从坚硬到柔软：基于成熟度的苹果机械损伤行为研究及其在供应链减损中的应用

《Postharvest Biology and Technology》：From firm to soft: Maturity-driven mechanical damage behavior of apples

本文通过压缩实验与有限元模拟（FEA）相结合的方法，系统研究了富士苹果在四个成熟度等级下的压缩损伤特性。研究发现果实成熟度与损伤体积呈正相关，低成熟度苹果具有更高的抗断裂性和更低的应力局部化，而高成熟度苹果则因刚度降低更易发生内部损伤。所建有限元模型模拟与实测损伤体积偏差为3.25%至16.8%，为针对不同成熟度苹果的采收、分级及包装设备设计提供了重要理论依据。

　　

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Materials

2024年11月，从中国泰安水果种质育种基地（北纬36.20°，东经117.13°）的商业采摘期手工采收成熟度约70%（可溶性固形物含量：13.0 ± 0.5%）的'红富士'苹果。采收后，每个苹果用聚苯乙烯网套单独包裹以防运输中的压缩损伤。最终随机选取120个大小均匀、无可见表面缺陷的苹果用于物理特性测量。

Compression experiment analysis

表3展示了不同贮藏时间（代表不同成熟度）苹果部分物理特性的变化。比较第1天和第7天，果实密度显著下降6.27 kg/m3。弹性模量和极限强度分别下降2.04 MPa和0.13 MPa。同样，水分含量下降6.5%。这些趋势与既往研究一致。

Discussion

在苹果的采收和分级过程中，果实不可避免地会经历随机压缩，且压缩的位置和距离常具有不确定性。此外，由于不同苹果品种的成熟阶段不同，采收时间导致机械损伤的分布存在显著差异，表现为表面压伤、果肉褐变或内部开裂等多种形式。因此，量化苹果在压缩过程中的损伤对于优化采收和采后处理操作至关重要。

Conclusion

本研究进一步旨在探讨贮藏时间、压缩距离和压缩位置对苹果损伤体积和内部应力演化的影响。首先，通过比较模拟与实验的力-位移曲线，以及预测力与实测力的散点图，验证了有限元模型的准确性。有限元分析（FEA）结果显示，应力阈值和峰值内部应力与贮藏时间呈负相关。