基于“最后一公里”的漿果類水果保鮮包裝結構設計

■ 文/肖婕，成新新

（1.廣州番禺職業(yè)技術學院；2.海拉（上海）管理有限公司）

0 引 言

美國在2021年新年來臨之際，發(fā)布了最新版的膳食指南，其中提及一個關鍵建議就是健康膳食模式中蔬果吃多少，類同于中國營養(yǎng)學會推出的中國居民均衡膳食寶塔第二層就是蔬菜和水果。無疑蔬菜和水果具有豐富的維生素、礦物質和碳水化合物等促進人體健康的營養(yǎng)素，已成為人類飲食不可或缺的組成部分。特別是漿果類的水果（指葡萄、獼猴桃、草莓、藍莓、樹莓、蔓越莓等[1]），因其含有天然強大的抗氧化能力，能降低某些慢性疾病的風險，深受消費者的青睞。突如其來的新冠肺炎疫情促使消費者對衛(wèi)生和安全更加關注，更需要健康的飲食，特別是新鮮食品的配送很受歡迎。艾瑞咨詢公布的數(shù)據(jù)顯示：疫情培養(yǎng)了用戶線上購買生鮮商品的習慣[2]，2019年中國農產品網(wǎng)絡銷售中水果、水產品、肉禽蛋、蔬菜的額度占據(jù)28.8%。新鮮水果從產地采摘后，如何從產品轉化為商品，并且安全有效地送達消費者手中。如圖1所示，水果產業(yè)供應鏈分為上游（生產）、中游（分銷）和下游（零售消費）。由于水果具有新鮮易腐、不耐貯運、生產季節(jié)性強、消費彈性系數(shù)小等特點，必須全程冷鏈物流運輸和配送。但在下游零售消費鏈，即從分銷點到達消費者家中這一段配送路程稱之為“最后一公里”，由于缺乏低溫低濕環(huán)境的保證，無法實現(xiàn)冷鏈配送[3]。

圖1 生鮮水果產業(yè)供應鏈

隨著消費者對新鮮水果的需求量增大，生鮮水果電商市場也在迅速興起，適合延長“最后一公里”水果保質期的包裝技術需求也在增加。因此，在包裝材料方面，蔣金勇[4]和云雪艷[5]分別選擇環(huán)?？山到獾牟牧?，以聚乳酸薄膜作為研究對象，前者以PLA為基材通過材料改性應用在果蔬保鮮之中，后者制備親疏水性嵌段PLA薄膜在草莓EMAP包裝中應用。NIU B[6]等研發(fā)一種新型的疏水結構與理化表征的普魯蘭酯薄膜應用于水果的保鮮包裝。在包裝結構方面，翟紀強[7]等開發(fā)了一種多溫區(qū)的保溫箱應用于生鮮電商的配送。在包裝技術方面，MACHADO N P[8]等做了三種不同塑料包裝的試驗比對在冷藏水果的保鮮效果。由此可見，在產業(yè)供應鏈中，果蔬產品采摘后通過包裝升值，轉化為商品，脫離受季節(jié)性、原產地、商品屬性等限制，這是從果蔬產后走向市場的第一步；然后在配送過程中冷鏈配送，提高運輸效率。即使在“最后一公里”也最大程度地保障生鮮產品的質量，給消費者提供“好吃又安全”的水果。這就是保鮮包裝技術的基礎。

1 “最后一公里“下我國生鮮電商終端配送的痛點

1.1 產品破損率

“一騎紅塵妃子笑，無人知是荔枝來”?，F(xiàn)代智能冷鏈物流系統(tǒng)可以為這個千年傳誦的典故，如何保持荔枝的色香味的難題迎刃而解，但從側面可以反映在原始狀態(tài)下未施加任何技術，荔枝的保鮮期是非常短的。依據(jù)生鮮電商配送的行業(yè)標準要求，如果常溫運輸，時間必須控制5 h之內；超出就選擇0～5°的冷鏈車廂儲存運輸。不同種類的水果對溫濕度儲存條件的標準和要求也不同。由于冷鏈物流系統(tǒng)的建設費用較高，并非所有的物流企業(yè)都鋪展開冷鏈配送，大多數(shù)需要冷藏的生鮮產品只是簡單地進行常溫儲存，對配送的速度并未嚴格要求，較長的配送時間對產品的新鮮度產生很大影響，用戶滿意度較低。如圖2所示，由于包裝不當，導致桃子腐爛。登錄國內幾大主流電商平臺，搜索”桃子”關鍵詞，發(fā)現(xiàn)與桃子相關商品的售后跟蹤，差評和退貨等評價80%來源于包裝方式不當。皮薄、果肉嫩、果汁多是桃子及漿果類水果的基本特征[9]。由此可見，研發(fā)一種既能保鮮又抗壓損的包裝對于桃子及漿果類水果的運輸尤為重要。

圖2 包裝不當導致爛桃[10]

1.2 標準化難題

生鮮產品的標準化除了生產標準化以外還有商品標準化，不同城市、不同區(qū)域、不同年齡職業(yè)收入群體的需求呈現(xiàn)多樣化。比如，在職場中上班的白領沒時間去菜市場買水果和蔬菜，他肯定青睞獨立的小份的、新鮮而且能夠往家里面配送的包裝；而退休的大爺大媽群體則希望到門店購買，不僅僅是一項購物，更是一種社會性活動，實惠型的組合包裝是他們的需求。這就是不同類型顧客的需求[10]。除此之外，還可以根據(jù)商品的不同等級和分層包裝滿足不同顧客的需求。如同一個生產基地的橙子，可分為禮盒裝、精品裝、特惠裝和試吃裝四種不同包裝，有針對性地分別供應給追求品質、追求性價比和認知消費的顧客。這也是推進生鮮電商標準化過程的一個難點。這個環(huán)節(jié)的突破點：只有細分消費者市場，細致地了解消費者的需求點，精準地投放不同樣式的包裝方案。

1.3 環(huán)境壓力

傳統(tǒng)包裝材料的制造使用不可降解的高分子材料，其回收成本高?；厥章实?，消耗總量過于龐大，帶來嚴重“白色污染”問題。電商平臺和快遞公司包裝材料主要兩大類：紙類（文件袋、瓦楞紙箱、紙筒和膠帶芯）和塑料（塑料袋、珠光袋、填充物和封裝膠帶等）。因電商發(fā)展而帶來的電商包裝垃圾和環(huán)境污染問題日益突顯。目前快遞包裝存在不同程度的過度包裝的現(xiàn)象，而大多數(shù)消費者對于二次利用快遞包裝的接受度不高。廢棄快遞包裝材料混入生活垃圾，不僅加大了環(huán)境承載壓力，也造成社會管理成本的增長[11]。2017年10月，國家十部委聯(lián)合發(fā)布《關于協(xié)同推進快遞業(yè)綠色包裝工作的指導意見》。2020年伊始，史上最嚴格的“禁塑”政策出臺。中國政府有關工作指導意見和國家標準陸續(xù)被推出，促進了電商物流包裝的綠色化、減量化、可循環(huán)化。當前，尋找低成本，減少環(huán)境的負面影響，可生物降解的包裝材料正是解決產業(yè)瓶頸的有效舉措之一。

1.4 可回收設計性

采用真空包裝袋、內襯袋及盒式包裝產品等塑料制品來包裝食品（見圖3），并結合保鮮技術有助于延長新鮮食品的保質期，增加市場銷量并減少食物浪費。但是在實踐中，由于不規(guī)范、不科學的塑料包裝設計，塑料制品在帶來便利性生活方式的同時，也給回收塑料增加難度，還會浪費大量資源，成為顯著的發(fā)展危機。2020年1月13日探討中國塑料可回收性設計的現(xiàn)狀及指南的《PET可回收性設計指南》正式發(fā)布[12]，這意味著從“綠色設計”的國家政策導向到落地，可操作的方案實施。因而塑料包裝設計要點兼顧易循環(huán)性和可回收性，不但有助于提高塑料回收效率，更有助于消費品牌公司及包裝企業(yè)樹立綠色、環(huán)保的品牌形象。

圖3 （a）氣調內襯保鮮袋 （b）氣調包裝盒

2 一站式綜合電商物流保鮮包裝解決方案

本文基于電商生鮮配送終端“最后一公里”，結合實際配送的痛點，以漿果類的代表水果——樹莓為研究對象，尋求一種趨于合理、科學、簡單的保鮮包裝方案，以滿足產品非冷鏈環(huán)境配送的可能，達到保質期延長、多批次、小批量、精細化的要求。

2.1 包裝材料的選擇

改性聚乳酸PLA（來源于浙江海正生物材料股份有限公司），用途級別為食品級，特性級別為耐高溫、高韌性、高選擇透過性、透明級和高光澤性。PLA主要來源于可再生的植物資源（如玉米和甘蔗）所萃取的淀粉原料，是一種環(huán)境友好型塑料，可降解為活性堆肥[13]，符合生物降解材料標準EN13432。良好的光澤度和透明度，適用于快速消費品促銷包裝，清晰地展示產品的特色。PLA是應用于食品包裝和3D打印的主力軍，平衡了生態(tài)節(jié)能和經(jīng)濟增長的雙重效應。

緩沖襯墊選用定制EPP百變珍珠棉（來源于順啟和（深圳）科技有限公司），產品優(yōu)勢在于：無異味，可接觸食品；適配不同直徑的水果，多種包裝尺寸規(guī)格可選，長寬高及內空形狀均可定制，一體成型；質地輕盈，內壁波浪型結構（見圖4），并且可拉伸設計，大大節(jié)約倉儲面積。隨之顯著提升包裝的緩沖性能，不必擔心因長途運輸而帶來包裝破損問題；其透氣性，還能夠有效緩解鮮果“呼吸熱”，最大程度地保持水果鮮甜多汁的口感。

圖4 百變珍珠棉

2.2 保鮮包裝成型方式的確定

3D打印在食品包裝行業(yè)的應用優(yōu)勢主要有兩點。第一，功能性的原型和美觀的包裝。傳統(tǒng)的吹塑成型工藝制造薄壁中空塑料制品的，其設計原型是金屬的模具，投入成本較高。而對于小批量的生產，3D打印可以直接制造，能夠實現(xiàn)高透明性、精確性、內腔復雜性的原型，并且可以在制造過程中可以調整、修正原型，滿足包裝功能性和美觀性的平衡需求。第二，節(jié)省材料和時間成本。3D打印原理決定其原材料的平均利用率，遠勝于傳統(tǒng)鍛造工藝技術。傳統(tǒng)式減材生產制造方式的原料的均值利用率大概在25%，而3D打印原料均值利用率理論上可達到100%[14]。

2.3 保鮮包裝結構設計

如圖5所示，本包裝方案設計的一種樹莓保鮮包裝盒，主要包括盒體、盒蓋和兩個平行設置的緩沖結構層。盒體、盒蓋和固定層由改性PLA通過3D打印而成型。改性PLA塑料是透明的，這樣就可以通過目視觀察到樹莓的狀態(tài)，使得包裝盒內的樹莓一目了然，從而增加客戶的可信度。該樹莓包裝盒還包括用于封蓋盒體的盒蓋，以便使用氣調包裝技術等方法對包裝盒內的樹莓進行保鮮，以進一步延長樹莓的保鮮期。

圖5 一種樹莓保鮮包裝盒

如圖6所示，本包裝方案的緩沖結構層，包括固定層和固定層上的若干用于放置樹莓的放置孔，固定層與盒體通過凸起和卡槽的結構進行卡接固定，以便對固定層進行快捷裝卸，以靈活適應各種場合需求。放置孔由百變珍珠棉制成，以陣列的方式等間距排布，孔徑大小設置成使其至少能包裹住樹莓的三分之二，這樣既可以防止包裝盒受震蕩時將樹莓從放置孔中顛出，也可以增大樹莓的受力面積，減小沖擊力對樹莓造成的損傷。其緩沖原理：包裝盒受到外力沖擊時，沖擊力由盒體傳導至緩沖結構層，緩沖結構層2由百變珍珠棉制成，其具有優(yōu)良的復原性和抗沖擊特性，可以有效分散沖擊力，大大減小對樹莓的作用力，起到保護樹莓的作用。同時，由百變珍珠棉制成的緩沖結構質量較小，可有效減輕包裝盒的重量，降低運輸成本。

圖6 緩沖結構層

2.4 保鮮效果對比試驗

挑選一批果實直徑2 cm，平均糖度7、單果重量12 g的樹莓，將其均勻成為A、B、C、D四組， A、B、C、D組分別采用變溫貯藏、保鮮劑處理、涂膜包裝、本包裝方案保鮮防損方法（充入圖5包裝盒內的混合氣體氣壓為100 KPa，且混合氣體各組分的體積分數(shù)為氧氣2%、二氧化碳5%、氮氣93%）進行處理，然后均靜置于溫度為15～23℃之間、相對濕度在65%～80%之間的環(huán)境中，6天后取出進行測試。測試內容和方法如下。

（1）感官評價：通過眼、鼻、舌等感覺器官，采用觀察、聞氣味和分辨顏色的方式對樹莓的色香味等外觀品質作出客觀評定。

（2）失重率：利用電子秤分別測量出各組樹莓放置一段時間后的損失重量，計算出其失重率。

（3）硬度：利用P/2柱頭（直徑Φ3 mm）對不同包裝技術的對照組進行穿刺測試，每個樹莓中部穿刺3次，測前速率為5.0 mm/s，測試速率為2.0 mm/s，穿刺深度為10 mm，硬度單位為N。

（4）色差：每組處理取10個番茄定期測定色差，取平均值。

（5）維生素C含量：稱取12.00 g樣品于研缽中，加入 10% HCl 10 mL勻漿，用蒸餾水定容至25 mL，混勻離心。取1.0 mL上清液，放入盛有2.0 mL10%HCl的容量瓶中，用蒸餾水定容至25 mL，搖勻。以蒸餾水為空白，在240.4 nm處測定其吸光度。單位為mg·100g-1。實驗結果見表1 ：

表1 表示不同保鮮方法對樹莓的保鮮效果對比

由上表可知，在相同的外部環(huán)境中放置6天后，對A、B、C、D四組樹莓進行橫向比較，A組樹莓失重最多、硬度較小、產生色差最大、維生素C含量最低，B組樹莓失重較少、硬度最小、色差較大、維生素C含量較高，C組樹莓失重較少、硬度較小、色差較小、維生素C含量較低，D組樹莓失重最少、硬度最大、色差最小、維生素C含量最高，表明本包裝方案有利于保持樹莓的硬度和水分，維持樹莓較好的色澤，保持樹莓的維生素C含量，對樹莓具有最好的保鮮效果。

綜上所述，本包裝方案中針對樹莓的保鮮防損方法如下：將樹莓放入低阻隔性材料組成的包裝盒中，再將包裝盒內的空氣替換為氧氣、二氧化碳和氮氣的混合氣體。這不僅可以抑制樹莓的呼吸和水分的散失，還能抑制微生物繁殖和酶反應作用，對樹莓具有較好的保鮮效果，可以有效延長其保鮮期。

3 結 語

通過優(yōu)化包裝結構設計，利用3D打印技術及3D打印材料的優(yōu)勢和后處理工藝打造了一種水果保鮮包裝，其外觀新穎，具備功能性。未來，針對保鮮包裝的研究和應用，將著重朝著保鮮包裝的標準化、科學設計及多功能經(jīng)濟性等方向開展。