荔枝采后堆疊存放損傷試驗研究

陳 燕，劉威威，蔣志林，李嘉威，王佳盛，曾澤欽

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院/南方農(nóng)業(yè)機械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點實驗室，廣東廣州510642)

荔枝是我國南方特產(chǎn)佳果，其栽培面積和產(chǎn)量均居全球之首［1］。收獲后的荔枝往往需經(jīng)過裝箱處理才能進行儲存運輸，而箱中存放的荔枝層層積壓處于堆疊狀態(tài)，底層荔枝承受上層荔枝重量。由于荔枝皮薄、肉多，含水量高，底層荔枝在上層荔枝的長時間擠壓下，容易出現(xiàn)堆疊存放所引起的擠壓損傷，損傷后的荔枝極易腐爛變質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計，每年荔枝采后因變質(zhì)而造成的損失占總產(chǎn)量的20%以上［2］。

為減少采后果蔬儲運過程產(chǎn)生的機械損傷，國內(nèi)外學(xué)者進行了許多相關(guān)研究。Zeebroeck等［3］利用離散型元素分析法對果蔬在流通過程中的碰撞損傷進行預(yù)測分析;Li等［4］、Abbaszadehv 等［5］采用有限元法分別預(yù)測番茄和西瓜的壓縮損傷;王榮［6］利用有限元模型模擬平板壓縮和包裝，研究了葡萄與番茄靜重損傷;楊曉清［7］研究了蜜瓜因儲運中載荷的時效性影響產(chǎn)生的蠕變損傷;盧立新等［8］研究了包裝方式對水晶梨運輸振動損傷保護的影響;為減少荔枝的機械損傷，陳燕等［9］、蔣志林等［10］通過壓縮試驗，研究了外力壓縮對荔枝損傷的影響，但關(guān)于儲運過程荔枝堆疊存放損傷的研究，目前國內(nèi)外尚未見文獻報道。

基于以上，依據(jù)荔枝在采后回收存放、儲存運輸?shù)拳h(huán)節(jié)中因堆疊存放產(chǎn)生擠壓損傷的影響因素，對荔枝進行不同條件的堆疊存放試驗，研究不同堆疊存放條件對荔枝損傷指標的影響，尋求最優(yōu)的荔枝回收存放策略，為采后荔枝儲存運輸存放箱設(shè)計提供指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試荔枝采自廣東省廣州市從化區(qū)太平鎮(zhèn)，品種為槐枝，平均質(zhì)量為 18.376 g，平均球徑為 30.80 mm，果肉平均硬度為0.201 MPa。試驗用荔枝成熟度和個體大小相近，球徑為 29.50 ～ 30.50 mm，且表皮完好、無破損和病蟲害，并剪去果梗，采摘后12 h內(nèi)完成裝箱處理。

1.2 試驗方法

采后荔枝儲存運輸存放箱通常使用塑料果框、泡沫箱、瓦楞紙箱等，不同的存放箱材質(zhì)對荔枝損傷的影響不同。在存放箱中，荔枝堆疊存放的層數(shù)越高，下層荔枝的損傷越大。但堆疊層數(shù)越少，存放箱存放荔枝數(shù)量越少。因此，選取存放箱材質(zhì)和堆疊層數(shù)為試驗因子分別進行單因素荔枝堆疊存放試驗，考察試驗因子對底層荔枝損傷的影響。

試驗因子堆疊層數(shù)設(shè)置4個水平，分別為6、8、10、12層，存放箱材質(zhì)設(shè)置為塑料、瓦楞紙、EPS泡沫。存放箱采用亞克力板制作外框，并在箱內(nèi)壁和底部分別貼上以上3種材質(zhì)，如圖1所示。試驗時，在制作好的箱體中鋪滿2層荔枝，為減少荔枝的用量，采用相同質(zhì)量的鋼珠來代替其余層數(shù)的荔枝。3種箱體材質(zhì)、4個堆疊層數(shù)，共進行12組試驗，每組試驗重復(fù)2次。此外，3種材質(zhì)分別對應(yīng)設(shè)置3個對照組，荔枝堆疊層數(shù)為2層。荔枝堆疊存放完成后，將試驗組和對照組使用廢報紙封住容器口，于10℃冰柜中冷藏存放，冰柜存放于恒溫空調(diào)房中。每隔2 d將試驗組和對照組全部取出，觀測最底層荔枝的褐變情況并使用電子秤(型號為LQ－A3003，精度1 mg)稱量其整質(zhì)量。為減少人為干擾因素的影響，由3人分別獨立觀察統(tǒng)計荔枝果殼褐變等級果數(shù)，最后取平均值。

圖1 荔枝存放箱

1.3 荔枝損傷測定

荔枝果肉外包果殼，當其發(fā)生損傷后，除果殼破裂的宏觀損傷外，其損傷面積或體積較難測定。本研究通過測定不同堆疊存放時間下底層荔枝果殼的褐變指數(shù)和果實失重率，評價不同堆疊存放條件下荔枝擠壓損傷程度。

1.3.1 荔枝果殼褐變指數(shù) 堆疊后的荔枝隨存放時間的延長其果殼會產(chǎn)生不同程度的褐變，損傷越嚴重，褐變也越嚴重。參考文獻［11-12］計算荔枝果殼的褐變指數(shù)以評價其褐變程度。荔枝果殼的褐變程度按褐變面積分為5個等級，將不同存放時間下目測分級得到的每小組荔枝褐變等級果數(shù)用加權(quán)平均法求取荔枝果殼的褐變指數(shù)。

式中:Ai—褐變等級。褐變面積≤1/4，為1級果;1/4＜褐變面積≤1/2，為2級果;1/2＜褐變面積≤3/4，為3級果;3/4＜褐變面積≤1，為4級果;完全褐變并出現(xiàn)腐爛為5級果。ni—褐變等級對應(yīng)的果數(shù)。N—該組荔枝的總果數(shù)。

1.3.2 荔枝失重率 荔枝損傷越嚴重，其水分流失越多，失重率越大。根據(jù)荔枝堆疊后不同存放時間下所測得的每小組質(zhì)量計算其平均失重率，計算公式如下:

式中:m0—試驗組和對照組荔枝的初始質(zhì)量(g);mt—試驗組和對照組荔枝存放t天(t=2、4、6)的質(zhì)量(g)。

1.4 統(tǒng)計分析

堆疊試驗后采用SPSS軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析和回歸分析。由于試驗因子中的箱體材質(zhì)為定性變量，在建立底層荔枝失重率及其果殼褐變指數(shù)的回歸方程前，需將所有定性變量轉(zhuǎn)換為虛擬變量并賦值，如表1所示。

表1 虛擬變量的設(shè)置和賦值

2 結(jié)果與分析

2.1 荔枝果殼褐變指數(shù)的變化

2.1.1 堆疊存放條件對底層荔枝果殼褐變指數(shù)的影響 不同的堆疊存放條件下，荔枝果殼的褐變指數(shù)不同，且隨存放時間的延長而發(fā)生變化。以荔枝堆疊存放2 d和6 d其果殼褐變指數(shù)變化為例(圖2)說明:隨著堆疊層數(shù)的增加，底層荔枝果殼褐變指數(shù)增大;當堆疊層數(shù)較小時，3種箱體材質(zhì)下的荔枝果殼褐變指數(shù)較為接近，隨著堆疊層數(shù)的增加和存放時間的延長，差異增大;3種箱體材質(zhì)下的荔枝果殼褐變指數(shù)具有顯著性差異(P＜0.05)，當箱體材質(zhì)為塑料時，荔枝果殼的褐變指數(shù)最大，其次為瓦楞紙材質(zhì)，最小為泡沫材質(zhì)。

圖2 不同堆疊存放條件下荔枝褐變指數(shù)的變化

2.1.2 試驗組與對照組褐變指數(shù)比較分析 圖3為堆疊存放條件下底層荔枝果殼褐變指數(shù)隨存放時間的變化。由圖3可知，隨著存放時間的延長，試驗組與對照組的荔枝果殼褐變指數(shù)均增大;在不同存放時間內(nèi)，不同堆疊層數(shù)的荔枝果殼褐變指數(shù)均大于對照組，且隨著存放時間的延長，其差異增大。

圖3 荔枝褐變指數(shù)隨存放時間的變化

箱體材質(zhì)為塑料:存放2 d內(nèi)，堆疊層數(shù)為8層時與對照組差異不顯著(P＞0.05);存放到4 d起，所有堆疊層數(shù)的荔枝果殼褐變指數(shù)均顯著大于對照組(P＜0.05)。

箱體材質(zhì)為瓦楞紙:存放2 d內(nèi)，與對照組差異不顯著(P＞0.05)的最大堆疊層數(shù)是8層;存放到4 d，最大堆疊層數(shù)降為6層;而存放到6 d，所有堆疊層數(shù)的荔枝果殼褐變指數(shù)均顯著大于對照組(P＜0.05)。

箱體材質(zhì)為泡沫:存放2 d內(nèi)，與對照組差異不顯著(P＞0.05)的最大堆疊層數(shù)為10層;存放到4 d，最大堆疊層數(shù)降為8層;而存放到6 d，所有堆疊層數(shù)的荔枝果殼褐變指數(shù)均顯著大于對照組(P＜0.05)。

2.2 荔枝失重率的變化

荔枝隨存放時間的延長，因失水而質(zhì)量下降。同時，當荔枝受損后，受損組織呼吸代謝加強、水分散失加劇，失重的速度也加快［13］。

2.2.1 堆疊存放條件對底層荔枝失重率的影響不同存放時間下底層荔枝失重率具有相似的變化規(guī)律，圖4為存放2 d時不同的箱體材質(zhì)和堆疊層數(shù)對底層荔枝失重率的影響。由圖4可見，隨著堆疊層數(shù)的增加，底層荔枝的失重率加大;3種箱體材質(zhì)對底層荔枝失重率的影響顯著(P＜0.05)，箱體材質(zhì)為塑料時，底層荔枝的失重率最大，其次為瓦楞紙，最小為泡沫。箱體材質(zhì)和堆疊層數(shù)對底層荔枝失重率的影響規(guī)律與它們對果殼褐變指數(shù)的影響相一致。

圖4 不同堆疊存放條件下荔枝失重率的變化

2.2.2 試驗組與對照組失重率比較分析 圖5為底層荔枝在不同堆疊條件下的失重率隨存放時間的變化。由圖5可知，箱體材質(zhì)為塑料:存放2 d內(nèi)，底層荔枝失重率與對照組差異不顯著(P＞0.05)的最大堆疊層數(shù)為8層;存放4 d，最大堆疊層數(shù)降為6層;存放到6 d，所有堆疊層數(shù)下的底層荔枝失重率均顯著大于對照組(P＜0.05)。

箱體材質(zhì)為瓦楞紙:存放4 d內(nèi)，底層荔枝失重率與對照組差異不顯著(P＞0.05)的最大堆疊層數(shù)為8層;存放6 d，所有堆疊層數(shù)下的底層荔枝失重率均顯著大于對照組(P＜0.05)。

箱體材質(zhì)為泡沫:存放2 d內(nèi)，底層荔枝失重率與對照組差異不顯著(P＞0.05)的最大堆疊層數(shù)為10層;存放4 d，最大堆疊層數(shù)降為8層;存放到6 d，所有堆疊層數(shù)下的底層荔枝失重率均顯著大于對照組(P＜0.05)。

圖5 荔枝失重率隨存放時間的變化

2.3 荔枝最大堆疊層數(shù)

通過比較試驗組與對照組中底層荔枝失重率及其果殼褐變指數(shù)的差異，得到不同存放天數(shù)下有利于減少底層荔枝堆疊擠壓損傷的最大堆疊層數(shù)，如表2。

表2 減少堆疊擠壓損傷的荔枝最大堆疊層數(shù)

綜合考慮荔枝失重率及其果殼褐變指數(shù)2個指標，若采后荔枝堆疊存放較短時間，為減少底層荔枝的堆疊擠壓損傷，試驗范圍內(nèi)荔枝最大堆疊層數(shù):若堆疊存放2 d，箱體材質(zhì)為塑料和瓦楞紙時8層，泡沫材質(zhì)為10層;若堆疊存放4 d，箱體材質(zhì)為塑料時低于6層，瓦楞紙為6層，泡沫為8層;若堆疊存放6 d，不管何種箱體材質(zhì)，均為6層以下。

2.4 荔枝失重率及其果殼褐變指數(shù)回歸方程

通過上面分析所得的荔枝最大堆疊層數(shù)是試驗因子的水平值，為后續(xù)深入系統(tǒng)地研究采后荔枝的最優(yōu)堆疊存放條件，進一步對試驗結(jié)果采用SPSS進行線性回歸，得到底層荔枝失重率及其果殼褐變指數(shù)與試驗因素間的回歸方程分別如下:

式中:γ—荔枝失重率(%);η—荔枝果殼褐變指數(shù);t—存放時間(d);c—堆疊層數(shù);L1和L2—箱體材質(zhì)的虛擬變量。

底層荔枝失重率及其果殼褐變指數(shù)與試驗因素間的回歸方程極顯著(P＜0.01)，其R2分別為0.938和0.941。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，隨著堆疊層數(shù)增加和存放時間的延長，荔枝失重率及其果殼褐變指數(shù)增加;相同的堆疊層數(shù)，箱體材質(zhì)為塑料時，荔枝失重率及其果殼褐變指數(shù)最大，其次為瓦楞紙，最小為泡沫。

試驗范圍內(nèi)有利于減少荔枝堆疊存放損傷的最大堆疊層數(shù):存放2 d，箱體材質(zhì)為塑料和瓦楞紙時8層，泡沫材質(zhì)為10層;存放4 d，箱體材質(zhì)為塑料時低于6層，瓦楞紙為6層，泡沫為8層;存放6 d，不管何種箱體材質(zhì)，均為6層以下。

荔枝失重率及其果殼褐變指數(shù)與試驗因素間的回歸方程極顯著;相同箱體材質(zhì)下，底層荔枝的存放時間和堆疊層數(shù)每增加2 d和2層，其失重率和果殼褐變指數(shù)分別增加 1.194%、0.788 和 0.412%、0.322。

［1］ 余華榮，周燦芳，萬忠，等.2009年廣東荔枝龍眼產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，37(4):288-291.

［2］ 鐘傅寧.怎樣減少果品機械損傷［N/OL］.(2009-01-25).http://manage.gzxw.gov.cn/njtd/syjs/jg.shtm.

［3］ Zeebroeck M V，Linden V V，Darius P，et al.The effect of fruit factors on the bruise susceptibility of apples［J］.Postharvest Biology ＆ Technology，2007，46(1):10-19.

［4］ Li Z G，Li P P，Yang H L，et al.Internal mechanical damage prediction in tomato compression using multiscale finite element models［J］.Journal of Food Engineering，2013，116(3):639-647.

［5］ Abbaszadehv R，Rajabipour A，Sadrnia H，et al.Application of modal analysis to the watermelon through finite element modeling for use in ripeness assessment［J］.Journal of Food Engineering，2014，127(7):80-84.

［6］ 王榮.葡萄與番茄力學(xué)特性及機械損傷的研究［D］.北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.

［7］ 楊曉清.河套蜜瓜流變特性及儲運損傷控制的研究［D］.呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

［8］ 盧立新，黃祥飛，華巖.基于模擬運輸條件的梨果實包裝振動損傷研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009，25(6):110-113.

［9］ 陳燕，向和平，談建豪，等.擠壓對荔枝機械損傷和力學(xué)參數(shù)的影響［J］.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，39(6):688-692.

［10］ 蔣志林，陳燕，談建豪，等.荔枝應(yīng)力松弛特性及其損傷的試驗研究［J］.現(xiàn)代食品科技，2015，31(5):96-101.

［11］ Martínez-Castellanos G，Pelayo-Zaldívar C，Pérez-Flores L J，et al.Postharvest litchi(Litchi chinensis Sonn.)quality preservation by Lactobacillus plantarum［J］.Postharvest Biology ＆ Technology，2011，59(2):172-178.

［12］ 楊松夏，呂恩利，陸華忠，等.不同保鮮運輸方式對荔枝果實品質(zhì)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30(10):225-232.

［13］ 李建國.荔枝學(xué)［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.