苹果果皮不同尺度力学性质试验研究与微观结构分析
苹果作为果蔬中较耐贮藏的果品之一,其种植面积不断扩大,苹果产业已成为我国北方农村的优势产业,苹果的产量和面积均居世界首位。但是我国苹果成熟后的采摘作业自动化程度低,主要靠人工来完成,即耗时又费力,研究开发苹果采收机械具有重要的意义。我国苹果的种质资源丰富,但苹果在生长过程中存在裂果及果面碎裂,严重影响了果实的商品价值,降低了果农的经济效益;苹果的抗裂性能与果皮的组织结构及果皮的展性等密切相关,通过对果皮透湿透气性、生物力学性质、微观结构等的试验研究,可为果实品种的改良提供一些参考依据。众所周知,植物果实的最外层都被果皮所覆盖,果皮的组织结构特性确定了果实质量的可存储性和货架期,因此苹果果实的耐藏性与其果皮的组织结构密切相关,用材料学的观点对苹果果皮结构和功能进行深入的研究,测定果皮结构的微观指标,仿真表皮的微观结构,为分析比较不同品种果皮微观组织结构的差异提供有力的几何模型支持
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2苹果贮藏性与果皮硬度的相关性试验研究
2.1引言
对于不同的果蔬品种,其果皮的性状各不相同,表现为皮的厚与薄、软与硬、去除难与易等,因而其果皮对果实的保鲜保护特性也有所不同。目前国内外对果蔬果皮组织结构与贮藏性关系的研究主要集中在同一类果蔬不同品种或者同一类果蔬同一品种不同产地微观组织结构方面的观察分析和相关性能指标的测量,根据得到的结果从植物生理学方面来探讨果皮组织结构与耐藏性关系的机理。果皮作为活的生物材料,在整个生命活动中贯穿着生物力的相互作用,生物力学性质指标可以预测其果皮的品质,从而更深入地阐述果蔬耐藏性的机理。因此为探索贮藏性较好的果蔬果皮保鲜保护特性随时间的变化规律,本试验选取了贮藏性较好的果蔬一苹果为研究对象进行贮藏试验。在贬藏试验期间测定了果实的失重率、可溶性固形物含量、果实硬度,并对测试结果进行分析比较,获得果实的失重率、可溶性固形物含量和硬度随胆藏时间的变化规律,旨在了解不同品种苹果贮藏性的差异,为苹果果实贬藏保鲜提供较丰富的试验测定参数,为研究果皮力学性质指标对果实品质的影响提供参考。2.2贮藏试验方案及设计
苹果果实在贮藏过程中会水分蒸发使得鲜重下降。一方面是因为采后苹果仍然具有生命状态,进行着一系列的生理生化反应消耗果实体内的水分;另一方面是因为苹果在室温下贮藏其体内水分随着外界环境的变化而变化。但许多研究也表明,果实体内水分蒸发的快慢与其果皮组织结构有着重要的关系。在贮藏过程中对苹果果实失重率的测试结果表明果实的鲜重随着化藏时间的延长而呈逐渐下降趋势,如图2-1所示。
3苹果果皮透湿性和透气性试验研究.....16
3.1引言.....163.2果皮含水率的测定.....16
3.3果皮透湿性试验.....17
4苹果果皮宏观力学性质试验研究.....27
4.1引言.....27
4.2果皮拉伸试验研究.....27
4.3果皮撕裂试验研究.....32
5苹果果皮流变力学性质试验研究.....63
5.1引言.....63
5.2苹果果皮应力松弛试验研究.....63
5.3苹果果皮蠕变特性试验研究........70
7苹果果皮微观组织结构变位仿真分析
7.1引言
随着计算机图形学的发展与不断地完善,微观组织结构的计算机仿真已成为研究材料科学的重要手段。人们利用计算机几何算法及结合计算机图形学实现了物质结构形态的可视化表征,使得真实材料微观结构的几何形貌更直观、逼真的呈现出来。植物形态结构可视化仿真的研究起源以20世纪60年代对植物分枝模型的研究植物模拟一系统的提出,可相似性地表现出植物的形态结构及植物生长的结构;随着植物形态结构的仿真与可视化研究的飞速发展,许多学者建立了植物各个部位结构的仿真模型,如热带树分枝几何模型、根系二维及三维模型、植物器官生长模型等为了分析赫猴桃果实的品质,SmitH等虚拟了果实与藤架形态结构三维重建的静态模型;基于结构单元的树模型LIGNUM的研制,为实现对树冠结构的生长及其生理代谢进行可视化的描述宋有洪等以建立了玉米植株生长过程中各器官形态变化及植株高度、叶面积动态的仿真模型,呈现出玉米植株生长的可视化过程。此外,在20世纪90年代一些学者为了获得采后果蔬微观组织结构的计算机仿真模型,采用了二维Voronoi模型研究了果蔬随机分布的薄壁组织微观构成及细胞的收缩等。7.2试样制备与方法
通过第六章果皮宏观力学性能的细观机理分析知,果皮的表皮层对果皮的力学性能贡献较大,同时考虑到果皮角质层的组成及其结构比较复杂,因此对果皮进行微观组织结构的计算机仿真分析时只针对果皮的表皮层。众所周知表皮层是由随机分布的表皮细胞和一些孔隙组成,而在本章中表皮上的孔隙可视为表皮细胞来进行处理。为了理想化果皮的微观组织结构,仿真分析时假设可果皮细观结构具有连续性及无细观缺陷,即表细胞组织层可看作是均匀的连续体:假设把每个表皮细胞看作二维多边形,每个细胞的面积视为常量....
8结论与展望
通过二维Voronoi模型仿真出3种果皮表皮的微观结构,实现了果皮组织结构形态的可视化表征,使得果皮表皮微观结构的几何形貌更直观、逼真的呈现出来。表皮细胞平面域的面积、重心及周长的可通过格林公式获得,而细胞的纵横比和定位方向可以通过惯性矩和最小二乘楠圆拟合获得;利用MATLAB软件的图像处理功能,使得表皮细胞的面积及纵横比、细胞的定位方向等均数字化;获得表皮细胞面积(不包含孔隙)的分布均近似于正态分布,表皮细胞纵横比的值与其面积的火小无关,表皮细胞的实测面积与重心Voronoi单元面积差异不显著,表皮层重心Voronoi单元方向角的分布接近于光镜显微图中细胞.方向角的分布;为直观地分析比较不同品种果皮微观组织结构的差异提供几何模型。
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参考文献（略）
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本文编号：368874
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