水分流失、压缩位置与速度对猕猴桃机械性能及压缩损伤的影响机制研究

为解决猕猴桃国际运输中因长期高压导致的压缩损伤问题，研究人员系统探究了水分流失、压缩位置及速度对果实机械性能的影响。研究发现Young's modulus随贮藏时间呈10倍下降（3→0.3 MPa），水分流失与压缩速度（0.01–0.08 mm s?1 ）可致2倍差异，且果梗端硬度显著高于果腹端。该研究为优化猕猴桃储运模型提供了关键参数，发表于《Postharvest Biology and Technology》。

　　

猕猴桃作为全球贸易中的重要水果，其国际运输常需经历数周至数月的贮藏，期间堆叠压力易导致果实表面永久性凹陷（压缩损伤）。这种损伤不仅降低商品价值，还会加速果实腐败。尽管前人建立了压缩载荷下猕猴桃行为的预测模型，但对水分流失、压缩位置及速度等关键参数的动态影响仍缺乏系统认知。例如，不同研究报道的Young's modulus（弹性模量）数据差异显著（2.2–5.3 MPa），可能源于测量条件不一致。这些问题制约了精准预测储运损伤的能力，亟需量化评估多因素交互作用对果实机械性能的影响。

为解决上述问题，新西兰植物与食品研究所的研究团队以‘SunGold’猕猴桃为对象，设计了一项历时26周的纵向研究。通过控制贮藏条件（1℃, 98% RH）获得不同软化阶段（5–75 N）和水分流失（0.7–6.3%）的样本，采用质地分析仪（TA.XT plus）结合Hertz接触模型，系统测量了果实不同部位（果梗端、赤道部、果腹端）在5种压缩速度（0.01–0.2 mm s^?1
）下的力学响应。研究创新性地引入黏弹性指标——滞后损失（HL）和弹性度（DE），并利用K-means聚类构建了机械参数与果实状态的关联模型。

1. 软化与水分流失的协同效应
数据显示，Young's modulus随果实软化呈三阶段下降：初始稳定期（>57 N时约3 MPa）、快速下降期（57→21 N斜率0.03 MPa/N）和剧变期（<21 N斜率0.099 MPa/N）。水分流失达2%时，模量骤降至0.7 MPa，此后缓慢降低。值得注意的是，相同硬度（9.32–10.25 N）下，水分流失增加可使模量降低2倍，证实水分子流失通过降低细胞膨压（turgor pressure）直接影响机械强度。

2. 压缩位置的区域性差异
果梗端在软化后期（5–15 N）表现出显著更高的Young's modulus（比赤道部高15%）和更低变形量，这与该区域致密的核心组织分布相关。而果腹端因缺乏核心组织支撑，机械性能与赤道部无显著差异。这一发现验证了Okaniwa (2022)的观察，并首次量化了位置效应对损伤风险的贡献。

3. 速度依赖性的关键阈值
在0.01–0.08 mm s^?1
区间，压缩速度增加导致Young's modulus下降50%，位移量增加35%。这种“速率软化”现象可能与细胞壁多糖（如木葡聚糖）的黏弹性响应有关。研究指出，现有模型若忽略速度效应，可能将应变预测误差放大2倍，直接导致损伤阈值（5%应变）的误判。

4. 黏弹性参数的动态演变
滞后损失（HL）随软化线性增加（R²
=0.82），反映细胞壁解体导致的能量耗散增强；弹性度（DE）从0.8（60 N）降至0.3（5 N），证实果实逐渐丧失弹性恢复能力。这些参数为构建多尺度力学模型提供了新维度。

该研究首次系统阐明了猕猴桃机械性能的时空异质性，揭示了水分-软化-速度的三元耦合机制。提出的6类聚类参数（如65 N/0.7%水损失对应2.7 MPa）可直接嵌入有限元模型（FEM），提升储运包装设计的精度。未来研究需结合显微CT验证组织构效关系，并探索超低速（<0.001 mm s^?1
）下的蠕变行为。这些成果不仅适用于猕猴桃产业，也为其他浆果类水果的采后力学研究提供了范式。