究生的論文題材,並不是做商業用途;後來我這台機器問世,那位用戶來接洽時一方面是挑剔售價比久保田牌貴太多,另一方面是希望所有水果檢量線數據能免費附贈,最後談不攏沒賣成

 

最後不同的是光譜波長的取樣範圍;X大規格波長的取樣範圍涵蓋含可見光的全波長,我這台機器取樣範圍則是在不可見光的範圍內,久保田牌取樣範圍是包含部分可見光

光譜波長表  

 

手提式水果糖酸度檢測機取樣說明03  

 

 

 


有輸送帶的線上型水果檢測機,受限於硬體結構,大多是一顆水果一個樣本,取樣完成的成本相當驚人;以我之前文章提到的"水果糖度色澤重量分級選別系統"為例,因為取樣的水果夠大顆,所以正、反面可以各取樣一次。即使如此節省水果用量,到建立一條能用的檢量線為止,仍花了約10萬的水果購買成本,加上2位操作人員一個月日夜加班的工資,總成本近20萬;在花費如此龐大的情況下,建立的檢量線最多也只達到正負0.5度86%的準確率


手提式水果檢測機結構上的優勢就是一顆水果可以取多個樣本,除了草莓這類過小的水果之外,多數像水梨般大的水果都可以取得6到8個樣本。即使如此到建立一條能用的檢量線為止,每樣水果仍花了約2萬左右來採購,加上2位操作人員工資,總成本也近4萬;但建立的檢量線已可達到正負0.3度92%的準確率


取樣數量差不多,但這2種不同機器的準確率為何差那麼多?


首先線上型的在取樣時很難定位,切取水果樣本的位置和光譜取樣的位置有偏差,即使用各種方法去抓定位,無可避免的仍存在約0.5到1公分的偏差。這偏差是放水果歪斜造成的,當初在設備驗收時放水果的全是受過訓練的公司員工,就是要避免這個問題;線上型的另一個問題是水果大小,XX改良場技轉的另一家廠商使用了輸送帶偏靠技術試圖解決這個問題,但幾次觀摩會的觀察下,對這問題的改善有限。而我使用的是以程式來處理,說實在話改善有限;在看過各廠家機種後,日本某廠家從正下方打光檢測的方法就完全沒有這個問題,不過當時台灣還沒有廠商能仿製相同的輸送設備


另一個問題是水果溫度,國外類似的機種據觀察大都有加即時溫度偏差修正技術,而台灣這些研究機構出來的幾乎是沒有。所以才會有在觀摩會時測出的是10.5度,解剖實測時是9度如此大的誤差發生


手提式探測頭是直接貼靠在水果上,完全不會有水果大小顆的定位問題。溫度偏差的修正問題,雖然沒能做到即時修正,但有做出手動修正的功能。除了在極端溫度時手動修正趕不上溫度變化外,在一般溫度範圍內手動修正仍有不錯的表現

 

 

 


再來說一下取樣的最基本問題,要多少樣本才夠?在經歷了"水果糖度色澤重量分級選別系統"開發的慘痛教訓,取樣不是多就好,而是有效樣本有多少才是重點


我那個笨老闆雖然是X大畢業的高材生,在取樣這個議題上卻是大白癡一個。不知道多少次為了取樣問題和老闆當面對幹,老闆有時還緊迫盯人全程監控取樣過程,已取樣的45種水果中,因老闆的因素約有近8000多個無效樣本;有時老闆對某些取樣方法的堅持,會讓我懷疑有錢人的腦袋是否和我這一般人不同


接下來來說一下無效樣本產生的幾種方式:


1.取樣樣本沒有高甜度的樣本,老闆的解決方案是去水果攤買熟到快爛或已爛的水果當樣本


2.取樣樣本沒有低甜度的樣本,老闆的解決方案是去果園找尚未成熟的水果


3.XX農會寄來當樣本的水梨,是採收後已在冷藏庫冰存3個月以上,冷藏溫度在0度左右,表面一層冰。更糟的是運送的XX貨運冷藏車不夠冷,打開箱子時是半解凍狀態


4.經歷上述1和2那2種無效樣本的教訓,老闆想出的解決方案是混搭,名稱大致相同的水果搭在一塊


例如牛番茄和聖女番茄搭在一起,結果當然很慘;幸好我在取樣時私下將這2種番茄資料分開處理,總算有成功保存了這2份有效樣本


5.大西瓜這個無效樣本的產生是最奇葩的,照正常來說取樣是靠近西瓜皮這邊的果肉,老闆堅持要從中心取樣。雖然IR光是可以打到中心,但接受光訊號的光譜儀可是貼在西瓜皮上,這種取樣法鐵定有問題


老闆堅持的理由更讓我無言,"吃西瓜當然要吃中間最甜的部分,有誰要吃靠近西瓜皮不甜的部分"。有錢人腦袋果然異於常人,照這邏輯每樣食物只吃好吃的部分就好,剩下的可以丟了,你是哪來的土豪暴發戶?


表面上我是按照老闆的方法取樣,私下又從靠近西瓜皮的果肉取樣,總算保留了足夠的有效樣本;上面說到近8000多個無效樣本,大西瓜就佔了一半


為了避免老闆的無理要求造成損失,每一批的取樣我都會註明取樣的時間、地點、室溫、濕度和水果當時溫度。在計算出問題時能查出是哪批樣本出問題,將無效樣本剔除

 

 

 


那實際取樣要多少才夠?理想狀態是從最低到最高糖度都有,而且要分布的很平均。大多數水果糖度範圍都不大,以每0.1度50個樣本來算,至少要有3000個有效樣本才夠,實際上這是很難的

 

最難取得足夠樣本的2種水果之一的愛文芒果(另一種是巨峰葡萄),特徵是糖度範圍很廣,最低和最高差超過13度以上(巨峰葡萄高低差15度左右),以每0.1度50個樣本來算,將近要7000個樣本

 

以下這個圖表是愛文芒果累計3年取樣,總共近9000個有效樣本。其中有達到預計數量的只有8到15度,低糖度的本來就難以取得,超高糖度的幾乎全被盤商通包外銷。有位盤商拿外銷日本的愛文芒果來測,我這台機器遇到超高糖度的芒果也是破功,機器檢測出是20.1度,實際解剖測出的是22.8度,差距很大

手提式水果糖酸度檢測機取樣說明04  

 

 

 


再來看溫度對檢測糖度造成的影響,由於資料很多只選一個有代表性的資料來說明


以下圖表是在室溫24度,不開啟溫度偏差修正,同一批水梨在不同溫度下的光譜量測結果。最左邊則是老闆突發奇想把水梨拿去曬太陽,想查看有什麼影響。可以看出當水梨溫度比室溫低約10度時,光譜量測的糖度比實際高約3度

手提式水果糖酸度檢測機取樣說明05  


這個偏差值曲線走勢不是每個水果都相同,水果回溫的溫度變化受到水果含水量的影響較大,而果肉也會受到溫度的影響有不同性質,光譜量測時造成的偏差當然也不同;上述的水梨溫度差10度,光譜量測的糖度就偏差約3度。溫度同樣差10度,換成芒果光譜量測的糖度偏差約2度,換成葡萄光譜量測的糖度偏差約4.5度

 

 

 


最後一個取樣困難的問題是酸度;XX改良場一開始就不搞這個,X大技轉給的示範畫面中有這項,實際上是沒做;向老闆提出建議要增加酸度和糖酸比的教授同學,則是置身事外。問他糖酸比的公式如何算推的乾乾淨淨。既然你都不知道怎麼算,那你建議來亂的?


那酸度要使用滴定法來測還是測PH值?


滴定法要用的設備不便宜,老闆的教授同學也不肯借,最重要的是慢,預計中的樣本量等滴完都不知道到哪一年囉;我拿以上那些理由希望說服老闆取消酸度檢測這項,可惜沒能成功


最後用的是測PH值;雖然PH計不貴,但消耗的標準液耗材也是很驚人的。而且酸度取樣比糖度取樣的步驟還多,整個取樣進度也拖慢下來。不然光只要進行糖度取樣一項,就可以快速累積大量樣本

 

 


以上寫了一堆雜文,是希望要投入這套設備研發的先想清楚,資本夠雄厚嗎?時間及耐心夠嗎?


當初在機器停產後,X研院工程師來接洽希望能接手繼續開發,不到一個月就來討論是否能降低取樣標準,最後呢沒了下文

 

非破壞式水果檢測機取樣問題.jpg  

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