鮮棗輕微損傷力學特性的研究

劉蔣龍，張淑娟，申海霞，李軍宇

（山西農(nóng)業(yè)大學工學院，山西晉中　030801）

鮮棗輕微損傷力學特性的研究

劉蔣龍，*張淑娟，申海霞，李軍宇

（山西農(nóng)業(yè)大學工學院，山西晉中030801）

為了探明輕微損傷對鮮棗力學特性的影響，以太谷壺瓶棗、梨棗、郎棗為研究對象，使用Instron萬能材料物理試驗機進行鮮棗輕微損傷試驗樣本制作，對樣本從損傷制作到變質這一時間段的果皮強度、果皮破裂深度、果皮脆度、果皮韌性、果肉最大硬度、果肉平均硬度和果肉勻質指數(shù)進行了測定。通過對這些指標的比較分析，發(fā)現(xiàn)輕微損傷對果皮脆度的影響最為明顯，并探明了鮮棗從開始輕微損傷到變質階段的力學特性及其變化規(guī)律，為鮮棗加工和運輸相關研究提供了依據(jù)。

鮮棗；力學特性；輕微損傷；穿刺

紅棗，因富含氮、磷、鉀、鈣、鎂、蛋氨酸、亮氨酸、有機酸、多糖、黃酮、腺苷、VA和VC等各種人體所必需的營養(yǎng)元素及化合物而廣受人們的喜愛［1-2］。然而，由于收獲、裝卸及運輸過程中的擠壓、碰撞，難免會對其造成機械損傷。損傷處表皮未破損，但有輕微凹陷，色稍變暗，肉眼難于覺察，這種無汁液外溢的現(xiàn)象屬于輕微損傷［3］。由于損傷部位的組織受到破壞，損傷紅棗會在短期內(nèi)迅速變質，并對周圍鄰近紅棗造成影響，嚴重影響紅棗的貯藏時間及其品質［4-5］。

多年來，國內(nèi)外學者主要從果蔬收獲、運輸及加工過程中的碰撞、靜載與振動的機械損傷方面對楊梅、蘋果、馬鈴薯、荔枝、香梨、番茄和大豆等果蔬的力學特性進行了研究［6-17］，對紅棗輕微損傷力學特性的研究未見報道。

本文以太谷梨棗、壺瓶棗、郎棗為研究對象，使用Instron萬能材料物理試驗機制作鮮棗輕微損傷樣本，使用TA.XT plus型質構儀測試了輕微損傷鮮棗從損傷制作到變質階段的力學指標，包括果皮強度、果皮破裂深度、果皮脆度、果皮韌性、果肉最大硬度、果肉平均硬度和果肉勻質指數(shù)。通過對這些指標的比較分析，尋求鮮棗輕微損傷的最優(yōu)評價參數(shù)，探明了鮮棗從開始輕微損傷到變質階段的力學特性及其變化規(guī)律。

1　材料與方法

1.1試驗材料

2015年9月下旬，在山西省太谷縣東莊、里美莊、北張村棗園分別采摘了試驗用梨棗、壺瓶棗、郎棗。樣本采摘時全部完好無病蟲害、無裂紋，并在4℃的條件下貯藏于冰箱中。

1.2試驗方法

1.2.1損傷試驗

使用Instron 5544型萬能材料物理試驗機先對梨棗、壺瓶棗、郎棗樣本進行預試驗，試驗加載速度10 mm/min，探頭直徑5 mm。發(fā)現(xiàn)鮮棗樣本的壓縮位移達到1.7～2.0 mm時，果皮發(fā)生破裂，汁液流出。本試驗研究的是輕微損傷，即果品堅實、平整，所形成的變形在載荷卸載后能基本恢復，故最終確定制作輕微損傷鮮棗樣本的壓縮位移為1.5 mm［4］。

1.2.2穿刺試驗

使用Texture Exponent 32型質構儀對力學指標進行測試。以鮮棗樣本從輕微損傷制作到變質為研究階段，試驗周期分為3個時間段，間隔24 h。每個品種設有損傷組與未損傷對照組，即全部試驗樣本分為6個小組。梨棗、壺瓶棗、郎棗每個小組的樣本數(shù)量分別為18，20，20。損傷組樣本穿刺損傷點與周圍10 mm之內(nèi)4個點，未損傷組樣本穿刺10 mm范圍內(nèi)5個點。

穿刺得到的力學性能指標分屬于果皮與果肉兩類。果皮指標包括強度、破裂深度、脆度、韌性；果肉指標包括最大硬度、平均硬度、勻質指數(shù)。

2　結果與分析

2.1試驗結果

將壺瓶棗、梨棗、郎棗損傷組樣本損傷點、未損傷組樣本第1點的穿刺試驗數(shù)據(jù)取平均值。

輕微損傷鮮棗的果皮指標見表1，輕微損傷鮮棗的果肉指標見表2。

表1　輕微損傷鮮棗的果皮指標

2.2指標對照

輕微損傷鮮棗與正常鮮棗樣本的果皮指標差值比較見圖1。

表2　輕微損傷鮮棗的果肉指標

圖1　輕微損傷鮮棗與正常鮮棗樣本的果皮指標差值比較

將鮮棗損傷組與未損傷組樣本的果皮指標作差值比較，發(fā)現(xiàn)果皮強度與果皮脆度的差值均分布在X軸的上方，表明在果皮類指標中，輕微損傷對樣本的果皮強度與果皮脆度造成了明顯的差別，而對果皮破裂深度與果皮韌性的影響則相對較小。圖1 （a）、（c）中，壺瓶棗未損傷樣本與損傷樣本的果皮強度、果皮脆度差值越來越大，說明隨著輕微損傷后時間的延長，損傷組樣本的變質程度越來越嚴重，而未損傷樣本的果皮品質變化不明顯；梨棗和郎棗未損傷樣本與損傷樣本的果皮強度、果皮脆度差值先增大后減小，說明隨著輕微損傷后時間的延長，損傷組樣本的變質程度逐漸嚴重，而未損傷樣本隨著貯藏時間的延長，水果品質逐漸下降，果皮強度、果皮脆度也開始減小。

輕微損傷鮮棗與正常鮮棗樣本的果肉指標差值比較見圖2。

圖2　輕微損傷鮮棗與正常鮮棗樣本的果肉指標差值比較

由圖2可知，果肉類指標中，只有勻質指數(shù)的差值分布在X軸的上方，表明輕微損傷對鮮棗樣本的勻質指數(shù)造成了明顯的差別，而對果肉最大硬度與果肉平均硬度的影響相對較小。圖2（c）中，壺瓶棗未損傷組與損傷組樣本的勻質指數(shù)差值越來越大，說明隨著輕微損傷的影響，損傷組樣本的變質程度越來越嚴重，而未損傷樣本的果肉品質變化不明顯。梨棗和郎棗未損傷組與損傷組樣本的勻質指數(shù)差值逐漸減小，說明隨著輕微損傷后時間的延長，損傷組樣本的變質程度逐漸嚴重，而未損傷樣本隨著貯藏時間的延長，水果品質逐漸下降，果肉勻質指數(shù)也開始減小。

由上可得，輕微損傷對鮮棗樣本果皮脆度的影響最為明顯，可嘗試使用其進行鮮棗樣本輕微損傷的描述。

3　結論

通過對輕微損傷鮮棗的穿刺試驗與結果分析，探明了鮮棗從開始輕微損傷到變質階段的力學特性及其變化規(guī)律，應用質構儀測量了鮮棗樣本從輕微損傷到變質階段的果皮強度、果皮破裂深度、果皮脆度、果皮韌性，以及果肉最大硬度、果肉平均硬度和果肉勻質指數(shù)，發(fā)現(xiàn)輕微損傷對鮮棗樣本的果皮強度、果皮脆度和果肉勻質指數(shù)3個指標影響明顯。其中，果皮脆度的區(qū)別最為突出，可據(jù)此對鮮棗樣本的輕微損傷進行描述，而對果皮破裂深度、果皮韌性、果肉最大硬度與果肉平均硬度的影響相對較小，區(qū)別不明顯。該研究為鮮棗加工和運輸相關研究提供了依據(jù)。

［1］王斌，薛建新，張淑娟.基于高光譜成像技術的腐爛、病害梨棗檢測 ［J］.農(nóng)業(yè)機械學報，2013， 44（增刊I）：205-209.

［2］薛建新，孫海霞，周靖博，等.基于機器視覺和近紅外光譜的壺瓶棗無損檢測 ［J］.山西農(nóng)業(yè)大學（自然科學版），2012，32（6）：571-573.

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［5］趙杰文，劉劍華，陳全勝，等.利用高光譜圖像技術檢測水果輕微損傷 ［J］.農(nóng)業(yè)機械學報，2008，39（1）：106-109.

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［8］陳燕，蔡偉亮，鄒湘軍，等.荔枝鮮果擠壓力學特性 ［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2011，27（8）：360-364.

［9］吳杰，郭康權，葛云，等.香梨果實跌落碰撞時的接觸應力分布特性 ［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2012，28（1）：250-254.

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［16］姜松，何瑩，趙杰文.水果黃瓜在貯藏過程中力學品質變化的研究 ［J］.食品科學，2007，28（2）：322-326.

［17］程學勛，林潔文，黃敏，等.質構儀及其在食品研究中的應用簡介 ［J］.廣東化工，2012，39（9）：165-166，146.◇

Research on Mechanical Property of Bruise Jujube

LIU Jianglong，*ZHANG Shujuan，SHEN Haixia，LI Junyu
（College of Engineering，Shanxi Agricultural University，Jinzhong，Shanxi 030801，China）

In order to ascertain the effect of bruise to jujube，make bruise test samples by means of universal bio-material tester for Huping jujube，Pear-jujube and Lang jujube from Taigu.Test the mechanical property including pericarp intensity，pericarp break distance，pericarp brittleness，pericarp toughness，maximal flesh firmness，mean flesh firmness and the number of peaks of the samples for the period from the making of bruise to metamorphism.Through the analysis to the index，bruise，the effect on the pericarp brittleness is most obvious from bruise，and mechanical property and change rule of jujubes from bruise to deterioration，which provided a theoretical reference for processing and transportation of jujubes.

jujube；mechanicla property；bruise；pericarp

S665.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.08.003

1671-9646（2016）08a-0008-03

2016-06-15

國家自然科學基金項目（31271973）；山西省自然科學基金項目（2012011030-3）。

劉蔣龍（1992— ），男，碩士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品檢測技術及裝備。

張淑娟（1963— ），女，教授，博士生導師，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術及裝備。