CN117447800A - 一种果肉变温仿真材料、果心变温仿真材料及材料的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于果品预冷和贮藏管理技术领域，具体涉及一种果肉变温仿真材料、果心变温仿真材料及材料的应用。果肉变温仿真材料包括聚乙烯醇、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯晴、聚乙烯吡咯烷酮、过硫酸钠、低沸点烷烃、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙三醇、纤维素和水。果心变温仿真材料包括小麦粉、丙三醇、亚硫酸钠、硝酸钠和水。本发明所提供的果肉变温仿真材料和果心变温仿真材料可用于制备仿真果实，以便对果实进行温度监测。从而不需要破坏果实，进行精准、实时监测。
Description
技术领域
本发明属于果品预冷和贮藏管理技术领域，具体涉及一种果肉变温仿真材料、果心变温仿真材料及材料的应用。
背景技术
预冷和贮藏是保持果蔬产品质量的关键技术之一。在园艺产品预冷和贮藏过程中，果心温度(非冷库温度)是判断其冷却状态的核心因素。在产业上，大多通过记录冷库温度，并辅助抽样检测果心温度来反应果实的真实状态。但是，冷库温度及果实表面温度在冷藏环境下瞬时变化，而果心温度由于果实的热惯性而滞后变化。此外，抽样检测具有不够全面、缺乏准确性等弊端。目前，检测果心温度的方法是将果心温度计插入果实中央。这种方法具有明显的弊端，例如：不可实时、不够精准、破坏果实、软化果实等，尤其对于猕猴桃等乙烯敏感性果品来说更具困难。同时，猕猴桃是一种对低温极其敏感的果品，贮藏时既对低温依赖性高，又易发生冷害。
现有技术中，Defraeye T等人(2017)发明一种水-碳水化合物～空气凝胶混合物可以用来模拟园艺产品的果心温度，该研究主要侧重仁果类苹果等果品的模拟，且其产品无法实时监测果心温度，只能记录历史数据。Defraeye T等人(2019)以芒果为材料，探索果品冷却和生化质量变化，从而减少冷藏供应链的损失，但由于芒果独特的果实结构，该方法很难在其他果蔬中应用，且该模型同样无法实时监测。Shrivastava C等人(2022)报道了根据数字仿真果实所监测得到的温湿度数据来推测水果质量和果品适销性情况，此时已实现通过数字孪生系统对果心温度的实时监测，但该模型只限应用于柑橘类果品。因此，可以看出，对于像猕猴桃这类冷敏感性浆果，缺少相关的技术方案。
总体上，传统果心温度检测方法是使用果心温度计插入果实中心，缺点如下：
1)破坏果实(因金属温度探针插入果心)；
2)软化果实(插入果心后果实破坏，产生乙烯)；
3)精准度低(①随机取样，误差增大；②所测果实温度可能因插入金属探针而变化)；
本发明通过变温仿真材料，以解决上述各问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种果肉变温仿真材料、果心变温仿真材料及材料的应用。本发明所提供的果肉变温仿真材料和果心变温仿真材料可用于制备仿真果实，以便对果实进行温度监测。从而不需要破坏果实，可进行精准、实时监测。
本发明所提供的技术方案如下：
一种果肉变温仿真材料，包括聚乙烯醇、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯晴、聚乙烯吡咯烷酮、过硫酸钠、低沸点烷烃、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙三醇、纤维素和水，各组分的重量比依次为(13～15):(1～1.5):(1.5～1.8):(5～5.5):(0.03～0.05):(0.1～0.15):(1.4～1.8):(0.03～0.05):(5～7):(3～4):(63.9～69.8)。
本发明所提供的果肉变温仿真材料可以很好的模拟果肉变温性能。
本发明还提供了上述果肉变温仿真材料的应用，用于制备仿真果实。
具体的，所述果肉变温仿真材料在仿真果实中的重量百分比为63～75％。
具体的，用于制备仿真猕猴桃。
基于上述技术方案，本发明提供了一种良好的果肉变温仿真材料，从而可模拟果实以进行温度监测，例如‘翠香’和‘徐香’猕猴桃品种果实，从而避免对果实的破坏。
本发明还提供了一种果心变温仿真材料，包括小麦粉、丙三醇、亚硫酸钠、硝酸钠和水，各组分的重量比依次为(50～55):(10～15):(10～12):(8～12):(10～15)。
本发明所提供的果心变温仿真材料可以很好的模拟果心变温性能。
本发明还提供了上述果心变温仿真材料的应用，用于制备仿真果实。
具体的，所述果肉变温仿真材料在仿真果实中的重量百分比为25～37％。
具体的，用于制备仿真猕猴桃。
基于上述技术方案，本发明提供了一种良好的果心变温仿真材料，从而可模拟果实以进行温度监测，例如‘翠香’和‘徐香’猕猴桃品种果实，从而避免对果实的破坏。
附图说明
图1是本发明实施例中所用的猕猴桃仿真果实的结构示意图。
图2是重量和体积对猕猴桃果实预冷效率的影响，其中：(A)翠香不同果实重量的预冷率比较；(B)翠香不同体积的预冷率比较；(C)徐香不同果实重量的预冷率比较；(D)徐香不同体积的预冷率比较。
图3是果实变温仿真材料既定材质配方的确定；(A)不同配方的仿真果实的预冷效果；(B)不同配方的仿真果实与真实猕猴桃果实之间的相关热图。(100g指100±10g)，A部分中的曲线依次为R1、翠香、R2、R3、翠香、R4、R7、R6、R5。
附图1中，各标号所代表的结构列表如下：
1、果皮，2、材料果心，3、材料果肉。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例采用的猕猴桃仿真果实的结构如图1所示，猕猴桃仿真果实包括果皮1、材料果心2和材料果肉3。
实验例
1)果实实验方案
实验所用的翠香和徐香猕猴桃均来自陕西省周至县姚力果业专业合作社，每个品种分别选取健康、无病害的300个果实，共600个。每个果实作为一个独立的个体进行果心温度监测。将预处理的猕猴桃果实于35±0.25℃的恒温箱中放置24h后取出果子，使用同一批次的果心温度计自果实纵径尾部插入果心。随后，将果实与温度计同时放置0.5±0.25℃的恒温箱(型号：MIR-255L-PC；制冷器：218W；制冷剂：R-404A)。所测果实从恒温箱取出2h内取样。此后，使用宇问11-E温度记录仪对果实的果心温度进行跟踪记录，以探头插入果肉2.5cm深为标准。果心温度每10min记录一次，24h共检测144次，所有果实果心起始温度约31～35℃。共累计检测86,400个温度点数据。果实硬度用GY-4型果实硬度计进行测定，每个果实取赤道处3个方向测量，取平均值，单位为N。可溶性固形物(SSC)含量使用日本爱拓(ATAGO)数字手持袖珍折射仪PAL-1进行检测，测量时将猕猴桃样品纵向切成三份，每个样品重复测量3次，单位为％。可滴定酸(TA)含量使用GMK-835F水果酸度计(G-WONHITECH公司，韩国)进行测定。每个样品重复测量3次，取其平均值，单位为％。DM测定使用公式(1)采用烘干法测定干物质。使用E600-2型电子天平称量果重，为消除误差所用电子天平唯一，且每个动作均有3次重复。果实体积的测量利于游标卡尺测量果实的纵径、横径。此后用椭球体体积公式(1)(x为纵径，y为横径)作为猕猴桃果实体积估算的指标，利用理论体积预测出实际体积。
2)果实变温仿真材料实验方案
本实验果实变温仿真材料由果心的材料和果肉的材料组成。
从组织成分来说，猕猴桃果实主要由外果皮、内果皮、果心三部分构成。为了精准模拟上述三部分，经过对比碳水化合物凝胶、琼脂等，材料果肉由聚乙烯醇、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯晴、聚乙烯吡咯烷酮、过硫酸钠、低沸点烷烃、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙三醇、纤维素、水均匀混合得到；其比例为14：1.25：1.65：5.25：0.04：0.125：1.6：0.04：6：3.5：62.5。材料果心由市售小麦粉、丙三醇、亚硫酸钠、硝酸钠、水均匀混合得到；其比例为52.5：12.5：11：10：12.5。果皮可选择市售树脂，例如Wenext8200pro树脂。
聚乙烯醇，可选自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司-US Pharmacopeia品牌-聚乙烯醇；
聚乙烯吡咯烷酮，可选自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司-Vetec品牌-聚乙烯吡咯烷酮；
低沸点烷烃，可选自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司-Supelco品牌-(C7-C30饱和烷烃)；
纤维素，可选自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司-Aldrich品牌-纤维素。
本实验采用7个配方对不同果实进行模拟(表1)。应用相关性分析比较不同配方与不同重量果实的相关性。结果如图3所示。
猕猴桃在不同的温度阶段具有不同的应用需求。通常，在北半球猕猴桃产区其采收温度约为32～38℃，愈伤预冷温度为14～18℃，催熟和冷藏的界限温度为4～5℃，长期低温贮藏温度通常为0.5～1.5℃。因此，将果心降温分为四个阶段(表2)：起始温度(33.7℃)～1/2温度、1/2温度(17℃)～7/8温度、7/8温度(4.6℃)～31/32温度、31/32温度(1.5℃)～终点温度。
首先以两个品种的不同重量的猕猴桃，收集在恒温箱中从起始温度到终止温度过程的果心的降温速度；然后，以不同配方材料的果实变温仿真材料为对象，收集在恒温箱中从起始温度到终止温度过程的获取的降温速度；具体见下述的小节“4)仿真果实既定材质的确定”。然后进行数据处理，在上述四个温度阶段内，比较表1中的各配方的仿真果实的降温速度与真实猕猴桃的降温速度的相关性，从而确定最佳的配方设置。
之后，在冷库进入常态化低温贮藏时，即可采用仿真果实的真实值反应猕猴桃果实的温度情况。从而，监测不同空间场果实的果心温度。
表1“仿真果实”既定材质的不同配比
表2“仿真果实”预冷阶段性模拟的温度区间
注:起始温度到预冷1/2是第一阶段；预冷1/2到预冷7/8是第二阶段；预冷7/8到预冷31/32是第三阶段；预冷31/32到终止温度是第四阶段。
3)果实实验结果
具体的，为了确认猕猴桃果实预冷效能与果实性状的关系，以翠香和徐香猕猴桃果实为材料，每个品种选取100个果实(重量为50～150g，体积为50～150cm3，硬度为0～60N，SSC为12～20％，TA为0～1％，DM为16～25％)，考察了重量、体积、硬度、SSC、TA、DM对猕猴桃果实预冷速度的影响及各因素的相关性。结果表明：1)果实硬度对预冷速率影响较小。果实硬度与果实预冷速率相关性很低，其相关系数仅约0.1(表3)。2)果实的生理指标对不同品种猕猴桃预冷速率的影响存在差异且不稳定(表3)。SSC和DM与果实预冷速率呈负相关，随着果实果心温度降低，其负相关性越强，且两个品种的相关系数存在显著性差异；TA与徐香果实预冷速率的相关性显著高于翠香。3)重量和体积对果实预冷速率影响较大，相关系数显著高于其他因素(表4和3)。果实重量和体积与预冷速率表现为高度相关，尤其当果心温度下降到7/8温度时，其相关系数依然可高达0.7左右。此外，随着预冷时间的延长，果重与预冷速率的相关系数逐渐降低；果实体积呈相同趋势。为进一步验证果实重量、体积与预冷速率的相关性，本实验针对重量、体积每个品种增加200个果实的重复实验，进一步增加数据的真实性和可靠性。由此说明，生理因素对猕猴桃果实预冷速度的影响较小，且在不同品种间表现不稳定；其预冷曲线主要与重量或者体积相关。
为确认果实重量和体积对猕猴桃预冷速率的影响，分别选取50～150g的翠香和徐香猕猴桃果实在同一空间内进行预冷。结果表明：1)果实重量与预冷效率呈反比(图2的A和C)。以翠香为例，60g果实预冷曲线的斜率最小(|Slope|＝0.3288)，100g果实预冷曲线的斜率中等(|Slope|＝0.3726，140g果实预冷曲线的斜率最大(|Slope|＝0.4093)。徐香猕猴桃与翠香无显著差异。2)果实体积与果重表现相同的逻辑意义，二者无显著差异(图2的B和D)。
表3翠香和徐香猕猴桃果实的预冷速度与各指标的相关性分析
注:用Correl相关系数分析主要输入参数与运行指标之间的成对相关性。
表4预冷速度与翠香和徐香猕猴桃果实重量和体积的相关性分析(重复)
注:预冷速度与翠香和徐香猕猴桃果实重量和体积的相关性分析(重复)。
4)仿真果实既定材质的确定
基于与预冷速率表现为高度相关的重量因素，进一步确认不同材质、不同配比与不同果重猕猴桃果实热传递时的相似性，以翠香和徐香猕猴桃为材料，设置7个处理(表1)，每个处理4-7个重复，使其在相同的冷却条件下进行预冷。结果表明(图3)：配方1只与60g翠香果实相关性很高，与其他果重果实模拟相关性都很低；反之，配方4至配方7与60g翠香相关性相对较低，与其他果重相关性较高；然而，配方2和配方3与翠香和徐香两个品种所有果重相关性均较高；而相对于配方2，配方3表现最佳(R2＝0.9998)。因此，选用配方3模拟猕猴桃的果实组织成分。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种果肉变温仿真材料，其特征在于：包括聚乙烯醇、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯晴、聚乙烯吡咯烷酮、过硫酸钠、低沸点烷烃、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙三醇、纤维素和水，各组分的重量比依次为(13～15):(1～1.5):(1.5～1.8):(5～5.5):(0.03～0.05):(0.1～0.15):(1.4～1.8):(0.03～0.05):(5～7):(3～4):(63.9～69.8)。
2.一种根据权利要求1所述的果肉变温仿真材料的应用，其特征在于：用于制备仿真果实。
3.根据权利要求2所述的果肉变温仿真材料的应用，其特征在于：所述果肉变温仿真材料在仿真果实中的重量百分比为63～75％。
4.根据权利要求2所述的果肉变温仿真材料的应用，其特征在于：用于制备仿真猕猴桃。
5.一种果心变温仿真材料，其特征在于：包括小麦粉、丙三醇、亚硫酸钠、硝酸钠和水，各组分的重量比依次为(50～55):(10～15):(10～12):(8～12):(10～15)。
6.一种根据权利要求5所述的果心变温仿真材料的应用，其特征在于：用于制备仿真果实。
7.根据权利要求6所述的果心变温仿真材料的应用，其特征在于：所述果肉变温仿真材料在仿真果实中的重量百分比为25～37％。
8.根据权利要求6所述的果心变温仿真材料的应用，其特征在于：用于制备仿真猕猴桃。
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