果蔬包装论文：果蔬减振输送包装设计透析范文

作者：李萍王若伊林顿茅林春单位：浙江大学生物系统工程与食品科学学院

缓冲材料及其应用

1常用缓冲材料

发泡植物纤维是近几年来研究的一个热点，国内外都在努力开发这类材料。国外主要研究不添加化学发泡剂，通过水蒸气的作用发泡，形成颗粒型发泡纸浆；而国内则是采用发泡剂产生发泡，工艺较简单，但是生产和使用后对环境具有隐患，该技术还有待改进和提高。顺应当代环保及绿色理念，许多新型缓冲材料不断产生。成培芳等以淀粉/纤维作为原料制备可降解缓冲包装材料。Shi等和Lu等分别以向日葵茎秆和毛竹竹浆作为开发生物缓冲包装材料的原料，与发泡聚乙烯材料相比较，其物理特性和缓冲系数表现出更好的防护性能，并且安全无污染，可以替代石化产品作为新型的生物缓冲包装材料。

2缓冲材料的减振作用

研究各种缓冲材料的减振效果，有助于设计和开发减振包装。不同缓冲材料类型、缓冲材料的厚度、包装结构吸收振动冲击的能量不同，减振效果表现不同。缓冲材料对果蔬振动保护的作用主要在于缓冲衬垫对冲击能量的吸收、冲击对缓冲衬垫的压缩变形，缓冲材料的种类、厚度、包装结构对其减振效果都有一定的影响。了解各种因素对减振效果的影响对减振包装设计具有很强的理论指导作用。

2.1材料种类

具有高滞后吸收能量的材料，如塑料、纸板、泡沫、植物纤维等，均能够减少运输中振动损伤的程度，但是不同的缓冲材料对果蔬减振效果不同。Raghav和Gupta用宽松的水稻秸秆和纸碎片作为水果层之间的缓冲材料，发现没有缓冲包裹的水果比包裹的水果腐烂速度要快得多，说明水果层之间的缓冲材料有利于减少运输振动损伤。以竹篮为包装材料时芒果损伤程度严重，以泡沫网包裹的瓦楞纸箱对芒果具有最优的保护作用。纸包裹和泡沫网都能大大减少黄花梨的运输振动，泡沫网缓冲材料对于保持黄花梨贮运品质效果更好，而纸包装的黄花梨酶活性比泡沫网箱高出许多，但是硬度反而降低。Jarimopas等发现塑料和纸板均具有降低冲击损伤作用，但是纸板的减振效果优于塑料板，缓冲能量与苹果的大小无关。Chonhenchob和Singh认为纸板缓冲和泡沫网缓冲材料具有相似的保护作用，但是纸板包装更有利于番木瓜的成熟。但是Çakmak等认为在中长期高速运输过程中，纸板包装运输增加了果品内部的温度，导致果品品质的降低，而聚苯乙烯包装盒可以减小这种负面反应。李春飞等也发现，采用瓦楞纸板衬垫、发泡塑料网作缓冲包装时，均可有效地降低苹果损伤率，发泡塑料网对苹果的整体保护特性优于瓦楞纸板衬垫。

2.2材料厚度

不同厚度的缓冲材料产生不同的缓冲作用，在一定范围内，缓冲材料的厚度越大，缓冲吸收能量越大，减振效果好。多层瓦楞纸板能量吸收显著大于单层，多层瓦楞纸板抗冲击能力强，双壁瓦楞纸板箱较单壁有利于减少苹果的损伤率。当缓冲材料厚度超过一临界值时，甜罗望子损伤率不再发生变化，以30%5mm大小的泡沫球与甜罗望子混合在15cm直径、20cm高度的瓦楞纸箱中，甜罗望子的损害率最小。

2.3包装结构

包装结构的不同对缓冲性能也有一定的影响，卢立新等研究表明，瓦楞纸板衬垫与隔档可以减小梨损伤率达15%~25%，瓦楞纸板衬垫、隔档以及网罩的联合包装形式可以使梨损伤率减小35%~45%。实际物流过程中，果品常常堆积多层，研究发现多层苹果的总损失体积与其吸收总能量存在线性关系，而其中的单个苹果不存在线性关系，卢立新建立了多层果实跌落冲击模型。

包装箱所处堆码层数对果实的振动损伤有重要的影响，最上层包装箱内梨果实的损伤最大，最下层梨果实的损伤次之，中间层梨果实的损伤最小；在同一包装箱内，最上层梨果实损伤最大，中间两层次之，最下层最小。但是李春飞等研究发现，瓦楞纸板内部隔档可以减小苹果的损伤率，同一种缓冲包装的中间层苹果的损伤率最大，底层苹果损失率次之，顶层苹果损伤率最小。双壁瓦楞纸板箱较单壁减振效果较好，多层瓦楞纸板作为缓冲介质夹层结构减振效果较好，因为多层波纹夹层结构振动能量吸收显著大于单层结构，多层瓦楞纸板具有重复抗冲击能力，减小果实的振动损伤程度。

模拟振动试验

运输过程中不同路面造成的冲击和振动之间的加速度存在明显差异，在模拟振动损伤时，必须把冲击和振动分开，达到实际振动随机性。通过模拟运输试验，在实验室内再现实际运输环境，通过包装内果蔬的损伤情况来评定包装系统的减振效果，是目前开发或改进缓冲包装，解决果蔬运输损伤的最有效途径。康维民等通过模拟运输振动试验，确定了运输模拟试验的振动频率、振动加速度、振动时间参数。Thompson等通过模拟振动运输开发了一套新的水果包装系统，当结合一个塑料翻盖或瓦楞纸板控制器时，这套包装运输系统几乎可以防止梨的所有振动损伤。

1振动频率

通过模拟实际运输条件，在一定频率范围内进行振动扫描，确定共振频率。黄翔飞等发现，共振频率随着包装箱层数的增加而增大，箱内梨果实的共振频率随着激励源加速度的增加而减小。在相同加速度条件下，振动频率越小，梨越容易产生损伤。因此，果蔬损伤主要产生在低频范围内，Barchi等研究发现，在频率为13-25Hz范围内，枇杷损伤从底部到顶部逐渐加强。Shahbazi等模拟卡车运输西瓜的研究中也发现，在7.49Hz和13.03Hz产生损伤率峰值。但是，Berardinelli等模拟梨运输振动损伤时发现，振动频率与振动加速度会产生交互作用，在出现振动加速度峰值的频率范围内，不同包装箱所处位置所受的振动加速度不同，因此在减振包装设计时，应考虑到多方面的影响因素。

2振动加速度

振动加速度分为稳定振动条件和随机振动条件下的加速度，随机振动条件下进行模拟振动试验，以随机振动加速度进行实际运输时间的振动，水果的振动损伤和实际运输条件下的相同。振动时间和振动加速度具有相关性，为提高试验效率，缩短试验时间，在进行模拟振动试验时，可以通过改变振动加速度来确定振动时间。模拟振动时间越长，梨果实损伤越大。

振动时间对梨果实损伤也受到包装方式的影响，不同包装方式条件下，梨果实损伤随振动时间的变化不同。振动加速度越大，梨越容易受损伤，西瓜振动损伤随着加速度的增加而增加，而且西瓜肉的损害明显高于西瓜皮。货车前后部的振动加速度幅值最高峰分别是0.51和0.83m/s，车厢后部的振动加速度显著高于车厢前部，使得车厢后部的梨损伤要高于车厢前部同样高度堆放的。在车厢内同一位置，顶部塑料箱所受的振动加速度高于底部塑料箱，因此，装载顶部塑料箱内的梨损伤情况显著高于装在底部塑料箱的。但是Zeebroeck等研究发现在高峰值加速度时，位置从高往低，挤压不断加强，因此苹果受到的挤压损伤逐渐增加。

3振动损伤检测

果蔬模拟损伤运输过程中往复振动产生的损伤，可以根据Palmgren-Miner理论和S-N曲线来定量评价。果蔬因振动引起的机械损伤会产生一系列生理异常，影响果蔬的贮藏，如表皮腐烂、呼吸加强、乙烯释放量增多、电导率升高等。Jiang和Shiina研究表明，以表皮破损程度、呼吸和乙烯、电导率和吸光度为指标，可以评价振动引起的果蔬损伤程度。

由于果蔬损伤后能量吸收发生变化，可以通过能量吸收、声波和超声波、X射线、荧光、核磁共振等物理方法来检测振动损伤。通过实验室模拟公路运输果蔬所受的振动，可以从振动频率、振动加速度和振动时间等不同方面来研究果蔬振动损伤模型，有很强的理论指导意义和现实价值，有助于加强贮运中果蔬保鲜和减少果蔬损伤，同时也是减振包装设计步骤中关键的一环。

减振包装设计

减振包装，又称为防振、隔振包装，它是通过在包装内设计具有高阻尼特性的隔振垫层，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。减振包装设计形式大致可以分为两类：一类是以防冲击破损为主的包装设计，应选择具有强压缩能力、高弹性的材料，适用于冲击破坏强度高于振动破坏强度的产品；另一类是以减振为主的包装设计，侧重强衰减能力、高阻尼特性材料，适用于由于长期运输振动易产生疲劳损伤、脆值低的产品，例如振动敏感性强的水果和蔬菜，因此果蔬的减振包装设计常以防振为主要目标。

减振包装设计的核心在于调节防振衬垫的传送率来控制产品的共振响应，产品、容器以及高阻尼性材料构成产品包装系统，可以看作“质量-弹簧系统”模型，当忽略外包装箱的弹性和缓冲材料的质量时，可视为单自由度线性模型。

果蔬减振包装设计必须按照一定的要求进行。首先，必须确定果蔬流通环境的条件，了解果蔬自身生理和力学特性，设计衬垫材料的结构和尺寸；然后，进行模拟振动损伤试验，确定振动环境条件，主要是振动频率、加速度及最大耐受时间；最后，确定在既定振动环境条件和损伤率下果蔬振动损伤脆值、疲劳损伤阈值，果品允许损伤率的确定要综合考虑果品自身特性、运输条件及综合成本等，确定衬垫材料的种类。在以上基础上，确定不至于引起果品过度损伤的系统振动传递率，选择合适的衬垫，设计合理的包装结构，最后进行振动模拟试验，进行试验校核。

结语

在当今，机械化不断发展，果蔬所受到的冲击损伤大大减少，振动损伤成为影响贮运保鲜的重要影响因素，如何最大程度减少振动对果蔬的破坏作用，包括果蔬表皮的可见破坏以及内在的无形品质下降，成为日后工作的关键。除了建立果蔬减振包装的力学模型，开发新型环保材料、循环利用缓冲材料、实验室模拟运输校核减振包装设计的合理性，将有助于建立绿色包装体系，设计合理的减振包装方式，降低果蔬运输振动损伤。