水果運(yùn)輸緩沖包裝研究現(xiàn)狀

毛星超

作為我國(guó)農(nóng)業(yè)中繼糧食和蔬菜的第三大支柱型產(chǎn)業(yè)，水果產(chǎn)業(yè)每年能達(dá)到2億噸以上的產(chǎn)量且已連續(xù)多年位居全球第一，不僅豐富了國(guó)民的飲食多樣性，更加助力國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而整個(gè)產(chǎn)業(yè)巨大的產(chǎn)量也因從采收到銷售的各個(gè)環(huán)節(jié)的損耗，帶來(lái)了巨量的虧損。流通環(huán)節(jié)造成的損失占總產(chǎn)量的25%～45%，其中運(yùn)輸過(guò)程中的振動(dòng)是造成水果機(jī)械損傷的主要原因，因此認(rèn)知水果果實(shí)的運(yùn)輸損傷機(jī)理才能更好地設(shè)計(jì)出具有良好緩沖、減振效果的運(yùn)輸包裝，降低水果運(yùn)輸過(guò)程中的損耗。

水果運(yùn)輸過(guò)程中的損傷形式及研究現(xiàn)狀

由于未加防護(hù)的水果，在運(yùn)輸過(guò)程中容易受到機(jī)械力作用而造成損耗，因此目前絕大多數(shù)品類的水果都或多或少有著緩沖防振包裝，來(lái)降低運(yùn)輸對(duì)水果的不良影響。由于國(guó)外對(duì)水果緩沖包裝重視得早，從20世紀(jì)六七十年代起便有了相當(dāng)多的研究，這是發(fā)達(dá)國(guó)家保持果蔬運(yùn)輸損耗很低的原因之一。在積極學(xué)習(xí)吸取國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，努力探索并發(fā)展適合我國(guó)實(shí)際情況的運(yùn)輸緩沖包裝。

水果在運(yùn)輸中受到的機(jī)械損傷主要分為靜壓損傷、振動(dòng)損傷和沖擊損傷3類。

靜壓損傷是指果實(shí)在靜置時(shí)因受到自身或是其他物體的重力或壓力作用，在一定的相對(duì)時(shí)間內(nèi)積累而造成的損傷，損傷部位多為接觸區(qū)域，反映了果實(shí)自身的機(jī)械特性。當(dāng)果實(shí)因所受壓力產(chǎn)生的變形值超過(guò)自身能承受的極限值時(shí)，就會(huì)受到損傷。相關(guān)研究表明，一些果實(shí)在快速加壓時(shí)屈服極限會(huì)有提高；而緩慢加壓時(shí)，則易造成果實(shí)損傷，而緩沖材料有助于增加相應(yīng)果實(shí)的屈服極限。而在對(duì)蘋(píng)果進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)時(shí)提出果品在宏觀角度下的因剪切應(yīng)力引起的破損等效于微觀角度下細(xì)胞的破裂。

振動(dòng)損傷是指由于振動(dòng)而產(chǎn)生的低應(yīng)力循環(huán)造成的一種疲勞損傷，是水果在運(yùn)輸過(guò)程中所主要承受的傷害，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸尤其容易對(duì)水果產(chǎn)生傷害。通過(guò)具體的水果實(shí)驗(yàn)，可以得出相關(guān)的模型和結(jié)論，有研究者提出了果品振動(dòng)疲勞積累損傷模型，并獲得水晶梨的振動(dòng)疲勞常數(shù)等；當(dāng)枇杷處于13～25Hz范圍內(nèi)的事實(shí)，損傷從下往上逐漸加強(qiáng)；建立了西瓜在箱中所處位置于其所受振動(dòng)的時(shí)間頻率和加速度對(duì)其損傷的三維模型。

沖擊造成的損傷也很常見(jiàn)，且其損傷有時(shí)會(huì)很嚴(yán)重。這是由于作用于果實(shí)上的沖擊力，超過(guò)其自身所能承受的強(qiáng)度而造成，尤其在運(yùn)輸路面狀況不良時(shí)和搬運(yùn)過(guò)程中，容易發(fā)生沖擊損傷。當(dāng)果品收到?jīng)_擊和碰撞時(shí)，不僅接觸面的組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p傷并發(fā)生褐變，同時(shí)接觸時(shí)產(chǎn)生的力會(huì)傳遞到果實(shí)深處，使果實(shí)內(nèi)部的組織細(xì)胞吸收能量造成損傷。

當(dāng)果實(shí)的組織結(jié)構(gòu)因機(jī)械力作用發(fā)生損壞時(shí)，在外界條件及各種酶的催化下，果實(shí)從受傷部分開(kāi)始向周圍逐漸軟化，營(yíng)養(yǎng)成分氧化減少，造成品質(zhì)下降。因此，合理巧妙地使用緩沖包裝，有助于減少水果在運(yùn)輸過(guò)程中的機(jī)械損傷，避免產(chǎn)品價(jià)值流失。

緩沖包裝形式

水果包裝件在運(yùn)輸過(guò)程中所受機(jī)械力作用的響應(yīng)過(guò)程，大致可以簡(jiǎn)化為：環(huán)境負(fù)荷（壓力、振動(dòng)）→外包裝→緩沖襯墊→水果→響應(yīng)（損傷評(píng)價(jià)），主要分為兩個(gè)階段即環(huán)境負(fù)荷對(duì)外包裝的動(dòng)力響應(yīng)和緩沖襯墊對(duì)水果的重力動(dòng)力響應(yīng)。

1.外包裝

目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的水果外包裝形式主要有：瓦楞紙箱、泡沫板箱、發(fā)泡塑料箱和木箱等標(biāo)準(zhǔn)化的箱體，有利于搬運(yùn)和堆放。尤其是塑料板材包裝箱，具有很強(qiáng)的耐磨、抗沖擊性能、很低的磨擦系數(shù)、良好的自潤(rùn)滑性能，優(yōu)良的耐低溫、耐化學(xué)腐蝕，以及重量輕、易于清洗和可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，是一種性能全面的工程塑料；但其緩沖效果不好，不能很好地保護(hù)對(duì)機(jī)械力敏感的產(chǎn)品，且空箱體積大、不能折疊等特點(diǎn)使其應(yīng)用范圍稍遜于瓦楞紙箱。

瓦楞紙箱價(jià)格低廉、環(huán)境友好、易于加工和印刷標(biāo)識(shí)，但不耐潮濕、易受損傷、隔熱性差而不適用直接包裝需要保溫的果品。

發(fā)泡塑料箱具有密度小、易加工成型、緩沖性能好、耐潮濕、導(dǎo)熱率低和適用溫度范圍大等優(yōu)點(diǎn)，如EPE、EPP、EPS等材料即可緩沖又可隔熱，是目前水果快遞物流的主要用箱。但發(fā)泡塑料箱同時(shí)也有一些缺點(diǎn)，如價(jià)格較貴，存儲(chǔ)空間較大，不易循環(huán)再生，自然降解緩慢，隨意丟棄會(huì)污染環(huán)境，特別是EPS材料焚燒時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，主要用于較貴重和易碎產(chǎn)品。因此選擇合適產(chǎn)品的外包裝形式，能更好的保護(hù)產(chǎn)品，減少損耗。

2.緩沖襯墊

合適的緩沖襯墊，能夠起到高效的減震防護(hù)作用，根據(jù)不同的內(nèi)裝物設(shè)計(jì)，需要搭配不同材料、不同樣式的緩沖襯墊來(lái)達(dá)到理想的緩沖效果。目前主要使用的幾種材料分別是：紙制緩沖材料，發(fā)泡緩沖材料和氣墊緩沖材料等，以及不同材料的組合使用。

紙制緩沖材料主要有瓦楞紙板，蜂窩紙板和紙漿模塑等幾類。具有原材料易得、成本低廉、加工性好、持有一定的挺度和凈度、重量輕、透氣性好、緩沖性能優(yōu)良，且對(duì)環(huán)境友好，易于回收的優(yōu)點(diǎn)。特別是紙漿模塑，可以根據(jù)不同果品的實(shí)際形狀需求，進(jìn)行合理的造型，應(yīng)用較廣泛。但紙質(zhì)材料存在不耐潮濕、較易被壓潰，且直接接觸果實(shí)時(shí)會(huì)磨損果皮等一些缺點(diǎn)限制了適用范圍。

發(fā)泡緩沖材料常使用的原材料有PP、PS和PVC等。優(yōu)點(diǎn)是造型多樣、重量輕，具有良好的緩沖減振的效果，且耐潮濕；缺點(diǎn)是廢棄后易污染環(huán)境且降解時(shí)間長(zhǎng)、成本較高，但目前環(huán)保型的發(fā)泡材料也相繼開(kāi)發(fā)出來(lái)，如珍珠棉等各項(xiàng)性能優(yōu)良，是傳統(tǒng)包裝材料的理想替代品。

氣墊緩沖材料是電商物流常用的緩沖襯墊。款式多樣例如氣泡膜、充氣柱和充氣袋等，它們緩沖性能優(yōu)良，重量極輕，且能根據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的變形包裝方式，隨意靈活，環(huán)境友好，是當(dāng)前普遍使用的緩沖材料。

水果品種多種多樣，特性也是千變?nèi)f化，根據(jù)不同產(chǎn)品的運(yùn)輸緩沖要求來(lái)有針對(duì)性的進(jìn)行緩沖包裝設(shè)計(jì)，不同的材料在合適的位置組合起來(lái)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，才能更好的減少因運(yùn)輸造成的振動(dòng)損耗。

損傷評(píng)價(jià)

水果在運(yùn)輸后，果實(shí)各方面品質(zhì)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，如何判斷這些變化是因?yàn)閾p傷造成的，還是果實(shí)自身隨時(shí)間變化而改變的，就需要相應(yīng)的損傷評(píng)價(jià)，同時(shí)也為緩沖包裝是否合格有效，哪些方面需要改進(jìn)提供了理論依據(jù)。損傷評(píng)價(jià)主要分為物理和生化兩方面。

1.物理方面

物理方面主要測(cè)量項(xiàng)有：損傷面積或損傷體積、硬度和黏彈性等。

測(cè)量損傷面積和損傷體積是常用且重要的方法，可以直接比較得出損傷大小和包裝緩沖是否有效。大多數(shù)水果品種損傷后，損傷部位易氧化褐變，與未損傷部位顏色相差較大，易于檢測(cè)，通過(guò)測(cè)量計(jì)算出面積和體積的損傷率，可以將損傷量化。

硬度是評(píng)價(jià)水果成熟度的一個(gè)重要指標(biāo)。一般水果果實(shí)的硬度主要受細(xì)胞內(nèi)的果膠和纖維素等影響，當(dāng)原果膠降解轉(zhuǎn)化為可溶性果膠，纖維素經(jīng)過(guò)纖維素酶的降解后細(xì)胞壁的支撐力下，果實(shí)的硬度也隨之降低。通過(guò)測(cè)量運(yùn)輸前后的果實(shí)硬度變化，可以為損傷程度提供判斷依據(jù)。測(cè)量硬度時(shí)對(duì)果實(shí)的穿刺深度需要根據(jù)果實(shí)實(shí)際大小而定，常取果實(shí)的縱向與橫向直徑差值的一半，并避免接觸到果核。

此外，由于水果損傷部位的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)發(fā)生變化還可以根據(jù)超聲波、X射線、能量吸收、相對(duì)電導(dǎo)率、失重率和色澤等物理方法檢測(cè)。也可以對(duì)整體的損傷關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)，在對(duì)堆疊放置的蘋(píng)果進(jìn)行振動(dòng)后，根據(jù)每個(gè)果實(shí)的受損情況繪制空間分布圖，可以得出果實(shí)的損傷鏈。

2.生化方面

生化方面主要測(cè)量項(xiàng)目有：丙二醇含量、可溶性固形物含量和乙烯釋放量等。

丙二醇含量（MDA）水果果實(shí)在受到損傷時(shí)，內(nèi)部細(xì)胞的膜脂會(huì)過(guò)氧化分解產(chǎn)生丙二醛，這種物質(zhì)尤其在衰老和受損時(shí)大量產(chǎn)生，因此丙二醛含量的高低可以直接反映水果受損程度。

可溶性固形物，指的是液體或流性食品中所有糖、酸、維生素和礦物質(zhì)等可溶于水的化合物總稱，是食品行業(yè)常用的一個(gè)技術(shù)參數(shù)。在水果評(píng)價(jià)中，可直接用于反映果實(shí)內(nèi)含糖量，判斷果實(shí)成熟度。測(cè)定時(shí)需將果實(shí)榨汁，用阿貝爾折光儀測(cè)量果汁的折射率，根據(jù)可溶性固形物含量來(lái)評(píng)價(jià)果實(shí)的成熟度和品質(zhì)，例如機(jī)械損傷可使紅富士蘋(píng)果果實(shí)內(nèi)可溶性固形物含量下降。

乙烯釋放量，乙烯是植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，也是果實(shí)采后成熟所需的重要物質(zhì)。在果實(shí)成熟過(guò)程中乙烯產(chǎn)量較大，而當(dāng)果實(shí)遭受機(jī)械損傷時(shí)果實(shí)內(nèi)會(huì)從數(shù)倍增加乙烯的產(chǎn)量，稱為應(yīng)激乙烯或逆境乙烯。同時(shí)乙烯也具有自促作用，即乙烯的積累能刺激果實(shí)產(chǎn)生更多的乙烯。有研究表明，隨著損傷程度的加深后，富士蘋(píng)果等果實(shí)的乙烯釋放量增加。

此外還有呼吸速率、VC含量以及相應(yīng)酶的活性等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)果實(shí)受損程度的大小。

研究及發(fā)展方向

1.模擬條件更加接近水果實(shí)際運(yùn)輸狀況。很多模擬運(yùn)輸過(guò)程中振動(dòng)的研究都拘泥于水果在車輛行駛過(guò)程中的上下振動(dòng)對(duì)果實(shí)造成的損傷，但實(shí)際的運(yùn)輸過(guò)程由于路面平整度、行駛速度和彎道等各種因素的影響會(huì)產(chǎn)生各個(gè)方向的振動(dòng)，因此多自由度的模擬研究更能接近實(shí)際運(yùn)輸情況，也需根據(jù)具體路況信息模擬振動(dòng)頻率；此外，大量運(yùn)輸?shù)亩鄬佣询B的果實(shí)損傷研究較少，需增加相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

2.運(yùn)輸過(guò)程中為果實(shí)提供更加適宜的環(huán)境。這就需要緩沖包裝結(jié)合冷鏈等更多技術(shù)手段保持果實(shí)的優(yōu)良品質(zhì)，大部分水果都適宜儲(chǔ)存在0℃～4℃的溫度區(qū)間，但像香蕉、芒果等熱帶水果會(huì)在低于10℃的環(huán)境中發(fā)生凍傷現(xiàn)象，大大降低了果實(shí)的品質(zhì)，也更加易于受振動(dòng)沖擊等機(jī)械力損害。在合適的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境中進(jìn)行有效的緩沖保護(hù)才能最大程度地保持果實(shí)品質(zhì)。

3.運(yùn)輸包裝適用于更多水果品種。目前大多數(shù)的研究只針對(duì)單一品種的果實(shí)，在此基礎(chǔ)上需要進(jìn)行同種和同類的研究實(shí)驗(yàn)，使得開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品能夠適宜相同性質(zhì)水果的緩沖要求，適用面廣能使水果整體的損耗降低，這也要求緩沖包裝能夠根據(jù)差別較小的不同產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，但操作更簡(jiǎn)便。

4.包裝規(guī)格及損傷檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化。規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化能更大程度地提高整體緩沖水平，同時(shí)精細(xì)化能有針對(duì)的對(duì)差異較大的果品進(jìn)行緩沖包裝；損傷檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化能使設(shè)計(jì)者對(duì)緩沖包裝產(chǎn)品的使用效果有更加清晰的認(rèn)識(shí)，確切表征產(chǎn)品緩沖包裝的適合程度，合理的標(biāo)準(zhǔn)也能簡(jiǎn)化檢測(cè)步驟提高工作效率。

總結(jié)

隨著相關(guān)研究的深入，更多樣、更全面的緩沖包裝技術(shù)將應(yīng)用在水果運(yùn)輸上，愈發(fā)精細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)輸管理能更好地減少因機(jī)械等因素造成的不必要損耗。水果運(yùn)輸緩沖包裝不斷發(fā)展，減少水果損傷，保證品質(zhì)是最終目的，水果樣式千變?nèi)f化，緩沖包裝的材料和結(jié)構(gòu)也多種多樣，在現(xiàn)有的材料改良和新材料研發(fā)的努力下使緩沖效果繼續(xù)精進(jìn)的同時(shí)，水果運(yùn)輸緩沖減振包裝也向著環(huán)保、精美、便捷、一體化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。