振動(dòng)脅迫對(duì)蟠桃果實(shí)加速軟化影響的研究

李　玲,溫寶琴,吳　杰,婁來(lái)峰

(石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院,新疆石河子 832003)

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振動(dòng)脅迫對(duì)蟠桃果實(shí)加速軟化影響的研究

李玲,溫寶琴,吳杰*,婁來(lái)峰

(石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院,新疆石河子 832003)

蟠桃在運(yùn)輸過(guò)程中不可避免會(huì)受到振動(dòng)脅迫而發(fā)生軟化,從而影響蟠桃貯藏品質(zhì)。為了明確不同振動(dòng)條件對(duì)蟠桃加速軟化的影響,本研究采用機(jī)械振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬道路運(yùn)輸?shù)姆绞?分析了不同振動(dòng)加速度、振動(dòng)時(shí)間、振動(dòng)方式、包裝和溫度5個(gè)因素對(duì)蟠桃軟化率影響。研究結(jié)果表明:蟠桃軟化率隨振動(dòng)加速度提高而增大,當(dāng)振動(dòng)加速度較低時(shí),加速度變化對(duì)蟠桃軟化率影響不顯著(p=0.080>0.05);與水平或豎直方式振動(dòng)相比,水平與垂直復(fù)合振動(dòng)方式對(duì)蟠桃軟化率影響較大(p=0.035<0.05);振動(dòng)時(shí)間3 h以上可明顯加速蟠桃軟化(p=0.008<0.05);用PE網(wǎng)袋包裝可以減緩振動(dòng)對(duì)蟠桃細(xì)胞組織的影響,使蟠桃在一定貯藏期內(nèi)保持與未振動(dòng)蟠桃較接近的軟化率;低溫振動(dòng)和低溫貯藏可以使蟠桃維持較低的軟化率。

蟠桃,振動(dòng),軟化,貯藏

蟠桃(Prunus persica L.Batsch)屬于呼吸躍變型軟質(zhì)果實(shí),皮薄多汁,采后會(huì)繼續(xù)生理后熟而軟化衰變[1-3]。由于蟠桃采后在運(yùn)輸過(guò)程中不可避免地受到不同程度振動(dòng),這可能會(huì)進(jìn)一步加速果實(shí)軟化,使蟠桃貯藏期和貨架期變短,甚至造成蟠桃大量損失[4]。因此,研究蟠桃采后振動(dòng)脅迫對(duì)蟠桃加速軟化的影響,對(duì)提高蟠桃商品率有重要意義。

針對(duì)水果采后運(yùn)輸損耗這一問(wèn)題,許多研究認(rèn)為與運(yùn)輸振動(dòng)有關(guān)的卡車(chē)類(lèi)型、運(yùn)輸路況、運(yùn)輸距離(時(shí)間)和運(yùn)輸速度都對(duì)梨、蘋(píng)果和橘子等果實(shí)品質(zhì)有不同程度影響[5-7]。通過(guò)模擬運(yùn)輸振動(dòng)的方法進(jìn)一步研究表明,振動(dòng)強(qiáng)度、振動(dòng)方式及振動(dòng)時(shí)間對(duì)果實(shí)損傷或加速果實(shí)軟化的呼吸速率有明顯影響[8-12]。此外,有研究指出,環(huán)境溫度或包裝方式也是對(duì)果實(shí)振動(dòng)軟化和損傷有顯著影響的因素[13-14]。蟠桃是新疆特色水果,目前尚未見(jiàn)有關(guān)其振動(dòng)脅迫軟化的研究報(bào)道。因此,本文采用振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬運(yùn)輸條件,分析振動(dòng)加速度、振動(dòng)方式、振動(dòng)時(shí)間以及環(huán)境溫度、包裝對(duì)蟠桃振動(dòng)軟化的影響規(guī)律,為蟠桃運(yùn)輸中采取措施降低軟化速度和減小損失提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

試樣采自新疆石河子市143團(tuán)9連蟠桃園,采樣期2015年7月26日,參考蟠桃標(biāo)準(zhǔn)[15-16],取七分熟蟠桃,這一成熟度的蟠桃果皮顏色的底色為乳白色或稍帶淺綠色,著色面積≥1/2,味香。確保蟠桃無(wú)畸形、蟲(chóng)害和損傷,蟠桃平均質(zhì)量(100±5)g。蟠桃采后用PE網(wǎng)袋包裝兩層,隨后放入瓦楞紙板箱,箱內(nèi)壁和箱底均粘有5 mm厚度的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料防止蟠桃受到振動(dòng)和摩擦。蟠桃采后迅速運(yùn)往冷庫(kù),首先在4～6℃溫度下預(yù)冷12 h[13],然后在(0±1)℃、85%～95%的相對(duì)濕度條件下貯藏待用[18]。用于室溫(23±1)℃環(huán)境振動(dòng)的試樣,在實(shí)驗(yàn)前置于室溫環(huán)境下回溫9 h[18]。

520A型電子天秤福州華科電子儀器有限公司;NVF2-3.7/T(P)S4型變頻器浙江正泰電器股份有限公司;HPEⅡFff型蔬果硬度無(wú)損檢測(cè)儀德國(guó)Bareiss Prüfger?tebau GmbH公司;自制振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(圖1)。

圖1　模擬運(yùn)輸振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)Fig.1　The test-bed for simulating transport vibration

1.2蟠桃振動(dòng)實(shí)驗(yàn)

振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)豎直與水平2個(gè)方向的振動(dòng),頻率和振幅可調(diào),其中振動(dòng)頻率由變頻器調(diào)整,調(diào)整范圍為0～50 Hz,調(diào)整精度為0.01 Hz;振幅通過(guò)調(diào)整偏心輪偏心距實(shí)現(xiàn),調(diào)整范圍為0～30 mm,調(diào)整精度為0.1 mm。

振動(dòng)實(shí)驗(yàn)前,用膠帶將瓦楞紙板固定在振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的臺(tái)面上,隨后將每個(gè)蟠桃用聚乙烯塑料袋裹緊后,用PET雙面膠固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的瓦楞紙板上,以避免出現(xiàn)摩擦、碰撞、擠壓等非振動(dòng)脅迫因素對(duì)蟠桃軟化的影響。

1.3實(shí)驗(yàn)因素及水平的確定

水果實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中,當(dāng)振動(dòng)加速度大于1 g時(shí)將發(fā)生跳動(dòng)而相互碰撞,這時(shí)振動(dòng)問(wèn)題已轉(zhuǎn)化為沖擊問(wèn)題[19]。因此針對(duì)不同路況下貨車(chē)振動(dòng)情況,本研究加速度考慮范圍為0.2～0.9 g,取3個(gè)水平,即:0.2、0.5、0.8 g。實(shí)驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)加速度可根據(jù)下式調(diào)整振幅和頻率來(lái)實(shí)現(xiàn):

A=0.004f2D

式(1)

式中,A:實(shí)驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)加速度,g(1 g=9.8 m/s2);f:振動(dòng)頻率,Hz;D:振幅,mm。由參考Zhou等[20]研究可知,實(shí)際運(yùn)輸中卡車(chē)振動(dòng)頻率范圍為2.5～4 Hz。當(dāng)振幅大于15 mm時(shí)會(huì)引起貨車(chē)過(guò)分顛簸,可能使車(chē)輪與地面脫離而產(chǎn)生危險(xiǎn)[21-23]。因此本研究為了獲得上述3個(gè)水平振動(dòng)加速度,其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率與振幅的取值見(jiàn)表1。蟠桃從果園到市場(chǎng)銷(xiāo)售多為中短途運(yùn)輸,參考Zhou等[20]研究,本研究模擬運(yùn)輸振動(dòng)時(shí)間取60、120、180 min;振動(dòng)方式取水平、豎直和水平+豎直3種;為了分析環(huán)境溫度對(duì)蟠桃軟化率影響,本研究取3種情況:常溫振動(dòng)+常溫貯藏、低溫振動(dòng)+常溫貯藏、低溫振動(dòng)+低溫貯藏,常溫和低溫分別為23℃和-1℃。當(dāng)蟠桃包裝振動(dòng)時(shí),采用PE泡沫網(wǎng)袋包裝。每一水平下的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組(無(wú)振動(dòng))試樣分別取20個(gè)。

表1　不同振動(dòng)加速度時(shí)的振動(dòng)頻率與振幅

1.4蟠桃果肉軟化的測(cè)定

如圖2所示,采用蔬果硬度無(wú)損檢測(cè)儀在蟠桃赤道部的非縫合線(xiàn)處均布點(diǎn)測(cè)量硬度取平均值,測(cè)量時(shí)選用壓腳面積為0.1 cm2的探針。振動(dòng)前,確保振動(dòng)組和對(duì)照組試樣的硬度在70～80 N范圍內(nèi);振動(dòng)結(jié)束后,蟠桃在23℃環(huán)境貯藏(除低溫貯藏外)。在振動(dòng)后的0、24、48、72、96 h的5個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別對(duì)蟠桃硬度進(jìn)行測(cè)量,采用軟化率作為指標(biāo)表征蟠桃試樣的軟化程度,其計(jì)算公式如下:

式(2)

式中,R:軟化率,%;F:振動(dòng)前蟠桃硬度,N;Fn:振動(dòng)后第n h的蟠桃硬度,N,其中n=0、24、48、72、96 h。

圖2　蟠桃硬度無(wú)損測(cè)定點(diǎn)布置Fig.2　Nondestructive measuring point of firmness on flat peach

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 20.0處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采用Duncan’multiple range test進(jìn)行方差分析和多重比較(α=0.05),采用origin8.0繪制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)20個(gè),取平均值。

2　結(jié)果與分析

2.1振動(dòng)加速度對(duì)蟠桃軟化率的影響

從圖3可看出,振動(dòng)加速度對(duì)蟠桃加速軟化的作用明顯,蟠桃的軟化率隨振動(dòng)加速度增大而升高。振動(dòng)結(jié)束后,0.2、0.5、0.8 g振動(dòng)的蟠桃軟化率分別是未振動(dòng)蟠桃軟化率的4.7、9.5、13.8倍。果實(shí)硬度與細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)改變和組織凝結(jié)力有關(guān),根據(jù)Zhou等[20]對(duì)梨果振動(dòng)軟化研究的解釋,當(dāng)振動(dòng)加速度不斷增大,會(huì)造成果膠酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶活性增大而導(dǎo)致細(xì)胞壁成分加快分解,從而造成果實(shí)硬度迅速下降。在振動(dòng)后的貯藏期內(nèi),0.2 g和0.5 g振動(dòng)條件下的蟠桃軟化率差異不顯著(p=0.080>0.05),且明顯低于0.8 g振動(dòng)蟠桃的軟化率;振動(dòng)后96 h各振動(dòng)加速度下蟠桃軟化率基本趨于一致,但仍然高于未振動(dòng)蟠桃的軟化率。

圖3　振動(dòng)加速度對(duì)蟠桃軟化率的影響Fig.3　Effect of vibration acceleration on the softening rate of flat peach注:圖中橫坐標(biāo)中“0”表示振動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束;負(fù)數(shù)表示振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中,正數(shù)表示振動(dòng)結(jié)束后貯藏時(shí)間;圖4～圖8同。

2.2振動(dòng)方式對(duì)蟠桃軟化率的影響

研究振動(dòng)方式對(duì)蟠桃軟化率影響時(shí),振動(dòng)加速度為0.5 g、振動(dòng)時(shí)間為120 min。其中,水平+豎直復(fù)合振動(dòng)時(shí),為了獲得0.5 g復(fù)合加速度,水平和豎直方向的加速度均取0.35 g。從圖4中可以看出,蟠桃豎直振動(dòng)時(shí)的軟化率略高于水平振動(dòng)時(shí)蟠桃軟化率,在振動(dòng)后24 h已無(wú)顯著差異(p>0.05)。水平+豎直復(fù)合振動(dòng)方式對(duì)蟠桃軟化加速作用最大,尤其是在振動(dòng)后72 h時(shí)的軟化率是另兩種振動(dòng)方式蟠桃軟化率的1.1倍左右(p=0.035<0.05)。根據(jù)果實(shí)細(xì)胞壁“經(jīng)緯模型”理論,細(xì)胞壁骨架是由垂直于胞壁面糖蛋白伸展素網(wǎng)絡(luò)和平行于胞壁面的纖維素纖維絲構(gòu)成[24],因此振動(dòng)方式不同對(duì)細(xì)胞壁骨架受力變形也不同。本研究中水平+豎直復(fù)合振動(dòng)使蟠桃果肉細(xì)胞壁產(chǎn)生了較大變形,提高了細(xì)胞膜滲透率,加速了果實(shí)軟化,這一結(jié)果也與官暉[25]關(guān)于不同振動(dòng)方式對(duì)河套哈密瓜生理影響的結(jié)論基本一致。

圖4　振動(dòng)方式對(duì)蟠桃軟化率的影響Fig.4　Effect of vibration mode on the softening rate of flat peach

2.3振動(dòng)時(shí)間對(duì)蟠桃軟化率的影響

當(dāng)0.5 g加速度垂直方式振動(dòng)時(shí),不同振動(dòng)時(shí)間對(duì)蟠桃加速軟化的影響如圖5所示?？梢钥闯?振動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng),蟠桃軟化速度越快。在對(duì)楊梅、無(wú)花果、草莓等多種呼吸躍變型果實(shí)的研究中發(fā)現(xiàn),在振動(dòng)處理中果實(shí)乙烯釋放量和呼吸速率均明顯增高,這是果實(shí)對(duì)脅迫的應(yīng)激反應(yīng)[26-29]。隨著振動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng),果實(shí)呼吸速率不斷提高,果肉細(xì)胞新陳代謝加快[11,21]。在振動(dòng)后96 h貯藏時(shí)間內(nèi),振動(dòng)1 h和2 h的蟠桃軟化率無(wú)顯著差異,但振動(dòng)3 h蟠桃的軟化率卻明顯較高,是振動(dòng)1 h蟠桃軟化率的1.1～1.3倍(p=0.008<0.05),很可能是振動(dòng)3 h使蟠桃新陳代謝加快而加速成熟軟化。

圖5　振動(dòng)時(shí)間對(duì)蟠桃軟化率的影響Fig.5　Effect of vibration time on the softening rate of flat peach

2.4環(huán)境溫度對(duì)蟠桃軟化率的影響

當(dāng)豎直振動(dòng)加速度0.5 g,振動(dòng)時(shí)間120 min時(shí),環(huán)境溫度對(duì)蟠桃軟化率影響如圖6、圖7所示。圖6和圖7分別為蟠桃低溫振動(dòng)后在常溫貯藏和低溫貯藏過(guò)程的軟化率變化。從圖6可以看出,蟠桃低溫振動(dòng)結(jié)束時(shí)的軟化率高于未振動(dòng)蟠桃軟化率,但在貯藏回溫期間并未發(fā)生加速軟化,這在圖7也有類(lèi)似現(xiàn)象。蟠桃低溫振動(dòng)出現(xiàn)軟化,但在低溫貯藏期間軟化率保持極低的增長(zhǎng),這表明低溫有助于阻止其加速軟化。然而,低溫振動(dòng)蟠桃在常溫貯藏24 h后新陳代謝開(kāi)始恢復(fù),這時(shí)細(xì)胞組織受振動(dòng)變化的蟠桃表現(xiàn)出比未振動(dòng)蟠桃更快速度的軟化,其軟化率在貯藏48 h之后已經(jīng)趨近于常溫振動(dòng)蟠桃的軟化率,這進(jìn)一步說(shuō)明低溫作用只是抑制了蟠桃軟化速度,未表現(xiàn)出減少振動(dòng)對(duì)細(xì)胞造成損傷的作用。

圖6　溫度對(duì)蟠桃振動(dòng)軟化率的影響(常溫貯藏)Fig.6　Effect of temperature on the softening rate of vibrated flat peach(room temperature storage)

圖7　溫度對(duì)蟠桃振動(dòng)軟化率的影響(低溫貯藏)Fig.7　Effect of temperature on the softening rate of vibrated flat peach(low temperaturestorage)

2.5包裝條件對(duì)蟠桃軟化率的影響

振動(dòng)加速度0.5 g時(shí),常溫環(huán)境下對(duì)蟠桃豎直方向振動(dòng)120 min,包裝對(duì)蟠桃軟化率影響如圖8所示?？梢钥闯?振動(dòng)結(jié)束后,PE網(wǎng)袋包裝蟠桃軟化率只有無(wú)包裝振動(dòng)蟠桃軟化率的0.66倍,這一差距在振動(dòng)后貯藏的48 h內(nèi)還在不斷增大,這說(shuō)明PE網(wǎng)袋的緩沖吸振作用降低了蟠桃果肉細(xì)胞壁的形變;在振動(dòng)后48～72 h貯藏期內(nèi),包裝振動(dòng)的蟠桃軟化率與無(wú)包裝振動(dòng)蟠桃的軟化率差異開(kāi)始減小并逐漸趨于一致。因此,包裝可能只是通過(guò)減小振動(dòng)對(duì)蟠桃細(xì)胞組織影響,使蟠桃在較短儲(chǔ)藏期內(nèi)維持較低軟化速度,一旦蟠桃新陳代謝速率進(jìn)入高峰,蟠桃將加速軟化,這與盧立新等[30]的不同包裝對(duì)梨果實(shí)品質(zhì)影響結(jié)果一致。

圖8　包裝對(duì)蟠桃振動(dòng)軟化率的影響Fig.8　Effect of packing on the softening rate of vibated flat peach

3　結(jié)論

蟠桃軟化率隨著振動(dòng)加速度增大而增大,但在較低的振動(dòng)加速度時(shí),加速度變化對(duì)其軟化率影響無(wú)顯著差異;豎直或水平振動(dòng)方式對(duì)蟠桃軟化率影響都較小,但豎直與水平復(fù)合振動(dòng)方式對(duì)蟠桃加速軟化影響很大;振動(dòng)1 h和2 h對(duì)蟠桃軟化率的影響無(wú)顯著差異,但振動(dòng)3 h的蟠桃在儲(chǔ)藏期內(nèi)表現(xiàn)出明顯較高速度的軟化。

在低溫環(huán)境下蟠桃振動(dòng)時(shí)和振后貯藏的軟化率始終保持較低;PE網(wǎng)袋包裝可以使蟠桃保持與未振動(dòng)蟠桃較為接近的軟化率。

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Effects of vibration conditions on softening of flat peach

LI Ling,WEN Bao-qin,WU Jie*,LOU Lai-feng

(College of Mechanical and Electrical Engineering,Shihezi 832003,China)

During transportation,flat peach has a tendency to soften at an accelerated rate under vibration and lead to quality deterioration.In order to understand the softening behavior of the vibrated flat peach,the effect of vibration acceleration,vibration time,vibration mode,packing and temperature on softening of flat peach was studied using a self-made mechanical vibration testing stand.During the low level of vibration acceleration,it was no significant effect that the different acceleration on peach softening.Compared with horizontal or vertical vibration mode,the horizontal and vertical combination of the mode causes peach soften at a higher rate.When the flat peach was vibrated for 3 h,the softening rate was significantly increased.PE net bag can make the vibrated flat peach soften at the rate approximated to soften rate of no-vibratied fruit during the storage period due to its cushioning effect of on cell structure.The vibrated flat peach could maintain relatively lower softening rates under low temperature condition because its respiration was inhibited.

flat peach;vibration;softening;storage

2015-09-21

李玲(1987-)，女，碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)安全與檢測(cè)，E-mail:ling816@126.com。

吳杰(1972-)，男，博士，教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)安全與檢測(cè)，E-mail:wjshz@126.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31160335)；石河子大學(xué)優(yōu)秀青年科技人才培育計(jì)劃項(xiàng)目(2012ZRKXYQ-YD06)。

TS255.1

A

1002-0306(2016)07-0305-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.07.050