蔬菜薄膜储藏装置研究

彭三河 (长江大学机械工程学院，湖北 荆州434023)

蔬菜薄膜储藏装置研究

彭三河
(长江大学机械工程学院，湖北 荆州434023)

介绍了硅酮薄膜储藏装置的基本结构，通过与普通储藏装置的对比试验，结果显示硅酮薄膜储藏装置具有利用里面产品产生的气体来保持和改变容器内空气成分的能力，从而使蔬菜能更长久地进行储藏。

硅酮薄膜；蔬菜;储藏装置

用于储藏新鲜农产品的设备，应该能够提供较高的相对湿度、适宜的气体组成和低温。但现有储藏设备均不能满足上述全部条件。虽然目前市面上使用的充气储藏装置在储藏蔬菜时也提供一定的气体组成，但这种装置成本昂贵，而并且其气体组成不可能会适合所有的蔬菜。而使用硅酮薄膜可以改变装有生物材料的容器内的气体组成，这种装置对于实现蔬菜的长期储藏提供了可能性[1,2]。为此，笔者设计了一种硅酮薄膜储藏装置，并利用此装置进行了储藏胡萝卜、豇豆、芹菜和黄瓜的试验，而且还对这些蔬菜在硅酮薄膜储藏装置和普通的密封储藏装置中的储藏情况进行了比较。

1 材料与方法

1.1 薄膜的选择

图1 每平方米硅酮薄膜每天可排出的CO2最大量与容器内CO2浓度的关系Figure 1 The relationship between the maximum amount of CO2 emitted from per m2 Silicone membrance and CO2 concentration in container in a day

试验所用储藏装置是一种装着具有选择透气性能硅酮薄膜的密封容器，其所用硅酮薄膜在1个标准大气压下对CO2的透气率为1 752 L/(d·m2)，对CO2和O2的选择透气比是5.5[3,4],对乙烯的透气率比对氧气的性能高2.2倍。经试验测定，每平方米该硅酮薄膜每天可排出的CO2最大量与容器内CO2浓度的关系如图1。

1.温度计与热电偶；2.聚乙烯薄膜；3.气体取样孔；4.硅酮薄膜；5.热电偶；6.框架 7.垫块图2 储藏胡萝卜的硅酮薄膜装置Figure 2 Silicone thin-film equipment for carrot storage

1.有机玻璃；2.干湿球温度计和热电偶；3.热电偶；4.第一笼；5.第二笼；6.气体取样孔；7.硅酮薄膜；8.第三笼；9.聚乙烯薄膜图3 储藏芹菜、黄瓜和豇豆的的硅酮薄膜装置Figure 3 Silicone thin-film equipment for celery,cucumber and cowpea storage

1.2 试验方法

(1)硅酮薄膜装置储藏胡萝卜试验 用来储藏胡萝卜的硅酮薄膜装置总体结构如图2所示。其正面蒙上1.09 m×0.68 m的硅酮薄膜，其他五面蒙上0.05 mm厚的聚乙烯薄膜，装进物料并密封严实后放入冷藏室内。装置内盛放蔬菜的容器为3 个0.51 m×0.61 m×0.41 m的木笼子。木笼子在试验前先浸透水，然后盛装胡萝卜。上、中、下三层木笼子分别盛装胡萝卜49.0、62.0、59.0 kg ，共计170.0 kg。装置内和冷藏室里的温度、相对湿度和气体成分每星期检查1次。其中温度测量精确至0.1℃，相对湿度通过测量干湿球温度得出，气体成分通过用气相色谱仪分析取样来测定。试验持续365 d。试验结束时，检查胡萝卜最终的重量和品质。

(2)硅酮薄膜装置与密封胶合板箱储藏芹菜、黄瓜和豇豆的对比试验 用来储藏芹菜、黄瓜和豇豆的硅酮薄膜装置总体结构如图3所示。其正面蒙上聚乙烯薄膜，开有一个0.11 m2(0.873 m×0.126 m)大的硅酮薄膜窗口，其他五面均为透明的有机玻璃。放入蔬菜后并密封严实后放入冷藏室内。试验时在装置内的上、中、下三层木笼子分别盛装6.60 kg芹菜、20.00 kg黄瓜和15.00 kg豇豆。

作为试验对比用的容器为3个以19 mm厚的胶合板制作而成的0.41 m×0.48 m×0.31 m 的密封胶合板箱，试验前先将胶合板箱在水中浸泡8 h，然后分别在3个胶合板箱中装上与硅酮薄膜装置对应的相同重量的3种蔬菜并密封严实后放在同一冷藏室中。

2种装置和冷藏室内的温度、相对湿度、气体样品也是每星期测量1次，精确度和收集数据的方法如前所述。在整个储藏期内，始终对产品的质量进行目查。储藏113 d后，检查各种蔬菜最后的重量和品质。

图4 胡萝卜储藏期内的环境温度Figure 4 The ambient temperature during storage of carrots

1.3 薄膜用量的计算

每吨物料每天放出的热量，可由每千克物料每小时呼吸产生的二氧化碳的毫克数乘以系数220计算而得[5]。根据Fonseca等[5]的介绍，每吨胡萝卜、芹菜、黄瓜及豇豆在0oC时每天放出的热量额定值分别为3 300、1 600、3 300及1 200英热单位(1英热单位=1 055.06 J)。经计算可得，170.0 kg胡萝卜每天产生的CO2的总体积为24×170.0×3 300÷(220×1.977)=30 956 mL，6.60 kg芹菜、20.00 kg黄瓜及15.00 kg豇豆每天产生的CO2的体积分别为583 mL、3 642 mL、993 mL ,三者的总体积为5 218 mL。而储藏时储藏装置内应保持的二氧化碳浓度为3%，根据图1，硅酮薄膜每天应排除的二氧化碳量为51 000 mL/m2。因此，理论上来算，储藏胡萝卜的硅酮薄膜装置需要的薄膜面积为30 956÷51 000=0.6 m2；储藏芹菜、黄瓜及豇豆的硅酮薄膜装置需要的薄膜面积为5 218÷51 000=0.1 m2。

2 结果与分析

2.1 胡萝卜的储藏情况

冷藏室和硅酮薄膜装置内的干湿球温度波动情况见图4。由图4可见，试验期间二者的平均温度均为16 ℃。可见，观测到的储藏环境温度是在胡萝卜储藏要求所允许的范围内变化的。试验期间，冷藏室的平均相对湿度为89%，而硅酮薄膜装置中的相应值则接近饱和(99%)。已知这样高的相对湿度对于避免胡萝卜脱水变干是有利的[2]。

表1 胡萝卜重量的月损失情况Table 1 The monthly weight loss of carrot

在硅酮薄膜装置中测得的二氧化碳、氧气、氮气的平均体积百分比分别为0.2%、20%、79.8%。冷藏室中的气体组成与此相似，氧气和氮气各为21%和79%。硅酮薄膜装置内测得的二氧化碳浓度比设计时考虑的3%的浓度要小得多，估计这是由以下2个原因所引起的：(1)实际所用的硅酮薄膜面积(0.74 m2)比理论上计算的面积(0.6 m2)要大；(2)蒙在薄膜装置上的聚乙烯薄膜有某些与硅酮薄膜具有相类似的渗透特性。

试验期间，硅酮薄膜装置中的二氧化碳浓度和相对湿度均高于标准冷藏室环境要求，这有助于胡萝卜的长久储藏。

试验结束后胡萝卜的重量损失情况如表1所示。从气味、颜色和外观来检查，第一笼(在装置内上层)的胡萝卜保存得最好，而下面两笼的胡萝卜则带有一些黑斑，位于底部的第三笼损失最大。这是由于随着温度的波动出现冷凝现象而导致自由水形成的缘故。自由水的存在证实了薄膜装置内的相对湿度确实接近饱和，应该采取措施以避免产品与自由水的接触。

2.2 芹菜、黄瓜与豇豆的储藏情况

试验期间冷藏室里和硅酮薄膜装置中的温度均保持在平均2.5 ℃，观测到的相对湿度为：硅酮薄膜装置内接近饱和，冷藏室内为88%。在冷藏室里作对比用的密封胶合板箱中的观测值与此相似。

表2 2种储藏方式下3种蔬菜重量的月损失情况Table 2 The monthly weight loss of 3 vegetables under 2 storage ways

硅酮薄膜装置中的二氧化碳、氧气和氮气的体积百分比分别为0.3%、20.7%和79%。测得的二氧化碳浓度低于设计时考虑的3%的浓度，可能是由于下述3个原因造成：(1)用于粘贴硅酮薄膜的胶布处有渗漏；(2)实际使用的薄膜面积(0.11 m2)比理论上计算的面积(0.1 m2)要大；(3)装置前面的聚乙烯塑料薄膜也能渗出二氧化碳。

试验结束后2种储藏方式下3种蔬菜重量的月损失情况如表2所示。储藏113 d后在硅酮薄膜装置中芹菜有大约30%的清理损失，而在对比用的密封胶合板箱中的清理损失是100%；豇豆在硅酮薄膜装置中只有5～10%的清理损失，在密封胶合板箱中的清理损失是50～70%，且密封胶合板箱中的豇豆大部分发黄；黄瓜在硅酮薄膜装置中储藏情况最好，清理损失为1%，而在密封胶合板箱中的清理损失则为5～10%。

3 小结

综上所述，本研究所设计的透气薄膜储藏装置可适用于多种蔬菜。通过理论计算，在容器外蒙上一适当面积的硅酮薄膜，利用其产生的气体来保持和改变容器内气体成分，在现有常规冷藏室内可使蔬菜更长久地进行储藏。

[1]刘 颖,邬志敏,李云飞,等.果蔬气调贮藏国内外研究进展[J].食品与发酵工业,2006,( 4):94～97.

[2]龚吉军,谭兴和,夏延斌，等.鲜黄花菜小袋包装气调保藏技术[J].湖南农业大学学报(自然科学版),2003，(1):57～60.

[3]徐步前,余小林.薄膜包装中果蔬呼吸强度的测定[J].农业工程学报,2000,16(5):110～113

[4]Emond J P.Mathemactical modeling of gas exchange in mod-ified atmosphere packaging[J].Transactions of the ASAE,1991,34,239～245.

[5]Fonseca S C,Oliveira F A R,Brcht J K.Modeling respiration rate of fresh fruits and vegetables for modified atmosphere packages:a review[J].Journal of Food Engineering,2002,21,189～217.

2010-10-08

彭三河(1963-)，男，湖北红安人，副教授，主要从事农业机械的教学与研究.

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2010.04.020

TH12;TS255.3

A

1673-1409(2010)04-S068-03