基于“最后一公里”的浆果类水果保鲜包装结构设计

2021-06-19肖婕成新新

上海包装 2021年5期

■ 文/肖婕，成新新

（1.广州番禺职业技术学院；2.海拉（上海）管理有限公司）

0 引言

美国在2021年新年来临之际，发布了最新版的膳食指南，其中提及一个关键建议就是健康膳食模式中蔬果吃多少，类同于中国营养学会推出的中国居民均衡膳食宝塔第二层就是蔬菜和水果。无疑蔬菜和水果具有丰富的维生素、矿物质和碳水化合物等促进人体健康的营养素，已成为人类饮食不可或缺的组成部分。特别是浆果类的水果（指葡萄、猕猴桃、草莓、蓝莓、树莓、蔓越莓等[1]），因其含有天然强大的抗氧化能力，能降低某些慢性疾病的风险，深受消费者的青睐。突如其来的新冠肺炎疫情促使消费者对卫生和安全更加关注，更需要健康的饮食，特别是新鲜食品的配送很受欢迎。艾瑞咨询公布的数据显示：疫情培养了用户线上购买生鲜商品的习惯[2]，2019年中国农产品网络销售中水果、水产品、肉禽蛋、蔬菜的额度占据28.8%。新鲜水果从产地采摘后，如何从产品转化为商品，并且安全有效地送达消费者手中。如图1所示，水果产业供应链分为上游（生产）、中游（分销）和下游（零售消费）。由于水果具有新鲜易腐、不耐贮运、生产季节性强、消费弹性系数小等特点，必须全程冷链物流运输和配送。但在下游零售消费链，即从分销点到达消费者家中这一段配送路程称之为“最后一公里”，由于缺乏低温低湿环境的保证，无法实现冷链配送[3]。

图1 生鲜水果产业供应链

随着消费者对新鲜水果的需求量增大，生鲜水果电商市场也在迅速兴起，适合延长“最后一公里”水果保质期的包装技术需求也在增加。因此，在包装材料方面，蒋金勇[4]和云雪艳[5]分别选择环保可降解的材料，以聚乳酸薄膜作为研究对象，前者以PLA为基材通过材料改性应用在果蔬保鲜之中，后者制备亲疏水性嵌段PLA薄膜在草莓EMAP包装中应用。NIU B[6]等研发一种新型的疏水结构与理化表征的普鲁兰酯薄膜应用于水果的保鲜包装。在包装结构方面，翟纪强[7]等开发了一种多温区的保温箱应用于生鲜电商的配送。在包装技术方面，MACHADO N P[8]等做了三种不同塑料包装的试验比对在冷藏水果的保鲜效果。由此可见，在产业供应链中，果蔬产品采摘后通过包装升值，转化为商品，脱离受季节性、原产地、商品属性等限制，这是从果蔬产后走向市场的第一步；然后在配送过程中冷链配送，提高运输效率。即使在“最后一公里”也最大程度地保障生鲜产品的质量，给消费者提供“好吃又安全”的水果。这就是保鲜包装技术的基础。

1 “最后一公里“下我国生鲜电商终端配送的痛点

1.1 产品破损率

“一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来”。现代智能冷链物流系统可以为这个千年传诵的典故，如何保持荔枝的色香味的难题迎刃而解，但从侧面可以反映在原始状态下未施加任何技术，荔枝的保鲜期是非常短的。依据生鲜电商配送的行业标准要求，如果常温运输，时间必须控制5 h之内；超出就选择0～5°的冷链车厢储存运输。不同种类的水果对温湿度储存条件的标准和要求也不同。由于冷链物流系统的建设费用较高，并非所有的物流企业都铺展开冷链配送，大多数需要冷藏的生鲜产品只是简单地进行常温储存，对配送的速度并未严格要求，较长的配送时间对产品的新鲜度产生很大影响，用户满意度较低。如图2所示，由于包装不当，导致桃子腐烂。登录国内几大主流电商平台，搜索”桃子”关键词，发现与桃子相关商品的售后跟踪，差评和退货等评价80%来源于包装方式不当。皮薄、果肉嫩、果汁多是桃子及浆果类水果的基本特征[9]。由此可见，研发一种既能保鲜又抗压损的包装对于桃子及浆果类水果的运输尤为重要。

图2 包装不当导致烂桃[10]

1.2 标准化难题

生鲜产品的标准化除了生产标准化以外还有商品标准化，不同城市、不同区域、不同年龄职业收入群体的需求呈现多样化。比如，在职场中上班的白领没时间去菜市场买水果和蔬菜，他肯定青睐独立的小份的、新鲜而且能够往家里面配送的包装；而退休的大爷大妈群体则希望到门店购买，不仅仅是一项购物，更是一种社会性活动，实惠型的组合包装是他们的需求。这就是不同类型顾客的需求[10]。除此之外，还可以根据商品的不同等级和分层包装满足不同顾客的需求。如同一个生产基地的橙子，可分为礼盒装、精品装、特惠装和试吃装四种不同包装，有针对性地分别供应给追求品质、追求性价比和认知消费的顾客。这也是推进生鲜电商标准化过程的一个难点。这个环节的突破点：只有细分消费者市场，细致地了解消费者的需求点，精准地投放不同样式的包装方案。

1.3 环境压力

传统包装材料的制造使用不可降解的高分子材料，其回收成本高。回收率低，消耗总量过于庞大，带来严重“白色污染”问题。电商平台和快递公司包装材料主要两大类：纸类（文件袋、瓦楞纸箱、纸筒和胶带芯）和塑料（塑料袋、珠光袋、填充物和封装胶带等）。因电商发展而带来的电商包装垃圾和环境污染问题日益突显。目前快递包装存在不同程度的过度包装的现象，而大多数消费者对于二次利用快递包装的接受度不高。废弃快递包装材料混入生活垃圾，不仅加大了环境承载压力，也造成社会管理成本的增长[11]。2017年10月，国家十部委联合发布《关于协同推进快递业绿色包装工作的指导意见》。2020年伊始，史上最严格的“禁塑”政策出台。中国政府有关工作指导意见和国家标准陆续被推出，促进了电商物流包装的绿色化、减量化、可循环化。当前，寻找低成本，减少环境的负面影响，可生物降解的包装材料正是解决产业瓶颈的有效举措之一。

1.4 可回收设计性

采用真空包装袋、内衬袋及盒式包装产品等塑料制品来包装食品（见图3），并结合保鲜技术有助于延长新鲜食品的保质期，增加市场销量并减少食物浪费。但是在实践中，由于不规范、不科学的塑料包装设计，塑料制品在带来便利性生活方式的同时，也给回收塑料增加难度，还会浪费大量资源，成为显著的发展危机。2020年1月13日探讨中国塑料可回收性设计的现状及指南的《PET可回收性设计指南》正式发布[12]，这意味着从“绿色设计”的国家政策导向到落地，可操作的方案实施。因而塑料包装设计要点兼顾易循环性和可回收性，不但有助于提高塑料回收效率，更有助于消费品牌公司及包装企业树立绿色、环保的品牌形象。

图3 （a）气调内衬保鲜袋（b）气调包装盒

2 一站式综合电商物流保鲜包装解决方案

本文基于电商生鲜配送终端“最后一公里”，结合实际配送的痛点，以浆果类的代表水果——树莓为研究对象，寻求一种趋于合理、科学、简单的保鲜包装方案，以满足产品非冷链环境配送的可能，达到保质期延长、多批次、小批量、精细化的要求。

2.1 包装材料的选择

改性聚乳酸PLA（来源于浙江海正生物材料股份有限公司），用途级别为食品级，特性级别为耐高温、高韧性、高选择透过性、透明级和高光泽性。PLA主要来源于可再生的植物资源（如玉米和甘蔗）所萃取的淀粉原料，是一种环境友好型塑料，可降解为活性堆肥[13]，符合生物降解材料标准EN13432。良好的光泽度和透明度，适用于快速消费品促销包装，清晰地展示产品的特色。PLA是应用于食品包装和3D打印的主力军，平衡了生态节能和经济增长的双重效应。

缓冲衬垫选用定制EPP百变珍珠棉（来源于顺启和（深圳）科技有限公司），产品优势在于：无异味，可接触食品；适配不同直径的水果，多种包装尺寸规格可选，长宽高及内空形状均可定制，一体成型；质地轻盈，内壁波浪型结构（见图4），并且可拉伸设计，大大节约仓储面积。随之显著提升包装的缓冲性能，不必担心因长途运输而带来包装破损问题；其透气性，还能够有效缓解鲜果“呼吸热”，最大程度地保持水果鲜甜多汁的口感。

图4 百变珍珠棉

2.2 保鲜包装成型方式的确定

3D打印在食品包装行业的应用优势主要有两点。第一，功能性的原型和美观的包装。传统的吹塑成型工艺制造薄壁中空塑料制品的，其设计原型是金属的模具，投入成本较高。而对于小批量的生产，3D打印可以直接制造，能够实现高透明性、精确性、内腔复杂性的原型，并且可以在制造过程中可以调整、修正原型，满足包装功能性和美观性的平衡需求。第二，节省材料和时间成本。3D打印原理决定其原材料的平均利用率，远胜于传统锻造工艺技术。传统式减材生产制造方式的原料的均值利用率大概在25%，而3D打印原料均值利用率理论上可达到100%[14]。

2.3 保鲜包装结构设计

如图5所示，本包装方案设计的一种树莓保鲜包装盒，主要包括盒体、盒盖和两个平行设置的缓冲结构层。盒体、盒盖和固定层由改性PLA通过3D打印而成型。改性PLA塑料是透明的，这样就可以通过目视观察到树莓的状态，使得包装盒内的树莓一目了然，从而增加客户的可信度。该树莓包装盒还包括用于封盖盒体的盒盖，以便使用气调包装技术等方法对包装盒内的树莓进行保鲜，以进一步延长树莓的保鲜期。

图5 一种树莓保鲜包装盒

如图6所示，本包装方案的缓冲结构层，包括固定层和固定层上的若干用于放置树莓的放置孔，固定层与盒体通过凸起和卡槽的结构进行卡接固定，以便对固定层进行快捷装卸，以灵活适应各种场合需求。放置孔由百变珍珠棉制成，以阵列的方式等间距排布，孔径大小设置成使其至少能包裹住树莓的三分之二，这样既可以防止包装盒受震荡时将树莓从放置孔中颠出，也可以增大树莓的受力面积，减小冲击力对树莓造成的损伤。其缓冲原理：包装盒受到外力冲击时，冲击力由盒体传导至缓冲结构层，缓冲结构层2由百变珍珠棉制成，其具有优良的复原性和抗冲击特性，可以有效分散冲击力，大大减小对树莓的作用力，起到保护树莓的作用。同时，由百变珍珠棉制成的缓冲结构质量较小，可有效减轻包装盒的重量，降低运输成本。

图6 缓冲结构层

2.4 保鲜效果对比试验

挑选一批果实直径2 cm，平均糖度7、单果重量12 g的树莓，将其均匀成为A、B、C、D四组， A、B、C、D组分别采用变温贮藏、保鲜剂处理、涂膜包装、本包装方案保鲜防损方法（充入图5包装盒内的混合气体气压为100 KPa，且混合气体各组分的体积分数为氧气2%、二氧化碳5%、氮气93%）进行处理，然后均静置于温度为15～23℃之间、相对湿度在65%～80%之间的环境中，6天后取出进行测试。测试内容和方法如下。

（1）感官评价：通过眼、鼻、舌等感觉器官，采用观察、闻气味和分辨颜色的方式对树莓的色香味等外观品质作出客观评定。

（2）失重率：利用电子秤分别测量出各组树莓放置一段时间后的损失重量，计算出其失重率。

（3）硬度：利用P/2柱头（直径Φ3 mm）对不同包装技术的对照组进行穿刺测试，每个树莓中部穿刺3次，测前速率为5.0 mm/s，测试速率为2.0 mm/s，穿刺深度为10 mm，硬度单位为N。

（4）色差：每组处理取10个番茄定期测定色差，取平均值。

（5）维生素C含量：称取12.00 g样品于研钵中，加入 10% HCl 10 mL匀浆，用蒸馏水定容至25 mL，混匀离心。取1.0 mL上清液，放入盛有2.0 mL10%HCl的容量瓶中，用蒸馏水定容至25 mL，摇匀。以蒸馏水为空白，在240.4 nm处测定其吸光度。单位为mg·100g-1。实验结果见表1 ：

表1 表示不同保鲜方法对树莓的保鲜效果对比

由上表可知，在相同的外部环境中放置6天后，对A、B、C、D四组树莓进行横向比较，A组树莓失重最多、硬度较小、产生色差最大、维生素C含量最低，B组树莓失重较少、硬度最小、色差较大、维生素C含量较高，C组树莓失重较少、硬度较小、色差较小、维生素C含量较低，D组树莓失重最少、硬度最大、色差最小、维生素C含量最高，表明本包装方案有利于保持树莓的硬度和水分，维持树莓较好的色泽，保持树莓的维生素C含量，对树莓具有最好的保鲜效果。

综上所述，本包装方案中针对树莓的保鲜防损方法如下：将树莓放入低阻隔性材料组成的包装盒中，再将包装盒内的空气替换为氧气、二氧化碳和氮气的混合气体。这不仅可以抑制树莓的呼吸和水分的散失，还能抑制微生物繁殖和酶反应作用，对树莓具有较好的保鲜效果，可以有效延长其保鲜期。