振动胁迫对蟠桃果实加速软化影响的研究

李　玲,温宝琴,吴　杰,娄来峰

(石河子大学机械电气工程学院,新疆石河子 832003)



振动胁迫对蟠桃果实加速软化影响的研究

李玲,温宝琴,吴杰*,娄来峰

(石河子大学机械电气工程学院,新疆石河子 832003)

蟠桃在运输过程中不可避免会受到振动胁迫而发生软化,从而影响蟠桃贮藏品质。为了明确不同振动条件对蟠桃加速软化的影响,本研究采用机械振动实验台模拟道路运输的方式,分析了不同振动加速度、振动时间、振动方式、包装和温度5个因素对蟠桃软化率影响。研究结果表明:蟠桃软化率随振动加速度提高而增大,当振动加速度较低时,加速度变化对蟠桃软化率影响不显著(p=0.080>0.05);与水平或竖直方式振动相比,水平与垂直复合振动方式对蟠桃软化率影响较大(p=0.035<0.05);振动时间3 h以上可明显加速蟠桃软化(p=0.008<0.05);用PE网袋包装可以减缓振动对蟠桃细胞组织的影响,使蟠桃在一定贮藏期内保持与未振动蟠桃较接近的软化率;低温振动和低温贮藏可以使蟠桃维持较低的软化率。

蟠桃,振动,软化,贮藏

蟠桃(Prunus persica L.Batsch)属于呼吸跃变型软质果实,皮薄多汁,采后会继续生理后熟而软化衰变[1-3]。由于蟠桃采后在运输过程中不可避免地受到不同程度振动,这可能会进一步加速果实软化,使蟠桃贮藏期和货架期变短,甚至造成蟠桃大量损失[4]。因此,研究蟠桃采后振动胁迫对蟠桃加速软化的影响,对提高蟠桃商品率有重要意义。

针对水果采后运输损耗这一问题,许多研究认为与运输振动有关的卡车类型、运输路况、运输距离(时间)和运输速度都对梨、苹果和橘子等果实品质有不同程度影响[5-7]。通过模拟运输振动的方法进一步研究表明,振动强度、振动方式及振动时间对果实损伤或加速果实软化的呼吸速率有明显影响[8-12]。此外,有研究指出,环境温度或包装方式也是对果实振动软化和损伤有显著影响的因素[13-14]。蟠桃是新疆特色水果,目前尚未见有关其振动胁迫软化的研究报道。因此,本文采用振动实验台模拟运输条件,分析振动加速度、振动方式、振动时间以及环境温度、包装对蟠桃振动软化的影响规律,为蟠桃运输中采取措施降低软化速度和减小损失提供科学依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

试样采自新疆石河子市143团9连蟠桃园,采样期2015年7月26日,参考蟠桃标准[15-16],取七分熟蟠桃,这一成熟度的蟠桃果皮颜色的底色为乳白色或稍带浅绿色,着色面积≥1/2,味香。确保蟠桃无畸形、虫害和损伤,蟠桃平均质量(100±5)g。蟠桃采后用PE网袋包装两层,随后放入瓦楞纸板箱,箱内壁和箱底均粘有5 mm厚度的软质聚氨酯泡沫塑料防止蟠桃受到振动和摩擦。蟠桃采后迅速运往冷库,首先在4～6℃温度下预冷12 h[13],然后在(0±1)℃、85%～95%的相对湿度条件下贮藏待用[18]。用于室温(23±1)℃环境振动的试样,在实验前置于室温环境下回温9 h[18]。

520A型电子天秤福州华科电子仪器有限公司;NVF2-3.7/T(P)S4型变频器浙江正泰电器股份有限公司;HPEⅡFff型蔬果硬度无损检测仪德国Bareiss Prüfgerätebau GmbH公司;自制振动实验台(图1)。

图1　模拟运输振动实验台Fig.1　The test-bed for simulating transport vibration

1.2蟠桃振动实验

振动实验台可实现竖直与水平2个方向的振动,频率和振幅可调,其中振动频率由变频器调整,调整范围为0～50 Hz,调整精度为0.01 Hz;振幅通过调整偏心轮偏心距实现,调整范围为0～30 mm,调整精度为0.1 mm。

振动实验前,用胶带将瓦楞纸板固定在振动实验台的台面上,随后将每个蟠桃用聚乙烯塑料袋裹紧后,用PET双面胶固定在实验台的瓦楞纸板上,以避免出现摩擦、碰撞、挤压等非振动胁迫因素对蟠桃软化的影响。

1.3实验因素及水平的确定

水果实际运输过程中,当振动加速度大于1 g时将发生跳动而相互碰撞,这时振动问题已转化为冲击问题[19]。因此针对不同路况下货车振动情况,本研究加速度考虑范围为0.2～0.9 g,取3个水平,即:0.2、0.5、0.8 g。实验台振动加速度可根据下式调整振幅和频率来实现:

A=0.004f2D

式(1)

式中,A:实验台振动加速度,g(1 g=9.8 m/s2);f:振动频率,Hz;D:振幅,mm。由参考Zhou等[20]研究可知,实际运输中卡车振动频率范围为2.5～4 Hz。当振幅大于15 mm时会引起货车过分颠簸,可能使车轮与地面脱离而产生危险[21-23]。因此本研究为了获得上述3个水平振动加速度,其对应的振动频率与振幅的取值见表1。蟠桃从果园到市场销售多为中短途运输,参考Zhou等[20]研究,本研究模拟运输振动时间取60、120、180 min;振动方式取水平、竖直和水平+竖直3种;为了分析环境温度对蟠桃软化率影响,本研究取3种情况:常温振动+常温贮藏、低温振动+常温贮藏、低温振动+低温贮藏,常温和低温分别为23℃和-1℃。当蟠桃包装振动时,采用PE泡沫网袋包装。每一水平下的振动实验组和对照组(无振动)试样分别取20个。

表1　不同振动加速度时的振动频率与振幅

1.4蟠桃果肉软化的测定

如图2所示,采用蔬果硬度无损检测仪在蟠桃赤道部的非缝合线处均布点测量硬度取平均值,测量时选用压脚面积为0.1 cm2的探针。振动前,确保振动组和对照组试样的硬度在70～80 N范围内;振动结束后,蟠桃在23℃环境贮藏(除低温贮藏外)。在振动后的0、24、48、72、96 h的5个时间点分别对蟠桃硬度进行测量,采用软化率作为指标表征蟠桃试样的软化程度,其计算公式如下:

式(2)

式中,R:软化率,%;F:振动前蟠桃硬度,N;Fn:振动后第n h的蟠桃硬度,N,其中n=0、24、48、72、96 h。

图2　蟠桃硬度无损测定点布置Fig.2　Nondestructive measuring point of firmness on flat peach

1.5数据统计分析

采用统计软件SPSS 20.0处理实验数据,采用Duncan’multiple range test进行方差分析和多重比较(α=0.05),采用origin8.0绘制实验数据图。每次实验重复20个,取平均值。

2　结果与分析

2.1振动加速度对蟠桃软化率的影响

从图3可看出,振动加速度对蟠桃加速软化的作用明显,蟠桃的软化率随振动加速度增大而升高。振动结束后,0.2、0.5、0.8 g振动的蟠桃软化率分别是未振动蟠桃软化率的4.7、9.5、13.8倍。果实硬度与细胞壁结构改变和组织凝结力有关,根据Zhou等[20]对梨果振动软化研究的解释,当振动加速度不断增大,会造成果胶酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和纤维素酶活性增大而导致细胞壁成分加快分解,从而造成果实硬度迅速下降。在振动后的贮藏期内,0.2 g和0.5 g振动条件下的蟠桃软化率差异不显著(p=0.080>0.05),且明显低于0.8 g振动蟠桃的软化率;振动后96 h各振动加速度下蟠桃软化率基本趋于一致,但仍然高于未振动蟠桃的软化率。

图3　振动加速度对蟠桃软化率的影响Fig.3　Effect of vibration acceleration on the softening rate of flat peach注:图中横坐标中“0”表示振动实验结束;负数表示振动实验中,正数表示振动结束后贮藏时间;图4～图8同。

2.2振动方式对蟠桃软化率的影响

研究振动方式对蟠桃软化率影响时,振动加速度为0.5 g、振动时间为120 min。其中,水平+竖直复合振动时,为了获得0.5 g复合加速度,水平和竖直方向的加速度均取0.35 g。从图4中可以看出,蟠桃竖直振动时的软化率略高于水平振动时蟠桃软化率,在振动后24 h已无显著差异(p>0.05)。水平+竖直复合振动方式对蟠桃软化加速作用最大,尤其是在振动后72 h时的软化率是另两种振动方式蟠桃软化率的1.1倍左右(p=0.035<0.05)。根据果实细胞壁“经纬模型”理论,细胞壁骨架是由垂直于胞壁面糖蛋白伸展素网络和平行于胞壁面的纤维素纤维丝构成[24],因此振动方式不同对细胞壁骨架受力变形也不同。本研究中水平+竖直复合振动使蟠桃果肉细胞壁产生了较大变形,提高了细胞膜渗透率,加速了果实软化,这一结果也与官晖[25]关于不同振动方式对河套哈密瓜生理影响的结论基本一致。

图4　振动方式对蟠桃软化率的影响Fig.4　Effect of vibration mode on the softening rate of flat peach

2.3振动时间对蟠桃软化率的影响

当0.5 g加速度垂直方式振动时,不同振动时间对蟠桃加速软化的影响如图5所示。可以看出,振动时间越长,蟠桃软化速度越快。在对杨梅、无花果、草莓等多种呼吸跃变型果实的研究中发现,在振动处理中果实乙烯释放量和呼吸速率均明显增高,这是果实对胁迫的应激反应[26-29]。随着振动时间延长,果实呼吸速率不断提高,果肉细胞新陈代谢加快[11,21]。在振动后96 h贮藏时间内,振动1 h和2 h的蟠桃软化率无显著差异,但振动3 h蟠桃的软化率却明显较高,是振动1 h蟠桃软化率的1.1～1.3倍(p=0.008<0.05),很可能是振动3 h使蟠桃新陈代谢加快而加速成熟软化。

图5　振动时间对蟠桃软化率的影响Fig.5　Effect of vibration time on the softening rate of flat peach

2.4环境温度对蟠桃软化率的影响

当竖直振动加速度0.5 g,振动时间120 min时,环境温度对蟠桃软化率影响如图6、图7所示。图6和图7分别为蟠桃低温振动后在常温贮藏和低温贮藏过程的软化率变化。从图6可以看出,蟠桃低温振动结束时的软化率高于未振动蟠桃软化率,但在贮藏回温期间并未发生加速软化,这在图7也有类似现象。蟠桃低温振动出现软化,但在低温贮藏期间软化率保持极低的增长,这表明低温有助于阻止其加速软化。然而,低温振动蟠桃在常温贮藏24 h后新陈代谢开始恢复,这时细胞组织受振动变化的蟠桃表现出比未振动蟠桃更快速度的软化,其软化率在贮藏48 h之后已经趋近于常温振动蟠桃的软化率,这进一步说明低温作用只是抑制了蟠桃软化速度,未表现出减少振动对细胞造成损伤的作用。

图6　温度对蟠桃振动软化率的影响(常温贮藏)Fig.6　Effect of temperature on the softening rate of vibrated flat peach(room temperature storage)

图7　温度对蟠桃振动软化率的影响(低温贮藏)Fig.7　Effect of temperature on the softening rate of vibrated flat peach(low temperaturestorage)

2.5包装条件对蟠桃软化率的影响

振动加速度0.5 g时,常温环境下对蟠桃竖直方向振动120 min,包装对蟠桃软化率影响如图8所示。可以看出,振动结束后,PE网袋包装蟠桃软化率只有无包装振动蟠桃软化率的0.66倍,这一差距在振动后贮藏的48 h内还在不断增大,这说明PE网袋的缓冲吸振作用降低了蟠桃果肉细胞壁的形变;在振动后48～72 h贮藏期内,包装振动的蟠桃软化率与无包装振动蟠桃的软化率差异开始减小并逐渐趋于一致。因此,包装可能只是通过减小振动对蟠桃细胞组织影响,使蟠桃在较短储藏期内维持较低软化速度,一旦蟠桃新陈代谢速率进入高峰,蟠桃将加速软化,这与卢立新等[30]的不同包装对梨果实品质影响结果一致。

图8　包装对蟠桃振动软化率的影响Fig.8　Effect of packing on the softening rate of vibated flat peach

3　结论

蟠桃软化率随着振动加速度增大而增大,但在较低的振动加速度时,加速度变化对其软化率影响无显著差异;竖直或水平振动方式对蟠桃软化率影响都较小,但竖直与水平复合振动方式对蟠桃加速软化影响很大;振动1 h和2 h对蟠桃软化率的影响无显著差异,但振动3 h的蟠桃在储藏期内表现出明显较高速度的软化。

在低温环境下蟠桃振动时和振后贮藏的软化率始终保持较低;PE网袋包装可以使蟠桃保持与未振动蟠桃较为接近的软化率。

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Effects of vibration conditions on softening of flat peach

LI Ling,WEN Bao-qin,WU Jie*,LOU Lai-feng

(College of Mechanical and Electrical Engineering,Shihezi 832003,China)

During transportation,flat peach has a tendency to soften at an accelerated rate under vibration and lead to quality deterioration.In order to understand the softening behavior of the vibrated flat peach,the effect of vibration acceleration,vibration time,vibration mode,packing and temperature on softening of flat peach was studied using a self-made mechanical vibration testing stand.During the low level of vibration acceleration,it was no significant effect that the different acceleration on peach softening.Compared with horizontal or vertical vibration mode,the horizontal and vertical combination of the mode causes peach soften at a higher rate.When the flat peach was vibrated for 3 h,the softening rate was significantly increased.PE net bag can make the vibrated flat peach soften at the rate approximated to soften rate of no-vibratied fruit during the storage period due to its cushioning effect of on cell structure.The vibrated flat peach could maintain relatively lower softening rates under low temperature condition because its respiration was inhibited.

flat peach;vibration;softening;storage

2015-09-21

李玲(1987-)，女，硕士研究生，研究方向：农产品品质安全与检测，E-mail:ling816@126.com。

吴杰(1972-)，男，博士，教授，研究方向：农产品品质安全与检测，E-mail:wjshz@126.com。

国家自然科学基金项目(31160335)；石河子大学优秀青年科技人才培育计划项目(2012ZRKXYQ-YD06)。

TS255.1

A

1002-0306(2016)07-0305-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.07.050