草莓减振包装的防损伤作用

黄 斯,李项辉,2,陶晓亚,林 顿,茅林春,*

(1.浙江大学生物系统工程与食品科学学院,浙江省农产品加工技术研究重点实验室,浙江杭州 310058;2.浙江省缙云县市场监督管理局,浙江缙云 321400)

草莓减振包装的防损伤作用

黄 斯1,李项辉1,2,陶晓亚1,林 顿1,茅林春1,*

(1.浙江大学生物系统工程与食品科学学院,浙江省农产品加工技术研究重点实验室,浙江杭州 310058;2.浙江省缙云县市场监督管理局,浙江缙云 321400)

根据草莓果实的结构特点,研制了具有减振功能的分果包装盒,并以“章姬”草莓为材料,分别测定果实的损伤指数、失重率、乙烯释放量、呼吸强度、硬度、可溶性固形物含量及相对电导率等生理和品质指标,检测分果包装盒防止草莓振动和跌落损伤的效果。结果表明,相比于普通包装盒,分果包装盒不仅可以有效减少草莓果实表面损伤率、降低果实贮藏过程中的失重率、乙烯释放量、呼吸强度和相对电导率,而且较好的维持果实硬度,从而有效延缓草莓采后的品质劣变。

草莓,减振包装,机械损伤

草莓属于浆果类果实,外皮无保护作用,在物流运输中容易受到损伤而造成损耗[1]。目前草莓在物流运输过程中往往采用堆放包装,虽然可以节省一定空间,降低物流成本,但是振动或冲击以及草莓间的相互碰撞对草莓品质的不利影响较大。对于一些需要较长距离公路运输或者高价优质品种的草莓来说,堆放包装会造成很大的损耗和价值损失。这也成为限制草莓进入农产品电子商务领域的关键技术难点。

减振包装是通过在包装内设计隔振垫层,使外界振动传递到被包装产品后,产品被激励的加速度不超过脆值,减小产品在功能和形态上的损伤[2]。通过使用合理的减振包装可以有效的减少果实在运输过程中因挤压、碰撞、通气性不良等因素影响而造成品质下降,提高果实的商品价值。有研究表明,采用发泡塑料网包装可以有效降低苹果的损伤率[3],纸箱衬垫和网罩包装可以减轻梨的机械损伤[4],纸板衬垫使桃子弹性变量最小[5],减振衬垫包装盒可降低枇杷的损伤[6],而对于草莓的减振包装的研究很少。

本文针对草莓的特点,研制了草莓的分果包装盒,通过测定振动和跌落后草莓的损伤指数、失重率、呼吸强度、乙烯释放量、硬度、电导率和可溶性固形物等品质指标,比较分果包装盒与普通包装盒在模拟振动及跌落过程中对草莓品质的影响,研究分果包装盒对草莓的防伤效果。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

草莓 实验当天早晨在浙江杭州建德市下涯镇春秋村草莓园内挑选果实(表面3/4为红色,大小均匀,形状一致),采收后立即于软垫上专车运回实验室,剔除运输过程中已损伤的果实,以保证实验所用果实的完好性。

金属圆水平仪HD-MT09 北方衡达水准仪器有限公司;电子天平TB1001D型 金诺天平仪器有限公司;CheckMate II O2、CO2测定仪 丹麦丹圣有限公司;TA-XT2i质构仪 SGS Yarsley International Certification,Uk;Pocket Refractometer PAL-1 爱拓ATAGO公司;DDS-Ⅱ型电导仪 杭州亚美电子仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 包装盒的研制 采用聚氯乙烯(PVC)制作具有减振功能的草莓分果包装盒,具体结构如图1A。盒底设有类似草莓形状的凹槽,并设置一定高度的凸柱,防止盒盖盖上后对草莓果实的挤压;盒子边缘有公母锁扣,扣上后可以留出一道通风槽。分果包装盒尺寸为275 mm×170 mm×50 mm,厚度1.2 mm,可以盛放12枚草莓,总重量300 g左右。

普通包装盒结构如图1B。尺寸为230 mm×100 mm×70 mm,厚度1.2 mm,PVC材质。

图1 分果包装盒(A)与普通包装盒(B)的结构示意图Fig.1 Schematic of anti-vibration package(A)and ordinary package(B)

1.2.2 处理方法 果实分别进行普通包装和分果包装。普通包装盒中草莓单层挨个平放,分果包装盒中草莓平放在凹槽中。每个包装盒装草莓12个,总重量300 g左右。然后分别进行振动损伤和跌落损伤实验。对照为未处理的草莓果实。将振动、跌落处理果实与对照果实均放进内衬泡沫垫的塑料筐内,并置于20 ℃,90%湿度的恒温恒湿箱中,2 d后测定各项生理品质指标,实验重复3次。

1.2.3 振动方法 本实验采用随机振动方式。将样品装入包装盒内,用双面胶固定于振动实验台(DY-3002电力振动系统,中国)上,结构见图2。确保盒子在台架平面内不能移动。预实验中以大部分果实有明显微振动为准,确定随机振动参数为:振幅8 cm,频率1～100 Hz,振动时间30 min,加速度均方根为0.4。

图2 振动实验台结构示意图Fig.2 Schematic of vibration test apparatus

1.2.4 跌落方法 采用同一高度水平自由跌落的方式。将样品装入包装盒内用绳固定于跌落实验台架(自制,结构见图3)上,用金属水平仪调节水平(精确度0.05 mm/m),跌落地面为水泥地面。本实验采用的跌落高度为1 m,每组样品跌落5次。

图3 跌落实验台结构示意图(自制)Fig.3 Schematic of drop test apparatus(Built in the lab)

1.2.5 表面损伤指数评定 参照郑永华[7]的方法,以表面出现明显的水渍状损伤作为判断依据。按损伤的面积大小将果实划分为4级:0级,无明显损伤;1级,果面有少量损伤,损伤面积小于果实面积的25%;2级,损伤面积占果实面积的25%～50%;3级,损伤面积占果实面积的50%以上。每个果实测算3次,取其平均值。

表面损伤指数按式(1)计算:

表面损伤指数(%)=损伤级别×该级果实数/最高损伤级别×总果实数×100

式(1)

1.2.6 失重率的测定 用电子天平称量重量,利用差重法计算失重率。计算公式见式(2)

失重率(%)=入库当天的质量-测量当测定时的质量/入库当天的质量×100

式(2)

1.2.7 呼吸强度与乙烯释放量的测定 参照郑永华[8]的方法,每组取约200 g果实,在20 ℃下密封于500 mL玻璃瓶内,1 h后取2 mL气样,用气相色谱仪测定乙烯释放速率,用CheckMate II O2、CO2测定仪测定呼吸速率。

1.2.8 硬度的测定 参照Reddy[9]方法测定,用TA-XT2i质构仪测量其赤道部位的硬度,设定探头直径5 mm,测试深度8 mm,贯入速度1.5 mm/s。读取最大值,重复5次,取其平均值。

1.2.9 可溶性固形物的测定 参照Hernandez[10]的方法测定,用Pocket Refractometer测定,每组取6个果实,打碎后迅速取果浆进行测定,每个果实测三次,取其平均值。

1.2.10 相对电导率的测定 用打孔器在草莓赤道部位取出大小和形状一致的圆柱型果肉,取5 g放入盛有20 mL 去离子水的离心管中,抽真空1 h后,立即用DDS-Ⅱ型电导仪测定浸提液的电导率,把离心管盖上盖子后再在电炉上加热煮沸15 min,待充分冷却后再测定提取液的电导率,以草莓浸提液中浸前和浸后电导率的比值即相对电导率表示果实的细胞膜透性。每个果实取三次果肉,取其平均值。

1.3 数据统计与分析

应用SPSS 19.0对数据进行分析,去除异常值,不同理化指标的均值利用独立t检验,对差异显著性(α=0.05)进行差异比较,p<0.05认为是具有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 表面损伤指数和失重率

图4A分别给出了实验两天后两种包装盒内草莓的平均损伤指数情况。分果包装盒内的草莓的损伤情况明显要低于普通包装盒内的草莓(p<0.05)。这说明相比于普通包装盒,分果包装盒可以有效减轻盒内草莓的振动损伤,平均可以使试样的振动损伤指数减小22.0%、跌落损伤指数减小35.2%。

图4 分果包装盒对损伤指数(A)和失重率(B)的影响Fig.4 Effect of anti-vibration package on the damage index(A)and weight loss(B)

图4B为振动、跌落2 d后两种包装盒内草莓失重率情况。可以看出,振动实验和跌落实验中,分果包装盒内的草莓的失重率都明显低于普通包装盒内的草莓(p<0.05),普通包装盒的失重率分别比分果包装盒高出4.6%(振动)和12.2%(跌落)。

在振动过程中发现,普通包装盒内个别草莓在整个振动过程中始终保持相对静止,而分果包装盒内的草莓则上下微振动。最后发现,相对静止的草莓接触包装盒的果面损伤非常严重。从能力吸收的角度来说,可能是因为振动加速度所产生的振动能量绝大部分被静止的草莓所吸收而造成严重的机械损伤,而发生振动的草莓则将振动能量部分转化为动能,所以其损伤较轻。这与Schoorl提出的苹果损伤能量原理一致[11],认为苹果的损伤体积与其吸收的能量之间呈线性关系。

2.2 呼吸强度和乙烯释放量

图5A为实验2 d后两种包装内草莓的呼吸强度。振动后普通包装内草莓的呼吸强度比分果包装盒内的草莓平均高出12.3%,跌落后普通包装内草莓的呼吸强度比分果包装盒内的草莓平均高出17.4%,差异均显著(p<0.05)。关于机械损伤引起果实呼吸强度增加的机制,可能是由于开放性伤口使内部组织直接与空气接触,增加了气体的交换;乙烯合成增强,从而加强了呼吸的刺激作用;果实表面的伤口被微生物侵染,也促进了呼吸强度的增强[12]。

图5B结果表明,在振动与跌落实验中乙烯释放量变化趋势一致,且普通包装盒内草莓的乙烯释放量极显著高于分果包装盒(p<0.01)。普通包装盒内草莓的乙烯释放量比分果包装盒内草莓分别高出32.5%(振动)和54.1%(跌落)。

图5 分果包装盒对呼吸强度(A)和乙烯释放量(B)的影响Fig.5 Effect of anti-vibration package on the respiration rate(A)and ethylene production(B)

2.3 硬度和电导率

图6A结果表明,果实采后的硬度明显下降。但是,分果包装盒内草莓的平均硬度比普通包装分别高出20.1%(振动)和18.0%(跌落),明显优于普通包装(p<0.05)。上述结果表明普通包装盒内的草莓经过振动或跌落后硬度大幅下降,分果包装盒可以减轻振动对草莓质构品质造成的损伤,有效保持果实硬度。

图6B显示,振动后分果包装盒内草莓的相对电导率要比普通包装盒内草莓低11.5%,差异性显著(p<0.05)。跌落后分果包装盒内草莓的相对电导率要比普通包装盒内草莓低20.2%,差异性显著(p<0.05)。上述结果表明普通包装盒内草莓的细胞膜结构受损更严重,致使细胞膜透性增大。分果包装盒能够在一定程度上减轻振动对果肉组织的伤害。

图6 分果包装盒对硬度(A)和电导率(B)的影响Fig.6 Effect of anti-vibration package on the firmness(A)and conductivity(B)

2.4 可溶性固形物(SSC)

图7为实验两天后两种包装盒内草莓可溶性固形物含量的情况。在振动实验中,对照组草莓的SSC含量最低,普通包装盒内的草莓最高,但差异不显著(p>0.05)。而跌落实验中,分果包装盒内草莓的SSC含量最高,差异同样不显著(p>0.05)。分果包装盒对于草莓SSC含量的影响并不显著,这一结果可能与样品草莓成熟度较低以及SSC含量随着草莓成熟度呈先上升后下降的趋势有关[13]。

图7 分果包装盒对可溶性固形物的影响Fig.7 Effect of anti-vibration package on the soluble solids content

3 讨论与结论

果实的机械损伤通常表现为两类[14]。一类是由冲击所引起的损伤,如自由跌落或包装间碰撞等现象,这类损伤以塑性变形为主,通常变相为现时损伤。另一类是由于振动加速度反复作用而产生的低应力疲劳损伤[15],这类损伤通常导致果品组织结构发生变化,继而导致果品的延时损伤。本文跌落实验表明,分果包装盒能够有效减轻运输过程对果品造成的冲击损伤,而振动实验说明分果包装盒也能减轻果品的低应力疲劳损伤。

分果包装盒内草莓与普通包装盒内草莓的大部分品质指标都有显著差异(p<0.05)。振动和跌落实验中,相比于普通包装,分果包装盒可以使草莓表面损伤指数、失重率、乙烯释放量和呼吸强度、相对电导率均下降(p<0.05),而硬度则显著升高((p<0.05))。因此,草莓分果包装盒可以有效减轻草莓果实受到的机械损伤,在草莓的采后流通过程中具有重要的应用价值。

本实验研制的分果包装盒为PVC材质,主要出于以下几点考虑:相比于瓦楞纸板,塑料包装具有一定的强度,而且易于清洗,可以重复利用,节约材料成本。相比于木板,材料成本更低并具有更好的灵活性。密封塑料透气性不良的问题可以通过在包装盒边缘开设通风槽解决。但是在实验过程中发现,将草莓果实完全固定在包装盒内未必能减轻果实的机械损伤,且表面损伤直接来自于果实与包装盒的接触面。因此,若采用厚度与硬度更小,弹性更大的PVC材质,可能起到更为有效的防伤效果。

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Study on the effect of anti damage in strawberry with the anti-vibration package

HUANG Si1,2,LI Xiang-hui1,TAO Xiao-ya1,2,LIN Dun1,2,MAO Lin-chun1,*

(1.College of Biosystems Engineering and Food Science,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China;2.Key laboratory of agriculture product processing of Zhejiang province,Jinyu 321400,China)

Anti-vibration package of strawberry was developed based on the structural characteristics of strawberry fruit. “Zhang Ji” strawberries were treated with the anti-vibration package and the traditional package. The quality of strawberry fruit and the effect of reducing the mechanical damage of the fruit was respectively investigated in this experiment. The results showed that,compared to the ordinary package,the anti-vibration package can not only effectively reduce the fruit surface damage,weight loss,ethylene production,respiration rate and relative conductivity,but also maintain fruit firmness,thereby significantly delay quality deterioration of postharvest strawberries.

strawberry;anti-vibration package;mechanical damage

2015-01-26

黄斯(1990-)，男，在读硕士，研究方向：果蔬采后加工，E-mail:huangsfood@126.com。

*通讯作者:茅林春(1962-)，男，博士，教授，主要从事农产品保鲜与加工研究工作,E-mail:linchunzju.edu.cn。

国家高技术研究发展计划(863)课题(2012AA101704)。

TS251.51

A

1002-0306(2015)23-0272-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.047