公路運輸過程中機(jī)械振動對草莓貯藏品質(zhì)的影響

田津津　李立民　張 哲　郝俊杰　俞蘇蘇　李曉博

(天津商業(yè)大學(xué)天津市制冷技術(shù)重點實驗室　天津　300134)

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公路運輸過程中機(jī)械振動對草莓貯藏品質(zhì)的影響

田津津李立民張 哲郝俊杰俞蘇蘇李曉博

(天津商業(yè)大學(xué)天津市制冷技術(shù)重點實驗室天津300134)

本文模擬了公路運輸草莓的汽車在運輸過程中的機(jī)械振動情況，研究了機(jī)械振動對草莓后期貯藏品質(zhì)的影響。通過掃頻振動實驗，測得了所選草莓包裝件的固有頻率為20.5 Hz。在17 Hz、19 Hz、20.5 Hz、22 Hz以及24 Hz 5種頻率下，分別進(jìn)行了草莓的定頻振動實驗。以硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、維生素C含量以及丙二醛(MDA)含量為評價指標(biāo)，研究了經(jīng)機(jī)械振動后的草莓在0 ℃、5 ℃以及10 ℃貯藏時的品質(zhì)變化情況。研究發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過機(jī)械振動后貯藏的草莓，品質(zhì)的變化是機(jī)械振動頻率與貯藏溫度相互耦合的結(jié)果；貯藏溫度相同時，經(jīng)歷了固有頻率振動的草莓最不易保存，在0 ℃下貯藏9天后，硬度降低了15.5%，而MDA含量增加了30%；在相同的振動頻率下，0 ℃保存效果最佳。

公路運輸;振動頻率;草莓

隨著人們對生鮮食品品質(zhì)要求的提高，中國冷鏈物流正在步入快速發(fā)展期[1-3]，作為運輸生鮮食品貨物的專用汽車，冷藏汽車運輸也得到了很大發(fā)展和應(yīng)用。在汽車運輸過程中，振動過程引起的機(jī)械損傷是造成果蔬損傷的主要原因[4-5]。在我國，運輸過程中果蔬損失率高達(dá)20%以上，而發(fā)達(dá)國家果蔬運輸損失率低于5%，尤其是美國，運輸損失率在3%以下[6-7]，而且機(jī)械損傷也不利于果蔬后期的貯藏。因此，許多學(xué)者對運輸過程中機(jī)械振動對果蔬貯藏品質(zhì)的影響進(jìn)行了研究。劉華英等[8]研究了機(jī)械損傷對小白杏貯藏品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)機(jī)械振動會加速營養(yǎng)物質(zhì)降解和衰老過程。陳萃仁等[9]建立了草莓果實振動損傷的預(yù)測模型。盧立新等[10]進(jìn)行了基于模擬運輸條件的梨果實包裝振動損傷研究，發(fā)現(xiàn)堆碼層數(shù)對梨果實的損傷有重要影響。Barchi G L等[11]研究發(fā)現(xiàn)，枇杷振動損傷的頻率范圍為13～25 Hz。周然等[12]研究了不同強(qiáng)度的運輸振動對黃花梨的機(jī)械損傷及貯藏品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)運輸過程中的機(jī)械振動對黃花梨的外觀以及水解酶的活性均有影響。

草莓，屬于漿果類植物，又名紅莓、鳳梨草莓、地莓等，鮮美紅嫩，果肉多汁，富含營養(yǎng)價值，是水果中的珍品[13-16]。草莓不僅食用價值高，而且還有一定的藥用價值[17]，草莓中的果膠和維生素對高血壓、高血脂等疾病均有治療效果。但是，草莓是一種易腐的水果[18-19]，尤其在采后運輸過程中，極易受機(jī)械損傷而變質(zhì)。在運輸過程中，機(jī)械振動是造成草莓損傷的主要原因，同時也會對貯藏過程中草莓的品質(zhì)造成嚴(yán)重影響[20]。

本文主要研究公路運輸過程中汽車機(jī)械振動對草莓果實硬度、維生素C含量、MDA含量等生理指標(biāo)的影響，研究結(jié)果對于在實際運輸過程中，降低機(jī)械振動對草莓貯藏品質(zhì)的影響具有指導(dǎo)意義。

1 實驗設(shè)備

實驗設(shè)備、儀器為：蘇州儀器總廠生產(chǎn)的DY-600-5低頻振動運輸實驗臺及計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；英國 Stable Micro System 公司生產(chǎn)的TA.XT.Plus物性測構(gòu)儀；日本ATOGO公司生產(chǎn)的PAL-1型手持折光儀；三個可獨立調(diào)節(jié)溫度的冷庫；德國Heraeus公司生產(chǎn)的D-37520高速冷凍離心機(jī)；日本島津公司生產(chǎn)的UV-1780型紫外可見分光光度計；九陽打漿機(jī)；精密電子天平；若干試管和燒杯等化學(xué)儀器。

2 振動實驗

2.1 草莓包裝件的掃頻實驗

本實驗所用紅顏草莓于2015年6月15日清晨8:00購于天津咸陽北路菜市場，在掃頻振動實驗中，取尺寸為265 mm×150 mm×170 mm的三層E型瓦楞紙箱包裝件15箱，內(nèi)部草莓自然排放，包裝件內(nèi)部無阻隔，如圖1所示。每顆草莓重30～60 g，草莓新鮮，沒有損傷，每箱可裝草莓2 kg，分別放置于DY-600-5低頻振動運輸實驗臺上，進(jìn)行單件振動掃頻實驗[21]。

圖1 草莓包裝件Fig.1 Straberry package

在掃頻實驗中，為了保證實驗測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將數(shù)據(jù)傳感器緊固在一小塊薄板上，然后將草莓包裝件正立于臺子上，再用專用設(shè)備將草莓包裝件與振動臺緊固。將振動臺初始頻率設(shè)定為3 Hz，加速度設(shè)為5 m/s2，在3 Hz至100 Hz之間來回掃描，掃頻過程的速率為1/2倍頻程每分鐘，掃頻結(jié)果如圖2所示。

圖2 正弦掃頻實驗振動頻率-幅值曲線圖Fig.2 Frequency response of sinusoidal vibration

此種草莓包裝箱的掃頻結(jié)果幾乎一致，均如圖2所示，因此可以通過圖2得出，所選草莓包裝件的固有振動頻率為20.5 Hz。

2.2 草莓包裝件的定頻實驗

在定頻實驗中，將振動實驗臺加速度設(shè)為5 m/s2，然后先后設(shè)定振動實驗臺振動頻率為17 Hz、19 Hz、20.5 Hz、22 Hz和24 Hz，另外4種振動頻率是圍繞固有頻率進(jìn)行選擇的，即較低于固有頻率的振動頻率(17 Hz和19 Hz)和較高于固有頻率的振動頻率(22 Hz和24 Hz)。實驗中選取15箱草莓，分為五組，每組三箱，分別將五組草莓實驗件置于五種振動頻率下進(jìn)行振動實驗，每個頻率振動時間設(shè)定為2 h。

3 草莓品質(zhì)測量方法

3.1 硬度測量方法

硬度測定采用英國產(chǎn)TA.XT.Plus物性測定儀測定，每次取6個果實在胴部去皮測定，單果重復(fù)4次取最大力，最后取其平均值； P/2柱頭(φ2 mm)，測試速度為2 mm/s。

3.2 可溶性固形物測量方法

采用手持測糖儀測定[22]。

3.3 可滴定酸測量方法

可滴定酸采用酸堿滴定法測定[23]。

3.4 維生素C含量測量方法

維生素C含量測定用2,6-二氯靛酚滴定法[24]。

3.5 MDA測量方法

MDA含量測定采用硫代巴比妥酸比色法[25]。

4 貯藏實驗

將經(jīng)歷了定頻振動實驗的5組草莓，每箱分別按相同比例選取三類草莓，每類分別從包裝件上層、中層、下層部位選取相同數(shù)量草莓。將同組的三類草莓分別放入設(shè)定溫度為0 ℃、5 ℃以及10 ℃的冷庫內(nèi)進(jìn)行貯藏，每天對實驗中的草莓硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、維生素C含量以及MDA含量品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，取三類草莓的平均值。

5 貯藏實驗結(jié)果及其分析

5.1 草莓品質(zhì)變化率

取相同溫度下，在同一頻率時草莓各品質(zhì)初始值為第一天測得品質(zhì)值Q初，最后一天測得的品質(zhì)值為Q末，則在某一特定頻率下草莓各品質(zhì)的變化率為：ζ=|Q初-Q末|/Q初。

5.2 不同貯藏條件下草莓硬度變化

在0 ℃、5 ℃以及10 ℃三種貯藏條件下，草莓硬度隨時間的變化情況分別如圖3、圖4及圖5所示。

圖3　0 ℃時不同振動頻率下草莓硬度變化情況Fig.3 Variation of strawberry hardness under different frequencies at 0 ℃

圖4　5 ℃時不同振動頻率下草莓硬度變化情況Fig.4 Variation of strawberry hardness under different frequencies at 5 ℃

圖5　10 ℃時不同振動頻率下草莓硬度變化情況Fig.5 Variation of strawberry hardness under different frequencies at 10 ℃

圖6則反映了在不同溫度情況下，草莓硬度變化率隨振動頻率的變化情況。

圖6 不同溫度下草莓硬度變化率的情況Fig.6 Change of the hardness of strawberry at different temperatures

在果實硬度的測量過程中，伴隨著草莓果實的衰老，草莓內(nèi)部纖維素酶活性上升，同時細(xì)胞失水導(dǎo)致細(xì)胞膨壓下降，草莓硬度隨之降低。分析圖3～圖6可以得出，經(jīng)歷了17 Hz、19 Hz、20.51 Hz、22 Hz以及24 Hz 5種振動的草莓，在不同溫度下貯藏9天后，在0 ℃時，草莓內(nèi)部酶活性以及細(xì)胞內(nèi)水分的散發(fā)過程都比較弱，草莓的硬度分別降低了8%、12.7%、17.8%、11.3%以及10.7%；在5 ℃貯藏時，草莓硬度值分別下降12.8%、16%、20%、17%和14.7%；貯藏溫度為10 ℃時，草莓硬度值分別降低了40.3%、42.9%、49.5%、38%及36.4%?？梢姰?dāng)貯藏溫度一定時，固有頻率下草莓硬度下降最快，而振動頻率相同時，在0 ℃下，草莓硬度變化幅度最小，而10 ℃貯藏時，草莓的硬度變化最劇烈。同時通過圖6的擬合曲線不難發(fā)現(xiàn)，溫度一定時，在固有頻率附近其變化率最大，草莓硬度變化率整體呈拋物線形狀。

5.3 不同貯藏條件下草莓可溶性固形物(SSC)變化

0 ℃、5 ℃以及10 ℃三種貯藏溫度下，草莓中SSC含量隨時間的變化情況如圖7、圖8及圖9所示。

圖7　0 ℃時不同振動頻率下草莓SSC變化情況Fig.7 Variation of strawberry SSC content under different frequencies at 0 ℃

圖8　5 ℃時不同振動頻率下草莓SSC變化情況Fig.8 Variation of strawberry SSC content under different frequencies at 5 ℃

圖9　10 ℃時不同振動頻率下草莓SSC變化情況Fig.9 Variation of strawberry SSC content under different frequencies at 10 ℃

SSC主要體現(xiàn)的是果實的可溶性固形物含量，是反映果實成熟度及品質(zhì)的標(biāo)志性指標(biāo)。通過分析圖7、圖8及圖9不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷過不同頻率振動的草莓，在不同貯藏條件下，SSC含量都表現(xiàn)出先上升再下降的趨勢，這與張桂霞等[26]研究的草莓果實成熟過程中SSC含量變化趨勢一致，這是由于開始時草莓成熟度比較低，隨著貯藏時間的增長，草莓的成熟度逐漸升高，含糖量上升，到后期隨著貯藏時間的增長，草莓呼吸作用逐漸增強(qiáng)，可溶性糖消耗量增加，其含量逐漸下降。由圖7可以看出，在貯藏溫度一致時，相對于其它兩組實驗，固有頻率對草莓SSC含量的影響最大，分析圖8及圖9可得出相同結(jié)論。而圖7～9數(shù)據(jù)還顯示，0 ℃時經(jīng)過6天草莓SSC含量達(dá)到最大值，而5 ℃和10 ℃時達(dá)到峰值分別需要5天和3天，可見0 ℃最有利于維持草莓內(nèi)部可溶性糖的含量，有利于保持草莓的風(fēng)味。

5.4 不同貯藏條件下草莓可滴定酸含量變化

從圖10、圖11以及圖12可以看出，隨著貯藏時間的增長，草莓中可滴定酸含量均呈現(xiàn)出下降的趨勢，而圖13則反映了溫度相同時，草莓可滴含量變化率隨振動頻率的變化情況。

圖10　0 ℃時不同振動頻率下草莓可滴定酸含量變化情況Fig.10 Variation of strawberry titratable acid content under different frequencies at 0 ℃

圖11　5 ℃時不同振動頻率下草莓可滴定酸含量變化情況Fig.11 Variation of strawberry titratable acid content under different frequencies at 5 ℃

可滴定酸是草莓的重要構(gòu)成性狀之一，其含量直接影響著草莓的風(fēng)味品質(zhì)。在貯藏過程中，可滴定酸被用于草莓的代謝過程，隨著貯藏時間的增長，草莓中可滴定酸部分被呼吸作用所消耗，還有部分在細(xì)胞內(nèi)部轉(zhuǎn)化為糖分被消耗掉，其含量不斷降低。

經(jīng)歷了17 Hz、19 Hz、20.51 Hz、22 Hz以及24 Hz 5種定頻振動實驗的草莓，在不同溫度下貯藏9天后，在0 ℃時，草莓代謝過程比較緩慢，其內(nèi)部可滴定酸含量分別損失了17.1%、16.6%、17.5%、16.1%及16.1%，差值小于2%；5 ℃時和10 ℃時，草莓內(nèi)部可滴定酸含量損失率差值均在7%范圍內(nèi)。但是，0 ℃貯藏9天后，5種頻率下草莓可滴定酸含量最少降低16.1%，而5 ℃和10 ℃時分別最少降低20%和37.5%?？梢姡葺傻味ㄋ岷孔兓^程受振動影響不是特別明顯，而受貯藏溫度影響較大。

圖12　10 ℃時不同振動頻率下草莓可滴定酸含量變化情況Fig.12 Variation of strawberry titratable acid content under different frequencies at 10 ℃

圖13 不同溫度下草莓可滴定酸含量變化率的情況Fig.13 Change of the titratable acid content of strawberry at different temperatures

5.5 不同貯藏條件下草莓維生素C含量變化

維生素C是草莓中重要的營養(yǎng)物質(zhì)，其含量極容易受氧化作用而損失。隨著維生素C含量降低，草莓內(nèi)部營養(yǎng)成分逐漸減少，草莓貯藏品質(zhì)越差。

0 ℃、5 ℃以及10 ℃ 3種貯藏溫度下，草莓中Vc含量隨時間的變化情況如圖14、圖15及圖16所示。而圖17則反映了溫度不相同時，草莓Vc含量變化率隨振動頻率的變化情況。

圖14　0 ℃時不同振動頻率下草莓維生素C含量變化情況Fig.14 Variation of strawberry vitamin C content under different frequencies at 0 ℃

圖15　5 ℃時不同振動頻率下草莓維生素C含量變化情況Fig.15 Variation of strawberry vitamin C content under different frequencies at 5 ℃

圖16　10 ℃時不同振動頻率下草莓維生素C含量變化情況Fig.16 Variation of strawberry vitamin C content under different frequencies at 10 ℃

經(jīng)歷了17 Hz、19 Hz、20.51 Hz、22 Hz以及24 Hz 5種頻率振動的草莓，在不同溫度下貯藏9天后，在貯藏溫度為0 ℃時，草莓的維生素C含量下降百分比為17.6%、18.4%、24.1%、17.9%和17.3%，降幅較低；貯藏溫度為5 ℃時，草莓維生素C含量各下降28.3%、34%、36.5%、32.5%和26.2%；貯藏溫度為10 ℃時，草莓維生素C含量分別下降54.3%、55.3%、61%、56%以及54%。通過分析圖12～14數(shù)據(jù)可以得出，在貯藏溫度相同的情況下，固有頻率振動對草莓維生素C含量的不利影響最大，而在不同的貯藏溫度下，0 ℃時草莓中維生素C含量下降速度最慢，而5 ℃時維生素C含量下降速度較快，在10 ℃時維生素C含量下降最快。同時通過圖17可知，溫度一定時，在固有頻率附近，當(dāng)頻率增大或者減小時，其硬度變化率下降過程均出現(xiàn)減緩趨勢。

圖17 不同溫度下草莓Vc含量變化率的情況Fig.17 Change of the vitamin C content of strawberry at different temperatures

5.6 不同貯藏條件下草莓MDA含量變化

貯藏溫度為0 ℃、5 ℃以及10 ℃時，草莓中MDA含量隨時間的變化情況如圖18～圖20所示。

圖18　0 ℃時不同振動頻率下草莓MDA含量變化情況Fig.18 Variation of strawberry MDA content under different frequencies at 0 ℃

圖19　5 ℃時不同振動頻率下草莓MDA含量變化情況Fig.19 Variation of strawberry MDA content under different frequencies at 5 ℃

圖20　10 ℃時不同振動頻率下草莓MDA含量變化情況Fig.20 Variation of strawberry MDA content under different frequencies at 10 ℃

在草莓中，MDA含量高低是反映草莓膜脂過氧化作用強(qiáng)弱的一個重要指標(biāo)[27]。MDA含量越高，說明草莓細(xì)胞膜系統(tǒng)受到的損傷越大，細(xì)胞衰老越嚴(yán)重。

圖21則反映了溫度不相同時，草莓MDA含量變化率隨振動頻率的變化情況。

圖21 不同溫度下草莓MDA含量變化率的情況Fig.21 Change of the vitamin C content of strawberry at different temperatures

從圖18～圖20可知，隨著貯藏時間的增長草莓中MDA含量不斷升高。經(jīng)歷了17 Hz、19 Hz、20.51 Hz、22 Hz以及24 Hz五種頻率振動的草莓，在不同溫度下貯藏9天后，在貯藏溫度為0 ℃時，草莓的MDA含量分別增長了30.5%、33.6%、34%、31%和29.7%；貯藏溫度為5 ℃時，草莓MDA含量各升高31.6%、35%、38%、34%和31%；貯藏溫度10 ℃時，草莓MDA含量分別上升34.5%、42.3%、51.8%、40%以及33%?？梢钥闯?，在相同貯藏溫度下，經(jīng)歷了固有頻率下機(jī)械振動的草莓中MDA含量增長最快，而當(dāng)振動頻率相同時，0 ℃時草莓中MDA含量最低且上升速度最慢，可知0 ℃溫度最利于草莓的保鮮。同時通過圖21的擬合曲線可以知道，溫度一定時，隨著頻率的變化，草莓可滴定酸含量變化率呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，在固原頻率時其值變化最大。

6 結(jié)論

本文通過掃頻實驗得到草莓包裝件的固有頻率為20.51 Hz，之后在17 Hz、19 Hz、20.51 Hz、22 Hz、24 Hz五種振動頻率下進(jìn)行了草莓定頻振動實驗，將經(jīng)振動實驗后草莓分組，并在0 ℃、5 ℃以及10 ℃三種溫度情況下進(jìn)行貯藏保存，得出以下結(jié)論：

1)草莓貯藏品質(zhì)的變化，受到機(jī)械振動強(qiáng)度以及貯藏溫度的雙重影響，二者共同決定了草莓的貯藏品質(zhì)。

2)經(jīng)歷了20.5Hz定頻振動的草莓，在0 ℃下貯藏9天，各品質(zhì)變化量介于15.5%～30%之間，而對于5 ℃和10 ℃兩個溫度條件，各品質(zhì)變化量分別介于16.3%～37%和45%～60%之間。

3)機(jī)械振動對草莓貯藏過程中硬度、可溶性固形物含量、Vc含量以及MDA含量的影響明顯，對草莓可滴定酸含量影響較小。

4)在相同貯藏溫度下，經(jīng)歷了20.5 Hz定頻振動過程的草莓貯藏品質(zhì)最差，而在17 Hz、19 Hz、22 Hz及24 Hz頻率下，草莓貯藏品質(zhì)的變化相差不大，可見固有頻率對草莓的不利影響最大。

5)當(dāng)振動頻率一定時，溫度越高，草莓的貯藏品質(zhì)越差，0 ℃時草莓貯藏品質(zhì)最佳。

6)通過實驗擬合得到了草莓各品質(zhì)指標(biāo)變化率在不同振動條件下的變化曲線。

機(jī)械振動造成草莓的組織結(jié)構(gòu)破壞，外觀質(zhì)量降低，營養(yǎng)成分損失，從而導(dǎo)致商品價值和食用品質(zhì)的下降。因此在草莓及其它果蔬的運輸過程中，應(yīng)該避開其固有頻率進(jìn)行運輸。

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About the corresponding author

Tian Jinjin, female, experiment teacher，School of mechanical engineering, Tianjin university of commerce，E-mail: tianjj@tjcu.edu.cn. Research fields：food cold-chain. The author takes on project supported by Key project of Tianjin Natural Science Foundation(No. 15JCZDJC34200& No. 14JCZDJC34600).

Effects of Mechanical Vibration on the Storage Quality of Strawberry during Road Transportation

Tian JinjinLi LiminZhang ZheHao JunjieYu SusuLi Xiaobo

(Key Laboratory of Refrigeration Technology of Tianjin, Tianjin University of Commerce, Tianjin, 300134, China)

The road transport process was simulated in the vibration bench, the natural frequency of selected strawberry package was found to be 20.5 Hz by scanning frequency experiment. Fifteen same strawberry packages have been tested in the fixed frequency experiment under 17 Hz, 19 Hz, 20.51 Hz, 22 Hz and 24 Hz, respectively. After the fixed frequency experiment, strawberries in the fifteen packages were divided into three groups to be stored at 0 ℃, 5 ℃ and 10 ℃ respectively. The effects of mechanical vibration on the hardness and SSC, titratable acid, vitamin C and MDA contents of each group of strawberries have been analyzed. The results showed that the storage qualities of strawberry were determined by both mechanical vibration frequencies in the transport process and storage temperature. At the same storage temperature, the qualities of the strawberries suffered natural frequency vibration test are the worst. After 9 days of 0 ℃ storage, the strawberry′s hardness has been reduced by 15.5%, while the strawberry MDA content has been increased by 30%. 0 ℃ is the best storage temperature for strawberries suffered same frequency vibration test.

road transport; vibration frequency; strawberry

0253- 4339(2016) 04- 0087- 08

10.3969/j.issn.0253- 4339.2016.04.087

國家自然科學(xué)基金(11572223)資助項目。(The project was supported by the National Natural Science Fundation of China(No. 11572223).)

2015年11月5日

TS255.3;S668.4

A

簡介

田津津，女，實驗師，天津商業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，E-mail：tianjj@tjcu.edu.cn。研究方向：食品冷鏈?，F(xiàn)在進(jìn)行的研究項目有:天津市自然科學(xué)基金重點項目(15JCZDJC34200, 14JCZDJC34600)。