草莓減振包裝的防損傷作用

黃 斯,李項(xiàng)輝,2,陶曉亞,林 頓,茅林春,*

(1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院,浙江省農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江杭州 310058;2.浙江省縉云縣市場監(jiān)督管理局,浙江縉云 321400)

草莓減振包裝的防損傷作用

黃 斯1,李項(xiàng)輝1,2,陶曉亞1,林 頓1,茅林春1,*

(1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院,浙江省農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江杭州 310058;2.浙江省縉云縣市場監(jiān)督管理局,浙江縉云 321400)

根據(jù)草莓果實(shí)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),研制了具有減振功能的分果包裝盒,并以“章姬”草莓為材料,分別測定果實(shí)的損傷指數(shù)、失重率、乙烯釋放量、呼吸強(qiáng)度、硬度、可溶性固形物含量及相對電導(dǎo)率等生理和品質(zhì)指標(biāo),檢測分果包裝盒防止草莓振動和跌落損傷的效果。結(jié)果表明,相比于普通包裝盒,分果包裝盒不僅可以有效減少草莓果實(shí)表面損傷率、降低果實(shí)貯藏過程中的失重率、乙烯釋放量、呼吸強(qiáng)度和相對電導(dǎo)率,而且較好的維持果實(shí)硬度,從而有效延緩草莓采后的品質(zhì)劣變。

草莓,減振包裝,機(jī)械損傷

草莓屬于漿果類果實(shí),外皮無保護(hù)作用,在物流運(yùn)輸中容易受到損傷而造成損耗[1]。目前草莓在物流運(yùn)輸過程中往往采用堆放包裝,雖然可以節(jié)省一定空間,降低物流成本,但是振動或沖擊以及草莓間的相互碰撞對草莓品質(zhì)的不利影響較大。對于一些需要較長距離公路運(yùn)輸或者高價優(yōu)質(zhì)品種的草莓來說,堆放包裝會造成很大的損耗和價值損失。這也成為限制草莓進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

減振包裝是通過在包裝內(nèi)設(shè)計隔振墊層,使外界振動傳遞到被包裝產(chǎn)品后,產(chǎn)品被激勵的加速度不超過脆值,減小產(chǎn)品在功能和形態(tài)上的損傷[2]。通過使用合理的減振包裝可以有效的減少果實(shí)在運(yùn)輸過程中因擠壓、碰撞、通氣性不良等因素影響而造成品質(zhì)下降,提高果實(shí)的商品價值。有研究表明,采用發(fā)泡塑料網(wǎng)包裝可以有效降低蘋果的損傷率[3],紙箱襯墊和網(wǎng)罩包裝可以減輕梨的機(jī)械損傷[4],紙板襯墊使桃子彈性變量最小[5],減振襯墊包裝盒可降低枇杷的損傷[6],而對于草莓的減振包裝的研究很少。

本文針對草莓的特點(diǎn),研制了草莓的分果包裝盒,通過測定振動和跌落后草莓的損傷指數(shù)、失重率、呼吸強(qiáng)度、乙烯釋放量、硬度、電導(dǎo)率和可溶性固形物等品質(zhì)指標(biāo),比較分果包裝盒與普通包裝盒在模擬振動及跌落過程中對草莓品質(zhì)的影響,研究分果包裝盒對草莓的防傷效果。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

草莓 實(shí)驗(yàn)當(dāng)天早晨在浙江杭州建德市下涯鎮(zhèn)春秋村草莓園內(nèi)挑選果實(shí)(表面3/4為紅色,大小均勻,形狀一致),采收后立即于軟墊上專車運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室,剔除運(yùn)輸過程中已損傷的果實(shí),以保證實(shí)驗(yàn)所用果實(shí)的完好性。

金屬圓水平儀HD-MT09 北方衡達(dá)水準(zhǔn)儀器有限公司;電子天平TB1001D型 金諾天平儀器有限公司;CheckMate II O2、CO2測定儀 丹麥丹圣有限公司;TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀 SGS Yarsley International Certification,Uk;Pocket Refractometer PAL-1 愛拓ATAGO公司;DDS-Ⅱ型電導(dǎo)儀 杭州亞美電子儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 包裝盒的研制 采用聚氯乙烯(PVC)制作具有減振功能的草莓分果包裝盒,具體結(jié)構(gòu)如圖1A。盒底設(shè)有類似草莓形狀的凹槽,并設(shè)置一定高度的凸柱,防止盒蓋蓋上后對草莓果實(shí)的擠壓;盒子邊緣有公母鎖扣,扣上后可以留出一道通風(fēng)槽。分果包裝盒尺寸為275 mm×170 mm×50 mm,厚度1.2 mm,可以盛放12枚草莓,總重量300 g左右。

普通包裝盒結(jié)構(gòu)如圖1B。尺寸為230 mm×100 mm×70 mm,厚度1.2 mm,PVC材質(zhì)。

圖1 分果包裝盒(A)與普通包裝盒(B)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of anti-vibration package(A)and ordinary package(B)

1.2.2 處理方法 果實(shí)分別進(jìn)行普通包裝和分果包裝。普通包裝盒中草莓單層挨個平放,分果包裝盒中草莓平放在凹槽中。每個包裝盒裝草莓12個,總重量300 g左右。然后分別進(jìn)行振動損傷和跌落損傷實(shí)驗(yàn)。對照為未處理的草莓果實(shí)。將振動、跌落處理果實(shí)與對照果實(shí)均放進(jìn)內(nèi)襯泡沫墊的塑料筐內(nèi),并置于20 ℃,90%濕度的恒溫恒濕箱中,2 d后測定各項(xiàng)生理品質(zhì)指標(biāo),實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.3 振動方法 本實(shí)驗(yàn)采用隨機(jī)振動方式。將樣品裝入包裝盒內(nèi),用雙面膠固定于振動實(shí)驗(yàn)臺(DY-3002電力振動系統(tǒng),中國)上,結(jié)構(gòu)見圖2。確保盒子在臺架平面內(nèi)不能移動。預(yù)實(shí)驗(yàn)中以大部分果實(shí)有明顯微振動為準(zhǔn),確定隨機(jī)振動參數(shù)為:振幅8 cm,頻率1～100 Hz,振動時間30 min,加速度均方根為0.4。

圖2 振動實(shí)驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic of vibration test apparatus

1.2.4 跌落方法 采用同一高度水平自由跌落的方式。將樣品裝入包裝盒內(nèi)用繩固定于跌落實(shí)驗(yàn)臺架(自制,結(jié)構(gòu)見圖3)上,用金屬水平儀調(diào)節(jié)水平(精確度0.05 mm/m),跌落地面為水泥地面。本實(shí)驗(yàn)采用的跌落高度為1 m,每組樣品跌落5次。

圖3 跌落實(shí)驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)示意圖(自制)Fig.3 Schematic of drop test apparatus(Built in the lab)

1.2.5 表面損傷指數(shù)評定 參照鄭永華[7]的方法,以表面出現(xiàn)明顯的水漬狀損傷作為判斷依據(jù)。按損傷的面積大小將果實(shí)劃分為4級:0級,無明顯損傷;1級,果面有少量損傷,損傷面積小于果實(shí)面積的25%;2級,損傷面積占果實(shí)面積的25%～50%;3級,損傷面積占果實(shí)面積的50%以上。每個果實(shí)測算3次,取其平均值。

表面損傷指數(shù)按式(1)計算:

表面損傷指數(shù)(%)=損傷級別×該級果實(shí)數(shù)/最高損傷級別×總果實(shí)數(shù)×100

式(1)

1.2.6 失重率的測定 用電子天平稱量重量,利用差重法計算失重率。計算公式見式(2)

失重率(%)=入庫當(dāng)天的質(zhì)量-測量當(dāng)測定時的質(zhì)量/入庫當(dāng)天的質(zhì)量×100

式(2)

1.2.7 呼吸強(qiáng)度與乙烯釋放量的測定 參照鄭永華[8]的方法,每組取約200 g果實(shí),在20 ℃下密封于500 mL玻璃瓶內(nèi),1 h后取2 mL氣樣,用氣相色譜儀測定乙烯釋放速率,用CheckMate II O2、CO2測定儀測定呼吸速率。

1.2.8 硬度的測定 參照Reddy[9]方法測定,用TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀測量其赤道部位的硬度,設(shè)定探頭直徑5 mm,測試深度8 mm,貫入速度1.5 mm/s。讀取最大值,重復(fù)5次,取其平均值。

1.2.9 可溶性固形物的測定 參照Hernandez[10]的方法測定,用Pocket Refractometer測定,每組取6個果實(shí),打碎后迅速取果漿進(jìn)行測定,每個果實(shí)測三次,取其平均值。

1.2.10 相對電導(dǎo)率的測定 用打孔器在草莓赤道部位取出大小和形狀一致的圓柱型果肉,取5 g放入盛有20 mL 去離子水的離心管中,抽真空1 h后,立即用DDS-Ⅱ型電導(dǎo)儀測定浸提液的電導(dǎo)率,把離心管蓋上蓋子后再在電爐上加熱煮沸15 min,待充分冷卻后再測定提取液的電導(dǎo)率,以草莓浸提液中浸前和浸后電導(dǎo)率的比值即相對電導(dǎo)率表示果實(shí)的細(xì)胞膜透性。每個果實(shí)取三次果肉,取其平均值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

應(yīng)用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,去除異常值,不同理化指標(biāo)的均值利用獨(dú)立t檢驗(yàn),對差異顯著性(α=0.05)進(jìn)行差異比較,p<0.05認(rèn)為是具有顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 表面損傷指數(shù)和失重率

圖4A分別給出了實(shí)驗(yàn)兩天后兩種包裝盒內(nèi)草莓的平均損傷指數(shù)情況。分果包裝盒內(nèi)的草莓的損傷情況明顯要低于普通包裝盒內(nèi)的草莓(p<0.05)。這說明相比于普通包裝盒,分果包裝盒可以有效減輕盒內(nèi)草莓的振動損傷,平均可以使試樣的振動損傷指數(shù)減小22.0%、跌落損傷指數(shù)減小35.2%。

圖4 分果包裝盒對損傷指數(shù)(A)和失重率(B)的影響Fig.4 Effect of anti-vibration package on the damage index(A)and weight loss(B)

圖4B為振動、跌落2 d后兩種包裝盒內(nèi)草莓失重率情況。可以看出,振動實(shí)驗(yàn)和跌落實(shí)驗(yàn)中,分果包裝盒內(nèi)的草莓的失重率都明顯低于普通包裝盒內(nèi)的草莓(p<0.05),普通包裝盒的失重率分別比分果包裝盒高出4.6%(振動)和12.2%(跌落)。

在振動過程中發(fā)現(xiàn),普通包裝盒內(nèi)個別草莓在整個振動過程中始終保持相對靜止,而分果包裝盒內(nèi)的草莓則上下微振動。最后發(fā)現(xiàn),相對靜止的草莓接觸包裝盒的果面損傷非常嚴(yán)重。從能力吸收的角度來說,可能是因?yàn)檎駝蛹铀俣人a(chǎn)生的振動能量絕大部分被靜止的草莓所吸收而造成嚴(yán)重的機(jī)械損傷,而發(fā)生振動的草莓則將振動能量部分轉(zhuǎn)化為動能,所以其損傷較輕。這與Schoorl提出的蘋果損傷能量原理一致[11],認(rèn)為蘋果的損傷體積與其吸收的能量之間呈線性關(guān)系。

2.2 呼吸強(qiáng)度和乙烯釋放量

圖5A為實(shí)驗(yàn)2 d后兩種包裝內(nèi)草莓的呼吸強(qiáng)度。振動后普通包裝內(nèi)草莓的呼吸強(qiáng)度比分果包裝盒內(nèi)的草莓平均高出12.3%,跌落后普通包裝內(nèi)草莓的呼吸強(qiáng)度比分果包裝盒內(nèi)的草莓平均高出17.4%,差異均顯著(p<0.05)。關(guān)于機(jī)械損傷引起果實(shí)呼吸強(qiáng)度增加的機(jī)制,可能是由于開放性傷口使內(nèi)部組織直接與空氣接觸,增加了氣體的交換;乙烯合成增強(qiáng),從而加強(qiáng)了呼吸的刺激作用;果實(shí)表面的傷口被微生物侵染,也促進(jìn)了呼吸強(qiáng)度的增強(qiáng)[12]。

圖5B結(jié)果表明,在振動與跌落實(shí)驗(yàn)中乙烯釋放量變化趨勢一致,且普通包裝盒內(nèi)草莓的乙烯釋放量極顯著高于分果包裝盒(p<0.01)。普通包裝盒內(nèi)草莓的乙烯釋放量比分果包裝盒內(nèi)草莓分別高出32.5%(振動)和54.1%(跌落)。

圖5 分果包裝盒對呼吸強(qiáng)度(A)和乙烯釋放量(B)的影響Fig.5 Effect of anti-vibration package on the respiration rate(A)and ethylene production(B)

2.3 硬度和電導(dǎo)率

圖6A結(jié)果表明,果實(shí)采后的硬度明顯下降。但是,分果包裝盒內(nèi)草莓的平均硬度比普通包裝分別高出20.1%(振動)和18.0%(跌落),明顯優(yōu)于普通包裝(p<0.05)。上述結(jié)果表明普通包裝盒內(nèi)的草莓經(jīng)過振動或跌落后硬度大幅下降,分果包裝盒可以減輕振動對草莓質(zhì)構(gòu)品質(zhì)造成的損傷,有效保持果實(shí)硬度。

圖6B顯示,振動后分果包裝盒內(nèi)草莓的相對電導(dǎo)率要比普通包裝盒內(nèi)草莓低11.5%,差異性顯著(p<0.05)。跌落后分果包裝盒內(nèi)草莓的相對電導(dǎo)率要比普通包裝盒內(nèi)草莓低20.2%,差異性顯著(p<0.05)。上述結(jié)果表明普通包裝盒內(nèi)草莓的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損更嚴(yán)重,致使細(xì)胞膜透性增大。分果包裝盒能夠在一定程度上減輕振動對果肉組織的傷害。

圖6 分果包裝盒對硬度(A)和電導(dǎo)率(B)的影響Fig.6 Effect of anti-vibration package on the firmness(A)and conductivity(B)

2.4 可溶性固形物(SSC)

圖7為實(shí)驗(yàn)兩天后兩種包裝盒內(nèi)草莓可溶性固形物含量的情況。在振動實(shí)驗(yàn)中,對照組草莓的SSC含量最低,普通包裝盒內(nèi)的草莓最高,但差異不顯著(p>0.05)。而跌落實(shí)驗(yàn)中,分果包裝盒內(nèi)草莓的SSC含量最高,差異同樣不顯著(p>0.05)。分果包裝盒對于草莓SSC含量的影響并不顯著,這一結(jié)果可能與樣品草莓成熟度較低以及SSC含量隨著草莓成熟度呈先上升后下降的趨勢有關(guān)[13]。

圖7 分果包裝盒對可溶性固形物的影響Fig.7 Effect of anti-vibration package on the soluble solids content

3 討論與結(jié)論

果實(shí)的機(jī)械損傷通常表現(xiàn)為兩類[14]。一類是由沖擊所引起的損傷,如自由跌落或包裝間碰撞等現(xiàn)象,這類損傷以塑性變形為主,通常變相為現(xiàn)時損傷。另一類是由于振動加速度反復(fù)作用而產(chǎn)生的低應(yīng)力疲勞損傷[15],這類損傷通常導(dǎo)致果品組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,繼而導(dǎo)致果品的延時損傷。本文跌落實(shí)驗(yàn)表明,分果包裝盒能夠有效減輕運(yùn)輸過程對果品造成的沖擊損傷,而振動實(shí)驗(yàn)說明分果包裝盒也能減輕果品的低應(yīng)力疲勞損傷。

分果包裝盒內(nèi)草莓與普通包裝盒內(nèi)草莓的大部分品質(zhì)指標(biāo)都有顯著差異(p<0.05)。振動和跌落實(shí)驗(yàn)中,相比于普通包裝,分果包裝盒可以使草莓表面損傷指數(shù)、失重率、乙烯釋放量和呼吸強(qiáng)度、相對電導(dǎo)率均下降(p<0.05),而硬度則顯著升高((p<0.05))。因此,草莓分果包裝盒可以有效減輕草莓果實(shí)受到的機(jī)械損傷,在草莓的采后流通過程中具有重要的應(yīng)用價值。

本實(shí)驗(yàn)研制的分果包裝盒為PVC材質(zhì),主要出于以下幾點(diǎn)考慮:相比于瓦楞紙板,塑料包裝具有一定的強(qiáng)度,而且易于清洗,可以重復(fù)利用,節(jié)約材料成本。相比于木板,材料成本更低并具有更好的靈活性。密封塑料透氣性不良的問題可以通過在包裝盒邊緣開設(shè)通風(fēng)槽解決。但是在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),將草莓果實(shí)完全固定在包裝盒內(nèi)未必能減輕果實(shí)的機(jī)械損傷,且表面損傷直接來自于果實(shí)與包裝盒的接觸面。因此,若采用厚度與硬度更小,彈性更大的PVC材質(zhì),可能起到更為有效的防傷效果。

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Study on the effect of anti damage in strawberry with the anti-vibration package

HUANG Si1,2,LI Xiang-hui1,TAO Xiao-ya1,2,LIN Dun1,2,MAO Lin-chun1,*

(1.College of Biosystems Engineering and Food Science,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China;2.Key laboratory of agriculture product processing of Zhejiang province,Jinyu 321400,China)

Anti-vibration package of strawberry was developed based on the structural characteristics of strawberry fruit. “Zhang Ji” strawberries were treated with the anti-vibration package and the traditional package. The quality of strawberry fruit and the effect of reducing the mechanical damage of the fruit was respectively investigated in this experiment. The results showed that,compared to the ordinary package,the anti-vibration package can not only effectively reduce the fruit surface damage,weight loss,ethylene production,respiration rate and relative conductivity,but also maintain fruit firmness,thereby significantly delay quality deterioration of postharvest strawberries.

strawberry;anti-vibration package;mechanical damage

2015-01-26

黃斯(1990-)，男，在讀碩士，研究方向：果蔬采后加工，E-mail:huangsfood@126.com。

*通訊作者:茅林春(1962-)，男，博士，教授，主要從事農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工研究工作,E-mail:linchunzju.edu.cn。

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863)課題(2012AA101704)。

TS251.51

A

1002-0306(2015)23-0272-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.047