果蔬包裝論文：果蔬減振輸送包裝設計透析范文

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作者：李萍王若伊林頓茅林春單位：浙江大學生物系統工程與食品科學學院

緩沖材料及其應用

1常用緩沖材料

發泡植物纖維是近幾年來研究的一個熱點，國內外都在努力開發這類材料。國外主要研究不添加化學發泡劑，通過水蒸氣的作用發泡，形成顆粒型發泡紙漿；而國內則是采用發泡劑產生發泡，工藝較簡單，但是生產和使用后對環境具有隱患，該技術還有待改進和提高。順應當代環保及綠色理念，許多新型緩沖材料不斷產生。成培芳等以淀粉/纖維作為原料制備可降解緩沖包裝材料。Shi等和Lu等分別以向日葵莖稈和毛竹竹漿作為開發生物緩沖包裝材料的原料，與發泡聚乙烯材料相比較，其物理特性和緩沖系數表現出更好的防護性能，并且安全無污染，可以替代石化產品作為新型的生物緩沖包裝材料。

2緩沖材料的減振作用

研究各種緩沖材料的減振效果，有助于設計和開發減振包裝。不同緩沖材料類型、緩沖材料的厚度、包裝結構吸收振動沖擊的能量不同，減振效果表現不同。緩沖材料對果蔬振動保護的作用主要在于緩沖襯墊對沖擊能量的吸收、沖擊對緩沖襯墊的壓縮變形，緩沖材料的種類、厚度、包裝結構對其減振效果都有一定的影響。了解各種因素對減振效果的影響對減振包裝設計具有很強的理論指導作用。

2.1材料種類

具有高滯后吸收能量的材料，如塑料、紙板、泡沫、植物纖維等，均能夠減少運輸中振動損傷的程度，但是不同的緩沖材料對果蔬減振效果不同。Raghav和Gupta用寬松的水稻秸稈和紙碎片作為水果層之間的緩沖材料，發現沒有緩沖包裹的水果比包裹的水果腐爛速度要快得多，說明水果層之間的緩沖材料有利于減少運輸振動損傷。以竹籃為包裝材料時芒果損傷程度嚴重，以泡沫網包裹的瓦楞紙箱對芒果具有最優的保護作用。紙包裹和泡沫網都能大大減少黃花梨的運輸振動，泡沫網緩沖材料對于保持黃花梨貯運品質效果更好，而紙包裝的黃花梨酶活性比泡沫網箱高出許多，但是硬度反而降低。Jarimopas等發現塑料和紙板均具有降低沖擊損傷作用，但是紙板的減振效果優于塑料板，緩沖能量與蘋果的大小無關。Chonhenchob和Singh認為紙板緩沖和泡沫網緩沖材料具有相似的保護作用，但是紙板包裝更有利于番木瓜的成熟。但是Çakmak等認為在中長期高速運輸過程中，紙板包裝運輸增加了果品內部的溫度，導致果品品質的降低，而聚苯乙烯包裝盒可以減小這種負面反應。李春飛等也發現，采用瓦楞紙板襯墊、發泡塑料網作緩沖包裝時，均可有效地降低蘋果損傷率，發泡塑料網對蘋果的整體保護特性優于瓦楞紙板襯墊。

2.2材料厚度

不同厚度的緩沖材料產生不同的緩沖作用，在一定范圍內，緩沖材料的厚度越大，緩沖吸收能量越大，減振效果好。多層瓦楞紙板能量吸收顯著大于單層，多層瓦楞紙板抗沖擊能力強，雙壁瓦楞紙板箱較單壁有利于減少蘋果的損傷率。當緩沖材料厚度超過一臨界值時，甜羅望子損傷率不再發生變化，以30%5mm大小的泡沫球與甜羅望子混合在15cm直徑、20cm高度的瓦楞紙箱中，甜羅望子的損害率最小。

2.3包裝結構

包裝結構的不同對緩沖性能也有一定的影響，盧立新等研究表明，瓦楞紙板襯墊與隔檔可以減小梨損傷率達15%~25%，瓦楞紙板襯墊、隔檔以及網罩的聯合包裝形式可以使梨損傷率減小35%~45%。實際物流過程中，果品常常堆積多層，研究發現多層蘋果的總損失體積與其吸收總能量存在線性關系，而其中的單個蘋果不存在線性關系，盧立新建立了多層果實跌落沖擊模型。

包裝箱所處堆碼層數對果實的振動損傷有重要的影響，最上層包裝箱內梨果實的損傷最大，最下層梨果實的損傷次之，中間層梨果實的損傷最?。辉谕话b箱內，最上層梨果實損傷最大，中間兩層次之，最下層最小。但是李春飛等研究發現，瓦楞紙板內部隔檔可以減小蘋果的損傷率，同一種緩沖包裝的中間層蘋果的損傷率最大，底層蘋果損失率次之，頂層蘋果損傷率最小。雙壁瓦楞紙板箱較單壁減振效果較好，多層瓦楞紙板作為緩沖介質夾層結構減振效果較好，因為多層波紋夾層結構振動能量吸收顯著大于單層結構，多層瓦楞紙板具有重復抗沖擊能力，減小果實的振動損傷程度。

模擬振動試驗

運輸過程中不同路面造成的沖擊和振動之間的加速度存在明顯差異，在模擬振動損傷時，必須把沖擊和振動分開，達到實際振動隨機性。通過模擬運輸試驗，在實驗室內再現實際運輸環境，通過包裝內果蔬的損傷情況來評定包裝系統的減振效果，是目前開發或改進緩沖包裝，解決果蔬運輸損傷的最有效途徑。康維民等通過模擬運輸振動試驗，確定了運輸模擬試驗的振動頻率、振動加速度、振動時間參數。Thompson等通過模擬振動運輸開發了一套新的水果包裝系統，當結合一個塑料翻蓋或瓦楞紙板控制器時，這套包裝運輸系統幾乎可以防止梨的所有振動損傷。

1振動頻率

通過模擬實際運輸條件，在一定頻率范圍內進行振動掃描，確定共振頻率。黃翔飛等發現，共振頻率隨著包裝箱層數的增加而增大，箱內梨果實的共振頻率隨著激勵源加速度的增加而減小。在相同加速度條件下，振動頻率越小，梨越容易產生損傷。因此，果蔬損傷主要產生在低頻范圍內，Barchi等研究發現，在頻率為13-25Hz范圍內，枇杷損傷從底部到頂部逐漸加強。Shahbazi等模擬卡車運輸西瓜的研究中也發現，在7.49Hz和13.03Hz產生損傷率峰值。但是，Berardinelli等模擬梨運輸振動損傷時發現，振動頻率與振動加速度會產生交互作用，在出現振動加速度峰值的頻率范圍內，不同包裝箱所處位置所受的振動加速度不同，因此在減振包裝設計時，應考慮到多方面的影響因素。

2振動加速度

振動加速度分為穩定振動條件和隨機振動條件下的加速度，隨機振動條件下進行模擬振動試驗，以隨機振動加速度進行實際運輸時間的振動，水果的振動損傷和實際運輸條件下的相同。振動時間和振動加速度具有相關性，為提高試驗效率，縮短試驗時間，在進行模擬振動試驗時，可以通過改變振動加速度來確定振動時間。模擬振動時間越長，梨果實損傷越大。

振動時間對梨果實損傷也受到包裝方式的影響，不同包裝方式條件下，梨果實損傷隨振動時間的變化不同。振動加速度越大，梨越容易受損傷，西瓜振動損傷隨著加速度的增加而增加，而且西瓜肉的損害明顯高于西瓜皮。貨車前后部的振動加速度幅值最高峰分別是0.51和0.83m/s，車廂后部的振動加速度顯著高于車廂前部，使得車廂后部的梨損傷要高于車廂前部同樣高度堆放的。在車廂內同一位置，頂部塑料箱所受的振動加速度高于底部塑料箱，因此，裝載頂部塑料箱內的梨損傷情況顯著高于裝在底部塑料箱的。但是Zeebroeck等研究發現在高峰值加速度時，位置從高往低，擠壓不斷加強，因此蘋果受到的擠壓損傷逐漸增加。

3振動損傷檢測

果蔬模擬損傷運輸過程中往復振動產生的損傷，可以根據Palmgren-Miner理論和S-N曲線來定量評價。果蔬因振動引起的機械損傷會產生一系列生理異常，影響果蔬的貯藏，如表皮腐爛、呼吸加強、乙烯釋放量增多、電導率升高等。Jiang和Shiina研究表明，以表皮破損程度、呼吸和乙烯、電導率和吸光度為指標，可以評價振動引起的果蔬損傷程度。

由于果蔬損傷后能量吸收發生變化，可以通過能量吸收、聲波和超聲波、X射線、熒光、核磁共振等物理方法來檢測振動損傷。通過實驗室模擬公路運輸果蔬所受的振動，可以從振動頻率、振動加速度和振動時間等不同方面來研究果蔬振動損傷模型，有很強的理論指導意義和現實價值，有助于加強貯運中果蔬保鮮和減少果蔬損傷，同時也是減振包裝設計步驟中關鍵的一環。

減振包裝設計

減振包裝，又稱為防振、隔振包裝，它是通過在包裝內設計具有高阻尼特性的隔振墊層，使外界振動傳遞到被包裝產品后，產品被激勵的加速度不超過脆值，減小產品在功能和形態上的損傷。減振包裝設計形式大致可以分為兩類：一類是以防沖擊破損為主的包裝設計，應選擇具有強壓縮能力、高彈性的材料，適用于沖擊破壞強度高于振動破壞強度的產品；另一類是以減振為主的包裝設計，側重強衰減能力、高阻尼特性材料，適用于由于長期運輸振動易產生疲勞損傷、脆值低的產品，例如振動敏感性強的水果和蔬菜，因此果蔬的減振包裝設計常以防振為主要目標。

減振包裝設計的核心在于調節防振襯墊的傳送率來控制產品的共振響應，產品、容器以及高阻尼性材料構成產品包裝系統，可以看作“質量-彈簧系統”模型，當忽略外包裝箱的彈性和緩沖材料的質量時，可視為單自由度線性模型。

果蔬減振包裝設計必須按照一定的要求進行。首先，必須確定果蔬流通環境的條件，了解果蔬自身生理和力學特性，設計襯墊材料的結構和尺寸；然后，進行模擬振動損傷試驗，確定振動環境條件，主要是振動頻率、加速度及最大耐受時間；最后，確定在既定振動環境條件和損傷率下果蔬振動損傷脆值、疲勞損傷閾值，果品允許損傷率的確定要綜合考慮果品自身特性、運輸條件及綜合成本等，確定襯墊材料的種類。在以上基礎上，確定不至于引起果品過度損傷的系統振動傳遞率，選擇合適的襯墊，設計合理的包裝結構，最后進行振動模擬試驗，進行試驗校核。

結語

在當今，機械化不斷發展，果蔬所受到的沖擊損傷大大減少，振動損傷成為影響貯運保鮮的重要影響因素，如何最大程度減少振動對果蔬的破壞作用，包括果蔬表皮的可見破壞以及內在的無形品質下降，成為日后工作的關鍵。除了建立果蔬減振包裝的力學模型，開發新型環保材料、循環利用緩沖材料、實驗室模擬運輸校核減振包裝設計的合理性，將有助于建立綠色包裝體系，設計合理的減振包裝方式，降低果蔬運輸振動損傷。