机械振动对梨的影响及减损包装方法

魏雨曼

（山西应用科技学院，山西 太原 030062）

梨在采摘和储存的过程中，很容易产生产量和质量降低的现象，极大地影响了果品的经济效益，其中，以机械损伤带来的影响最为明显。机械损伤是由机械振动的重复出现导致梨在局部质地方面产生的一种变化，在具体储藏运输的过程中，梨运输的每一个物流环节都存在着机械损伤问题，对梨自身的理化性质、外观等方面产生较为明显的影响。本文通过研究梨运输过程中机械振动产生的具体影响，结合机械损伤的规律，就如何进行减损包装提出了相应的策略，为今后梨在运输过程中降低机械损伤提供参考。

1 果品机械损伤的形成原理分析

在果品储藏运输的过程中，机械损伤作为最为常见的影响果品质量水平的因素，导致梨在各种外力综合影响下出现的局部质地变化[1]。果品的质地水平直接受到细胞间的结合力细胞壁组成物的机械强度、大小等因素影响，外力形式及其强度的变化对于果品质地的变化剧烈程度有着明显的影响，从而带来即时或延迟的机械损伤，各种不同类型的外力将会对果品的原有质地产生各种直接或间接的破坏、损伤。

在果品运输过程中，果品表面的各种介质部位将会反复接受来自挤压、冲击、摩擦等多种力的影响，在表面出现不规则的环状损伤。果品在运输过程中，细胞壁的强度和细胞间的连接力也会在反复作用的影响下出现变化和破坏，带来塑性或脆性的损伤，使得果品呈现出一种软化的趋势。即便在果品运输之后并没有出现任何的表面损伤，但在具体放置的过程中也会因为果胶物质降解加速出现延迟损伤。

2 果品运输产生的损伤规律分析

在果品流通运输中机械振动作用主要产生在运输阶段，并且包括了一定的机械冲击，机械振动的存在是果品疲劳损伤出现的主要因素。就目前学术界在机械振动对货品方面的损伤研究看来，具体的损伤类型及其规律可以分为如下三种：

第一，净重损伤规律。果品的净重损伤通常都是在储存过程中发生的，果品在成堆码放后始终处于一种静止状态，处于某一层次的果品很容易受到其上不同层次果品重量的综合作用，从而产生静止损坏现象，破坏损伤的部位通常在彼此接触的区域。在果品长时间储存的过程中，内部果胶的降解使得果品原有的强度以及细胞间的致密度明显下降，果品接触面承受的外部荷载能力逐渐加大，致使细胞壁之间的传统结构和连接状态逐渐遭到破坏。对于果品而言，压缩特性是最为基础的力学性能，考虑到果胶降解细胞壁和连接状态的破坏带有明显的延时性特征，这也意味着净重损伤带有明显的延迟现象[2]。

第二，冲击损伤规律。冲击损伤的出现通常是在果品运输的过程中因为机械振动产生碰撞冲击，且果品遭受的机械振动或冲击力直接超过了固有的抗冲击强度限制而导致的[3]。这种冲击力来源于惯性，会引发较大内应力，通常都是果品和机械振动互碰的，或者是从高处跌落产生的一种冲击。相关学者的研究证明，梨在碰撞过程中的典型加速度时间模型曲线呈现出一种非对称分布的状态，且有塑性变形的现象，在弹性变形时不一定会出现即时损伤，但塑性变形的存在将会使得内部的细胞逐渐出现破裂和变形的现象。因此，为了降低梨在运输过程中因为机械振动或者是冲击带来的各种损伤，其冲击荷载需要严格限制在弹性变形现象发生的范围内。

第三，机械振动损伤。结合目前学术界的相关理论研究成果来看，水果在运输过程中单纯接受一次机械振动力的影响不会使得水果产生机械损伤，但在运输尤其是长途运输的过程中，机械振动力的反复多次作用将会为水果带来明显的疲劳损伤。机械振动将会使得果品处于一种反复接受来自外部荷载作用的状态，细胞壁和细胞间的连接将会出现明显的破坏，带来脆性或塑性损伤。

总之，梨产生机械损伤的规律相对较为复杂，具体的损伤程度不仅受到振动参数影响，在运输过程中静压堆码的层数以及包装方式同样会产生一定的影响。因此，接下来本文就机械振动对梨产生的影响进行实验分析。

3 机械振动对梨的影响研究分析

3.1 实验的材料和方法

本次研究选用在水果超市内采购的原产于河北的天成水晶梨，结合本次实验的要求，参与实验的梨需要形状大小均一，成熟度较为相似，不存在任何外部损伤，每个梨的重量在180 g～200 g之间。在实验之前，梨需要保存在恒温恒湿的环境下。本次研究使用到的仪器设备包括水平滑台、数据采集和信号分析仪、水果硬度计与数字折光仪等。

实验开始，需要在室温环境下将梨放置24 h，并选择形状、质量、成熟度等方面相对接近的梨按标准分类，随后将其均匀放置到振动台上，使用纸板进行梨的隔离，并将梨梗进行固定，确保梨在振动的过程中不会出现翻转以及彼此之间的相互碰撞，保障梨在垂直方向进行单自由度的振动。随后需要将数据采集和信号分析仪固定在梨表面，检测梨的振动频率和振动加速度。本次所选择的振动加速度分为0.25 g、0.5 g和0.75 g三种，振动台的频率具体分为20 Hz、25 Hz、30 Hz和35 Hz 四种。为了对梨运输距离进行合理的模拟，振动实验时间为60 min，在振动完成之后，需要将实验样品梨在常温环境下放置24 h，削去表皮，并在振动区域选择不同的点对梨的可溶性固性物的含量、硬度等进行测试。

在目前有关果品机械损伤方面的研究中，不难发现损伤的果品体积大小与振动频率之间呈现出一种明显的正相关关系。为了进一步研究梨在损伤最为严重的振动条件下，振动的具体时间与梨果实质地之间的关系，为后续在运输过程中的运输时间和距离选择提供相应的支持，需要分别选择20 Hz、1 g和25 Hz、1 g的振动加速度和振动台频率进行梨的蠕变实验检测工作。

3.2 实验结果探讨

随着振动仪器加速度的逐渐增大以及共振频率的降低，梨的内部可溶性固形物数量呈现稳步上升的趋势。振动台在上下垂直振动中产生的能量越强，传递到梨的内部的能量越多，可溶性固型物在梨的内部的不均衡分布现象将会变得越发明显，对梨的理化性质产生的影响程度也在逐渐增大。结合本次实验结果发现，梨的内部的可溶性固性物的含量和定频与35 Hz～40 Hz振动范围内的可溶性固性物含量相差较少，且这一含量明显低于20 Hz～30 Hz振动范围内的物质含量。

随着振动仪器的垂直振动加速度逐渐增大，共振频率随之降低，梨的表面硬度水平呈现逐渐下降的趋势。这一实验数据直接证明，在振动加速度逐步增大、振动频率逐渐减小的情况下，振动能量将会明显增加，梨和振动台的接触面受力水平持续增大，表面果皮的损坏程度会剧烈增加，直接丧失对于内部果肉的保护能力，很容易带来组织的纤维化现象，这也是梨的硬度减小的主要原因，对梨的内部组织、硬度将会产生不可逆转的损害。梨的硬度在共振频率下与25 Hz～30 Hz基本维持一致，这也意味着共振频率在梨的硬度方面的影响相对较低。在同一个频率下，振动仪振动中的加速度和振动台之间的位移距离的正相关关系十分明显，振动仪器激发的能量水平明显提升，梨的内部吸收的能量也会直接增加，这也意味着加速度数值对于梨的硬度及内部可溶性固形物的数量影响相对较为明显[4]。

在加速度完全一致的情况下，振动频率的逐渐增大却使得梨的受损的体积数值呈现逐渐下降的趋势，加速度达到0.75 g之后，梨的损伤程度明显降到最低。在振动频率保持一致的情况下，梨的损伤体积与加速度之间呈现出一种明显的正相关关系，这是因为梨在运输过程中同时受到了疲劳损伤和振动能量吸入的双重影响。梨在运输过程中产生的机械损伤是因为外部力量的存在，导致细胞间的结合力以及细

胞壁中成分的机械强度逐渐被削弱。梨在运输过程中的机械损伤可以分为即时和延迟两部分，即时损伤是因为振动激发的能量过分强烈，使得表皮细胞出现了严重损坏；而延迟损伤则是在振动频率相对较小的情况下，受到了多次反复的振动作用，能量在梨的内部不断积累，并且细胞从之前的弹性变形逐渐转化为塑性变形，在静止一段时间之后，会因为果胶溶解速度加快的影响产生延迟损伤。即便在同一个加速度数值下，频率的增加使得振动产生的能量数值逐渐下降，梨吸收的能量数值也在不断降低，体积损伤程度也能得到明显控制，这也直接意味着在机械振动运输的过程中，振动频率较低以及加速度相对较高，对于梨带来的损害最为严重。

4 机械振动对梨的影响的减损包装策略

4.1 装箱中的技术控制

在梨的运输过程中，为了进一步降低机械振动带来的各种损耗，需要对果品的装箱技术不断进行优化。在梨装箱时不要达到过满的状态，否则有可能会因为承受到来自相互的重压而产生压伤现象，在运输过程中机械振动的存在也很容易使梨受到静重冲击而产生破损。在梨装载的过程中装载数量也不能太少，否则将会导致果品之间的空隙增大，在振动过程中，彼此之间的碰撞强度数值会明显增加，容易增加果品损伤现象的发生概率[5-6]。装箱和设计人员需要综合考量运输过程中的路况以及运输距离等因素，对于装箱时的货品数量进行严格管控。

4.2 储藏运输过程控制

考虑到我国梨产地较为分散，并且品种、质量的差异明显，销售通常都依赖于个体户，水果生产商通常会委托当地的人员进行收购，随后租用社会上的各种闲散车辆，将梨运送到城市内部的批发市场、水果超市。目前，我国的铁路经营机制对于梨这类生鲜产品的销售而言作用相对较低，汽车仍是生鲜产品运输的主要工具。但在梨运输的过程中，因为相关人员专业和管理能力的不足，导致整体的运输状况较为恶劣，机械振动对于梨品质的影响变得越发明显。为了进一步降低梨在运输过程中的损伤，必须对其装卸过程进行有效控制[7]。

4.3 设计各种缓冲包装

考虑到机械振动对于梨的外表皮、内部组织以及

可溶性固形物都会产生明显的影响，需要在减损包装设计的过程中合理引入缓冲包装[8]。一般而言，缓冲包装中的缓冲衬垫可以在果品遭受冲击时，通过压缩变形吸收各种能量，最大程度上降低梨运输中产生的损伤[9]。在缓冲包装设计过程中，相关人员需要使用合理的方法计算冲击变形数据，通过实验测定缓冲包装材料的应力和应变特性，并对各种静载和机械运输过程中产生的压缩力进行实验，最终确定果品在运输过程中机械振动带来的能量变化，得出缓冲包装内部缓冲衬垫的具体厚度[10]。

5 总结

综上所述，机械振动现象的存在对梨的品质产生的影响十分明显，最终将会影响到果品的总体经济收益。减损包装设计作为降低机械运输过程中机械损伤的有效方法，需要相关人员对梨运输的具体路程作出考量，在使用缓冲包装的同时，对于装箱中的数量和运输过程环境进行有效管控，尤其是需要对温度环境进行合理控制，最大程度地降低机械振动对梨品质带来的损伤。