程赤云,梁欣,石偉偉,向胡兵,閻瑞香,姚剛
電商包裝方式對水蜜桃運輸緩沖防震及貨架品質的影響
程赤云1,梁欣2,石偉偉1,向胡兵1,閻瑞香1,姚剛2
(1.天津科技大學 輕工科學與工程學院,天津 300222;2.深圳順豐泰森控股(集團)有限公司,廣東 深圳 518000)
研究常規電商包裝中不同緩沖材料和包裝量對水蜜桃在跌落、隨機振動條件下的損傷防護及貨架品質的影響。以“華玉”水蜜桃為試材,分別采用瓦楞紙隔板+單盒包裝、聚乙烯發泡棉(EPE)內襯+單盒包裝、瓦楞紙隔板+兩盒包裝及EPE內襯+兩盒包裝等4種形式包裝后,依據ISTA 3A標準開展模擬公路運輸實驗,分析水蜜桃貨架期品質變化。瓦楞紙隔板+兩盒包裝在面跌落時的加速度僅為90.306 m/s2,緩沖性能比單盒包裝更好,但其在隨機振動中響應較大,而EPE內襯+單盒包裝處理受隨機振動影響最小,一階共振響應和二階共振響應分別為0.012 2 g2/Hz和0.014 3 g2/Hz。模擬運輸后在常溫貨架條件下,瓦楞紙隔板+兩盒包裝的水蜜桃在貨架期內始終保持較低的呼吸強度和乙烯釋放量,維持較好的外觀品質。相較于單盒包裝,兩盒包裝對維持水蜜桃質地、可溶性固形物、總酸含量及外觀品質具有積極作用。綜合來看,以瓦楞紙隔板為緩沖材料,兩盒包裝更有利于水蜜桃電商物流運輸中的震動防護,并能較好地保持貨架品質,為適宜水蜜桃的電商物流包裝方式。
水蜜桃;電商物流;聚乙烯發泡棉(EPE);瓦楞紙隔板;包裝量;貨架品質
隨著“互聯網+”現代農業的興起,我國生鮮電商蓬勃發展,水果作為重要生鮮產品在物流中存在損耗大的問題日益凸顯[1],采用適宜的緩沖包裝材料和包裝形式可以減少果實在貯運過程中因擠壓、摩擦、沖擊等因素而造成的損傷,保持微環境條件,延長貨架期[2-3],因此,開展水果電商物流緩沖包裝技術的研究具有重要的現實意義。
水蜜桃(Prunus Persica)皮薄肉厚、汁液豐富,口味鮮美,營養價值高,深受廣大消費者喜愛[4]。水蜜桃屬于呼吸躍變型果實,后熟作用很快,且大多集中在7、8月份成熟上市,流通溫度高,果實采摘后很快軟化,貯運中容易受機械損傷[5]。電商物流過程中分揀裝箱、包裝擠壓等也會造成大量損耗,水蜜桃電商物流過程中損失高達30%以上,嚴重影響了水蜜桃種植業的發展[6]。
不同包裝方式對果蔬運輸的振動及其損傷有重要影響[7-9]。Lin等[10]采用聚氨酯+瓦楞紙板箱、發泡聚乙烯+瓦楞紙板箱和瓦楞紙板箱等在不同振動溫度下模擬運輸,研究其對桃機械損傷的防護性能,結果發現聚氨酯+瓦楞紙板箱的緩沖性能最佳。周慧娟等[11]采用4種包裝方式:紙箱包裝、內襯厚度為0.04 mm聚乙烯保鮮袋的紙箱包裝、普通泡沫箱、珍珠棉箱等對“倉方早生”桃果實進行長途冷鏈物流運輸,結果表明珍珠棉包裝的果實更適合長距離冷鏈物流使用。Cigdem等[12]研究了不同振動頻率(5、10和15 Hz)對桃的物理機械和物理化學性質的影響,結果表明以15 Hz頻率處理的桃子的損傷和霉菌生長水平最高,然而,在實際市場應用中,常受到包裝材料成本及生產工序的限制,在滿足此前提下,使包裝達到最基本的緩沖防護要求,亟須研究出適宜的水蜜桃電商物流包裝,而目前關于典型的水蜜桃電商緩沖包裝材料、包裝量等包裝方式對水蜜桃緩沖性能及其貨架品質的研究尚未見報道。
本研究將針對水蜜桃運輸過程中易出現機械損傷、品質下降等問題,以肉質較致密、汁液中等、纖維少、風味甜濃的“華玉”水蜜桃為試材,在約束包裝材料成本及生產工序的前提下,選用實踐中最常見的2種緩沖包裝材料〔瓦楞紙隔板、聚乙烯發泡棉(Expandable Polyethylene,EPE)內襯〕和包裝量(單盒、兩盒),研究其在跌落、隨機振動條件下對水蜜桃機械損傷、貨架品質的影響,從而確定適宜的緩沖材料和包裝量,以期為水蜜桃電商物流包裝技術的實際應用提供指導。
主要材料:“華玉”水蜜桃產于天津市武清區;挑選七八成熟果實采摘后,立即置入7~8 ℃冷庫中進行預冷,為模擬電商運輸過程做準備。
選用實踐中典型的包裝材料及包裝量對水蜜桃進行模擬運輸及貨架實驗。實驗中采用的包裝材料均由順豐快遞公司提供,具體尺寸如下所示。
緩沖材料:EPE內襯(厚度為10 mm)、瓦楞紙隔板(E楞,厚度為3mm);內包裝箱:禮品盒(E楞天地紙盒,天盒為350 mm×250 mm×80 mm,底盒為345 mm× 245 mm×85 mm);外包裝箱:瓦楞紙箱(BE楞),單盒外包裝瓦楞紙箱,尺寸為410 mm×270 mm×140 mm,兩盒外包裝瓦楞紙箱,尺寸為410 mm×275 mm×235 mm。
主要儀器與設備:DC–600–6/K2/SC–0606/ TBVS–800/ETHV–1000–70–3H型溫度、濕度振動復合試驗系統,蘇州蘇試試驗儀器有限公司;PDT80型精密跌落試驗機,美國Lansmont公司;MapScanO2/CO2包裝氣體分析儀,上海錦川機電技術有限公司;RM200QC便攜式色差計,美國愛色麗;TA–XT Plus 型物性測定儀,英國SMS公司;ES100便攜式乙烯分析儀,北京陽光億事達科技有限公司;HTP–312精密型電子天平,上海花潮電器有限公司;PAL–1數顯折光儀,南京市海納儀器設備有限公司。
將預冷后的水蜜桃,用雙層EPE網套包裹,裝入禮品盒中,每盒擺放6個,果實之間以瓦楞紙隔板或EPE內襯間隔,然后將禮品盒裝入瓦楞紙箱中。根據緩沖材料、包裝量不同,包裝形式分為4種:P1為瓦楞紙隔板+禮品盒(單盒)、P2為EPE內襯+禮品盒(單盒)、P3為瓦楞紙隔板+禮品盒(兩盒)、P4為EPE內襯+禮品盒(兩盒),詳見圖1。每種處理均設置5個重復。
1.4.1 預處理
根據ISTA 3A標準[13]實驗前先進行預處理,將水蜜桃包裝件在實驗室環境中(溫度25 ℃±2 ℃、相對濕度為50%~60%)放置12 h。沖擊跌落實驗前,在果實、、軸分別貼上傳感器;振動實驗前在果實負載面正上方貼上傳感器(圖1)。
1.4.2 沖擊跌落實驗
按照ISTA 3A標準實驗方法,先使用跌落試驗機對各組包裝件進行跌落實驗,紙箱各位置編號見圖1,然后利用模擬振動試驗臺對各組包裝箱進行隨機振動實驗,模擬公路運輸條件。
1.5.1 試樣處理
模擬運輸實驗結束后及時將各組水蜜桃在室溫條件下(溫度為25 ℃±2 ℃,相對濕度為50%~60%)貯藏,開展貨架實驗,每隔24 h隨機選取1盒水蜜桃進行品質指標測定。
1.5.2 水蜜桃貨架品質指標的測定
1.5.2.1 呼吸強度
使用MapScan O2/CO2包裝氣體分析儀測定水蜜桃的呼吸強度。先使用精密型電子天平測定水蜜桃樣品的質量,然后將待測的水蜜桃置于真空干燥器內,在室溫條件下密閉2 h后,測定積累的CO2濃度,每個處理重復3次。呼吸強度計算見式(1)。

式中:為呼吸強度[5],mg/(h·kg);為干燥容器體積,L;為換算系數,=19.64;為CO2的體積分數,%;為樣品質量,kg;為測定水蜜桃的呼吸時間,h。
1.5.2.2 乙烯釋放量
使用ES100便攜式乙烯分析儀進行水蜜桃乙烯釋放量的測定。將待測的水蜜桃置于真空干燥器內,在室溫條件下密閉2 h后,測定積累的乙烯濃度(μL/L),每個處理重復3次。水蜜桃的乙烯釋放速率為每小時釋放的乙烯濃度,即μL/(L·h)。
1.5.2.3 褐變指數
沿水蜜桃果實胴部縫合線切開后,使用便攜式色差計測量水蜜桃切面上中下部位的L、a、b值,測量3次取平均值。其中,L為亮度值,取值范圍從0(黑)到100(白);a為正值時,說明樣品顏色偏向紅色,其為負值時,說明樣品顏色偏綠;b為正值時,說明樣品顏色偏黃,其為負值時,說明樣品顏色偏藍。根據Palou等[14]的方法計算褐變指數(Browning Index,BI):


1.5.2.4 質構
采用TAXT PLUS物性測定儀對水蜜桃進行全質構分析(TPA),檢測果皮硬度、果肉硬度和咀嚼度等指標。果皮硬度的檢測采用探頭P/2:帶皮穿刺,沿果實胴部縫合線兩側果面穿刺;預壓速度為2.0 mm/s,下壓速度為2.0 mm/s,壓后上行速度為1.0 mm/s,觸發力值為0.1 N。果肉硬度和咀嚼度的檢測采用探頭P/50:將果實縱向均勻切分成兩瓣,使用內徑為14 mm的打孔器取樣,然后切成5 mm的小圓柱體試樣;預壓速度為1.0 mm/s,下壓速度為0.5 mm/s,壓后上行速度為1.0 mm/s,2次壓縮中間停頓5 s,試樣受壓變形60%,觸發力值為0.1 N。實驗重復3次取平均值。

圖1 不同包裝形式的沖擊跌落實驗示意圖
1.5.2.5 總可溶性固形物、總酸、出汁率
隨機稱取水蜜桃樣品100 g,切碎用榨汁機打汁后用4層紗布過濾,稱取擠出汁液的質量。采用PAL–1數顯折光儀測量水蜜桃總可溶性固形物(Total Soluble Solids,TSS)和總酸(Total Acid,TA)含量,稱取一定量(10 g左右)果實樣品,用紗布擠出汁液,用滴管吸取液體測定TSS(%),將汁液稀釋50倍后測定TA(%),重復測定3次取平均值[11]。
1.5.2.6 數據處理
采用Microsoft Excel 2010和IBM SPSS Statistics 23軟件處理數據,計算平均值和標準偏差,采用Duncan多重比較法分析處理結果間的差異顯著性,以<0.05判斷各種結果差異是否顯著。采用Origin 9軟件對數據進行繪圖。
2.1.1 跌落實驗
跌落實驗可以評估包裝件在受到垂直方向沖擊時對水蜜桃的保護效果[15]。不同包裝件跌落的最大加速度見圖2,可以發現包裝件在棱跌落和角跌落時產生的最大加速度顯著低于面跌落,這與張連文等[16]對櫻桃番茄運輸包裝件的跌落試驗結果保持一致。棱跌落時,不同包裝件最大加速度差異較小,面跌落和角跌落時則產生顯著差異(<0.05)。面跌落時,P3包裝件最大沖擊加速度僅為90.306 m/s2,顯著低于P2和P4組,這可能是由于瓦楞紙隔板的支撐強度比EPE高,對水蜜桃的約束阻力更大[17]。角跌落時,P4包裝件比P2包裝件最大沖擊加速度減小了20%左右,可能是由于瓦楞紙箱內堆碼的2個禮盒之間也會產生一定的緩沖減振作用。綜合角、棱、面跌落結果可知,P3即瓦楞紙隔板+兩盒包裝的緩沖性能優于其他3類包裝件。
2.1.2 隨機振動實驗
隨機振動模擬實驗結果表明4組皆出現兩階共振頻率,即一階共振頻率為15 Hz,二階共振頻率為5 Hz。通過4種不同形式的包裝件共振響應對比發現(表1),二階共振響應比一階共振響應更大,這是由于堆碼系統在一階共振頻率的振動是包裝件整體的上下振動,而在二階共振頻率附近是水蜜桃在紙箱內部產生較為劇烈的振動[18];其中兩盒包裝件比單盒包裝件的共振響應更大,可能是由于堆碼的兩層禮盒之間存在振動傳遞,引發內部包裝件的共振,這同戚德彬[19]對兩層蘋果堆碼包裝的隨機振動研究結果基本一致。另外,P2的一階共振響應和二階共振響應在4組中最小,分別為0.012 2 g2/Hz和0.014 3 g2/Hz,這可能是由于EPE比瓦楞紙隔板彈性更大,具備更好的防震效果,因此在隨機振動影響較大的運輸環境下,如路況復雜的公路運輸時,應選用P2,即EPE內襯+單盒的包裝方式。

圖2 不同形式的包裝件跌落最大加速度
注:圖中不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。
表1 4種不同形式的包裝件共振響應對比

Tab.1 Comparison of resonance response of four different forms of packaging
注:同一列中不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。
2.2.1 呼吸強度
果實的呼吸強度與其成熟及衰老密切相關,機械損傷會導致果實呼吸強度顯著增大[20]。經過模擬運輸和跌落實驗后,4組水蜜桃均遭受了不同程度的機械損傷,在貨架期內呼吸強度呈現出先增后減最后急劇上升的變化趨勢(圖3),2 d時各組均出現了一個小的呼吸高峰,可能是由于包裝箱封閉導致箱內CO2濃度升高,從而抑制了果實呼吸,4 d時水蜜桃由于組織損傷,逐漸腐爛變質,呼吸強度急劇增強。P3組在貨架期內呼吸強度始終保持在較低水平,在第6天時達到最低值75.80 mg/(h·kg),可能是由于EPE內襯+兩盒包裝的水蜜桃受到機械損傷的程度較低,果實傷呼吸較弱。結果發現,采用不同包裝量時,兩盒包裝的水蜜桃呼吸強度均低于單盒的;采用不同內襯緩沖材料時,選用瓦楞紙隔板處理組的呼吸強度均低于EPE內襯組的。

圖3 不同包裝處理對水蜜桃在模擬運輸后貨架期內呼吸強度的影響
2.2.2 乙烯釋放量
果實內源性乙烯的釋放量是判斷果實的成熟度及衰老情況的重要指標之一,果實在受到機械損傷后,乙烯釋放量也會顯著增大[21]。貨架前期各組水蜜桃的乙烯釋放量均處于較低水平(圖4),第4天后,P1組的乙烯釋放量急劇增大,在第6天達到了5.725 μL/(L·h),顯著高于其他組(<0.05),P3組乙烯釋放量最低,僅為1.825 μL/(L·h),第8天時,各組的乙烯釋放量都達到較高的水平。采用不同包裝量時,兩盒包裝的水蜜桃乙烯釋放量均低于單盒的;采用不同內襯緩沖材料時,選用瓦楞紙隔板包裝的乙烯釋放量均低于EPE內襯處理組的。綜合來看,采用瓦楞紙隔板+兩盒包裝能更好地降低水蜜桃在運輸過程中的機械損傷,延緩水蜜桃的軟化、衰老。

圖4 不同包裝處理對水蜜桃在模擬運輸后貨架期內乙烯釋放量的影響
2.2.3 果肉L值及褐變指數
L值在色差體系中表示明暗程度,L值越高表明顏色越淺,反之則越深[22]。水蜜桃在運輸過程中遭到機械損傷后,果肉會發成不同程度的褐變。水蜜桃果肉在貨架期內上中下部位的L值呈逐步下降趨勢(圖5a),褐變指數BI則不斷上升(圖5b),說明褐變程度逐漸加深,這與肖麗娟等[23]對水蜜桃受振動脅迫后的褐變指數變化結果基本一致,各組間差異較小,其中P1組在貨架期第8天時L值最低,降至70.2,BI值則達到了38.44,而P4組褐變程度較低,BI值為32.02,說明EPE內襯+兩盒包裝能有效減輕水蜜桃在運輸過程中的褐變。

圖5 不同包裝處理對水蜜桃在模擬運輸后貨架期內L*值和BI值的影響
注:圖中不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。
2.2.4 質構
果實在受到機械損傷后,細胞結構遭到破壞,底物與酶接觸從而促進細胞壁的分解,導致果實逐漸軟化,硬度降低[24]。從表2可以看出,貨架期第4天,4組水蜜桃的質構指標均有所降低,這可能是由于果實組織失水變綿軟,同時受機械損傷導致其硬度降低。其中P4組對維持各項指標的效果最佳,果皮硬度和果肉硬度僅降低了5.08 g/cm2和653.12 g/cm2。貨架期第8天,各組質構均下降較快,P1組果皮硬度、果肉硬度和咀嚼度分別降至197.28 g/cm2、487.68 g/cm2和36.79,顯著低于兩盒包裝的2組(<0.05),其中P3組果皮硬度、果肉硬度和咀嚼度分別保持在598.37 g/cm2、3 143.23 g/cm2和261.23,為各組最高值。由此可見,瓦楞紙隔板+兩盒包裝處理能較高地維持水蜜桃在貨架期間的質構。
2.2.5 TSS、TA和出汁率
可溶性固形物和可滴定酸等營養物質會隨著果實呼吸逐漸消耗而降低,而果實受到機械損傷會進一步加劇呼吸強度,營養成分消耗加快;同時呼吸作用和蒸騰作用會導致果實失水,出汁率降低[25]。由表2可知,不同包裝處理的水蜜桃TSS、TA及出汁率隨貨架期的延長呈現出逐步下降的趨勢,但各組間差異較小(>0.05),這與杜紀紅等[26]在研究常溫下貯藏水蜜桃的TSS和TA含量變化趨勢一致。貨架期4 d時,P1組的TSS、TA和出汁率分別降低了0.95%、0.345%和8.87%,下降速率最快,至第8天,TSS和TA質量分數分別降至8.70%和0.39%,這可能是由于P1組的水蜜桃在跌落振動實驗中受到了較大程度的機械損傷。P3組較其他組的TA和出汁率下降較慢,貨架期4 d僅下降了0.06%和0.27%,TSS質量分數也僅降低了0.57%。結果發現,采用不同包裝量時,兩盒包裝水蜜桃的TSS均高于單盒包裝水蜜桃的;采用不同的內襯緩沖材料時,選用瓦楞紙隔板做內襯材料的TSS均高于EPE內襯處理組的。綜合來看,瓦楞紙隔板+兩盒的包裝方式對水蜜桃的緩沖效果較好,能更好地維持TSS和TA等營養物質含量,減少果實水分流失。
2.2.6 外觀品質
各組水蜜桃在模擬運輸實驗后,總體仍保持了較好的外觀品質(圖6)。貨架期第4天,各組新鮮度有所降低,果皮開始皺縮,組織逐漸軟化,色澤變暗,運輸中產生不明顯損傷的果實能逐漸從外觀上看出褐變,其中兩盒包裝的果實外觀較單盒包裝組的更好;至第8天時,各組均出現腐爛霉變情況,果實表皮干皺,組織軟化,品質劣變較快,P1和P2組出現機械損傷情況更嚴重,25%的果實組織發生軟化,P2的傷果率最高,達到了10%,原因可能在于雖然P2受隨機振動的影響較小,但其在跌落沖擊實驗中受到了較大程度的損傷。綜合來看,瓦楞紙隔板+兩盒包裝對維持水蜜桃外觀品質具有更好的效果。
表2 不同包裝處理的水蜜桃在模擬運輸后貨架期內質構、TSS、TA和出汁率的變化

Tab.2 Changes in texture, TSS, TA and juice yield of honey peach subject to different packaging treatments during shelf life after simulated transportation
注:同一列中不同小寫字母表示差異顯著(<0.05);“—”表示無法測出。

圖6 不同包裝處理對水蜜桃在模擬運輸后貨架期內外觀的影響
依據ISTA 3A標準開展的模擬公路運輸實驗結果表明,兩盒包裝在跌落沖擊中具備更好的緩沖性能,但在隨機振動中,單盒包裝件的振動響應更小;在面跌落中瓦楞紙隔板處理組的緩沖性能明顯優于EPE內襯組的(<0.05),P3包裝件最大沖擊加速度僅為90.306 m/s2,在角、棱跌落時,不同緩沖材料包裝件之間差異較小(>0.05);在隨機振動實驗中,EPE內襯的包裝件的振動響應小于瓦楞紙隔板作內襯的包裝件的,原因可能在于堆碼的兩層禮盒之間存在振動傳遞,引發內部包裝件的共振。
對水蜜桃貨架品質分析結果表明,兩盒包裝量的貨架品質明顯優于單盒(<0.05),可能是由于其在跌落和隨機振動中受到的機械損傷較輕,能更好地保持果實組織細胞的完整性,從而延緩質構品質的下降,維持外觀品質,同時由于果實傷呼吸較弱,代謝速率降低,對TSS和TA等營養物質含量的消耗更慢,貨架期8 d后,P3組的TSS和TA質量分數僅下降了1.35%和0.17%;內襯緩沖材料不同時,在貨架中后期瓦楞紙隔板包裝組的呼吸強度比EPE內襯包裝組的更低,經過模擬運輸實驗后,P1和P3組的果肉硬度分別為5 860.72 g/cm2和4 829.17 g/cm2,顯著高于其他2組(<0.05)。綜合來看,瓦楞紙隔板+兩盒包裝是一種較合理的水蜜桃電商物流包裝方式。在約束包裝材料成本、生產工序的同時,能減少水蜜桃在電商物流過程中的機械損傷,延緩成熟衰老進程,延長貨架期,對我國水蜜桃產業發展具有重要的參考意義。后續研究將在此電商包裝的基礎上,進一步構建緩沖包裝動力學模型并進行有限元分析,從而優化運輸空間利用率,以期為實際生產應用提供參考。
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Effects of E-commerce Packaging on Transportation Cushioning and Shelf Quality of Honey Peach
CHENG Chi-yun1, LIANG Xin2, SHI Wei-wei1, XIANG Hu-bing1, YAN Rui-xiang1, YAO Gang2
(1. College of Light Industry Science and Engineering, Tianjin University of Science & Technology, Tianjin 300222, China; 2. Shenzhen SF Taisen Holding (Group) Co., Ltd., Guangdong Shenzhen 518000, China)
The work aims to study the effects of different cushioning materials and packaging quantity on the damage protection and shelf quality of honey peach under the conditions of drop and random vibration in conventional E-commerce packaging. With "Huayu" honey peach as the test material, four forms of packaging were adopted: corrugated board partition + single box, expandable polyethylene (EPE) lining + single box, corrugated board partition + two boxes and EPE lining + two boxes. Then, the road transportation experiment was simulated according to ISTA 3A standard to analyze the changes of honey peach shelf quality. The acceleration of corrugated board partition + two boxes packaging when falling on the surface was only 90.306 m/s2, and the cushioning performance was better than that of single box packaging, but its response was larger in random vibration, while EPE lining + single box packaging was least affected by random vibration, and the first-order and second-order resonance responses were 0.012 2 g2·Hz-1and 0.014 3 g2·Hz-1respectively. After simulated transportation, under the normal temperature shelf condition, the honey peach packed in corrugated board partition + two boxes always maintained low respiratory intensity and ethylene release during the shelf life, and had better appearance quality. Compared with single box packaging, two boxes packaging played a positive role in maintaining the texture, SSC, TA content and appearance quality of honey peach. Overall, with corrugated board partition as cushioning material, the packaging of two boxes is conducive to the vibration protection of honey peach in logistics transportation, and can better maintain the shelf quality, which is a suitable packaging method for E-commerce logistics of honey peach.
honey peach; E-commerce logistics; EPE; corrugated board partition; packaging quantity; shelf quality
TB485.3
A
1001-3563(2023)03-0114-08
10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.03.014
2022?05?09
天津市科技支撐重點項目(20YFZCSN00620);現代農業產業技術體系項目(ITTHRS2021000)
程赤云(1997—),女,碩士生,主攻農產品物流保鮮包裝。
閻瑞香(1973—),女,博士,教授,主要研究方向為活性保鮮包裝;姚剛(1984—),男,博士,工程師,主要研究方向為農業工程。
責任編輯:曾鈺嬋