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一种物流运输过程中草莓机械伤害的监测方法与流程

来源：花匠小妙招时间：2024-12-29 13:33

本发明属于水果采后处理领域，涉及一种草莓品质监测评价方法，特别涉及一种物流运输过程中草莓机械伤害的监测方法。

背景技术：

随着人民生活水平的提高，高品质的新鲜水果日益成为百姓日常营养供给的重要组成。水果采后物流运输是保证产品新鲜优质供给的关键环节之一。物流过程中的机械伤害是造成水果在采后物流过程中品质劣变的重要因素，特别是一些质地松软的水果品种。振动机械伤是水果采后物流过程中的主要机械损伤。遭受振动机械伤的水果会出现呼吸强度增加、膜透性增强、组织变软、强度下降等伤害，从而导致产品的商品性、贮藏性和食用性显著降低，严重影响产品的终端销售。此外，振动损伤的水果在后续贮藏和运输环节也会引起其周边其他水果的腐败变质，造成更大的经济损失。因此，在竞争激烈的水果市场中，准确及时地检测水果是否因物流运输振动而受损，对于运输及运输后的贮藏/销售环节的人员是十分重要的，可以使得他们获取运输过程中水果的品质信息，从而可以尽早地改变或优化贮藏，运输和销售方案。

草莓因其色泽艳丽，香气馥郁，甜美多汁，备受消费者青睐。同时草莓营养丰富，果实富含酚类等抗氧化活性物质，特别是维生素c含量较高，有很好的营养、保健和药用价值，被誉为水果皇后。随着人们生活水平的提高，草莓的消费量越来越高，特别是高品质的草莓广受欢迎。但是草莓没有坚实的外果皮，且果肉柔软多汁。因此，草莓在采后运输过程中极易受车辆振动机械损伤，导致果肉品质下降，并变的更容易遭受微生物侵染而导致腐烂加剧；而且还会造成周边其他草莓的腐败变质。因此，遭受振动机械损伤的草莓是不适合进行进一步贮藏和销售的，需要及时被发现。

草莓果实栽培环境、栽培技术、采摘成熟度等因素会导致在相同运输条件下同一种果实的抗振能力不同。另一方面，每个销售季节的买家也会有所区别。这会导致每个销售季节的草莓果实采后实际道路运输的路线也会有所不同。上述原因导致草莓果实在销售运输时无法提前预判其可能遭受的振动损伤程度，而只能是在实际物流运输各个节点进行尽可能多的损伤程度的监测。

传统的检测水果振动机械伤的方法主要是肉眼检查，被批发商、销售商和消费者广泛采用。但该方法具有耗时、费力、繁琐且不稳定等缺点，而且需要开箱检测，显然无法满足物流运输过程节点的草莓品质监测的需要。近年来，水果无损检测技术发展迅速，其中以光学为基础的近红外光谱和高光谱成像技术最为热门。然而，在物流运输过程中，水果通常存放在纸板箱、塑料盒、泡沫箱等包装中，无法进行光学检测。这使得肉眼或光学检测技术并不适合于物流运输过程监测存放在包装箱内的草莓等水果机械振动损伤的情况。因此已有的对于草莓机械损伤的研究大多还停留在实验室阶段，与实际产业化应用之间存在差距。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决当前的肉眼或光学检测技术并不适合于物流运输过程监测存放在包装箱内的草莓等水果机械伤害的情况问题，提供一种物流运输过程中草莓机械伤害的监测方法。本发明同时提出了一种采用针管状的电子鼻采集器插入箱体缝隙采样的不开箱取样方法，同时结合草莓箱体中的湿度和温度对草莓箱体内的草莓机械损伤程度进行建模预测，更贴近产业化应用的实际情况，将电子鼻在草莓采后物流运输中的品质监测功能，从实验室向产业化转变提供了一种切实有效的应用思路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种物流运输过程中草莓机械伤害的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、挑选八成熟并且成熟度均一，大小均一，无病虫害，无机械伤的草莓样本若干；

b、进行振动模拟实验，选取运输公路条件、振动时间、草莓箱体内湿度三个因素，每个因素选取三个不同水平，设计三因素三水平正交实验，共为9组实验，每组实验使用m箱草莓，每箱草莓内平铺n颗草莓，每个草莓箱体设置温湿度传感器；

c、每组实验完成后，每箱草莓分别使用电子鼻采集器插入草莓箱体盖板缝隙处抽取气体进行电子鼻检测，单次电子鼻检测反应总时间为t、每一秒采集一次电子鼻数据，所述电子鼻具有n个传感器，n个传感器分别产生对应箱体气体的传感器数据；

d、采集每个草莓箱体的电子鼻数据，对于第j个草莓箱体，1≤j≤9m，电子鼻的第i个传感器信号，1≤i≤n，提取传感器特征值：传感器数据最大值fmax，i，j，每秒传感器数据值之和fsum，i，j，0.5t时刻传感器数据f0.5t，i，j，t时刻传感器数据ft，i，j；采集第j个草莓箱体内的实际湿度值hj；

e、电子鼻数据采集后，打开草莓箱体，通过人工肉眼观察来判断草莓表面有无面积大于25mm2明显淤伤，瘀伤是指草莓表面组织的形状和颜色发生改变，同时表面组织变柔软，统计第j个草莓箱体淤伤草莓的损伤占比记为yj；

f、基于9m个草莓箱体的电子鼻数据和湿度值数据，以电子鼻各传感器特征值和湿度值作为自变量，将草莓箱体内损伤占比作为模型的应变量，采用偏最小二乘回归法建立预测模型，方程一如下：

amax，i、asum，i、a0.5t，i、at，i为对应传感器特征值的系数，b是截距，c是湿度校正系数；

g、在物流运输的每个运输节点，对待测草莓箱体进行不开箱检测，使用电子鼻采集器插入草莓箱体盖板缝隙处抽取气体进行电子鼻检测，获取电子鼻数据、读取湿度值数据，采用方程一计算待测草莓箱体内的草莓损伤占比，根据草莓损伤占比决策待测草莓箱体的仓储和运输策略，提高草莓的商品价值。

不同原因造成的水果损伤，引起损伤的机理不同，电子鼻的响应信号也存在差别，本方案针对水果物流运输过程中的品质检测，因此，采用国家标准的振动试验标准，来模拟不同运输振动情况、不同运输时间、不同的环境条件的草莓机械损伤情况，以对应水果在不同的物流条件下的各种不同情况，使建立预测模型所选用的样本对象对不同运输条件造成的机械损伤更具备代表性。在水果采后的物流运输过程中，需要经过仓储、转运、分销到各个地区，在此过程中，会经过多个集散点，作为物流运输的每个运输节点，每个运输节点，需要对草莓进行分别处理，有的换成更小的运输工具转运到下级分销点，有的需要作为区域仓储备货等。本方案中，草莓箱体内部气体的采样管从草莓箱体的箱盖扣合的缝隙处伸入，不需要开盖，对包装密封性和完整性的影响微小可忽略，不会破坏包装箱体的保护效果；温湿度信号可以使用无线传输或者从箱盖扣合处有线传输输出，对应草莓箱体的内部气体采集后使用电子鼻进行信号检测，并根据建立的模型预测草莓箱体内整体的损伤情况，从而进行决策。对每箱草莓进行分类，对于整体损伤程度高的，提前进行丢弃掩埋等环境保护的处理，如果备货不足，则改变销售策略，从其他地方调货进行补货；对于整体损伤程度适中的，则开箱后丢弃掩埋受损的草莓，并将各个箱内的草莓彼此补充，进行后续贮运和销售；对于整体损伤程度较低的，则减少仓储时间、就近配送，加快销售；对于没有损伤的，可以相对配送较远的距离，并可以进行一定时间的仓储，并在一定的销售期内都可以进行销售。本方案的监测方法优选为针对同一产地的同一栽培品种草莓使用同一套预测模型，对于不同产地或不同栽培品种的草莓各自建立预测模型。

作为优选，模拟公路运输过程中草莓在不同温度条件下受到的振动机械伤，分别在草莓箱体内温度t＝5℃、10℃、15℃、20℃、25℃条件下重复步骤a～h，建立五个不同草莓箱体内温度t条件预测模型，方程二如下：

步骤g中同时采集每个草莓箱体温度信息，根据每个草莓箱体温度选用最接近温度t的方程二预测模型，计算预测每个待测草莓箱体内的草莓损伤占比。针对包装条件和草莓个体的呼吸活性不同，草莓箱体虽然大多采用冷链配送，但是即使在不同车厢内设置相同的温度，仍会由于不同成熟度和品质的草莓的呼吸作用，导致在各个草莓箱体内，包括同一车厢内的草莓箱体或者设置了相同温度的不同车厢内的草莓箱体，形成不同的箱内温度，而电子鼻的传感器信号对温度的响应敏感度高，因此应根据不同的草莓箱体箱内的实际温度，应该采用建立好的最接近的温度下建立的模型，进行预测。

作为优选，步骤b中，每组实验使用15～20箱草莓，每箱草莓内平铺30～50颗草莓。

作为优选，所述电子鼻选用德国airsensepen3电子鼻，具有10个传感器。

作为优选，步骤c中，单次电子鼻检测反应总时间为t＝20s～30s。

作为优选，步骤b中，运输公路条件的三个不同水平根据国家标准gbt4857.23-2012第23部分：随机振动试验方法，选择附录a.1“公路运输不同严酷水平随机振动psd曲线”中三个不同严酷水平的功率谱密度曲线，三条功率谱密度曲线的加速度总均方根值grms分别为0.41、0.58、0.75；振动时间的三个不同水平为4h、14h、24h，草莓箱体内湿度的三个不同水平为湿度值80％、90％、100％。

作为优选，步骤a中和步骤g中使用的草莓为同一产地的同一栽培品种。

本发明对草莓物流运输过程中的机械伤害建立预测模型，在水果采后的物流运输过程中的每个运输节点，根据建立的模型预测草莓箱体内整体的损伤情况，从而针对不同的草莓损伤情况制定不同的仓储和配送策略。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明正交实验设计表。

图2是本发明的其中一次试验中电子鼻传感器信号曲线图，图中传感器1～10分别指代电子鼻仪器中的10个传感器。

图3是本发明的图2曲线图对应的传感器前20s数值表。

图4是本发明使用的电子鼻各传感器及对应性能表。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。

实施例：一种物流运输过程中草莓机械伤害的监测方法，包括以下步骤：

a、挑选八成熟并且成熟度均一，大小均一，无病虫害，无机械伤的草莓样本若干；草莓样本选用同一产地的同一栽培品种；

b、进行振动模拟实验，选取运输公路条件、振动时间、草莓箱体内湿度三个因素，每个因素选取三个不同水平，设计三因素三水平正交实验，如图1所示，共为9组实验，每组实验使用m＝15箱草莓，每箱草莓内平铺n＝40颗草莓，每个草莓箱体设置温湿度传感器；运输公路条件的三个不同水平根据国家标准gbt4857.23-2012第23部分：随机振动试验方法，选择附录a.1“公路运输不同严酷水平随机振动psd曲线”中三个不同严酷水平的功率谱密度曲线，三条功率谱密度曲线的加速度均方根值grms分别为0.41，0.58和0.75；振动时间的三个不同水平为4h、14h、24h，草莓箱体内湿度的三个不同水平为湿度值80％、90％、100％；

c、每组实验完成后，每箱草莓分别使用电子鼻采集器插入草莓箱体盖板缝隙处抽取气体进行电子鼻检测，电子鼻选用德国airsensepen3电子鼻，具有n＝10个传感器,10个传感器对应检测的气体成分如图4所示，单次电子鼻检测反应总时间为t＝20s、每一秒采集一次电子鼻数据，10个传感器分别产生对应箱体气体的传感器数据；其中一个实验的传感器信号曲线和数值如图2、3所示，传感器信号曲线在20s后基本趋于稳定，为了贴近实际使用情况，提高物流运输过程中的检测效率，本方案中只取前20s信号；

d、采集每个草莓箱体的电子鼻数据，对于第j个草莓箱体，1≤j≤9m＝135，电子鼻的第i个传感器信号，1≤i≤10，提取传感器特征值：传感器数据最大值fmax，i，j，每秒传感器数据值之和fsum，i，j，10a时刻传感器数据f0.5t，i，j，t时刻传感器数据ft，i，j；采集第j个草莓箱体内的实际湿度值hj；

f、基于9m＝135个草莓箱体的电子鼻数据和湿度值数据，以电子鼻各传感器特征值和湿度值作为自变量，将草莓箱体内损伤占比作为模型的应变量，采用偏最小二乘回归法建立预测模型，方程一如下：

amax，i、asum，i、a0.5t，i、at，i为对应传感器特征值的系数，b是截距，c是湿度校正系数；

g、对于与草莓样本同一产地的待测草莓装箱后作为待测草莓箱体，在物流运输的每个运输节点，对待测草莓箱体进行不开箱检测，使用电子鼻采集器插入草莓箱体盖板缝隙处抽取气体进行电子鼻检测，获取电子鼻数据、读取湿度值数据，采用方程一计算待测草莓箱体内的草莓损伤占比，根据草莓损伤占比决策待测草莓箱体的仓储和运输策略，提高草莓的商品价值。

对于整体损伤程度高的，草莓损伤占比80％以上的草莓箱体，考虑到拼箱操作造成的二次损伤和操作成本，提前进行丢弃掩埋等环境保护的处理，如果备货不足，则改变销售策略，从其他地方调货进行补货；对于整体损伤程度适中的，草莓损伤占比处于20％-80％的，则开箱后丢弃掩埋受损的草莓，并将各个箱内的草莓彼此补充，进行后续贮运和销售；对于整体损伤程度较低的，草莓损伤占比处于5％-20％间的，则减少仓储时间、就近配送，加快销售；对于草莓损伤占比损伤少于5％的，认为是轻微损伤或没有损伤的，可以相对配送较远的距离，并可以进行一定时间的仓储，并在一定的销售期内都可以进行销售。

实施例2：一种结合草莓箱体内部温度的物流运输过程中草莓机械伤害的监测方法，模拟公路运输过程中草莓在不同温度条件下受到的振动机械伤，分别在草莓箱体内温度t＝5℃、10℃、15℃、20℃、25℃条件下重复实施例1中的步骤a～h，建立五个不同草莓箱体内温度t条件预测模型，方程二如下：

并在步骤g中同时采集每个草莓箱体温度信息，根据每个草莓箱体温度选用最接近温度t的方程二预测模型，计算预测每个待测草莓箱体内的草莓损伤占比。