冷链物流中的牛油果货架期问题研究

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1、冷链物流中的牛油果货架期问题研究学 院 商学院专 业：姓 名：指导老师：物流管理郭庆钟学 号：职 称：140402011025钟义贵高级工程师中国珠海二二 年 五 月诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业论文冷链物流中的牛油果货架期问题研究是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。承诺人签名： 郭庆钟 钟日期： 2020 年 5 月 16 日冷链物流中的牛油果货架期问题研究摘 要 随着中国消费者对于食品质量、安全的要求越来越高，冷链物流在日常生活逐渐深入消费者的生活。每年由于冷链物流的问题而浪费了大量的食物，造

2、成了严重的损失。通过研究调查，通过准确的了解食物货架期信息可以有效解决很多冷链物流问题。通过实时监测食品的货架期，可以有利于食品的全程冷链物流控制，及时作出调整以保证物流质量。此外监测食品货架期有利于库存管理时的决策，还有助于产品销售时对产品以质量划分价格。 本文主要是研究冷链物流中牛油果货架期的相关问题。在牛油果货架期相关问题中，最关键的就是如何预测和估算准确的剩余货架期、以及如何有效的延长剩余货架期。本文讨论了超声波参数模型、感官分析模型和动力学建模这三种预估牛油果货架期的数学模型；此外还着重讨论了三种可食性涂层对于牛油果货架期的影响。通过研究牛油果的货架期问题可以有效的增强牛油果冷链物流

3、的各项管理，提升效率；此外还可以促进冷链物流中使用各种信息技术和设备全程检测牛油果状况，减少冷链物流的损失。关键词：牛油果；货架期；数学模型；可食用涂层Research on shelf life of avocado in cold chain logisticsAbstract With the increasing demand about food quality and safety of Chinese consumers, cold chain logistics has been applied in consumers life. It is reported that an

4、 estimated amount of 1.3 billion tones, roughly one third of the food produced for human consumption, are wasted or lost each year throughout the supply chain, from harvest handling, transport, warehousing to home. With researching, we can efficiently tackle lots of cold chain logistics through know

5、 accurate shelf life information. Through real-time monitoring of the shelf life of food, it can be conducive to the whole process of cold chain logistics control of food, and timely make adjustments to ensure the quality of logistics. In addition, monitoring the shelf-life of food is conducive to t

6、he decision-making of inventory management, and also to the division of product prices by quality.This thesis mainly focus on avocados relevant research of shelf life. In all shelf life researches about avocado, the key is to known how accurately predict remaining shelf life and prolong remaining sh

7、elf life. This paper discussed three types of mathematical model which include the ultrasonic parameter model, sensing analysis model and dynamic modeling. Besides, this paper mainly discussed the effects of three types of edible coatings on the shelf life of avocado. We find that we can effectively

8、 increase management of avocados cold chain to improve efficiency through researching its shelf life. In addition, we can decrease losses by making use of information technology and equipment in cold chain logistics.Keywords：avocado；shelf life；mathematical model；edible coating目录一、绪论1（一）研究背景1（二）研究价值2

9、1. 牛油果概况32. 牛油果市场3（三）国内外研究现状4二、食物质量和货架期6（一）食物质量和货架期的定义6（二）影响和反应食物质量的指标7（三）小结8三、牛油果货架期的预测10（一）传感技术101. 有损检测102. 无损检测11（二）数学模型111. 超声参数模型112. 感官分析模型123. 动力学模型15（三）小结16四、牛油果货架期在冷链物流中的延长18（一）温度控制18（二）气体环境19（三）可食用涂层处理201. 甲基纤维素涂层202. 果胶基涂层213. 小烛树蜡可食性膜224. 其他23（四）小结23五、基于货架期的物流方案构建25（一）优化库存管理决策25（二）信息技术在

10、冷链物流中的应用261. 信息共享262. RFID技术26（三）基于货架期的牛油果物流方案27六、结论和展望30参考文献32谢 辞 3535一、绪论（一）研究背景随着全球化的不断推进和深化，现代生鲜产品经常被运送到很远的地方进行销售。而随着中国经济的飞速发展，国民经济水平的不断提高，中国消费者对于生鲜产品的质量、食品安全放在了越来越重要的位置。在食品供应链中，生鲜食品从产出到消费者餐桌上这个过程中遭受了巨大的损失。依据2011年Gustavsson.J等人的研究发现，在易腐产品的供应链中，尽管物流企业付出了很大的努力，但绝大部分的产品都没有被消费者消费使用，对于新鲜的水果和蔬菜，收获后的损失

11、和浪费之和接近总产量的50%1。而在FAO2013年的数据中，在整个供应链包含生产、运输、仓储再到消费者手中的过程，每年有大约13亿吨的食物被浪费或损失了，这个数字占到整个人类一年三分之一的消耗量2。 随着近年低温保鲜技术的迅速发展，低温保鲜技术已经应用到了各个行业领域，其中就包括了物流这一产业。“冷链” 这一个专业术语也逐渐被人们熟知。本文就是讨论冷链物流的相关问题。“冷链”这个词原先并不存在，而是从英文Cold Chain翻译过来的，这一概念一开始是由美国人Albert Barrier在十九世纪提出来的。但是一直到上世纪的四十年代才被重视从而得到迅速发展。所谓冷链是指易腐、生鲜等对温度敏感

12、的产品从原产地采摘、收购或者捕捞之后，经过储藏、生产加工、运输、销售，直到转入消费者手中，始终保持在一定的温度区间范围之内，以保证其产品质量、安全，降低不必要损耗，防止浪费、污染的供应链系统33。考虑到温度控制在易腐食品供应链中的重要性，人们意识到温度控制经常试图在整个供应链中保持适当的低温，这种温控供应链通常被称为冷链。 而冷链物流是将冷链的概念与物流相结合，是指直到最终消费前的生产、储存、运输、销售等各个环节中，将温控物品始终都保持在规定的温度区间范围内，以最优的物流手段保证易腐产品质量，减少损耗的一种物流体系。随着制冷技术的不断进步与物流产业的迅速兴起，冷链物流发展成为一门综合性、交叉性

13、的应用科学，是以冷冻工艺学为基础，以制冷技术为手段的低温物流过程34。 冷链物流所实用的范围较为广泛，大致可以分为初级农产品（蔬菜、水果、鲜花等）、加工食品（乳制品、熟食产品等）、特殊商品（医药品等等）。本文的研究对象是属于初级农产品中牛油果。（二）研究价值 很多国外的学者和专业人士都非常早就开始了食物在冷链物流中货架期的问题研究，据不完全统计在2002年的时候发表在国际期刊上有关于食物货架期问题的研究论文数量才刚刚过了500，而在2011年的时候相关论文已经超过了1500篇之多，这充分说明了越来越多的人关注到了这一领域。图1 2002至2011年间发表的相关问题论文增长图25食物损失是指由于

14、重量减轻、微生物腐烂、疾病和昆虫危害等过程，在食物供应链的生产、收货后和加工阶段可食用食物质量的减少。食物浪费是发达国家消费者主义生活方式的典型特征，是指丢弃不符合设定质量标准的产品、加工过程中产生的废物、餐饮和消费过程中的过剩以及由于耗尽供需之间的相互匹配而导致的未销售量。这些因素中的一些是生鲜食品易腐烂特性所固有的，而其他因素则在经济和社会上都是明确规定的。为了能够在有限的土地资源限制下为不断增长的世界人口提供足够的食物，易腐食品的全球供应链应首先着重于通过智能冷链物流减少食品现有损失和浪费3。现在世界急需建立一个更加绿色、更加透明的食品供应链，如果全球食品损失和浪费能减半，省下来的食物能

15、够多养活数百万人口。国内外已经研究以及采取了技术来延长收货后蔬果产品的货架期以保证商品在经过长距离的运输之后依然保持高品质。而通过对生鲜蔬果产品在冷链物流中的货架期研究能够更好的提高冷链物流在运作过程中的效率以及库存调配等问题。1牛油果概况牛油果又称鳄梨，原产于墨西哥和中美洲，后来被世界各地热带和亚热带引进种植，但以美国南部、危地马拉、墨西哥及古巴栽培最多，并形成了墨西哥系、危地马拉系、西印度系三大种群。牛油果是营养价值极为丰富的水果，除了富含维生素C、维生素E、维生素B和维生素K等人体所需的微量元素，还含有大量的不饱和脂肪酸，是对人体有益的脂肪，能提供高热量的同时不会过度地摄入致胖物质。因此

16、，牛油果在现代健康膳食里充当着“能量大使”，通常在是健身达人的沙拉里必不可少的重要食材。中国民众对于牛油果认知并不太多，实际上尽管牛油果被称为“大自然的蛋黄酱”和“森林奶油”，但若食用时机不当，口感就会变得“难以描述”。对于中国很多消费者而言，牛油果如何挑选、存放、食用，是一大难题。业内人士也表示：如果对牛油果判断不准确，很容易把它放腐烂，或提前打开还是生的。可能买了5个，扔掉3个，只能吃2个，这样造成了巨大的浪费。而现在国内一个普通牛油果大概是在5到6元一个，而即食牛油果的价格却是它的两到三倍。这其中最大的不同就是全程的货架期预测与监测。2牛油果市场牛油果作为世界水果市场里面需求增长速率最快

17、的水果，2017年全球牛油果产量达到了590万吨，并且近年来一直在增长，但由于全球市场的需求持续扩大，牛油果在全球市场来看依然是供不应求。牛油果是进入中国的历史并不长，自2005年首次自墨西哥引入中国，作为墨西哥菜式里面不可缺少的“灵魂”，在中国却由于其口感不佳而销售不佳，且由于其种植时间长、运输保鲜成本高的特点，导致在引入中国初期每个单价高达70到80元，最终导致市场上基本是无人问津。直到中国网络电商以及冷链物流的迅速发展，将牛油果的运输成本不断降低，使得其现在价格降至每个单价3.5至4元；以及牛油果被年青一代的健身达人赋予“健康”的标签，这一外来水果才开始逐渐受到中国民众的追捧，从而加大进

18、口量。依据中国海关的数据， 2018年中国进口牛油果4.39万吨，相比2010年的2吨，增长约2.2万倍。而依据聚划算卖空与CBNData发布的2019线上牛油果品类消费洞察报告，现在牛油果在中国三四线城市的消费体量正在迅速增长，这充分说明牛油果在中国还有非常大的市场潜力。（三）国内外研究现状 墨西哥是世界上最大的牛油果生产国，然而这个国家面临着批准牛油果出口到美国和欧洲的几项要求。此外，这种水果的货架期很短，它们的品质受到植物病原真菌（主要是胶孢炭疽菌）侵袭的严重影响。为此，在过去的十多年里年里，种植者和包装工一直都在努力开发果园管理技术、包装实践和运输实践，以便将牛油果运出港口，并取得诱人

19、的成果。牛油果的保质期短是亟待解决的最大问题。 Yahia and Gonzalez-Aguilar 1998年的实验研究中发现牛油果是一种高度易腐的水果，具有代谢率高的特点，在最适宜的温度和相对湿度下储存，货架期只有三到四周4。想要对冷链物流中的牛油果的货架期进行准确的预测，那么首先是要清楚地了解牛油果的生物特性，而其次就是选择一个适合的食品质量数学模型方法。Ledauphin等人的使用Markovian ModeL根据专家评审员给出的分数将三文鱼的腐烂阶段分为“新鲜”、“腐朽”和“非常腐朽”5。但这个模型对于牛油果来说并不是十分准确，因为这个模型没有考虑到外部环境，将外部环境假设为理想状态

20、并不符合实际。之后Lin和Block采用二阶人工神经网络选择温度作为神经网络模型的输入参数，预测了生菜在波动温度和相对湿度条件下的剩余货架期6。在1995年，Vallejo等人用三阶人工神经网络模型来预测牛奶的货架期7。Chatterjee等人采用模糊逻辑分析方法对炸薯片的货架期进行预测8。虽然这些模型在一定程度上可以描述食品质量下降的过程，但它们是通用模型，不能很好地解释。Markovian模型的准确性严重依赖于用于训练的数据集的大小；人工神经网络缺乏深厚的结构设计理论基础；模糊逻辑模型的性能在很大程度上取决于调整过程;决策树是一种易于理解的离散值目标函数逼近方法。所以我们需要针对牛油果这一

21、水果的特性，输入气味、颜色、表皮硬度等物理参数建立一个专用的货架期预测数学模型。 牛油果的质量直接的影响销售价格以及消费者满意度。优质的牛油果果实坚固，绿色，没有任何缺陷。水果的品质是由不同的物理、化学和生理特性以及营养浓度共同决定的。此外，收获的成熟度和时间、果实的品种、环境条件也影响着品质。成熟过程和果皮成分在不同成熟度阶段存在差异。例如，在季末收获的水果往往比早期收获的水果保质期更短(Cutting and Wolstenholme, 1992)。此外，成熟程度较高的鳄梨还具有较高的脂肪和类胡萝卜素含量(Lu et al.， 2009)。最近，一项对英国进口鳄梨果实的调查显示，不同产地的

22、果实中果皮的生化成分存在差异(Landahl et al.， 2009)。另外，不良的储存条件会导致牛油果中物理和化学质量参数的下降，从而影响其口感、质量。牛油果在储存过程中随着时间的流逝，果实会变的越来越软，色泽会变得越来越暗，而更高的储存温度导致不同的质量参数变化的更加迅速9。低温储藏能够延缓牛油果的腐烂变质并在一定程度上延长牛油果的货架期，但在低温下长期储存会对牛油果产生冷冻伤害10。Maftoonazad和他的团队在2008年时提出，呼吸速率是造成采后损失和加速产品衰老的主要原因，高呼吸速率通常不利于保持果实的高品质，降低呼吸速率可以有效地延长产品的货架期，保证产品的质量11。所以牛油

23、果在收获后通常会通过低温储藏、创造改良的环境（低氧和高二氧化碳水平）和/或一些延缓组织衰老的处理来抑制12。二、食物质量和货架期 食物质量，特别是蔬菜水果等生鲜产品的食物质量是决定产品价格以及消费者是否购买的重要因素之一。冷链物流的目标也是在运输中尽可能的保持食物的质量。do Nascimento Nunes及他的团队在2014年对美国的蓝莓供应链研究中发现，蓝莓在墨西哥采摘和加工需要耗费一天，而后从墨西哥运输到美国需要耗费4天到14天不等，而最后只留下2至7天的时间给消费者消耗13。众所周知的是越新鲜的蓝莓能卖更好的价格，这之间有10天的物流时间差距。而在中国的牛油果多数是进口，少数自产的情

24、况下，中国市场的牛油果运输时间差距就更加的大了，为了更好的研究在冷链物流中牛油果货架期的问题，我们需要重新定义什么是食物质量，什么是货架期。（一）食物质量和货架期的定义 食物质量在术语中通常是一个描述消费者对食物整体接受度的概念，其中包含了食物的颜色、香气、表皮硬度和口感等等。食物质量会随着食物的化学或者生物化学反应而改变，例如食物变质或者是微生物的增长。很多因素都可以造成这些结果，包括内部因素和外部因素。通过控制外部的环境，食物内部的反应速率会被影响。质量属性是这些内部反应的指标，在物流运输过程中可以对这些属性进行监控。但不适用于根据食品的化学和环境因素计划或安排运输。为了提高沟通效率和更快

25、的决策，需要一个简单的食品质量指数14。因此，在估计供应链中的食品质量时，为了快速有效的进行沟通交流以及评定，首选术语“货架期”。 货架期通常被定义为：在推荐条件下保存的食品可以安全被食用、包含营养价值且保留了表面成色、化学、物理和生物特征的时间15。因此，为了评估与营养有关的货架期目标指标，通常会测量食品的微生物或物理化学特性16。货架期是时间、环境因素和产品对质量变化敏感性的函数17。可定义为最终用户可接受易腐食品质量下降的时期18。需要指出的是，随着货架期的减少，食品质量并不总是下降，因为有些水果和蔬菜例如香蕉和西红柿会在采摘之后才成熟。 整个食物链中发生的物理、化学和生物变化通常会导致

26、产品变质，这些变化可能会在时间上损害食品所蕴含的营养物质、对人体有益的微生物或食品表皮质量。而在本文中，货架期是指牛油果从采摘一直到消费者最终可食用时间的时间段，这之中包含了采摘后的加工时间、运输时间、库存时间、销售时间、以及消费者的储存时间等等，而消费者最终食用时间是指在牛油果变质腐烂之前。（二）影响和反映食物质量的指标反映食品质量的属性可以用来估计食品的保质期。这些指标随着时间的推移而变化，因为一直都会发生物理、化学和生化反应。同时，一些外部条件会影响反应过程，导致牛油果的质量发生变化。一些条件（如温度和气体）是影响牛油果质量的因素，也是牛油果开始呼吸作用和牛油果腐烂的结果。表2.1列出了

27、与牛油果质量相互作用的指标、因素和条件。通过了解这些因素和指标，我们可以知道哪些指标可以判断牛油果腐烂变质，以及依据这些因素、指标去减少牛油果的质量损失。表2.1 牛油果质量相互作用的指标、因素和条件术语角色重量损失指标颜色指标硬度指标化学成分指标辐射因素湿度因素物理反应（碰撞、衰落）因素微生物因素生物反应（呼吸作用）因素温度相互作用气体含量相互作用 即表2.1中的牛油果的重量损失、颜色、表面硬度和化学成分，通常体重随时间的变化被用作评估新鲜食品质量的指标；颜色的变化则被用作检测新鲜水果品质和成熟度的指标；果实的表皮硬度也曾在2011年的时候被Zerbini, P.E.等人用于油桃的货架期估计

28、；而一些化学物质的变化也经常被应用于食物货架期的研究中。为了根据储存条件估计牛油果货架期的变化，某些质量指示性特性（如颜色、硬度或重量）的演变可用于提供有关储存产品成熟和衰老的相关信息19。温度是影响所有（生物）化学过程的主要因素之一，通过其对潜在反应的活化性能影响。这对酶反应和非酶反应都有效，因此适用于各种新鲜和加工食品。虽然通常需要低温来延长保质期，但一些产品（例如大多数热带水果）对低温腐烂很敏感，从而导致保质期缩短。另一方面，过低的温度也可能对新鲜蔬菜或水果造成冷害或冻害20。 例如在英国的一项关于牛油果研究中发现，秘鲁和南非的牛油果分别在3至4月(收获季节早期)、6月(收获季节中期)和

29、8月(收获季节末期)收获了果实。从秘鲁进口到英国的牛油果在5C下运输时间需要33至39天，从南非运输时间需要25至36天，在运送至英国后，牛油果被储藏在18C的仓库中，之后再被销售给消费者。在低温保存中，牛油果的货架期被大大的延长了。此外，机械冷却与空气干燥同时进行会导致可销售的产品重量下降，并且经常通过枯萎或干枯影响产品的外观。因此，相对湿度被认为是影响生鲜食品质量的第二大因素。为了尽量减少水分损失，需要额外加湿或适当包装。同时，过高的湿度会导致干燥产品受潮和许多新鲜和加工食品的微生物增长迅速从而导致食品腐烂。因此，相对湿度对于保存干燥和富水的新鲜和加工食品具有重要作用。 许多食品是从活的植

30、物或动物部分中提取出来的，并且以未经加工或简单加工的形式，这些产品继续表现出维持组织生物完整性所需的活跃新陈代谢。通过适当控制储存环境中的氧（O2）和二氧化碳（CO2）的水平，可以控制产品的代谢；通过降低O2的水平和增加CO2的水平，可以将代谢率抑制到最低限度，降低能量需求并最大化产品的货架寿命。此外，众所周知，高二氧化碳会抑制微生物生长，因此，从微生物的角度来看，有助于延长货架期。温度与氧气和二氧化碳对能源需求和生产过程的影响密切相关。一些质量下降过程比其他过程受到的影响更大，因为它们取决于储存大气的组成21。此外，物理影响、振动或者是辐照也会影响牛油果质量。（三）小结 在供应链的每个阶段，

31、都应该注意牛油果剩余的货架期。从某种程度上来说，食物的质量与观察的属性有关。然而，随着食品质量的变化，食品外观的变化并不能完全反映出营养的丧失22。有人指出，应仔细选择估计牛油果货架期的标准。还应注意的是，应考虑营养物质的损失，使牛油果货架期的估计不仅仅是基于外观。因为营养才是消费者希望从食物中获得的，例如，牛油果中的不饱和脂肪酸等等。三、牛油果货架期的预测 上一部分讨论了货架期的定义和影响货架期的因素。建立以质量为导向的牛油果运输体系，有助于随时随地了解牛油果质量和剩余货架期。但这就需要透彻地了解货物的易腐特性，实时监测情况，并能够预测货物在不断变化的条件下如何易腐。接下来的这部分着重于研究

32、现有的预测货架期方法和模型。（一）传感技术 传感器是将真实的牛油果属性转换成电子信号的装置。在本文中，所涉及的使用传感器检测的方法可以分为两类：有损检测和无损检测。有损检测是从牛油果中提取小块组织进行分析的方法。但是牛油果果实会因此受损，并可能因有损检测导致的受损而造成进一步恶化并加速腐烂变质。因此，在牛油果物流运输中，最好使用无损检测的方法，因为可以持续不间断的地使用无损检测传感器进行测量，在达到全程监测牛油果品质的目的的同时，而不用担心牛油果果实会因为检测而造成果实质量下降，影响最终牛油果的产品价格。1.有损检测 贯入仪是有损检测检验食品质量变化的有效方法。例如，生鲜蔬果产品成熟的迹象可能

33、包括硬度、含油量和干重等等数量指标。研究表明，牛油果果实硬度与其成熟度和预期贮藏时间有很好的相关性。硬度衰减率在开始时是中等的，在完全成熟时增加，然后在腐烂变质之后停止衰减。牛油果果实的硬度差异可以很好地预测其成熟阶段的差异，因为较软的果实比较硬的果实腐烂变质的更快。根据硬度对牛油果进行分类，可以方便牛油果果农将牛油果更合理的分配到遥远的市场，并以此为基础延长货架期。硬的（未熟的）、中等的（硬熟的）和软的（过熟的）水果可以用手工区分。然而现在多数都采用自动化的机械装备加快分拣的工作效率，但是对于自动分拣机来说，几乎不可能区分高质量的新鲜采摘的水果和从地面采集的、质量低、保质期短的水果。这种分类

34、通常由贯入仪进行，尽管贯入仪的检测结果非常准确，但是缺陷也十分明显，贯入仪属于有损检测方法中的一种，在检测水果和蔬菜等生鲜产品时会对商品造成坑洞影响商品的质量以及外观，最终影响商品价格。所以有损检测这种方法并不适合在供应链中进行连续的食品质量监测，而更加适合于批量商品的抽样检测。2无损检测 与有损检测相对应的检测方法被称为无损检测，即在不直接接触生鲜食品的情况下检查食品。在所有的分析方法中，颜色被广泛地用作食品剩余保质期的指标。叶绿素的降解或胡萝卜素的变化或其他因素的变化都会引起颜色的变化23。而颜色的感知可以简便的使用照相机和计算机视觉技术来完成。该技术可以在牛油果运输过程中用于牛油果由新鲜

35、时的绿色到腐烂变质时深褐色的检测。CO2、O2和乙烯的温度和浓度的变化是质量变化的指标和触发因素。在运输过程中，呼吸作用使新鲜牛油果消耗氧气并产生二氧化碳、热量，在剧烈时甚至会产生乙烯。这些给大气带来变化的反应，反过来又会影响反应的速率23。这使得人们对货架期的估计和预测有了更好的理解。 除了颜色的变化之外，现代科技还可以使用超声波传感器检测牛油果的硬度24；使用湿度传感器检测外部的相对湿度环境；还有温度传感器可以随时检测外部温度的变化等等。所以在现代的冷链物流中，通常在连续检测时使用无损检测的方法监控食品的质量状况，而后为适合于该种产品的数学模型提供数据，最终达到准确预测食品货架期的目的。（

36、二）数学模型 牛油果冷链物流质量监控系统的理想状态是：每单位的牛油果持续接受监测。然而，这需要大量的传感器和加工能力，这对牛油果冷链物流来说成本太高了。而通过记录影响质量变化的外部条件，并使用牛油果货架期的数学模型作为参考来估计质量状况是一种经济有效的替代方法。这种方法可以大大降低安装传感器、通信和处理设备的成本和时间。 货架期模型的目的是预测总的运输、储存、在商店和家用冰箱中储存的时间跨度，作为产品曾经或可能暴露于的环境条件的函数31。本文提出了几种可用于估算和预测牛油果货架期的数学模型。1超声参数模型 A. Mizrach.和他的同事等人在1996年的时候将超声波检测技术应用于牛油果果实的

37、无损质量评价，建立了超声波参数与成熟度相关因素之间的定量关系24。各果实硬度试验结果的时移减少了试验数据的分散性。他们建立的二阶多项式表达式 (1)较好地反映了超声波信号衰减和果实硬度随贮藏时间的变化。三次方程 (2)很好地表示了超声波信号的波速随时间的变化。他们最后的结果表明，该方程可用于预测牛油果果实的成熟度和货架期，并可代替常用的贯入仪检测法，但是在预测单个果实成熟度时，由于超声波仪器的不均匀性，可能需要进一步的步骤，例如重复测量的平均值，以减少分散性。2感官分析模型 实验分析法是对牛油果进行分组实验，然后检测其颜色、硬度、气味以及反应的时间，最后依据相应的关系建立模型。消费者对于牛油果

38、做出的第一个质量判断是视觉外观，而颜色是最重要的外观属性之一，它影响着消费者的接受度。不正常的食品颜色会导致消费者拒绝购买此产品。除了颜色之外，牛油果的硬度也是消费者最关心的产品质量指标。硬度通常被量化为产品对外力的抵抗。牛油果的果实硬度在储存过程中会根据使用的温度发生相当大的质地变化。贮藏条件会引起水果化学成分的广泛变化，而这些化学成分作为质量属性也很重要。受到实验条件的限制，下表3.1中的实验数据来源是Mizrach A等人于1996年在农业工程期刊上发表的Models of ultrasonic parameters to assess avocado properties and sh

39、elf life文章。在原先的实验分析法中，感官分析需要受过训练的感官分析小组进行，但是由于条件的限制，在本文中的感官分析由作者本人进行。表3.1 牛油果果实衰减的均值、标准差、t检验及均值、标准差24 气味、质地和颜色使用简单的3分评分系统（1-3）进行评估，其中3分表示质量良好，1分表示质量不合格。如上表示，硬度分数由100分表示，我们总共将其分为三个大的评分组，75-100为质量良好，50-75位质量中等，0-50为不合格。此外，牛油果的颜色评分为，绿色=3；浅褐色=2；褐色=1。感官指数的计算公式如下： (3)SI：感官指数，C：颜色，O：气味，T：质地 用线性回归法计算时间的感觉反应

40、函数。当感官指数为1.8或更低时，从感官角度来看，产品被定义为“变质”。利用修正的Gompertz方程模拟假单胞菌的生长随时间和温度的变化。 (4)N（t）：时间为t时微生物的数量，t：时间，a：初始和最大微生物计数之间的差异，k：生长速率常数，XC:获得最大生长速率的时间，N0:时间t0时微生物的数量。从拟合参数，使用下面两个方程确定最大生长速率和滞后相位。 (5) (6)max：最大增长率; tlag：滞后时段 根据感官调查，计算了微生物保质期的结束时间。假单胞菌高于144.3cfu/g时，猪肉的货架期结束；本文依据猪肉的假单胞菌生长计算公式，将牛油果的货架期结束环境计算了出来：假单胞菌高

41、于77 cfu/g，牛油果达到货架期结束时。 为了确定生长速率的温度依赖性，使用Arrhenius方程作为二级模型。 (7)k：反应速率常数，Ea：活化能，R：总气体常数（8.314kj/molK），T：温度（k） 由此模型运用电脑软件得出的牛油果果实硬度和牛油果腐烂的程度关系如图3.1，以及牛油果果实腐烂程度和时间的关系图如图3.2。图3.1 牛油果果实硬度与腐烂程度关系图图3.2 牛油果果实腐烂程度和时间的关系3动力学模型 化学动力学广泛应用于食品质量建模和保质期估计。该模型是基于食物的内在的、与时间相关的特征23。一般动力学模型可描述如下： (8) 其中r代表反应速率，在食品货架期问题中

42、通常表示为食物质量下降时的速率，该速率与质量Q的n次幂成正比，变量k由反应类型和温度等外部条件决定。当使用动力学模型预测货架期tSL时，假设外部环境是静态的不会改变，再代入影响货架期的因素数据： (9)f（Q；Qi）= 实际生理机制; Q=初始质量; Q=最低可接受质量。 哥伦比亚大学Neidy M Sierra教授和他的研究团队一起在2019年的时候用哈斯牛油果做了一个温度对牛油果货架期影响的对照组实验，研究温度对于牛油果货架期的影响，使用了动力学一阶模型来确定实验样本中牛油果剩余货架期26。可以从牛油果的硬度、果实颜色来确定牛油果剩下的货架期。 实验首先是确定了各性能的衰老值与贮藏温度无关

43、，即在每一个贮藏温度下，硬度值和颜色值总是相同的；而后依据实验结果对动力学模型进行了调整，最后形成了下面四个模型：硬度： (10)颜色： (11)a*: (12)b*: (13) 从式（10）到式（13）中，利用衰老的硬度和颜色值，估计保质期时间作为存储温度的函数 ，如图3.4所示。颜色和硬度的四个独立模型可以令人满意地估计在评估温度下的水果货架期，也就是说，为了便于在特定情况下进行预测，只有三个颜色坐标中的一个（可以是获得更高R2的b*模型）和/或硬度模型（方程式（10）可以是必要的。在只有贯入仪可用的情况下，可以使用牛油果果实硬度模型，而在另一种情况下，如果色度计可用或需要无损检测，则可以

44、使用b*模型（方程式（13）在实验上验证来自模型的预测数据。图3.3 温度与牛油果货架期的关系26 如图3.3所示，12C（白色菱形符号）下验证试验的试验数据令人满意地代表了模型估计的值，与亮度（黑色虚线）和a*（灰色实线）模型更接近。通过使用根据特定便利性开发的所有或部分模型，可以根据预先确定的贮藏温度提前预测牛油果果实的货架期，并模拟果实硬度和颜色随贮藏时间的变化。（三）小结总之，超声波参数模型主要是依据超声波实验的超声波参数建立数学模型，其原理主要是Arrhenius法则，依据牛油果在超声波实验中的参数调整之后形成一个适用于预测估算牛油果货架期的数学模型，这种模型最主要是需要通过超声波传

45、感器来监测牛油果的状态，从而数据化牛油果的各项指标，最后达到预测估算牛油果货架期的效果。但是超声波参数模型对于牛油果货架期的预测存在一定的缺陷，那就是超声波传感器发出的超声波并不均匀，导致最终的预测结果会有一定的偏差。 相对来说，实验分析法所建立的感官分析模型在本文讨论的三个数学模型中货架期预测的准确度来说相对较差，因为感官分析模型原先是用来预测猪肉的货架期，而在本文之中是用来预测牛油果的货架期，虽然本文作者使用牛油果的数据进行了模型调整计算，但是使用的数据是以前发表的文章中的，没有经过实验；而且在计算牛油果腐烂时假单胞菌的存活密度中，本文作者将猪肉和牛油果的数据进行了模糊化处理，没有经过真实

46、的实验数据测量。此外感官分析法虽然有判断标准，但是更多的是偏向于个人主观，例如对牛油果表皮颜色进行1-3分的判断，评分并没有标准化、数据化，所以后期还需要将该模型进行精确化处理。与本文中另外两个数学模型相比较，动力学模型的优势在于它通过检查牛油果的内在反应机制和环境条件，产生简单、连续的输出。这种解释性的数学模型方法可以从牛油果属性上提供准确的预测和估算，并有助于建立智能牛油果冷链运输系统。但是缺点是动力学模型的假设是周围的储存环境都是固定不变的，但若是结合全程冷链物流就可以解决这一缺陷，因为牛油果冷链物流的最高标准就是在冷链物流过程中牛油果的储存条件一直都处于最适宜的储存温度环境之中。此外动

47、力学模型被普遍应用于预测各种食品货架期的模型，所以在应用每一种食品的时候都需要进行实验，而后依据食品特性进行不断的调整，只有在相关系数大于0.95以上，才能形成一个精确的货架期预测模型。四、牛油果货架期在冷链物流中的延长 牛油果货架期问题主要是分为两大类，一是如何准确的预测估算牛油果剩余的货架期；二是如何在牛油果供应链中尽可能的延长牛油果的货架期。牛油果冷链物流的最终目标就是在保证牛油果质量的情况下，尽快的把牛油果送到消费者手中。而牛油果的质量可以用货架期的长短来衡量，所以若是在冷链物流中能够尽可能的延长货架期，缩小物流时间对牛油果质量的影响，为消费者提供尽可能多的货架期去消耗牛油果，从而提升

48、牛油果冷链物流的整体品质。在本章中主要讨论能够延长牛油果货架期的方法。（一）温度控制 冷链物流和一般物流最大的区别就在于物流过程中的温度控制。牛油果是一种高度易腐的水果，代谢率高，在最适宜的温度和相对湿度下储存，货架期只有3-4周。较高的贮藏温度会导致更大的质量损失，增加呼吸活动，从而降低贮藏寿命。牛油果的品质是多种理化特性和营养特性的综合，其品质受贮藏条件的影响很大。所以牛油果货架期受到物流过程中的温度影响较大。Neidy M Sierra和他的同事使用哈斯牛油果做过一个不同温度下储存牛油果对货架期影响的实验。并在整个储存过程中对牛油果果实的硬度、颜色和其他物理化学特性进行检测。研究温度对牛

49、油果果实货架期的影响。图4.1 不同温度下牛油果硬度与储存时间的关系图26图4.2不同温度下牛油果色泽与储存时间的关系图26 最后使用实验数据利用调整后的一阶动力学模型计算，得出在12C下牛油果的货架期为25至31.1天。而依据Neidy M Sierra团队的研究结果来看，4至8C是最适合储存牛油果果实的温度，在4至8C下牛油果货架期为40至45.8天。在该温度范围内能够最大程度的延长牛油果货架期，减少物流时间对牛油果货架期的影响。低温环境下保存牛油果虽然能够延长货架期，但是过低的温度会对牛油果果实造成冻伤，导致牛油果质量受损。所以在牛油果的全冷链供应链中，最理想的条件就是在采摘后直接将牛油

50、果进行4至8C的冷藏处理，而后在牛油果冷链物流中一直处于该温度区间。（二）气体环境 呼吸作用是造成采后损失的另一个主要因素，它能将储藏的糖/淀粉在有氧气的情况下转化为能量，并促进衰老。尽管这一功能对于农产品在收获后的持续生长和发育是必要的，但高产量通常会对农产品质量产生不良影响。因此，控制呼吸速率是非常重要的。降低呼吸速率可以延长牛油果货架期，保持牛油果质量。普遍食品在的低O2和高CO2浓度水平环境中降低了氧化呼吸，也有少数的生鲜产品在O2浓度较高的条件下能够更好的延长货架期，但是牛油果的果实属于前者。 为了延缓成熟期果实的成熟速度，延长货架期，人们采用了多种储存技术。这些包括控制以及改良大气

51、(CA/MA)储存、改良大气包装(MAP)和特殊可食用性涂层的应用。在所有这些情况下所产生的大气变化，即研究表明，降低储藏环境中的O2和/或增加CO2浓度有助于延长几种易腐农产品的贮藏寿命(Kader1986)。与呼吸作用并行，支持其他代谢过程所需的能量也会受到影响，进而改变这些过程。作为牛油果的正常成熟代谢现象的一部分，质地和颜色也会随着时间而变化。这些变化直接受到O2或CO2的影响，或受到呼吸或发酵提供的能量的驱动。（三）可食用涂层处理 除了上文中所说的温度、气体环境等外部条件会对牛油果货架期造成影响，牛油果果实采摘后病害是牛油果贮藏中的主要问题之一，严重影响牛油果生产和牛油果贸易成本。由

52、于生产、收获、储存、分销和销售的累积成本，现售新鲜或加工食品比同一作物在田间的价值更高。果实采后病害通常通过低温贮藏、改良气体环境（低氧和高二氧化碳水平）和一些延缓组织衰老的处理来抑制。食用涂料在提高许多食品的货架期方面具有潜在的应用价值，因而成为人们非常感兴趣的话题。 水果腐烂可以通过延缓成熟和减少水分流失来减缓。这两种过程都会加速衰老，使细胞完整性和组织的自然防御机制丧失，从而使细胞更容易受到致病性感染，而涂层能够完美的避免这一风险。除了这些生理效应外，涂层还可以形成一个物理屏障，防止病原侵染，减少采后疾病的发生。而基于此情况，可食用涂层更是一种有效的防病害技术。 此外，可食用的涂层可以产

53、生类似于MAP的改良气氛，其有效性取决于涂层的渗透性和水果呼吸。温度控制是重要的一步，因为它会影响渗透性以及水果呼吸的速率。较高的温度会增加水果的呼吸速率。涂层可以由不同的材料配制而成，包括脂质，树脂，多糖，蛋白质和合成聚合物。本文在此部分主要讨论以下三种可以用于延长牛油果货架期的可食用涂层。1甲基纤维素涂层 甲基纤维素是一种多糖，用于形成涂层。纤维素是植物的主要结构成分，是世界上最丰富的复合碳水化合物来源。纤维素可以通过适当的化学改性来“定制”以制备纤维素醚酯膜。后者具有柔韧性和透明性，具有中等强度、耐油和脂肪迁移能力，可以作为水分和氧气的适度屏障。几项研究表明，甲基纤维素是一种适用于多种产

54、品的涂层材料。 通过实验研究表明，甲基纤维素食用涂膜能有效延长以鳄梨和桃子为基质的保鲜期。与对照相比，覆膜果实呼吸速率、失水率、硬度、化学参数和色泽的变化速率较低28。Maftoonazad用甲基纤维素对牛油果进行保鲜，并对储存过程中的品质变化进行评价之后，对动力学参数（速率常数）和活化能进行了量化，以帮助模拟鳄梨品质随贮藏温度和时间的变化。果胶涂膜可以减缓鳄梨在不同贮藏温度下品质变化的速度。用Arrhenius模型充分描述了速率常数的温度敏感性。 用甲基纤维素涂层后果实的病害发生率、呼吸速率、软化度和色泽变化均较缓慢。呼吸速率、硬度和颜色参数对包膜和病害严重程度敏感，甲基纤维素被证明是一种有

55、效的牛油果食用膜，可将货架期延长近30%。但甲基纤维素基涂膜对橘子没有产生有益的影响28。2.果胶基涂层 实际上果胶基涂膜是由甲基纤维素演变过来的。在2006年的时候Maftoonazad就证明过果胶基涂膜比甲基纤维素对牛油果货架期的效果更加好。 图4.3 有无果胶基涂层下的牛油果硬度与时间的关系图27 N. Maftoonazad研究团队对于果胶基涂膜的实际应用进行了实验研究，研究结果表明，果胶基食用涂膜会降低牛油果的呼吸作用，果胶涂膜不仅能延缓呼吸跃变峰的出现，而且能降低呼吸峰的强度，有助于延长牛油果的货架期，提高牛油果的贮藏品质。表面涂层可以通过改变果实的内部气氛来延缓果实的成熟，达到与

56、CA/MA贮藏相似的有益效果。其次，在贮藏期间根据牛油果果皮的存在和贮藏温度的不同，会使得牛油果减重8.6%-13.8%，重量损失主要包括蒸腾过程中的水分损失以及气体交换过程中的少量碳损失（Maguire等人。2001年）。研究表明，果胶基涂层会对牛油果的几种理化性质造成影响，包括硬度损失、颜色变化、重量损失以及一些生物化学变化，在相同温度的储存条件下，使用果胶涂层会延缓牛油果成熟速度。相同温度条件下，使用果胶基涂层储存相当于降低了5C的温度条件，但是却不会因为温度过低而对牛油果造成冻伤11。 此外牛油果茎尖腐病是牛油果贮藏过程中最常见的病害之一。该病原菌寄主范围广，在温暖潮湿的生长地区造成严

57、重损失。它需要水果表面的自由水分来渗透。自然开口如皮孔、气孔和伤口是真菌的主要感染部位。茎端腐烂的症状包括组织软化、感染组织颜色从绿色变为棕色并散发恶臭。而果胶基涂膜可以有效的控制鳄梨茎腐病的蔓延和严重程度，疾病在未涂层牛油果中的传播速度比涂层牛油果的传播速度快了指数级的5%甚至更快，如图4.3所示，随着储存时间的增加，未涂层牛油果的病变程度明显增加，而使用了涂层之后的牛油果病变程度有着非常明显的减缓表现 273.小烛树蜡可食性膜 蔬菜的小烛树蜡是一种复杂的物质来源,不溶于水,但溶于丙酮、氯仿、苯等有机溶剂,特点是碳氢化合物含量高(约50%)和相对较低的挥发性酯量以及FDA认可的物质草在食品行

58、业应用(Saucedo Pompa, 2007)。丹宁酸是存在于植物中的次生代谢产物。这些物质的一些主要成分是鞣花酸和没食子酸。这些酸具有多种药用和工业用途，如抗肿瘤、抗氧化、抗菌、抗病毒和抗炎，此外，其中一些可以减少心脏病。 葡萄、草莓、黑莓、蓝莓、坚果和其他食物中的鞣花酸是一种酚类化合物，具有抗氧化剂的作用; 但是很难提取出来，它们的效果会根据是以自然形态使用还是提取状态使用而不同。这些化合物还可以防止紫外线、昆虫和微生物的攻击。为了具有生物可利用性，鞣花酸需要以一种细胞能够识别和使用它的形式存在。这可能是自由化学形式，也可能是与另一个生物分子结合的形式；一般来说，鞣花酸与糖分子结合（Va

59、scocellos，1994）。 与其他牛油果处理方法相比相比，以小烛树蜡和鞣花酸为基料的食用涂层的应用显著减少了外观、固形物含量、pH、aw、光度和失重的变化，保持了鳄梨果实的品质，延长了其货架期；尽管没有这些活性化学物质的食用涂层也能有这些效果，但是没有烛台蜡和鞣花酸为基料的食用膜的效果好。考虑到本研究中真菌污染的极端条件，获得了这些优异的结果。最后得出结论是，使用烛台蜡与有效的抗氧化鞣花酸基础上的可食用涂层对整个水果是一个很好的替代方法去保存新鲜牛油果29。4.其他 除了上述的几种牛油果可食用涂层外，还有一些学者使用别的使用涂层做过研究。Campbell（1993）表明，即使在牛油果果实

60、被100 ppm乙烯处理3天的情况下，使用NatureSealR可将牛油果在20C下的成熟延迟约2天；然而，4天的乙烯处理会导致涂层失效。Johnston和Banks（1998）使用六种表面涂层对Hass鳄梨果实在20C下的气体交换特性进行了研究。他们报告说，在使用的六种不同的表面涂层中，“牛油果蜡”提供了最大程度的好处，可以使得牛油果果实在储存时减少水分流失并且能够增强果实表面光泽。 在所评估的牛油果蜡浓度中，11g/100g的水平是最佳的。较高的浓度会增加水果中厌氧菌的风险。Lara（1999）在牛油果果实上使用了壳聚糖涂层，将牛油果在3-10C下的贮藏寿命提高到24天，在27-29C下的贮藏寿命提高到6天。用Bhaskaran和Habibunnisa（2002）研究了不同贮藏温度下气调包装与蜡乳处理对牛油果果实贮藏寿命的影响。他们报告说，在6-10CC下，用蜡乳液（6克/100克）浸泡处理并装在低密度聚乙烯袋中的水果在4-5周内保持绿色、坚硬和良好状态。在0-4C条件下储藏9天后，果实会出现冻伤、表皮损坏现象，并会被消费者拒绝购买。 可食用薄膜的使