近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院研究人員在國際食品TOP期刊《Food Packaging and Shelf Life》（IF：10.8）發(fā)表了題為“Analysis of protective ability of pomelo peel against impact damage to apple for cushioning packaging design"的研究性論文。在該論文中，研究人員利用上海騰拔Universal TA國產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀用于測定柚子皮的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和彈性模量。

高性能緩沖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)避免蘋果在倉儲(chǔ)、搬運(yùn)及運(yùn)輸過程中發(fā)生機(jī)械損傷至關(guān)重要。本文采用沖擊試驗(yàn)、微觀形貌觀測與離散元法，探究柚子皮對(duì)蘋果抗損傷性能的防護(hù)效果。試驗(yàn)結(jié)果表明：相較于沙田柚皮，紅蜜柚皮厚度更薄，且抗形變能力與之相當(dāng)，更適合作為包裝緩沖材料。紅蜜柚中果皮雖厚度更小，卻具備清晰的網(wǎng)狀多孔骨架結(jié)構(gòu)；該微觀結(jié)構(gòu)使其可承受更大沖擊力（116.53?N），彈性模量達(dá) 1.10?MPa。這說明緩沖防護(hù)性能由組織微觀構(gòu)型決定，而非果肉 / 果皮整體厚度。基于柚子中果皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)與胞間孔隙尺寸特征，本文構(gòu)建了生物基抗損傷結(jié)構(gòu)預(yù)測模型。結(jié)果顯示該數(shù)學(xué)預(yù)測模型擬合度良好（決定系數(shù)R2=0.9003），柚子皮抗沖擊響應(yīng)預(yù)測時(shí)間為 0.1766?ms。影響模型結(jié)構(gòu)單元抗損傷性能的因素主次排序?yàn)椋杭虞d速度 (V)＞孔隙率 (P)＞單元尺寸 (S)。柚子皮可為生鮮農(nóng)產(chǎn)品緩沖防護(hù)包裝提供天然仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。

如圖 A 所示，本研究對(duì)比柚子皮與泡沫網(wǎng)套兩種防護(hù)材料的斷裂應(yīng)力（σ?）、斷裂應(yīng)變（ε?）及彈性模量（E）三項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)。紅蜜柚皮的斷裂應(yīng)力 σ?為 0.27 MPa，斷裂應(yīng)變 ε?為 0.25，彈性模量 E 為 1.10 MPa；反觀泡沫網(wǎng)套，其斷裂應(yīng)力 σ?為 0.28 MPa，斷裂應(yīng)變 ε?為 0.50，彈性模量 E 僅 0.57 MPa。兩種材料的斷裂應(yīng)力數(shù)值相近，但柚子皮彈性模量顯著更高，說明其剛性更強(qiáng)，抵抗應(yīng)力變形的能力更優(yōu)異。泡沫網(wǎng)套斷裂應(yīng)變更大，但其彈性模量偏低，代表材料質(zhì)地更柔軟，剛性與承載支撐性能弱于柚子皮。上述結(jié)果證實(shí)柚子皮具備突出力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)，可作為仿生基材，用于研發(fā)可持續(xù)、可生物降解新型包裝材料，提升生鮮易腐農(nóng)產(chǎn)品的防護(hù)效果。

參考文獻(xiàn)：Jincheng Yu, et al. Analysis of protective ability of pomelo peel against impact damage to apple for cushioning packaging design. Food Packaging and Shelf Life, 2025