果蔬機(jī)械損傷特性研究進(jìn)展

張茜，李洋，王磊明，馮剛

（東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040）

果蔬機(jī)械損傷特性研究進(jìn)展

張茜，李洋*，王磊明，馮剛

（東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040）

運(yùn)輸是果蔬流通過程中必經(jīng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，并且容易對(duì)果蔬造成損傷。果蔬在流通過程中承受著靜載、擠壓、振動(dòng)、跌落和沖擊等多種載荷形式的作用，產(chǎn)生了機(jī)械損傷。在歸納和分析國內(nèi)外果蔬機(jī)械損傷相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，分析果蔬振動(dòng)損傷機(jī)理，從靜壓損傷、振動(dòng)損傷、沖擊損傷3個(gè)類型研究果蔬機(jī)械損傷，綜述研究機(jī)械損傷方面建立的模型及減緩果蔬損傷的對(duì)策，并對(duì)未來的研究方向進(jìn)行展望，旨在為今后更深入的研究提供借鑒和參考。

果蔬；機(jī)械損傷；損傷機(jī)理；損傷模型；減損對(duì)策

果蔬在采前和采后都會(huì)受到不同程度的機(jī)械損傷，果蔬的機(jī)械損傷是指其在采收、分級(jí)包裝、裝卸搬運(yùn)、貯藏、運(yùn)輸、加工和銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)因受到擠壓、跌落、碰撞、摩擦作用而造成的果實(shí)變形、果皮和果肉破損的現(xiàn)象[1]。機(jī)械損傷會(huì)直接造成果實(shí)受傷部位的細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致水分和汁液流失，果肉組織迅速軟化，并引起受傷部位的組織褐變[2]。機(jī)械損傷加速了微生物對(duì)果蔬的侵害，導(dǎo)致果蔬發(fā)生霉變，使果蔬的品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益大大降低。因此，如何采用科學(xué)有效的措施來減緩果蔬在采后、運(yùn)輸流通和銷售過程中的機(jī)械損傷是值得高度關(guān)注和亟待解決的問題。開展果蔬機(jī)械損傷規(guī)律及其影響因素的研究，不僅要從果蔬流通的各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)影響振動(dòng)損傷的物理因素如振動(dòng)頻率、擠壓力大小、跌落高度等因素進(jìn)行探究，加大包裝的減損設(shè)計(jì)以及優(yōu)化改進(jìn)等措施，還要從影響機(jī)械損傷的細(xì)胞機(jī)理層面進(jìn)行探究，從果蔬的組織力學(xué)及流變學(xué)特性入手對(duì)果蔬振動(dòng)損傷的機(jī)理進(jìn)行全面的解釋。本文綜述了果蔬振動(dòng)損傷機(jī)理及不同類型的機(jī)械損傷特性研究，提出了減緩果蔬機(jī)械損傷的幾點(diǎn)合理性對(duì)策，并對(duì)機(jī)械損傷研究過程中存在的問題進(jìn)行了討論和展望，旨在為學(xué)者后續(xù)研究果蔬機(jī)械損傷提供參考，使我國果蔬流通產(chǎn)業(yè)朝著健康的方向發(fā)展。

1 果蔬振動(dòng)損傷機(jī)理

1.1 果蔬的組織力學(xué)特性

果蔬的組織力學(xué)特性是研究振動(dòng)損傷的基礎(chǔ)，果蔬微觀層次的差異決定了宏觀特性上的差異。細(xì)胞壁承受細(xì)胞外部的載荷和內(nèi)部液體的壓力；液泡膜在細(xì)胞壁和胞內(nèi)的液體之間，阻止著胞內(nèi)液體的流進(jìn)流出[3]。機(jī)械損傷會(huì)打破細(xì)胞的分布情況，對(duì)細(xì)胞造成破壞。果蔬細(xì)胞的排列方向和氣體空間的大小與分布也會(huì)對(duì)果蔬機(jī)械損傷程度產(chǎn)生影響，果蔬細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)和排列情況如圖1所示。

圖1 果蔬的細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Sketch map of cell structure of fruits and vegetables

果蔬的振動(dòng)損傷理論和宏觀力學(xué)現(xiàn)象只有回歸到細(xì)胞層面進(jìn)行研究才能更深刻地揭示其變化規(guī)律，果蔬受到振動(dòng)、沖擊、摩擦和擠壓等外力作用可造成細(xì)胞組織宏觀損傷、細(xì)胞微觀損傷和細(xì)胞器的微觀損傷[4]。當(dāng)果蔬受擠壓和沖擊等外力作用時(shí)，發(fā)生塑形變形，細(xì)胞滑移、破裂，整體表現(xiàn)為軟化和細(xì)胞液外滲。同時(shí)，細(xì)胞液的黏滯流動(dòng)在低應(yīng)力條件下產(chǎn)生機(jī)械損傷，細(xì)胞間的相對(duì)滑移趨勢使細(xì)胞的果膠層在相互作用力的作用下受剪切和摩擦作用下逐步變性、分離和水解，從而導(dǎo)致局部組織壞死后易被微生物侵襲致腐爛[5]。

1.2 果蔬的流變學(xué)特性

為深入對(duì)果蔬機(jī)械損傷的研究，分析掌握其流變學(xué)特性也頗為重要。流變學(xué)特性可通過彈性、黏性和塑形性質(zhì)的反應(yīng)變化來表現(xiàn)果蔬在機(jī)械損傷過程中變化，常用應(yīng)力、應(yīng)變?cè)跁r(shí)間下的變化來表示。通過對(duì)果蔬流變特性的剖析，更加直觀地展現(xiàn)了果蔬的組織變形情況和振動(dòng)因素之間的關(guān)系[6]，從根本上明確了果蔬的力學(xué)性能和振動(dòng)損傷機(jī)理。

果蔬在靜載作用下會(huì)出現(xiàn)變化見圖2。

圖2 蠕變及應(yīng)力松弛Fig.2 Creep and stress relaxation

在恒定載荷的作用下，應(yīng)變隨時(shí)間而逐漸增大的過程即蠕變過程[7]，用蠕變?nèi)崃縅來表征。線性黏彈性體在應(yīng)力 σ（t）=σ0H（t）作用下，有 J（t）=ε（t）/σ0。在恒定應(yīng)變下，應(yīng)力隨時(shí)間而逐漸減小的過程為應(yīng)力松弛現(xiàn)象，用松弛模量 Y 來表征。在應(yīng)變 ε（t）=ε0H（t）下，得到Y(jié)（t）=σ（t）/ε0。Chuma[8]通過試驗(yàn)繪制了一條橘子的力-變形曲線，并得到Burgers四單元模型不符合此表征的力-變形曲線的結(jié)論。Peleg[9]與Pitt[10]通過對(duì)裝在紙板箱的蘋果進(jìn)行振動(dòng)損傷試驗(yàn)，同樣得到了類似的曲線形狀，確定了模型中的相關(guān)參數(shù)并使模型和實(shí)際問題建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2 不同類型機(jī)械損傷特性研究

2.1 靜壓損傷

靜壓損傷多發(fā)生在果蔬貯藏過程中的自然狀態(tài)下，果蔬相互接觸的區(qū)域承受上層重量壓力及下層擠壓力，導(dǎo)致塑形形變而產(chǎn)生損傷，承受壓力時(shí)間越長果蔬的損傷越嚴(yán)重。靜壓損傷的研究一般采用外表層的黏彈性靜載試驗(yàn)，根據(jù)流變特性研究果蔬的形變量受外載力大小和貯藏時(shí)間的影響程度大小，通常采用接觸面積和直徑的變化的數(shù)值作為參考來探究振動(dòng)損傷規(guī)律。果蔬受力變形的基本形式表現(xiàn)為蠕變，對(duì)力學(xué)特性和靜載損傷規(guī)律的研究至關(guān)重要，其中Burgers四單元模型在研究果蔬蠕變現(xiàn)象中更為廣泛。楊曉清等[11]對(duì)影響哈密瓜靜載蠕變損傷的因素進(jìn)行了深入研究，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)建立了蠕變仿真模型并確立了相關(guān)參數(shù)，提出了低溫低壓儲(chǔ)存哈密瓜可以減少其靜壓損傷的結(jié)論。在不同加載條件下對(duì)荔枝的擠壓試驗(yàn)，研究表明：荔枝的抗擠壓能力具有各向異性，且其縱向大于橫向[12]。研究果蔬對(duì)內(nèi)外部壓力的斷裂強(qiáng)度，對(duì)研究其膨脹壓力和壓縮剛度是至關(guān)重要的，有學(xué)者在對(duì)蘋果和馬鈴薯組織的研究中，提出了應(yīng)變能函數(shù)的一般形式，并找到了膨脹壓力與拉伸比之間的關(guān)系，并認(rèn)為果蔬組織是各向同性的、不可壓縮的、均質(zhì)的并具有超彈性行為[13]。

長時(shí)間的靜壓損傷導(dǎo)致細(xì)胞壁破壞、細(xì)胞液流失及細(xì)胞間的結(jié)合力散失，使果蔬的抗壓能力逐漸減弱，堆疊過高也會(huì)使壓力過大導(dǎo)致受損嚴(yán)重，所以應(yīng)縮減果蔬間的接觸時(shí)間且控制堆疊高度。許多學(xué)者表示，果蔬的受損面積與所受壓力有密切關(guān)系。吳杰等[14]為實(shí)現(xiàn)果蔬靜壓損傷面積的準(zhǔn)確評(píng)估和預(yù)測，采用Prescale感壓膠片對(duì)不同靜壓水平下的接觸應(yīng)力分布進(jìn)行測量分析和有限元模擬。在受力為50 N靜壓條件下的香梨看不出損傷，這時(shí)在感壓膠片下測得的峰值應(yīng)力為0.5 MPa～0.6 MPa；當(dāng)接觸應(yīng)力≥0.2 MPa時(shí)應(yīng)力面積十分接近損傷面積，可作為損傷面積的閾值。馮哲等[15]也采用這種測量技術(shù)來檢測蘋果靜壓接觸應(yīng)力的分布特性，結(jié)果顯示，蘋果的損傷面積與應(yīng)力均值無直接關(guān)系；當(dāng)靜壓接觸應(yīng)力總面積比蘋果損傷面積高9%，應(yīng)力≥0.10 MPa時(shí)最接近蘋果的損傷面積，用其估測損傷面積時(shí)產(chǎn)生的平均誤差僅為1.66%，二者關(guān)系表達(dá)式為A=0.98AP≥0.10+1.95，為蘋果靜壓損傷模擬預(yù)測提供了重要依據(jù)。另有加工番茄承受載荷的能力有相關(guān)試驗(yàn)表明：載荷壓力下，三心室加工番茄果肉和膠體所受的最大應(yīng)力隨載荷的增大呈線性增大，表皮處呈指數(shù)級(jí)增大，因此表皮在較大應(yīng)力下易破裂損傷[16]。果蔬靜壓損傷的相關(guān)研究多從果蔬貯藏包裝的設(shè)計(jì)和容器的規(guī)格制定等方面給予適宜的建議來減少果蔬間的壓力作用，從而減少靜壓損傷。

2.2 振動(dòng)損傷

動(dòng)載作用引起的碰撞損傷和振動(dòng)低應(yīng)力疲勞損傷構(gòu)成振動(dòng)損傷[17]。國內(nèi)外大部分研究主要從穩(wěn)態(tài)振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)兩方面研究，穩(wěn)態(tài)振動(dòng)試驗(yàn)更易操作，但果蔬實(shí)際運(yùn)輸狀態(tài)均為隨機(jī)振動(dòng)，因而模擬實(shí)際運(yùn)輸工況往往更具現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

為模擬運(yùn)輸振動(dòng)引起的振動(dòng)損傷，已對(duì)多種果蔬進(jìn)行了試驗(yàn)研究，振動(dòng)損傷嚴(yán)重影響果蔬生理指標(biāo)的變化，在以“賽買提杏”為對(duì)象的運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)中，振動(dòng)脅迫明顯加快杏果的乙烯生成量、呼吸速率、膜透性和可溶性固形物含量的上升，使得葉綠素、抗壞血酸和硬度顯著下降[18]。梨果實(shí)可溶性固形物含量隨振動(dòng)加速度的增加而增加，隨振動(dòng)頻率的增加而減小[19]。郝永菲[20]模擬二級(jí)公路實(shí)際運(yùn)輸情況下的自由振動(dòng)，顯示常溫運(yùn)輸中的振動(dòng)影響了梨果的外觀，同時(shí)促進(jìn)了果實(shí)的代謝，加速梨果實(shí)的后熟與衰老。

影響果品振動(dòng)損傷的重要因素之一為振動(dòng)加速度[21]。有研究表明：梨果實(shí)的損傷體積和加速度傳遞率隨振動(dòng)加速度的增大而增大[22]，這是由疲勞損傷和能量吸收雙層作用造成的[23]。另外，由于果蔬種類、性質(zhì)、運(yùn)輸包裝方式不同，振動(dòng)加速度的響應(yīng)會(huì)受到其堆積層數(shù)、包裝方式及果蔬力學(xué)傳遞特性的影響。魏巍等[24]總結(jié)了模擬運(yùn)輸振動(dòng)加速度需要考慮的三方面因素：①要符合實(shí)際的車輛運(yùn)輸工況。②應(yīng)有利于提高試驗(yàn)效率。③要充分了解果蔬加速度響應(yīng)特征。試驗(yàn)通過建立三元件的黏彈性模型來研究梨果實(shí)隨振動(dòng)時(shí)間變化的蠕變特性，建立了梨果實(shí)的振動(dòng)-蠕變模型。振動(dòng)損傷試驗(yàn)通常采用美國MTS公司的振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，其中1通道連接加速度傳感器，控制振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)并測量輸入的振動(dòng)加速度值；2通道連接微型傳感器，測量果實(shí)的加速度響應(yīng)值。設(shè)計(jì)專用支架以保證試驗(yàn)中試樣的方位，其試驗(yàn)原理圖如圖3所示。

圖3 振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.3 Vibration test system

另有相關(guān)學(xué)者對(duì)實(shí)際運(yùn)輸中果蔬的振動(dòng)情況進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)強(qiáng)度是引起果品運(yùn)輸損傷的主要原因[25]。Soleimani等[26]測定了卡車運(yùn)輸過程中上、中、下層集裝箱內(nèi)果蔬的功率譜密度值，發(fā)現(xiàn)果蔬功率譜密度值隨放置高度增加而增加，振動(dòng)強(qiáng)度也越來越顯著。Shahbazi等[27]模擬運(yùn)輸過程中振動(dòng)對(duì)西瓜的損傷，建立了振動(dòng)參數(shù)（如加速度、頻率、振動(dòng)時(shí)間）并分析了不同位置西瓜的損傷情況，試驗(yàn)表明當(dāng)頻率為7.5 Hz，加速度為0.70 g，持續(xù)時(shí)間為60min時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)引起西瓜較高的損傷水平，位于箱頂部的水果比中間和底部位置的水果受到更多的傷害（P＜0.05）。對(duì)4層黃花梨進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)4層均呈現(xiàn)不同的損傷程度，中間兩層損傷最大，然后是最底層，最后是最頂層[28]?？刹捎镁彌_材料制成減振包裝，一是可以減少果蔬的碰撞與摩擦，二是可起到緩沖作用，降低果實(shí)實(shí)際受到的振動(dòng)能量。由于低溫可以減緩果蔬的水分散失和硬度的降低，有研究者模擬水果在溫度控制的運(yùn)輸條件下進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，在條板箱柱的3個(gè)不同位置對(duì)草莓（Fragaria xananassa）和林地草莓（F.vesca）進(jìn)行微生物和質(zhì)量分析，將受到振動(dòng)影響的草莓與其他因素均相同的環(huán)境下未振動(dòng)的草莓相比，結(jié)果顯示振動(dòng)使得兩種草莓的定性特性顯著降低，溫度越低草莓振動(dòng)越不顯著[29]。

2.3 沖擊損傷

果蔬的沖擊損傷主要表現(xiàn)為碰撞和跌落沖擊，沖擊對(duì)果蔬的作用力強(qiáng)度超過了果蔬自身所承受的力度，造成的損傷較為嚴(yán)重。沖擊損傷程度主要與果蔬的跌落高度、碰撞次數(shù)、碰撞能量以及碰撞時(shí)果蔬的表面特性相關(guān)，同時(shí)也會(huì)受果蔬成熟程度、種類及大小等因素的影響。對(duì)果蔬沖擊損傷的研究一般采用振動(dòng)試驗(yàn)和跌落試驗(yàn)，分析果蔬表面受損面積與最大加速度、跌落高度、碰撞時(shí)間等因素的關(guān)系，建立相關(guān)模型并分析模型中的參數(shù)來研究沖擊損傷。

王芳等[30]分別研究了跌落高度、西瓜質(zhì)量、碰撞材料及其層數(shù)等物理參數(shù)對(duì)內(nèi)蒙古和林格爾“西農(nóng)八號(hào)”西瓜的碰撞加速度峰值和最大變形量的影響，結(jié)果顯示跌落高度和西瓜質(zhì)量對(duì)西瓜的力學(xué)特性影響顯著，且力學(xué)特征及損傷與跌落高度、西瓜質(zhì)量的回歸方程相關(guān)系數(shù)R2都大于0.972。蘋果的瘀傷發(fā)生率和易感性均受包裝設(shè)計(jì)和跌落高度的影響，分層包裝比在散裝包裝中包裝的水果受損發(fā)生率高30%左右[31]。張連文等[32]測出了BC型的瓦楞紙箱包裝件的共振頻率為53.1 Hz，最大堆碼層數(shù)為9層，圣女果的脆值為93.84 m·s-2，包裝件最大允許跌落高度為550 mm。有學(xué)者用離散元素法（DEM）分析了果品在減速帶期間運(yùn)輸?shù)膿p傷，模擬顯示，較高的卡車負(fù)載導(dǎo)致較少的瘀傷，并且后軸后面散貨箱中的蘋果比后軸前面散貨箱中的蘋果產(chǎn)生更多的損壞。在果蔬的運(yùn)動(dòng)過程中，貨車速度的降低，卡車負(fù)載的增加和懸架剛度的減小都有助于減少果實(shí)損壞的發(fā)生[33]。

3 果品運(yùn)輸振動(dòng)損傷的模型建立

多年來國內(nèi)外學(xué)者研究并建立了多種果蔬振動(dòng)損傷模型。更多的研究是對(duì)果蔬個(gè)體進(jìn)行建模，探究損傷與其他諸如貯存時(shí)間、跌落高度、堆疊層數(shù)、振動(dòng)時(shí)間等之間的關(guān)系并分析參數(shù)。比如果蔬的種類、儲(chǔ)藏時(shí)間與其蠕變特性相關(guān)，而載荷加載位置對(duì)其產(chǎn)生的影響并不明顯[34]，可建立四元件模型并對(duì)參數(shù)求解[35]。果蔬跌落試驗(yàn)可通過回歸分析得到關(guān)系方程，因而可對(duì)蘋果跌落損傷進(jìn)行預(yù)測[36]。盧立新等[37]通過振動(dòng)損傷試驗(yàn)得到?jīng)_擊力、峰值加速度、最大沖擊變形量、沖擊結(jié)束后的殘余變形等量隨跌落高度的增加而逐漸增大，而沖擊彈性恢復(fù)系數(shù)逐漸降低，果蔬損傷加重。又基于果實(shí)動(dòng)態(tài)沖擊本構(gòu)關(guān)系、赫茲接觸理論和Kuwabara模型分別建立了蘋果是否考慮損傷工況的動(dòng)態(tài)力學(xué)模型，得到了黏彈性損失系數(shù)和跌落損傷破損的邊界曲線[38-40]。對(duì)多層蘋果進(jìn)行的跌落試驗(yàn)構(gòu)建了跌落沖擊響應(yīng)的動(dòng)態(tài)流變模型，且試驗(yàn)結(jié)果與理論模型結(jié)果能較好吻合[41]。王芳[42]建立的西瓜蠕變參數(shù)隨儲(chǔ)藏時(shí)間變化的數(shù)學(xué)模型可用于預(yù)測西瓜的質(zhì)地與儲(chǔ)藏時(shí)間。潘嘹[43]挖掘了低能量多次沖擊條件下的加速度、回彈高度、累積吸收能量與沖擊次數(shù)之間的關(guān)系，建立了動(dòng)態(tài)模型，得到了果品低能量多次沖擊損傷閾值。現(xiàn)以梨果實(shí)在3 cm高度下的沖擊次數(shù)回彈高度曲線為例，得到關(guān)系式（如圖4）：

式中：E1為沖擊初始動(dòng)能，J；E0為沖擊損失能量，J；E 為果品吸收能量，J；E2為回彈能量，J。

圖4 果品沖擊過程能量分配示意圖Fig.4 Constant-height multiple-impact loading and the resulting energy partitioning

從該例中得到?jīng)_擊初始的動(dòng)能僅與沖擊高度有關(guān)，高度一定則初始動(dòng)能相同。假設(shè)每次沖擊過程中損失的能量相同，沖擊次數(shù)增加，則每次新增的損傷減少，果品吸收的能量也減少，那么回彈能量就增加，導(dǎo)致回彈高度隨之增加，直至損傷不再變化，回彈能量也保持穩(wěn)定，回彈高度就趨于穩(wěn)定。

不同的研究者選取的研究角度不同，有學(xué)者從細(xì)胞層面進(jìn)行剖析建模，也有學(xué)者從靜壓特性、振動(dòng)特性、沖擊特性這幾個(gè)方向研究相關(guān)模型，大多還建立了參數(shù)并進(jìn)行了分析，使研究更加全面具體，其中部分相關(guān)模型歸納后如表1所示。

表1 果品運(yùn)輸振動(dòng)損傷的模型Table 1 Fruit transport vibration damage model

4 減緩果蔬機(jī)械損傷對(duì)策

4.1 加強(qiáng)包裝保護(hù)

果蔬常在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、銷售等過程中受到各種沖擊力。可進(jìn)行減振包裝，減少果蔬受到的沖擊碰撞。減振包裝是通過放置高阻尼的材料，使外力在傳輸?shù)焦弋a(chǎn)生的加速度峰值低于脆值，從而減小果蔬損傷。減振包裝材料一般可分為兩類：一類是為防沖擊破損，應(yīng)選擇具有高彈性和壓縮能力強(qiáng)的材料，適用于沖擊破壞強(qiáng)度比振動(dòng)破壞強(qiáng)度高的產(chǎn)品；另一類是為了減振，使用衰減能力強(qiáng)、阻尼高的材料，適于長期運(yùn)輸、因振動(dòng)而易產(chǎn)生疲勞損傷的產(chǎn)品[47]。

緩沖包裝紙、瓦楞紙板、紙漿模塑、可降解泡沫塑料、蜂窩紙板、發(fā)泡植物纖維、再生泡沫塑料盒等是主要的緩沖材料[48]。有研究者將葡萄果實(shí)均勻分布在減振襯墊凹槽上，有效減緩果實(shí)的損傷[49]。采用2 mmEPE（Expandable Polyethylene，可發(fā)性聚乙烯，又稱珍珠棉）與楞高為4.4 mm～5.0 mm的楞紙板組合材料替換傳統(tǒng)批發(fā)類皇冠梨包裝的隔擋與襯墊，舍棄紙包裹和EPS（Expandable Polystyrene，發(fā)泡聚苯乙烯，又稱可發(fā)性聚苯乙烯）網(wǎng)袋，既節(jié)省空間又降低成本[50]。Jarimopas等[51-52]發(fā)現(xiàn)塑料和紙板具有降低沖擊損傷作用，但是紙板減振效果比塑料板強(qiáng)。紙板緩沖材料的保護(hù)作用和泡沫網(wǎng)緩沖材料相似，但是紙板包裝的番木瓜更容易成熟[53]。當(dāng)代環(huán)保及綠色理念的大趨勢催生了許多新型緩沖材料。成培芳等[54]用淀粉/纖維作為原料制作出了可降解的緩沖包裝材料。Shi等[55]和Lu等[56]分別用向日葵莖稈和毛竹竹漿作為原料進(jìn)行包裝材料的制作試驗(yàn)，其物理特性和緩沖系數(shù)防護(hù)性能比發(fā)泡聚乙烯材料更強(qiáng)，且安全無污染。

4.2 加大對(duì)運(yùn)輸路況的改善

車輛運(yùn)輸狀況不同，對(duì)果蔬造成的影響也不同。運(yùn)輸路面狀況是否良好直接影響車輛的振動(dòng)，且有一定隨機(jī)性。車輛緊急啟動(dòng)或在道路中遇障礙物緊急制動(dòng)等引起的振動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生位移干擾[57]。在一級(jí)公路和高速公路下分別進(jìn)行黃花梨運(yùn)輸振動(dòng)模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)平均速度相同時(shí)在一級(jí)公路上的加速度峰值要高于高速公路上加速度的峰值，因?yàn)楦咚俟返倪\(yùn)輸路面情況比一級(jí)公路更良好[58]。另外，當(dāng)研究的車速較低，約為20 km/h時(shí)，在鄉(xiāng)村土路上測得的加速度峰值是各路況中最高的。那么若要減緩果蔬運(yùn)輸途中的振動(dòng)損傷，定要采用適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸方式，也可改善車輛的運(yùn)輸環(huán)境。

振動(dòng)加速度分為穩(wěn)定振動(dòng)條件下的加速度和隨機(jī)振動(dòng)條件下的加速度，隨機(jī)振動(dòng)條件下進(jìn)行的模擬振動(dòng)試驗(yàn)與實(shí)際更接近。振動(dòng)的加速度越大，果蔬就越易損傷[59]。Shahbazi等[27]發(fā)現(xiàn)隨加速度的增加，西瓜肉的損害比西瓜皮嚴(yán)重。另外，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸車輛車廂后部的振動(dòng)加速度明顯比車廂前部高，使得車廂后部的果蔬損傷比車廂前部同樣堆放條件下的果蔬損傷更嚴(yán)重，且同一位置處頂部所受的振動(dòng)加速度比底部高[58]。而Zeebroeck等[60]發(fā)現(xiàn)車輛處于高峰值加速度時(shí)，擠壓強(qiáng)度隨著位置的下降而增加，果蔬的擠壓損傷也越來越大。無論何種堆放方式，果蔬在運(yùn)輸路途中車輛的加速度都不要超過其承受力度，以免造成果蔬損傷[58]。

4.3 減少搬運(yùn)損傷

果蔬在工作人員搬運(yùn)過程中可能會(huì)對(duì)果蔬產(chǎn)生擠壓或碰撞而致?lián)p傷，因此工作人員要形成有條不紊的工作環(huán)境，減少搬運(yùn)失誤，保證果蔬的完好程度，減少損傷。將同樣規(guī)格的果蔬包裝箱堆放在一起，避免果蔬被機(jī)械或人員碰撞，也避免尖銳的利器劃破包裝箱，使緩沖包裝失去保護(hù)果蔬的能力。

4.4 縮短運(yùn)輸時(shí)間

運(yùn)輸時(shí)間即果蔬由車輛從發(fā)出地轉(zhuǎn)移至目的地的所用時(shí)間。果蔬之間的堆疊擠壓和路途的顛簸晃動(dòng)會(huì)造成果蔬機(jī)械損傷，并且運(yùn)輸時(shí)間越長越有可能造成更嚴(yán)重的損傷，果蔬循環(huán)振動(dòng)應(yīng)力作用下?lián)p傷逐漸積累直至疲勞破壞[18]。因此，減少運(yùn)輸時(shí)間可一定程度減少對(duì)果蔬產(chǎn)生的機(jī)械損傷。

5 結(jié)論與展望

研究果蔬運(yùn)輸振動(dòng)損傷特性對(duì)于減少果蔬機(jī)械損傷有著重要意義?？v觀國內(nèi)外學(xué)者研究現(xiàn)狀，以下研究還需進(jìn)一步加強(qiáng)。

1）建立果蔬質(zhì)量評(píng)估和機(jī)械損傷程度預(yù)測的統(tǒng)一度量標(biāo)準(zhǔn)?？筛鶕?jù)果蔬構(gòu)造的不同以硬度、脆性等特性分為幾類來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)制定，使具有可靠性和實(shí)用性。

2）加強(qiáng)對(duì)高價(jià)值果蔬的抗損研究。研究對(duì)象多為常見且價(jià)值較低的果蔬，而對(duì)于一些價(jià)值較高且抗損能力較弱的果蔬欠缺深入探究，導(dǎo)致高價(jià)值果蔬因缺少抗損技術(shù)支撐而在運(yùn)輸過程中損傷較為嚴(yán)重，無法發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益。

3）分析研究果蔬在多種錯(cuò)綜復(fù)雜的力或動(dòng)態(tài)載荷作用下的機(jī)械損傷規(guī)律和影響。目前的試驗(yàn)研究多在某種單一力作用下進(jìn)行振動(dòng)損傷檢測，而實(shí)際果蔬的損傷是在各種作用力綜合作用下產(chǎn)生的，因而果蔬振動(dòng)損傷機(jī)理研究不夠全面，缺乏科學(xué)性。

4）加強(qiáng)果蔬微觀細(xì)胞破裂損傷的相關(guān)檢測、建模和分析計(jì)算。研究者對(duì)果蔬宏觀可見的損傷研究較多，從微觀角度來研究不易察覺的細(xì)胞破裂損傷較少，導(dǎo)致振動(dòng)損傷特性理論基礎(chǔ)欠缺。

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Research Progress of Mechanical Damage Characteristics of Fruits and Vegetables

ZHANG Xi，LI Yang*，WANG Lei-ming，F(xiàn)ENG Gang
（College of Engineering and Technology，Northeast Forestry University，Harbin 150040，Heilongjiang，China）

Transportation was an essential part of the process of fruit and vegetable circulation，and it was easy to cause damage to fruits and vegetables.Fruits and vegetables in the circulation process will bear the static load，squeezing force，vibration，falling shock and other forms of load，resulting in mechanical damage.Based on the analysis of the research results of fruits and vegetables mechanical damage at home and abroad，this paper analyzed the mechanism of vibration damage of fruits and vegetables，studied the mechanical damage of fruits and vegetables from the three perspectives of static pressure damage，vibration damage and impact damage，expatiated on the model of mechanical damage fruit and vegetable damage and prospected the future research direction.It aimed to provide inspiring and reference for further research in the future.

fruitsandvegetables；mechanicaldamage；damagemechanism；damagemodel；mitigationmeasures

張茜，李洋，王磊明，等.果蔬機(jī)械損傷特性研究進(jìn)展[J].食品研究與開發(fā)，2018，39（1）：193-199

ZHANG Xi，LI Yang，WANG Leiming，et al.Research Progress of Mechanical Damage Characteristics of Fruits and Vegetables[J].Food Research and Development，2018，39（1）：193-199

10.3969/j.issn.1005-6521.2018.01.038

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（2572017CB05）；黑龍江省科學(xué)基金項(xiàng)目（QC2017080）

張茜（1994—），女（漢），碩士研究生，主要從事果蔬保鮮技術(shù)研究。

*通信作者：李洋，女，副教授，博士，主要從事冷鏈技術(shù)研究。

2017-04-06