微孔膜气体扩散量及其在气调保鲜中应用研究

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普通塑料薄膜难以满足高呼吸速率或者对CO2敏感的果蔬对包装透过率的要求,而合适的微孔膜可以满足果蔬缓慢呼吸要求,显著延长新鲜果蔬保质期,且成本低廉、操作简便。所以,近年来果蔬微孔膜气调保鲜技术受到国内外研究者越来越多的关注。目前,对微孔膜保鲜技术的研究主要采用传统的实验方法,即通过反复实验找到最合适的果蔬微孔保鲜膜,因而所费时间和成本均较高,且很难够得到果蔬气调微孔膜的最佳微孔参数。所以,本文基于微孔透气机理,研究了微孔膜包装内外气体交换规律及其影响因素,并在圣女果微孔膜气调保鲜应用中得到了验证。主要研究内容及结论如下:(1)微孔膜透气数学模型的建立与验证、边际效应分析:论证了当微孔孔径D与气体分子平均自由程λ的关系满足D≧100λ时,气体通过微孔的扩散遵循Fick扩散定律。建立以Fick扩散定理为基础的微孔膜透气数学模型,通过实验发现存在阻碍微孔扩散量的微孔末端边际效应,使得O2浓度的实验值比理论预测值要低,而CO2情况刚好相反。计算得到O2和CO2边际效应值分别为0.4603和0.4641。实验结果表明:微孔膜O2和CO2扩散量数学模型预测值和实验值基本吻合;(2)孔间距对微孔膜扩散量的影响:将覆盖微孔膜的空盒置于23℃、相对湿度50%实验箱中,分析了微孔直径分别为40μm、120μm和200μm,孔间距分别为0.4mm、0.8mm、1.2mm、1.6mm和2.0mm的微孔膜气体扩散量及孔间距对扩散量的影响。结果表明,当孔间距与微孔直径满足L≧6D时,孔间距对微孔膜扩散量的影响可以忽略;(3)微孔总面积不变,微孔数目对微孔膜扩散量的影响:将覆盖微孔膜的空盒置于23℃、相对湿度50%实验箱中。微孔总面积保持10-2πcm2不变,研究微孔数目对气体扩散量的影响。结果表明,16个50μm的微孔气体扩散量好于4个100μm的微孔;4个100μm的扩散量好于1个200μm的微孔。同样,当微孔面积为6.4×10-3πcm2时,也呈现出一样的规律。即微孔总面积不变时,微孔数目越多,微孔膜的气体扩散量越高;(4)微孔参数不变,温度对微孔膜气体扩散量的影响:将覆盖微孔膜的空盒置于相对湿度50%实验箱中。微孔数目1个不变而直径分别为80μm、120μm和200μm,或者微孔直径不变(120μm或160μm)而微孔数目分别为6个、10个和14个,研究了4℃、15℃和35℃条件下,温度对微孔膜O2和CO2扩散量的影响。结果表明,温度对微孔的气体扩散量影响不大;(5)建立微孔膜气体扩散量经验公式:基于前述理论与实验研究结果,拟合了微孔膜气体扩散量与微孔数目、孔径及温度关系的经验公式,并根据圣女果的呼吸速率,设计了最优微孔膜参数。结果表明,由经验公式与修正后理论数学模型计算得到的圣女果微孔膜包装最佳微孔参数基本一致,建立的经验公式和修正后的理论数学模型能够很好地预测微孔的气体扩散量;(6)微孔膜气调技术在圣女果保鲜储藏中的应用:根据以上研究成果,研究了采用两个微孔膜打孔方案和无孔对照组包装的圣女果储藏保鲜情况,分别测试了20度储藏环境中,采用三组方案包装的圣女果失重率、腐败率、可溶性固形物(TSS)含量、可滴定酸(TA)含量和维生素C(VC)含量五个指标8天内的变化情况。结果表明:微孔膜组保鲜效果均好于对照组,其中方案1微孔膜包装圣女果在8天后仍保持比较好的商品价值和营养价值,其保鲜效果最佳。
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