Kader(1987)的研究表明果蔬的呼吸作用是通過由一係列酶參與的生化反應來實現的,它受到底物濃度,溫度等諸多因素的影響。降低O2濃度或升高CO2濃度可以抑製果蔬的呼吸作用。Yang和Chinnan(1988)認為基於果蔬呼吸代謝的生理機製,運用酶動力學方程來描述果蔬的呼吸強度是可行的。早在1984年Stanbury和Whitaker就成功地運用米氏方程描述了工業發酵上微生物的呼吸強度同O2濃度的關係。由於果蔬的呼吸代謝與微生物的呼吸代謝具有相似性,Lee等(1991)正式運用米氏方程描述果蔬呼吸強度與MA包裝中O2、CO2濃度的關係,從此,有關果蔬呼吸強度的酶動力學模型的報道相繼見報(Lee 等,1991;Peppelen-bos等,1996)。
雖然到目前為止尚無哪一個模式可以包攬所有的影響因素,成為理想的MA包裝設計的數學模式,但非常明確的是,用計算機進行MA包裝設計的數學模式,必須首先掌握所用薄膜的透氣性以及在MA條件下果蔬的呼吸強度特性。世界著名的采後技術專家Kader在指出MA包裝技術領域中今後需進一步加強研究的幾個主題時,就把薄膜的透氣性與MA條件下果蔬的呼吸特性的測定和數據積累列為首要的兩條(Kader,1989),說明了這兩個參數在MA包裝設計中的重要地位。
薄(bo)膜(mo)的(de)透(tou)氣(qi)性(xing)是(shi)包(bao)裝(zhuang)材(cai)料(liao)性(xing)能(neng)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao),準(zhun)確(que)測(ce)定(ding)果(guo)蔬(shu)包(bao)裝(zhuang)用(yong)薄(bo)膜(mo)的(de)透(tou)氣(qi)性(xing)是(shi)果(guo)蔬(shu)包(bao)裝(zhuang)研(yan)究(jiu)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)領(ling)域(yu)。目(mu)前(qian)市(shi)售(shou)的(de)果(guo)蔬(shu)包(bao)裝(zhuang)用(yong)薄(bo)膜(mo),一(yi)般(ban)隻(zhi)提(ti)供(gong)厚(hou)度(du),而(er)沒(mei)有(you)透(tou)氣(qi)性(xing)的(de)數(shu)據(ju)。即(ji)使(shi)有(you)也(ye)隻(zhi)限(xian)於(yu)單(dan)一(yi)溫(wen)度(du)和(he)低(di)相(xiang)對(dui)濕(shi)度(du)下(xia)測(ce)得(de)的(de)數(shu)據(ju),並(bing)不(bu)客(ke)觀(guan)反(fan)映(ying)實(shi)際(ji)包(bao)裝(zhuang)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)透(tou)氣(qi)性(xing)。筆(bi)者(zhe)通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)機(ji)和(he)人(ren)工(gong)檢(jian)索(suo)相(xiang)關(guan)資(zi)料(liao),結(jie)果(guo)表(biao)明(ming),有(you)關(guan)MA包裝條件下薄膜透氣性測定這一方麵的研究非常少(主要集中於化學工業領域的研究)。這種現狀增加了MA包裝設計的難度,直接限製了MA包裝技術在果蔬貯藏上的應用。
目前,在化學工業領域,測定薄膜透氣性的方法主要有等壓法(流動法和靜止法)和不等壓法(壓差法和容積法)兩種。美國材料試驗協會標準(ASTM D1432-82)的DOW CELL法(Scorer,1990)和我國國家標準(GB/T1038-1970)的壓差法屬於不等壓法。DOW CELLfaheyachafadoushizaiyidingwenduxia,shibeicebomoshiyangliangcebaozhengyidingdeqitiyacha,tongguoceliangdiyacedeqitiyalibianhualaijisuanbomodetouqixishu。zaiyongshangshufangfacedingbomodetouqixingshi,gaoyacedeqitibixushidanyiqiti。zheyangcedingchudedanyiqitidetouqixing,yubomoMA包裝下混合氣體交叉滲透時的透氣性是否一致,仍不清楚。而且該方法隻能測定低相對濕度下薄膜的透氣性(其中DOW CELL法測定的濕度條件為0%)。近年來,葉保平等(1994),李路平(1996)利用不等壓原理設計的測定方法,能夠模擬各種濕度條件來測定薄膜的透氣性,對修訂國家標準具有一定的參考作用。
但dan是shi在zai用yong不bu等deng壓ya法fa測ce定ding時shi,由you於yu薄bo膜mo的de兩liang側ce存cun在zai壓ya力li差cha,氣qi體ti分fen子zi是shi在zai氣qi壓ya差cha和he濃nong度du差cha的de雙shuang重zhong作zuo用yong下xia透tou過guo薄bo膜mo的de,實shi際ji這zhe種zhong情qing況kuang類lei似si於yu真zhen空kong包bao裝zhuang。而erMA包裝一般是包裝內外壓力相等的,因此用不等壓法測定的結果不能真實反映薄膜在MA包裝條件下的透氣性。
利用等壓法來測定薄膜透氣性的裝置如美國MOCON公司生產的透O2測試儀。它能在薄膜兩側壓力相等(O2分壓不等)的情況下來測試透O2性能。但是由於其傳感器的原因,隻能測量O2的透氣性(韓雪山,2000)。另外,Merts(1996)采用等壓流動法測定過不同溫度下LDPE的透氣性。
然而,用等壓流動法來測定薄膜的透氣性時,薄膜兩側的氣體均在流動,而在實際MA包裝條件下是無明顯氣流的,當O2透過薄膜後要從薄膜的表麵脫離出來,有無氣流會對被測氣體的脫離速度產生一定的影響(韓雪山,2000),因此用等壓流動法測定的透氣性並不客觀反映實際MA包裝條件下薄膜的透氣性。
侯東明等(1998)提出了一種新方法-等壓靜止法來測定矽橡膠薄膜透氣性。該方法可以實現三種組分(O2、CO2和N2)touqixingdeyicixinggaojingduceding。yudengyaliudongfaxiangbi,bikailexiaoliulianghuoxiaonongduchadegaojingduceliangnanti,qiduiyalijirongjideceliangrongyibaozhenggaojingdu。tongshikaokongzhiceshishijianjiangelaibaozhengnongdudebianhuafudu,congertigaoleceshijingdu。danshizhezhongfangfamuqianhaizhixianyuguimodetouqixingcedingshang。
薄(bo)膜(mo)包(bao)裝(zhuang)中(zhong)果(guo)蔬(shu)的(de)呼(hu)吸(xi)強(qiang)度(du)是(shi)進(jin)行(xing)薄(bo)膜(mo)包(bao)裝(zhuang)設(she)計(ji)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)參(can)數(shu)。對(dui)於(yu)許(xu)多(duo)種(zhong)果(guo)蔬(shu)產(chan)品(pin),現(xian)有(you)的(de)呼(hu)吸(xi)強(qiang)度(du)數(shu)據(ju),往(wang)往(wang)是(shi)在(zai)空(kong)氣(qi)中(zhong)或(huo)者(zhe)某(mou)一(yi)CA條件下測得的,用這些數據來進行MA包裝設計,必然會引起不小的偏差。在生產實踐中由於缺乏可靠的依據,因設計失誤引起MA包裝中缺O2或由於CO2濃nong度du過guo高gao引yin起qi果guo蔬shu傷shang害hai,造zao成cheng很hen大da損sun失shi的de事shi例li屢lv見jian不bu鮮xian。在zai目mu前qian的de情qing況kuang下xia,當dang用yong到dao薄bo膜mo包bao裝zhuang貯zhu藏zang的de數shu學xue模mo型xing或huo圖tu表biao分fen析xi具ju體ti的de貯zhu藏zang問wen題ti時shi我wo們men通tong常chang將jiang果guo蔬shu的de呼hu吸xi強qiang度du和he呼hu吸xi商shang作zuo常chang數shu處chu理li,這zhe在zai一yi般ban情qing況kuang下xia是shi可ke行xing的de。但dan在zai進jin行xing薄bo膜mo包bao裝zhuang設she計ji時shi,果guo蔬shu呼hu吸xi強qiang度du和he呼hu吸xi商shang取qu值zhi的de準zhun確que性xing,將jiang直zhi接jie影ying響xiang到dao貯zhu藏zang體ti係xi中zhong的de氣qi體ti組zu成cheng的de合he理li性xing。
傳統的呼吸強度的測定方法是將包裝在薄膜中的果蔬放在可開閉的密封容器中,密閉一定時間後,根據呼吸罐中O2或CO2濃度的變化來計算其呼吸強度(簡稱密閉法)。由於密閉法是以係統達到平衡狀態為前提,即假設果蔬的呼吸強度與包裝內外O2和CO2氣體的透過速度達到一致後進行測定的,它隻能測定係統達到相對平衡時果蔬的呼吸強度,因此使得該法測定所得值低於真實值(徐步前等,2000)。另外,用密閉法測定果蔬呼吸強度時,密閉時間的長短也是憑研究者的經驗來確定的,密閉時間過長,則改變了MA包裝的貯藏環境條件,密閉時間過短,由於氣體的微量變化而導致試驗儀器無法檢測出氣體濃度的變化。
徐步前等(2000)開發出一種能客觀反映MA包(bao)裝(zhuang)中(zhong)果(guo)蔬(shu)呼(hu)吸(xi)強(qiang)度(du)的(de)新(xin)方(fang)法(fa),並(bing)將(jiang)其(qi)成(cheng)功(gong)地(di)應(ying)用(yong)於(yu)番(fan)茄(qie)呼(hu)吸(xi)強(qiang)度(du)的(de)測(ce)定(ding)上(shang)。即(ji)將(jiang)要(yao)測(ce)算(suan)的(de)果(guo)蔬(shu)呼(hu)吸(xi)強(qiang)度(du)預(yu)設(she)假(jia)定(ding)值(zhi),根(gen)據(ju)果(guo)蔬(shu)呼(hu)吸(xi)量(liang)與(yu)薄(bo)膜(mo)透(tou)氣(qi)量(liang)之(zhi)間(jian)的(de)平(ping)衡(heng)關(guan)係(xi),用(yong)計(ji)算(suan)機(ji)算(suan)出(chu)袋(dai)內(nei)O2和CO2的(de)氣(qi)體(ti)濃(nong)度(du),再(zai)將(jiang)氣(qi)體(ti)濃(nong)度(du)的(de)計(ji)算(suan)值(zhi)與(yu)實(shi)測(ce)值(zhi)加(jia)以(yi)比(bi)較(jiao),當(dang)它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)的(de)差(cha)值(zhi)的(de)平(ping)方(fang)數(shu)最(zui)小(xiao)時(shi),所(suo)預(yu)測(ce)的(de)呼(hu)吸(xi)強(qiang)度(du)的(de)假(jia)定(ding)值(zhi)即(ji)作(zuo)為(wei)要(yao)求(qiu)的(de)果(guo)蔬(shu)呼(hu)吸(xi)強(qiang)度(du)值(zhi)。由(you)於(yu)該(gai)方(fang)法(fa)可(ke)在(zai)果(guo)蔬(shu)包(bao)裝(zhuang)後(hou)的(de)任(ren)意(yi)時(shi)間(jian)抽(chou)取(qu)氣(qi)樣(yang),因(yin)此(ci)也(ye)實(shi)用(yong)於(yu)包(bao)括(kuo)非(fei)平(ping)衡(heng)狀(zhuang)態(tai)在(zai)內(nei)的(de)任(ren)何(he)階(jie)段(duan)。因(yin)此(ci)該(gai)方(fang)法(fa)的(de)建(jian)立(li)為(wei)完(wan)善(shan)果(guo)蔬(shu)的(de)MA包裝設計及加快MA包裝的商業性推廣應用提供了又一有用的手段。
鑒於目前薄膜透氣性及MA包裝條件下果蔬呼吸強度測定法存在著一定的局限性,本論文首先研究了更接近於MA包裝實際條件下薄膜透氣性新的測定方法。在用新方法測算薄膜透氣性的基礎上,探討了薄膜特性(材料、厚度、表麵積)和外界條件(溫度、濕度和初始氣體濃度)對薄膜透氣性的影響。其次,以香蕉果實為例,用已測得透氣係數的LDPE來進行香蕉的MA包裝設計。根據MA包裝係統物質收支平衡原理,用數理法來測算香蕉MA包裝平衡狀態下的呼吸強度。並將數理法的測定結果與傳統密閉法的測定結果進行比較。同時分析探討了不同溫度、薄膜透氣性對香蕉呼吸強度的影響,為香蕉的MA包裝最適化設計提供理論依據和應用參考。
(待續)
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