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哈密瓜果肉的压缩特性

admin 2020-05-13 精品范文欣赏 评论
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 杨涛1,2,吴杰(1.石河子大学机械与电气工程学院,新疆石河子 832000)(2.伊犁职业技术学院,新疆伊犁哈萨克族自治州 835000)  来源:南方农业
 

摘要

哈密瓜是新疆特色水果,因新疆地理位置、天气气候等原因的影响,哈密瓜的口味香甜,且营养价值较高,远销国内外。
本实验采用质构仪对哈密瓜果肉进行压缩试验,从而获得哈密瓜果肉近果皮、近果瓤的压缩参数。试验得出哈密瓜梗端部位的弹性模量、破坏能、破坏应力的值高于萼端部位,赤道部位的所有压缩特性参数均为最低。哈密瓜储藏时间的变化也影响哈密瓜果肉的压缩特性参数,储藏时间越长,压缩特性参数越小,哈密瓜就越容易发生损伤。
 

关键词:哈密瓜;压缩;应力应变;

1 引言

哈密瓜(Hami melon)属葫芦科(Cucurbitaceae)甜瓜属(Cucumis Linn)一年生蔓性草本植物[1],且品种繁多,是新疆特色瓜果之一[2]。因新疆独特的生态条件,致使哈密瓜色泽美、味道甜[3]。根据2018新疆统计年鉴可知,哈密瓜的种植面积在逐年递增,2017年,哈密瓜在全疆的种植面积已经达到246.42万t[4],因哈密瓜果肉含有大量的人体所需的糖类和维生素,且口感甜香、风味独特[5],受国内外人们的追捧,哈密瓜作为新疆的主要特色农产品,对当地经济发展起着重要作用[6]
土耳其的Yesim Benal Yurtlu等进行了贮藏时间对梨和苹果机械性能影响的研究[8],试验利用生物材料试验装置,采用以7mm/min的加载速度对果实进行压缩试验,获得力-变形曲线,力-变形曲线测定了生物屈服点处的力学性能,通过测量力-变形曲线下的面积,直接从图中确定变形能,同时利用Boussinesq公式确定物料的弹性模量E
吴杰等对库尔勒香梨圆柱试样进行准静态压缩试验,得到香梨果肉、果核的力-变形曲线,分析香梨不同部位、不同储藏温度、不同储藏时间的机械特性,通过试验得知,香梨果肉的弹性模量值低于果核,储藏时间的增长,香梨的成熟度提高,使香梨弹性模量、破坏应力等数值趋于减小[7]。冯慧敏等对苹果压缩特性的机理进行分析研究,通过研究表明,试样的压缩形态对果肉的屈服力、压缩位移、脆性及屈服能均有显著的影响[9]
冯慧敏等选取白萝卜、土豆和苹果为研究对象,进行压缩试验,得到力-变形曲线,并分别得到三种试样的弹性模量、破坏能等压缩特性参数,通过方差分析得出:苹果的力学特性参数低于其他果蔬[10]
 

2 哈密瓜试样制备

哈密瓜选取“西州蜜25号”,来自新疆五家渠市103团,且为瓜农普遍种植,销量和口感均较好的品种。采样期在2018年7~9月,该品种为椭球体。果样确保无畸形、虫害和损伤,大小均匀,重量在1.8~2.5kg之间。
哈密瓜的赤道部位的肉质较松,而靠近哈密瓜梗端和萼端部位的肉质较紧,同时,哈密瓜靠近果瓤部位的肉质比靠近果皮部位的肉质要松软,在这种情况下,不同部位的力学特性存在差异,为全面反映哈密瓜果肉的压缩特性,试验中选取哈密瓜赤道部位、梗端部位、萼端部位三个部位中靠近果瓤处和靠近果皮处均匀分布果肉进行试验。考虑到干燥的效率及试验仪器对物料的要求,近果皮试样从距果皮5mm处获得,近果瓤试样从距哈密瓜中心5mm处获得,试样大小为15mm×10mm×10mm,为避免试样水分流失,试样采用聚乙烯保鲜膜进行包裹待用。每个部位试样取4个值进行检测。        
 

3 试验方法

3.1 试验仪器选择
本试验利用英国Stable Micro System公司生产的TA.XT Plus质构仪进行试验,如图2-2所示。本试验在试验过程中采用探头P/36R(直径36mm)进行压缩,压缩速率为1mm/min,压缩位移为5mm,数据采频为10点/s。
 

3.2 力学参数的计算

哈密瓜果肉进行压缩试验,果肉组织的抗挤压能力用破坏力F(N)、破坏能EB(N·mm)及弹性模量值E(MPa)这三个力学参数作为评价指标。通过试验得到哈密瓜果肉的压缩载荷—位移图和应力—应变图,其中破坏能通过对压缩载荷—位移曲线积分公式(2-1)求得,弹性模量根据应力-应变曲线斜率直线段(2-2)求得[10]
             (2-1)
                 (2-2)
 
 

4 试验结果分析

4.1哈密瓜果肉不同部位压缩特性分析

从图4-1 (a)可观察出,哈密瓜果肉近果皮应力-应变曲线的线性变化阶段,在线性变化初期,哈密瓜果肉近果皮赤道部位、梗端部位、萼端部位曲线基本重合,但是哈密瓜果肉近果皮梗端部位的弹性极限点和生物屈服点高于萼端部位,赤道部位的弹性极限点和生物屈服点是最低的。
从图4-1(b)同样观察得知,哈密瓜果肉近果瓤应力-应变曲线的线性变化初期,哈密瓜果肉近果瓤梗端部位、萼端部位曲线基本重合,哈密瓜果肉近果瓤梗端部位的弹性极限点和生物屈服点同样高于萼端部位,赤道部位最低。从表4-1统计数据进一步证明了,哈密瓜果肉梗端部位的弹性模量、破坏应力、破坏能高于萼端部位,赤道部位各值最低。
   
图4-1:(a)果肉近果皮应力-应变曲线       (b)果肉近果瓤应力-应变曲线
Fig.4-1:(a)Stress-strain curve of pulp near pericarp  (b)Stress-strain curve of pulp near pulp
图4-2(a)、(b)、(c)分别为赤道部位、萼端部位、梗端部位近果皮、近果瓤的应力-应变曲线对比,通过应力-应变曲线图,可观察出,赤道部位、萼端部位、梗端部位,在线性变化初期,近果皮和近果瓤的曲线基本重合,但随着应变的逐渐增大,近果皮部位的弹性极限点和生物屈服点高于近瓤果部位。
 
(a)                               (b)
 
(c)
图4-2 哈密瓜各个部位应力应变曲线:(a)赤道部位;(b)萼端部位;(c)梗端部位
Fig.4-2 Stress and strain curves of cantaloupe in various parts:(a)Equator position;(b)Calyx tip;(c)Infarction site
通过表4-1可以直观反映出哈密瓜果肉各个部位的压缩特性,从表中可以看出,哈密瓜果肉各个部位中近皮部位的破坏能、破坏应力、弹性模量均高于近瓤部位,赤道近瓤部位的破坏能、破坏应力、弹性模量最低,梗端近皮部位的破坏能、破坏应力、弹性模量最高,这也进一步证明了应力-应变曲线中的变化。
表4-1 哈密瓜果肉各个部位压缩特性参数统计
Table4-1 Statistics of compression characteristic parameters of Hami melon pulp in various parts
 
部位 破坏能
N·mm
破坏应力
MPa
弹性模量
MPa
梗端近瓤 187.74±16.03 0.076±0.0203 0.0073±0.0011
梗端近皮 257.42±27.49 0.104±0.0324 0.0087±0.0008
萼端近瓤 185.20±34.83 0.072±0.0152 0.0049±0.0008
萼端近皮 260.91±8.38 0.107±0.0024 0.0073±0.0008
赤道近瓤 110.63±18.25 0.046±0.0087 0.0031±0.0006
赤道近皮 260.82±16.36 0.102±0.0111 0.0072±0.0009

4.2 不同成熟度哈密瓜果肉压缩特性分析

随着时间的变化,哈密瓜的成熟度在不断提高,从图4-3(a)、(b)、(c)中可以看出,在15d的储藏期内,哈密瓜果肉近果皮、近果瓤各个部位的弹性模量、破坏应力和破坏能总体上呈现明显下降趋势。哈密瓜果肉梗端近皮的弹性模量、破坏应力、破坏能的值高于哈密瓜果肉其他部位,赤道部位近果瓤的各项参数均为最低。
  
               (a)                                  (b)
 
(c)
图4-3 哈密瓜果肉各个部位压缩特性参数-储藏时间对比:(a)破坏能;(b)破坏应力;(c)弹性模量;
Fig.4-3 Comparison of storage time of compression characteristic parameters of each part of Hami melon:(a)Damage energy;(b)failure stress;(c)Modulus of elasticity;
 

5 本章小结

由于哈密瓜果肉细胞分布造成的果肉不同深度部位的质地差异,哈密瓜果肉近果皮与近果瓤的弹性模量、破坏能、破坏应力具有显著差异,哈密瓜果肉梗端部位近果皮的弹性模量、破坏能、破坏应力高于萼端部位,赤道部位最低;哈密瓜果肉近果瓤的各个数值与近果皮各个数值分布相同。哈密瓜果肉近果皮部位各个数值高于近果瓤部位。随着储藏时间的变化,哈密瓜成熟度的提高使哈密瓜果肉的各个部位的弹性模量、破坏能、破坏应力趋于减小。说明哈密瓜储藏时间越长,果肉越容易损伤。
 

参考文献

[1] 卢金鸽,廖新福,孙玉萍,等. 不同成熟度哈密瓜采后生理和品质的变化[J]. 中国瓜菜,2011,24(3):10-15.
[2] 杜娟,廖新福,杨军,等. 几种贮藏方式对采后哈密瓜生理及贮藏品质的影响[J] . 安徽农业科学,2014,42(13):4032-4035,4080.
[3] 伊鸿平,吴明珠,冯炯鑫,张永兵 . 中国新疆哈密瓜资源与品种改良研究进展[J]. 园艺学报,2013,40(9):1779-1786.
[4] 新疆维吾尔自治区统计局. 新疆统计年鉴[R]. 北京: 中国统计出版社, 2018: 338-345.
[5] 李疆,施嘉琛,段鹤君 . 哈密瓜开发现在及前景[J]. 中国食物与营养,2012,18(10):36-38.
[6] 周忠丽,夏英,曲颂 . 甜瓜生产经营收益影响因素分析——以新疆瓜农样本为例[J]. 中国蔬菜,2013(14):17-24.
[7] 吴杰. 库尔勒香梨的动态粘弹特性及碰压损伤机理研究[D]. 陕西杨凌, 西北农林科技大学,2011.
[8] Yesin Benal YURTLU . Effect of Storage on Some Mechanical Properties and Bruise Susceptibility of Pear and Apple[J]. Turk J Agric,2005(29):469-482.
[9] 冯慧敏,郭玉明,武新慧,陈子叶. 苹果压缩特性的机理分析[J]. 农产品加工,2015(4):17-19, 22. 
[10] 冯慧敏,郭玉明,武新慧. 果蔬压缩破坏特性的试验研究[J]. 包装与食品机械,2015,33(3):1-4.
 

Tags:哈密瓜   压缩   应力应变

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