鲜枣轻微损伤力学特性的研究

刘蒋龙，张淑娟，申海霞，李军宇

（山西农业大学工学院，山西晋中　030801）

鲜枣轻微损伤力学特性的研究

刘蒋龙，*张淑娟，申海霞，李军宇

（山西农业大学工学院，山西晋中030801）

为了探明轻微损伤对鲜枣力学特性的影响，以太谷壶瓶枣、梨枣、郎枣为研究对象，使用Instron万能材料物理试验机进行鲜枣轻微损伤试验样本制作，对样本从损伤制作到变质这一时间段的果皮强度、果皮破裂深度、果皮脆度、果皮韧性、果肉最大硬度、果肉平均硬度和果肉匀质指数进行了测定。通过对这些指标的比较分析，发现轻微损伤对果皮脆度的影响最为明显，并探明了鲜枣从开始轻微损伤到变质阶段的力学特性及其变化规律，为鲜枣加工和运输相关研究提供了依据。

鲜枣；力学特性；轻微损伤；穿刺

红枣，因富含氮、磷、钾、钙、镁、蛋氨酸、亮氨酸、有机酸、多糖、黄酮、腺苷、VA和VC等各种人体所必需的营养元素及化合物而广受人们的喜爱［1-2］。然而，由于收获、装卸及运输过程中的挤压、碰撞，难免会对其造成机械损伤。损伤处表皮未破损，但有轻微凹陷，色稍变暗，肉眼难于觉察，这种无汁液外溢的现象属于轻微损伤［3］。由于损伤部位的组织受到破坏，损伤红枣会在短期内迅速变质，并对周围邻近红枣造成影响，严重影响红枣的贮藏时间及其品质［4-5］。

多年来，国内外学者主要从果蔬收获、运输及加工过程中的碰撞、静载与振动的机械损伤方面对杨梅、苹果、马铃薯、荔枝、香梨、番茄和大豆等果蔬的力学特性进行了研究［6-17］，对红枣轻微损伤力学特性的研究未见报道。

本文以太谷梨枣、壶瓶枣、郎枣为研究对象，使用Instron万能材料物理试验机制作鲜枣轻微损伤样本，使用TA.XT plus型质构仪测试了轻微损伤鲜枣从损伤制作到变质阶段的力学指标，包括果皮强度、果皮破裂深度、果皮脆度、果皮韧性、果肉最大硬度、果肉平均硬度和果肉匀质指数。通过对这些指标的比较分析，寻求鲜枣轻微损伤的最优评价参数，探明了鲜枣从开始轻微损伤到变质阶段的力学特性及其变化规律。

1　材料与方法

1.1试验材料

2015年9月下旬，在山西省太谷县东庄、里美庄、北张村枣园分别采摘了试验用梨枣、壶瓶枣、郎枣。样本采摘时全部完好无病虫害、无裂纹，并在4℃的条件下贮藏于冰箱中。

1.2试验方法

1.2.1损伤试验

使用Instron 5544型万能材料物理试验机先对梨枣、壶瓶枣、郎枣样本进行预试验，试验加载速度10 mm/min，探头直径5 mm。发现鲜枣样本的压缩位移达到1.7～2.0 mm时，果皮发生破裂，汁液流出。本试验研究的是轻微损伤，即果品坚实、平整，所形成的变形在载荷卸载后能基本恢复，故最终确定制作轻微损伤鲜枣样本的压缩位移为1.5 mm［4］。

1.2.2穿刺试验

使用Texture Exponent 32型质构仪对力学指标进行测试。以鲜枣样本从轻微损伤制作到变质为研究阶段，试验周期分为3个时间段，间隔24 h。每个品种设有损伤组与未损伤对照组，即全部试验样本分为6个小组。梨枣、壶瓶枣、郎枣每个小组的样本数量分别为18，20，20。损伤组样本穿刺损伤点与周围10 mm之内4个点，未损伤组样本穿刺10 mm范围内5个点。

穿刺得到的力学性能指标分属于果皮与果肉两类。果皮指标包括强度、破裂深度、脆度、韧性；果肉指标包括最大硬度、平均硬度、匀质指数。

2　结果与分析

2.1试验结果

将壶瓶枣、梨枣、郎枣损伤组样本损伤点、未损伤组样本第1点的穿刺试验数据取平均值。

轻微损伤鲜枣的果皮指标见表1，轻微损伤鲜枣的果肉指标见表2。

表1　轻微损伤鲜枣的果皮指标

2.2指标对照

轻微损伤鲜枣与正常鲜枣样本的果皮指标差值比较见图1。

表2　轻微损伤鲜枣的果肉指标

图1　轻微损伤鲜枣与正常鲜枣样本的果皮指标差值比较

将鲜枣损伤组与未损伤组样本的果皮指标作差值比较，发现果皮强度与果皮脆度的差值均分布在X轴的上方，表明在果皮类指标中，轻微损伤对样本的果皮强度与果皮脆度造成了明显的差别，而对果皮破裂深度与果皮韧性的影响则相对较小。图1 （a）、（c）中，壶瓶枣未损伤样本与损伤样本的果皮强度、果皮脆度差值越来越大，说明随着轻微损伤后时间的延长，损伤组样本的变质程度越来越严重，而未损伤样本的果皮品质变化不明显；梨枣和郎枣未损伤样本与损伤样本的果皮强度、果皮脆度差值先增大后减小，说明随着轻微损伤后时间的延长，损伤组样本的变质程度逐渐严重，而未损伤样本随着贮藏时间的延长，水果品质逐渐下降，果皮强度、果皮脆度也开始减小。

轻微损伤鲜枣与正常鲜枣样本的果肉指标差值比较见图2。

图2　轻微损伤鲜枣与正常鲜枣样本的果肉指标差值比较

由图2可知，果肉类指标中，只有匀质指数的差值分布在X轴的上方，表明轻微损伤对鲜枣样本的匀质指数造成了明显的差别，而对果肉最大硬度与果肉平均硬度的影响相对较小。图2（c）中，壶瓶枣未损伤组与损伤组样本的匀质指数差值越来越大，说明随着轻微损伤的影响，损伤组样本的变质程度越来越严重，而未损伤样本的果肉品质变化不明显。梨枣和郎枣未损伤组与损伤组样本的匀质指数差值逐渐减小，说明随着轻微损伤后时间的延长，损伤组样本的变质程度逐渐严重，而未损伤样本随着贮藏时间的延长，水果品质逐渐下降，果肉匀质指数也开始减小。

由上可得，轻微损伤对鲜枣样本果皮脆度的影响最为明显，可尝试使用其进行鲜枣样本轻微损伤的描述。

3　结论

通过对轻微损伤鲜枣的穿刺试验与结果分析，探明了鲜枣从开始轻微损伤到变质阶段的力学特性及其变化规律，应用质构仪测量了鲜枣样本从轻微损伤到变质阶段的果皮强度、果皮破裂深度、果皮脆度、果皮韧性，以及果肉最大硬度、果肉平均硬度和果肉匀质指数，发现轻微损伤对鲜枣样本的果皮强度、果皮脆度和果肉匀质指数3个指标影响明显。其中，果皮脆度的区别最为突出，可据此对鲜枣样本的轻微损伤进行描述，而对果皮破裂深度、果皮韧性、果肉最大硬度与果肉平均硬度的影响相对较小，区别不明显。该研究为鲜枣加工和运输相关研究提供了依据。

［1］王斌，薛建新，张淑娟.基于高光谱成像技术的腐烂、病害梨枣检测 ［J］.农业机械学报，2013， 44（增刊I）：205-209.

［2］薛建新，孙海霞，周靖博，等.基于机器视觉和近红外光谱的壶瓶枣无损检测 ［J］.山西农业大学（自然科学版），2012，32（6）：571-573.

［3］黄星奕，刘益权，赵杰文.基于近红外图像技术的水果轻微损伤检测 ［J］.微计算机信息，2007，23（12）：229-231.

［4］周水琴，尚德胜，应义斌，等.基于核磁共振成像的水果轻微损伤识别 ［J］.农业机械学报，2010，41（8）：107-110.

［5］赵杰文，刘剑华，陈全胜，等.利用高光谱图像技术检测水果轻微损伤 ［J］.农业机械学报，2008，39（1）：106-109.

［6］马晓丽，陈晓英，闫语丝，等.杨梅果的机械损伤试验和生物力学特性 ［J］.农业工程学报，2012，28（16）：282-287.

［7］桑永英，张东兴，张梅梅.马铃薯碰撞损伤试验研究及有限元分析 ［J］.中国农业大学学报，2008，13（1）：81-84.

［8］陈燕，蔡伟亮，邹湘军，等.荔枝鲜果挤压力学特性 ［J］.农业工程学报，2011，27（8）：360-364.

［9］吴杰，郭康权，葛云，等.香梨果实跌落碰撞时的接触应力分布特性 ［J］.农业工程学报，2012，28（1）：250-254.

［10］Idah P A，Ajisegiri E S A，Yisa M G.An assessment of impact damage to fresh tomato fruits［J］.AU Journal of Technology，2007，10（4）：271-275.

［11］Altuntas，Mehmet Yildiz.Effect of moisture content on some physical and mechanical properties of faba bean（Viciafaba L.）［J］.Journal of Food Engineering，2007，78：174-178.

［12］李智国，刘继展，李萍萍.机器人采摘中番茄力学特性与机械损伤的关系 ［J］.农业工程学报，2010，26（5）：112-116.

［13］杨晓清，王春光.河套蜜瓜机械特性与静载损伤关系的研究 ［J］.农业工程学报，2008，24（3）：31-37.

［14］高连兴，焦维鹏，杨德旭，等.含水率对大豆静压机械特性的影响 ［J］.农业工程学报，2012，28（15）：40-44.

［15］马庆华，王贵禧，梁丽松.质构仪穿刺试验检测冬枣质地品质方法的建立 ［J］.中国农业科学，2011，44（6）：1 210-1 217.

［16］姜松，何莹，赵杰文.水果黄瓜在贮藏过程中力学品质变化的研究 ［J］.食品科学，2007，28（2）：322-326.

［17］程学勋，林洁文，黄敏，等.质构仪及其在食品研究中的应用简介 ［J］.广东化工，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

国家自然科学基金项目（31271973）；山西省自然科学基金项目（2012011030-3）。

刘蒋龙（1992— ），男，硕士，研究方向为农产品检测技术及装备。

张淑娟（1963— ），女，教授，博士生导师，研究方向为农产品无损检测技术及装备。