機械振動對梨的影響及減損包裝方法

魏雨曼

（山西應用科技學院，山西 太原 030062）

梨在采摘和儲存的過程中，很容易產生產量和質量降低的現(xiàn)象，極大地影響了果品的經濟效益，其中，以機械損傷帶來的影響最為明顯。機械損傷是由機械振動的重復出現(xiàn)導致梨在局部質地方面產生的一種變化，在具體儲藏運輸?shù)倪^程中，梨運輸?shù)拿恳粋€物流環(huán)節(jié)都存在著機械損傷問題，對梨自身的理化性質、外觀等方面產生較為明顯的影響。本文通過研究梨運輸過程中機械振動產生的具體影響，結合機械損傷的規(guī)律，就如何進行減損包裝提出了相應的策略，為今后梨在運輸過程中降低機械損傷提供參考。

1 果品機械損傷的形成原理分析

在果品儲藏運輸?shù)倪^程中，機械損傷作為最為常見的影響果品質量水平的因素，導致梨在各種外力綜合影響下出現(xiàn)的局部質地變化[1]。果品的質地水平直接受到細胞間的結合力細胞壁組成物的機械強度、大小等因素影響，外力形式及其強度的變化對于果品質地的變化劇烈程度有著明顯的影響，從而帶來即時或延遲的機械損傷，各種不同類型的外力將會對果品的原有質地產生各種直接或間接的破壞、損傷。

在果品運輸過程中，果品表面的各種介質部位將會反復接受來自擠壓、沖擊、摩擦等多種力的影響，在表面出現(xiàn)不規(guī)則的環(huán)狀損傷。果品在運輸過程中，細胞壁的強度和細胞間的連接力也會在反復作用的影響下出現(xiàn)變化和破壞，帶來塑性或脆性的損傷，使得果品呈現(xiàn)出一種軟化的趨勢。即便在果品運輸之后并沒有出現(xiàn)任何的表面損傷，但在具體放置的過程中也會因為果膠物質降解加速出現(xiàn)延遲損傷。

2 果品運輸產生的損傷規(guī)律分析

在果品流通運輸中機械振動作用主要產生在運輸階段，并且包括了一定的機械沖擊，機械振動的存在是果品疲勞損傷出現(xiàn)的主要因素。就目前學術界在機械振動對貨品方面的損傷研究看來，具體的損傷類型及其規(guī)律可以分為如下三種：

第一，凈重損傷規(guī)律。果品的凈重損傷通常都是在儲存過程中發(fā)生的，果品在成堆碼放后始終處于一種靜止狀態(tài)，處于某一層次的果品很容易受到其上不同層次果品重量的綜合作用，從而產生靜止損壞現(xiàn)象，破壞損傷的部位通常在彼此接觸的區(qū)域。在果品長時間儲存的過程中，內部果膠的降解使得果品原有的強度以及細胞間的致密度明顯下降，果品接觸面承受的外部荷載能力逐漸加大，致使細胞壁之間的傳統(tǒng)結構和連接狀態(tài)逐漸遭到破壞。對于果品而言，壓縮特性是最為基礎的力學性能，考慮到果膠降解細胞壁和連接狀態(tài)的破壞帶有明顯的延時性特征，這也意味著凈重損傷帶有明顯的延遲現(xiàn)象[2]。

第二，沖擊損傷規(guī)律。沖擊損傷的出現(xiàn)通常是在果品運輸?shù)倪^程中因為機械振動產生碰撞沖擊，且果品遭受的機械振動或沖擊力直接超過了固有的抗沖擊強度限制而導致的[3]。這種沖擊力來源于慣性，會引發(fā)較大內應力，通常都是果品和機械振動互碰的，或者是從高處跌落產生的一種沖擊。相關學者的研究證明，梨在碰撞過程中的典型加速度時間模型曲線呈現(xiàn)出一種非對稱分布的狀態(tài)，且有塑性變形的現(xiàn)象，在彈性變形時不一定會出現(xiàn)即時損傷，但塑性變形的存在將會使得內部的細胞逐漸出現(xiàn)破裂和變形的現(xiàn)象。因此，為了降低梨在運輸過程中因為機械振動或者是沖擊帶來的各種損傷，其沖擊荷載需要嚴格限制在彈性變形現(xiàn)象發(fā)生的范圍內。

第三，機械振動損傷。結合目前學術界的相關理論研究成果來看，水果在運輸過程中單純接受一次機械振動力的影響不會使得水果產生機械損傷，但在運輸尤其是長途運輸?shù)倪^程中，機械振動力的反復多次作用將會為水果帶來明顯的疲勞損傷。機械振動將會使得果品處于一種反復接受來自外部荷載作用的狀態(tài)，細胞壁和細胞間的連接將會出現(xiàn)明顯的破壞，帶來脆性或塑性損傷。

總之，梨產生機械損傷的規(guī)律相對較為復雜，具體的損傷程度不僅受到振動參數(shù)影響，在運輸過程中靜壓堆碼的層數(shù)以及包裝方式同樣會產生一定的影響。因此，接下來本文就機械振動對梨產生的影響進行實驗分析。

3 機械振動對梨的影響研究分析

3.1 實驗的材料和方法

本次研究選用在水果超市內采購的原產于河北的天成水晶梨，結合本次實驗的要求，參與實驗的梨需要形狀大小均一，成熟度較為相似，不存在任何外部損傷，每個梨的重量在180 g～200 g之間。在實驗之前，梨需要保存在恒溫恒濕的環(huán)境下。本次研究使用到的儀器設備包括水平滑臺、數(shù)據(jù)采集和信號分析儀、水果硬度計與數(shù)字折光儀等。

實驗開始，需要在室溫環(huán)境下將梨放置24 h，并選擇形狀、質量、成熟度等方面相對接近的梨按標準分類，隨后將其均勻放置到振動臺上，使用紙板進行梨的隔離，并將梨梗進行固定，確保梨在振動的過程中不會出現(xiàn)翻轉以及彼此之間的相互碰撞，保障梨在垂直方向進行單自由度的振動。隨后需要將數(shù)據(jù)采集和信號分析儀固定在梨表面，檢測梨的振動頻率和振動加速度。本次所選擇的振動加速度分為0.25 g、0.5 g和0.75 g三種，振動臺的頻率具體分為20 Hz、25 Hz、30 Hz和35 Hz 四種。為了對梨運輸距離進行合理的模擬，振動實驗時間為60 min，在振動完成之后，需要將實驗樣品梨在常溫環(huán)境下放置24 h，削去表皮，并在振動區(qū)域選擇不同的點對梨的可溶性固性物的含量、硬度等進行測試。

在目前有關果品機械損傷方面的研究中，不難發(fā)現(xiàn)損傷的果品體積大小與振動頻率之間呈現(xiàn)出一種明顯的正相關關系。為了進一步研究梨在損傷最為嚴重的振動條件下，振動的具體時間與梨果實質地之間的關系，為后續(xù)在運輸過程中的運輸時間和距離選擇提供相應的支持，需要分別選擇20 Hz、1 g和25 Hz、1 g的振動加速度和振動臺頻率進行梨的蠕變實驗檢測工作。

3.2 實驗結果探討

隨著振動儀器加速度的逐漸增大以及共振頻率的降低，梨的內部可溶性固形物數(shù)量呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢。振動臺在上下垂直振動中產生的能量越強，傳遞到梨的內部的能量越多，可溶性固型物在梨的內部的不均衡分布現(xiàn)象將會變得越發(fā)明顯，對梨的理化性質產生的影響程度也在逐漸增大。結合本次實驗結果發(fā)現(xiàn)，梨的內部的可溶性固性物的含量和定頻與35 Hz～40 Hz振動范圍內的可溶性固性物含量相差較少，且這一含量明顯低于20 Hz～30 Hz振動范圍內的物質含量。

隨著振動儀器的垂直振動加速度逐漸增大，共振頻率隨之降低，梨的表面硬度水平呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。這一實驗數(shù)據(jù)直接證明，在振動加速度逐步增大、振動頻率逐漸減小的情況下，振動能量將會明顯增加，梨和振動臺的接觸面受力水平持續(xù)增大，表面果皮的損壞程度會劇烈增加，直接喪失對于內部果肉的保護能力，很容易帶來組織的纖維化現(xiàn)象，這也是梨的硬度減小的主要原因，對梨的內部組織、硬度將會產生不可逆轉的損害。梨的硬度在共振頻率下與25 Hz～30 Hz基本維持一致，這也意味著共振頻率在梨的硬度方面的影響相對較低。在同一個頻率下，振動儀振動中的加速度和振動臺之間的位移距離的正相關關系十分明顯，振動儀器激發(fā)的能量水平明顯提升，梨的內部吸收的能量也會直接增加，這也意味著加速度數(shù)值對于梨的硬度及內部可溶性固形物的數(shù)量影響相對較為明顯[4]。

在加速度完全一致的情況下，振動頻率的逐漸增大卻使得梨的受損的體積數(shù)值呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，加速度達到0.75 g之后，梨的損傷程度明顯降到最低。在振動頻率保持一致的情況下，梨的損傷體積與加速度之間呈現(xiàn)出一種明顯的正相關關系，這是因為梨在運輸過程中同時受到了疲勞損傷和振動能量吸入的雙重影響。梨在運輸過程中產生的機械損傷是因為外部力量的存在，導致細胞間的結合力以及細

胞壁中成分的機械強度逐漸被削弱。梨在運輸過程中的機械損傷可以分為即時和延遲兩部分，即時損傷是因為振動激發(fā)的能量過分強烈，使得表皮細胞出現(xiàn)了嚴重損壞；而延遲損傷則是在振動頻率相對較小的情況下，受到了多次反復的振動作用，能量在梨的內部不斷積累，并且細胞從之前的彈性變形逐漸轉化為塑性變形，在靜止一段時間之后，會因為果膠溶解速度加快的影響產生延遲損傷。即便在同一個加速度數(shù)值下，頻率的增加使得振動產生的能量數(shù)值逐漸下降，梨吸收的能量數(shù)值也在不斷降低，體積損傷程度也能得到明顯控制，這也直接意味著在機械振動運輸?shù)倪^程中，振動頻率較低以及加速度相對較高，對于梨帶來的損害最為嚴重。

4 機械振動對梨的影響的減損包裝策略

4.1 裝箱中的技術控制

在梨的運輸過程中，為了進一步降低機械振動帶來的各種損耗，需要對果品的裝箱技術不斷進行優(yōu)化。在梨裝箱時不要達到過滿的狀態(tài)，否則有可能會因為承受到來自相互的重壓而產生壓傷現(xiàn)象，在運輸過程中機械振動的存在也很容易使梨受到靜重沖擊而產生破損。在梨裝載的過程中裝載數(shù)量也不能太少，否則將會導致果品之間的空隙增大，在振動過程中，彼此之間的碰撞強度數(shù)值會明顯增加，容易增加果品損傷現(xiàn)象的發(fā)生概率[5-6]。裝箱和設計人員需要綜合考量運輸過程中的路況以及運輸距離等因素，對于裝箱時的貨品數(shù)量進行嚴格管控。

4.2 儲藏運輸過程控制

考慮到我國梨產地較為分散，并且品種、質量的差異明顯，銷售通常都依賴于個體戶，水果生產商通常會委托當?shù)氐娜藛T進行收購，隨后租用社會上的各種閑散車輛，將梨運送到城市內部的批發(fā)市場、水果超市。目前，我國的鐵路經營機制對于梨這類生鮮產品的銷售而言作用相對較低，汽車仍是生鮮產品運輸?shù)闹饕ぞ?。但在梨運輸?shù)倪^程中，因為相關人員專業(yè)和管理能力的不足，導致整體的運輸狀況較為惡劣，機械振動對于梨品質的影響變得越發(fā)明顯。為了進一步降低梨在運輸過程中的損傷，必須對其裝卸過程進行有效控制[7]。

4.3 設計各種緩沖包裝

考慮到機械振動對于梨的外表皮、內部組織以及

可溶性固形物都會產生明顯的影響，需要在減損包裝設計的過程中合理引入緩沖包裝[8]。一般而言，緩沖包裝中的緩沖襯墊可以在果品遭受沖擊時，通過壓縮變形吸收各種能量，最大程度上降低梨運輸中產生的損傷[9]。在緩沖包裝設計過程中，相關人員需要使用合理的方法計算沖擊變形數(shù)據(jù)，通過實驗測定緩沖包裝材料的應力和應變特性，并對各種靜載和機械運輸過程中產生的壓縮力進行實驗，最終確定果品在運輸過程中機械振動帶來的能量變化，得出緩沖包裝內部緩沖襯墊的具體厚度[10]。

5 總結

綜上所述，機械振動現(xiàn)象的存在對梨的品質產生的影響十分明顯，最終將會影響到果品的總體經濟收益。減損包裝設計作為降低機械運輸過程中機械損傷的有效方法，需要相關人員對梨運輸?shù)木唧w路程作出考量，在使用緩沖包裝的同時，對于裝箱中的數(shù)量和運輸過程環(huán)境進行有效管控，尤其是需要對溫度環(huán)境進行合理控制，最大程度地降低機械振動對梨品質帶來的損傷。