基于標準化的果蔬產品運輸包裝技術及其應用研究

阮曉華，楊若瑜，林沛祺，郭可兒，趙崇樂，陳煒怡

（廣東工商職業技術大學，廣東肇東 526020）

1 果蔬產品包裝技術的市場分析

1.1 果蔬產量大

水果、蔬菜是我國第二、第三大農業種植產業，蔬果供應量龐大。近年來，我國蔬菜產業發展取得顯著成效，連續多年全國蔬菜面積達20 000 khm2以上，產量7億t以上，產值2萬億元以上。

2018年我國水果產量達2.57億t，果園總面積和水果總產量常年穩居全球首位，2018年面積達到11 284 khm2。蔬果市場供給總體平衡有余，品種日益豐富，在保證城鄉人民生活需要、促進農民增收致富方面發揮了積極作用。

我國的水果種植中，蘋果、柑橘、梨、葡萄、香蕉5類水果占據了水果總量的接近50%，集中度較高，是果蔬包裝創業項目重點研究的領域。隨著農村電商和直播電商產業的興起，帶動了農副產品市場的發展。同時，現代農業產業園、信譽農場、菜籃子配送中心等農業生態鏈的不斷完善，也提升了農產品對冷鏈物流特別是果蔬包裝的需求。保鮮包裝箱的創新設計將擴大蔬果運輸半徑、提高蔬果的新鮮度，幫助蔬果產業取得“從農場到嘴巴”最后一步的勝利。

1.2 果蔬包裝市場需求高

我國是農產品貿易大國，對農產品保鮮包裝的需求很大。目前，我國很多農業大戶對果蔬產品的保鮮都不重視，或者因為保險成本較高而忽略了保鮮處理，結果導致果蔬產品在運輸過程中產生較高的損耗率。據統計，在遠距離運輸中，因保鮮不當或缺乏保鮮而導致果品的損耗率超過20%，蔬菜的損耗率更是達到了30%。按此比例測算，每年因為保鮮不當導致的蔬菜損耗超過2億t，果品損耗超過6 000萬t，每年因此而造成的損耗超過4 000億元。

由于包裝材料使用不合理，造成了果蔬裝卸成本、運輸成本和包裝材料耗材成本損失預計也超過百億元[1]，因此加強果蔬包裝研究、提高果蔬包裝效率，對提升我國果蔬產業的競爭力、提高農民的收入水平都具有重要的作用。

1.3 廣東果蔬運輸包裝產業的發展迅猛

粵港澳大灣區的發展，促進了珠三角乃至華南地區果蔬市場的發展，也帶動了果蔬包裝市場的發展。其中，粵港澳大灣區肇慶（懷集）農副產品集散基地的規劃建設和運營發展，對提升粵港澳大灣區的果蔬產品集散和品質提升提供了前所未有的發展機遇，創業團隊以肇慶作為創業地點，以廣東省特別是肇慶、云浮、清遠、佛山等周邊城市的農產品種植園作為首批試點市場。

廣東省果蔬的種植面積和產量都位居全國的前10位，果蔬的消耗量更是位居全國前列。因此，廣東果蔬包裝市場前景廣闊。

2012—2018 年廣東省蔬菜產量見圖1。

圖1 2012—2018年廣東省蔬菜產量

而廣東各地市的果蔬市場的種植面積和產量分布不均勻，蔬菜種植由于受各地市菜籃子工程的影響，各地市根據人口和可供種植的面積分布相對均勻，相對來說，廣州、梅州、惠州、湛江、茂名、肇慶、清遠、揭陽的產量較高；而水果則集中在湛江、茂名、肇慶、清遠和梅州的產量較多，排在前5位的水果分別是柑橘橙、香（大）蕉、菠蘿、荔枝、龍眼，其產量超過了70%，每年的產量超過了1 100萬t。

肇慶的柑橘橙、香（大）蕉、菠蘿、荔枝、龍眼的總產量更是超過了水果總產量的90%，其中柑橘橙產量占比最高，接近水果總產量的80%，2018年的產量超過133萬t。

2 果蔬包裝技術應用分析

2.1 外包裝技術應用

2.1.1 瓦楞紙箱

瓦楞紙箱由于其成本低、適用性強、緩存性能好、可降解性強，得到了廣泛的應用。在水果的包裝中使用最多。紙箱的表面還可以印刷各種圖案，滿足促進銷售、品牌展示、商品介紹等應用功能。通過增加瓦楞紙板的層數，還可以提高瓦楞紙箱的抗壓能力。瓦楞紙箱的缺點是防水性較差，不適合蔬菜特別是葉菜的包裝。

2.1.2 木箱

木箱具有取材方便、抗壓能力強、材料環保的特點，也可以根據商品的特點進行臨時組裝，具有良好的便捷性，也受到了很多用戶的歡迎，但木箱的質量較大，需要用機械化作業，對其應用場所和適用性提出了一定的要求。

2.1.3 籮筐類

籮筐類分為竹筐材質、荊條材質和塑料筐材質。竹筐主要是直接取材于竹子或荊條，取材方便、成本極低，且不怕水，具有一定的通風性和抗壓性，在農村地區有廣泛的應用。不過受竹子和荊條種植面積的限制，有些地方的竹子、荊條資源并不能完全滿足包裝的需求，且該材質編制的蘿筐由于形狀不規則，造成在運輸和搬運過程中的不便。

而塑料筐則通過工業化制作，形狀規范，抗壓性強，由于規模化生產，其成本也得到有效的控制，特別是在工業化程度較高的區域，使用面較廣泛。但是很多塑料筐的材質并部門完全滿足果蔬產品的食品安全問題，且其不可降解性也飽受環保人士的批評，需要盡量做到循環利用。

2.1.4 泡沫塑料箱

泡沫塑料箱在蔬果產品的包裝應用上非常普及，其具有防水防潮性好、抗壓能力較強、形狀規范且材質輕、適合手工和機械化作業、緩沖和防震的功能強、價格低廉的特點，泡沫塑料箱還由于其成型性好，容易進行箱型定制化操作。但是，泡沫塑料箱也有耐用性弱、怕摩擦的特點，在搬運中易損壞。

2.2 內包裝技術應用

果蔬內包裝主要是指對果蔬產品銷售單元進行包裝，其主要目標是滿足果蔬產品的單元包裝，實現商品的相互隔離，控制微生物的繁殖和活性等。

2.2.1 塑料制成的盒裝包裝容器

塑料盒的成型性較好，品種較多且價格低廉，便于在貨架上展示，也便于消費者攜帶，對一些怕擠壓的果蔬產品尤為適用。

2.2.2 泡沫網套

泡沫網套在水果內包裝上廣泛適用，有效降低了果蔬產品在倉儲、運輸過程中的損耗，且其質量輕、操作簡單。但不防水、不抗壓、不能定型，只適用一些蘋果、哈密瓜等有一定抗壓能力的果蔬產品。

2.2.3 氣泡膜

氣泡膜是在產品包裝中常見的防震產品，可根據外包裝的大小和果蔬產品的尺寸進行裁剪，適用性強。

2.2.4 充氣袋

充氣袋在果蔬產品防震保護廣泛適用，可以根據要求選擇合適的尺寸進行充氣，具有防濕防潮的特點。但其充氣的屬性也造成了占用空間，充氣過程需要一定的技巧，對操作工人有技術要求。

2.2.5 保鮮袋

保鮮袋的主要作用可以減少果蔬產品水分的流失，也可減少或者防止病原微生物在果蔬產品間的侵染，對果蔬產品在相對較長的保存時間內有較好的保護作用。

2.3 自動包裝機械技術應用

包裝機械在應對規模化作業時就體現出其效率高、效益好的特點，而且也極大地降低了人工的需求，可以有效降低包裝成本[2]。同時，自動化包裝減少了手工對果蔬產品的接觸，可以減少果蔬產品的人為損耗。

目前，常見的自動包裝機械主要是充填、裹包、封口等包裝工序，包裝機的應用有卷筒、裝盒和裝箱的應用，并搭配自動貼標機，可以滿足大型冷鏈庫的出入庫操作。

3 果蔬包裝技術要求

果蔬產品主要分為葉菜類、根莖類、瓜果類和菌菇類，以及熱帶水果和溫帶水果，其生物特征差異較大，所需的包裝環境也有所不同，適宜的溫度也有所不同，需要針對不同的水果制定不同的包裝方案，由于目前粗放型的包裝管理，造成了大量蔬果包裝損耗。

最常見的損耗有物理損傷包括壓擠、摔壞、劃傷和變形等，還有生物損耗，包括變質、污染、串味等。因此，需要對不同的商品制定不同的包裝方案。

通過對果蔬供應鏈的分析，一部分以面向批發零售商等專業用戶為主，該市場的蔬果流通數量大、專業水平高，果蔬包裝需要有標準化的機械作業為支撐；另一部分以面向終端消費者的零售為主，該市場用戶對品牌要求高，個性化包裝和小盒裝包裝的需求大。因此，需要根據不同的用戶需求制定不同的包裝方案。

同時，通過對果蔬的流通時間進行分析，果蔬流通的時間有當日送達、隔日送達、1周內送達及1周以上送達的需求，不同的運輸時間對果蔬的包裝環境要求不同。因此，需要根據果蔬的在途時間制定不同的包裝方案。

綜上所述，果蔬包裝不應該只關注包裝作業本身，更需要關注果蔬供應鏈的各個環節及其需求，才能制定出更能滿足需求的包裝方案[3]。

4 果蔬產品包裝技術設計

4.1 一種恒溫恒濕智能包裝箱設計

4.1.1 溫熱帶水果及普通菜蔬類的運輸、倉儲包裝箱

以標準化泡沫箱為載體，利用可充電小風扇制成一個小型抽風機，在側壁鉆一風扇形小孔，將風扇安放在該小孔處，用泡沫箱專用膠固定風扇。在箱子底部、對側和頂部位鉆孔，以便空氣在箱體內均衡流通。將溫濕度傳感器的探測器放在生鮮類產品中心的位置，檢測到箱中產品的情況，如果因為呼吸作用或者化學反應造成溫度上升、濕度提高，可打開風扇改善通風條件。溫濕度傳感器的數據可與手機無線連接，可以直接通過手機觀察包裝箱內的溫濕度趨勢線和波動情況，在溫濕度異常情況下及時啟動抽風裝置。為保持箱內的濕度，在箱內設置一個瓶子，在瓶蓋上鉆小孔，瓶子里面裝水，根據密度原理，當外面空氣濕度低，而此時剛好瓶子有水，若溫度升高就會產生水蒸氣，外溢到箱子，增加箱內濕度，水蒸氣的增加，再通過通風裝置，也可以快速帶走熱量，快速實現降溫的目的。

泡沫箱可以放置在周轉箱內，利用周轉箱的堅硬外殼保護泡沫箱，且保溫箱和周轉箱都可以循環回收利用。

4.1.2 生鮮類產品城市配送和無人機短途配送包裝箱

生鮮類產品城市配送和無人機短途配送的特點是在途時間較短、運輸頻率高，所述產品對食品安全的要求較高。可通過加強對箱子內的溫濕度監控，從而提高生鮮類產品的運輸和貯藏安全。

以泡沫箱為載體，箱子保持密封性，箱內放置溫濕度傳感器，蓋頂設置插槽，形成冰袋夾層，夾層內放置密封冰袋，利用冷空氣下沉、熱空氣上升的原理實現箱子的空氣冷循環，冰袋不與生鮮產品直接接觸，冰袋下方放置防水透氣貼膜，避免熱空氣遇冰袋后凝結水直接滴在生鮮產品內。透氣防水貼膜可滿足3~5 h內水滴不漏的要求。

泡沫箱箱蓋和箱體之間各嵌套一套塑膠環套，增加箱子的密合度，減少箱內外溫度差的損耗。

箱內空氣自循環裝置示意圖見圖2。

圖2 箱內空氣自循環裝置示意圖

4.2 果蔬包裝材料的選型與標準化

目前，果蔬運輸包裝材料主要由外包裝、內包裝和輔助材料構成，其中常見的外包裝有紙箱、塑料周轉箱、編制網袋，木箱和各類框籮，常見的內包裝包括了塑料盒、泡沫網套、保鮮袋、充氣袋，常見的保鮮輔助材料有冰袋、保鮮膜等，上述各類包裝材料又有不同的規格。因此，對于包裝材料的選型和組合需要非常專業的包裝技術，運輸管理技術和農產品保鮮技術支持，一般的農業用戶難以滿足上述要求。因此，對運輸包裝各種材料在不同環境下的保溫效果進行測試，找到最優的組合進行標準化和產業化。

包裝箱隔板示意圖見圖3。

圖3 包裝箱隔板示意圖

在周轉箱的設計上，為了減少在運輸過程中因為積壓、碰撞等造成的物理損傷，對周轉箱進行了改造[4]。對容積較大的泡沫箱內設置上下2層，在箱子中間位置設置2條橫軸，支撐一塊平托板，用來堆放部分的蔬果，該平板設置孔狀，保持箱內的空氣流通。通過這種設置可減少在長途運輸中果蔬由擠壓和碰撞造成的物理傷害。

同理，在對溫度要求不高的周轉箱中，也增加該隔層設置，減少果蔬的物理損耗。

在外包裝的設計和選型中，以滿足機械化作業需求為主要目標，選擇以HDPE新料為原材料的標準化周轉箱作為載體，該周裝箱可內裝保溫泡沫箱，也可以直接裝果蔬。該箱子可與標準托盤（120 cm×100 cm）配合使用，滿足大部分場合的裝卸機械化工作要求，也滿足大部分自動輸送帶（寬度50 cm）的運轉要求。

4.3 果蔬包裝技術標準化

果蔬的品類很多，蔬菜主要包括了白菜類、綠葉蔬菜、甘藍類、瓜果類、茄果類、豆類、根莖類和菌菇類等，水果則包括了熱帶水果和溫帶水果等。不同的果蔬有不同的保鮮要求，如葉菜類（含白菜、綠色葉菜和甘藍等）采用氣調保鮮方法，根莖類、瓜果類和部分熱帶水果采用常態/控溫控濕，溫帶水果采用冷藏的方式進行保鮮包裝。

對不同的果蔬所需要的保溫條件進行標準化，并提供適合該保溫條件的簡易保溫箱，滿足其運輸包裝要求。

在對果蔬進行保鮮的過程中，溫度和濕度是最重要的因素，為了在包裝和運輸方式上合理控制這2個因素，對不同類型果蔬的最佳儲存條件進行了調查和整理，并以此為依據，對不同種類的果蔬采用不同的包裝方法，以達到最大的保鮮效果。

（1）葉菜類。葉菜類蔬菜通常葉片較大，怕擠壓及尖銳物，其保鮮最重要的就是保留水分和避免葉片腐爛。殺滅有害細菌和真菌，然后用冷庫貯藏或氣調貯藏是現在葉菜保鮮的最主要的方法。因此，首先會通過預冷減少在葉片表面的水分并降低自身溫度，然后將葉菜分裝，每份250~500 g，裝入特制的包裝袋中，進行氣調保鮮。即把包裝抽真空，然后根據不同產品的生理特性，選用2種或多種氣體組成的混合氣體充入包裝袋內，再借助包裝內產品的呼吸作用與包裝材料的選擇透過性，使包裝內形成一種更適合產品保鮮的環境氣氛，有效降低鮮品的生理活動及其消耗，延長保鮮貯運周期。

數據顯示，除了大白菜和綠葉蔬菜，結球類葉菜（尤其是甘藍）種植面積僅次于前兩種蔬菜，交易量同比增幅也最大。結球類葉菜（如西蘭花、椰菜花、甘藍等）一般會先從內部菜心開始腐爛，輕微的腐爛一般無法通過肉眼察覺到。對于這類蔬菜的保鮮，在包裝前應該先除去已經腐爛的部分，避免滋生細菌，然后用保鮮膜包裹后倒置或者橫著放，讓根部不接觸地面。最外面的一層葉子耐寒、耐碰，在運輸過程中能起到保護內部菜心的作用。

由于這一大類的蔬菜都有怕擠壓、碰撞的共同特點，可采用創業團隊設計的果蔬寶盒來裝載，共雙層結構可減少蔬菜的擠壓。

（2）根莖類。根莖類蔬菜比較耐擠壓，儲存條件相對寬松，一般放在陰涼干燥處常溫保存即可。所以，在包裝時可以直接裝入周轉筐，保證蔬果通風透氣，每袋不超過10 kg（或根據客戶需求調整規格），方便觀察蔬果發生的變化。在運輸時，1~2 d的短途運輸，會直接裝車或根據路況增加周轉筐來放置；3~5 d的中長途運輸需求，可采用保鮮膜包裝保護，防止果蔬的水分蒸發，取得控制氣體含量的效果，從而保持果蔬的鮮度；5 d以上的長途運輸可考慮使用控制溫濕度的保鮮箱或智能運輸車。

（3） 瓜果類。硬質瓜果（如南瓜等） 的表皮較厚、呼吸作用和失水速率低，需陰涼通風，可使用上述根莖類蔬菜的包裝方法[5]。軟質瓜果如黃瓜、西紅柿等，容易受擠壓，選擇珍珠棉做成相應的模型來包裝或保護，每層控制間隔距離，再放入帶孔的瓦楞紙箱。夏秋季運輸時間超過48 h以上的，同樣需要選用能控制溫濕度的冷藏車。

（4）菌菇類。資料顯示，菌菇采收整理后，浸入質量分數0.6%的鹽水中10 min，撈起瀝水再裝袋儲存，保鮮期能達到5~8 d。經過處理后，1~3 d的短途運輸，包裝采用一種新型保鮮托盤，這種托盤是在原板中加入功能型薄膜或長纖維無紡布等重疊而成的模壓品，在原有功能的基礎上增加了調節濕度、控制氣體含量、防止霉菌繁殖等功能，頂部使用透氣性能較好的保鮮膜封頂；3~5 d及5 d以上的長途運輸，使用袋裝氣調保鮮。

（5）水果。硬質水果用竹編籃筐進行包裝，籃筐高度以不同水果規格為準，單層放置，避免堆壓。軟質水果增加泡沫網套做保護，放置到珍珠棉制的模型托中再放入瓦楞紙箱。大部分熱帶水果采摘后呼吸強度仍然較高，有些還會釋放乙烯加速自身成熟，因此可以使用低氣壓保鮮法，減低氣壓、保持低溫和高濕，利用低壓空氣進行循環等措施，降低氧氣濃度，使水果呼吸強度控制在最低的水平，延長其生理代謝的有效性，從而保持水果的新鮮狀態。

在上述的包裝方法中，對于軟質的果蔬選擇了珍珠棉這一材料來制作模型用于固定。這是一種新型環保的包裝材料，克服了普通發泡膠易碎、變形、恢復性差的缺點，具有隔水防潮、防震、隔音、保溫、可塑性能佳、韌性強、循環再造、環保、抗撞力強等諸多優點，亦具有很好的抗化學性能。

除了上述的基礎保鮮包裝，在運輸時使用帶有可實時監控溫濕度設備的冷鏈保溫箱，根據不同蔬果性質，控制箱內的溫度和濕度。此保溫箱的使用成本低于選擇冷鏈運輸保鮮車，而且可以兼顧不同品種蔬果的性質，避免“一刀切”的保鮮方式。

5 結語

2020年7 月發布的《農業農村部 廣東省人民政府共同推進廣東鄉村振興戰略實施2020年度工作要點》，要求對接粵港澳大灣區和深圳先行示范區“雙區”大市場，構建“一縣一園、一鎮一業、一村一品”現代農業產業體系，打造菠蘿、荔枝、茶葉、柚子、生豬、深海網箱養殖和農產品冷鏈物流等優勢產區現代農業產業園和一批特色產業現代農業產業園。果蔬產品的冷鏈物流需求將更加旺盛，果蔬產品包裝的規模化要求更高，而果蔬產品作為生活必需用品，政府從“六穩”“六保”的角度，將對產品的零售價格進行嚴密監控。因此，果蔬包裝的成本也必須控制在一定范圍內，加強對果蔬產品包裝技術應用的研究和實踐，對我國現代農業產業發展具有重要的作用。通過包裝箱的設計、包裝箱的選型和包裝技術標準化的研究，將滿足規模化和低成本的運營要求。