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ISO 6949 果蔬气调储藏方法原理与技术(译文)

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热度451票  浏览941次 【共0条评论】【我要评论 时间:2008年4月06日 03:38
ISO 6949  第一版 1988-11-01
果蔬气调储藏方法原理与技术


介绍
延长果蔬的保存时间,使其损耗降到最低,这与产品的代谢速率、病原微生物的生长繁殖和生理疾病的发生有密切的联系。

运用冷藏技术,并对储藏空间内的气体的相对湿度进行调节,可以延缓呼吸和蒸腾作用的速度,也可以减少疾病的发生。

果蔬的气调储藏是指在储藏过程中将储藏室的温度和相对湿度维持在一个最佳的值,并对储藏环境中的气体成份进行调节。在这样的环境中,果蔬能得到更好的储藏效果。

气调储藏通过对三个基本因素(温度、相对湿度和气体成份)的调节,普遍地降低了代谢活动的速度,对于呼吸跃变型农产品(如苹果、梨、香蕉和蕃茄)来说,延缓了呼吸跃变期会发生的外观品质的变化。

低氧环境使乙烯合成量减少,而高二氧化碳和低氧的环境也使得乙烯的影响变小,从而使得成熟延迟,营养价值和果实的外形得以保存,使其适用于销售,且,产品的保存期也得以延长。

另外,氧气浓度的降低和二氧化碳浓度的上升也可以抑制病原性微生物的生长繁殖,防止一些生理性病害的发生。

气调储藏的农产品,在品种和品质方面与那些在普通条件下储藏的农产品有很大的不同。


果蔬气调储藏原理与技术
适用范围

这份国际标准详细说明了适用于果蔬的气调储藏原理与技术。

它适用于各种各样的水果蔬菜(尤其是苹果、梨和香蕉)。针对于不同的农产品,本方法都有不同的应用。除了要保持最佳温度和相对湿度外,氧气的浓度也要降低(正常空气中的氧气浓度为21%),这也就意味着降低了气体的局部气压。

但是,一般不建议氧气浓度低于1.5%(V/V)。因为,在氧气不足的情况下,果蔬易出现发酵反应(细胞内呼吸),而且也可能会发生褐变。

同时,二氧化碳的浓度也不宜过高,如不应高达8-10%(V/V),因为,在大多数情况下,高浓度的二氧化碳会引起各种各样的生理疾病(二氧化碳伤害),从而引起果蔬质和量的损耗。

气调气体(Controlled Atmosphere)分类
实际应用中,气调气体分为两类:
2.1Ⅰ型
将气体中的氧气浓度从18%(V/V)降到11%(V/V),将二氧化碳的浓度从3%(V/V)提高到10%(V/V),使混合气体中氧气和二氧化碳的浓度和为21%(V/V)。

如:
8%(V/V)CO2,13%(V/V)O2,79%(V/V)N2

这种气体,也称为MA(Modified Atmosphere),是通过农产品本身的呼吸作用来增加气体中的二氧化碳的量,所以,并不是最优的。只能通过与外界空气进行换气使二氧化碳浓度降低,从而使得氧气浓度上升。

这种气调气体可被用于苹果的储藏,而且,对于一些热带水果(如香蕉)的短期储藏可能也适用。

2.2 Ⅱ型
气体中:氧气浓度为2-4%(V/V)[平均为3%(V/V)],二氧化碳浓度为3-5%(V/V)或氧气浓度为1-2%(V/V),二氧化碳浓度为1-2%(V/V)。氧气和二氧化碳的浓度和低于21%(V/V)。

如:
3%(V/V)CO2,3%(V/V)O2,94%(V/V)N2

这样的气体浓度需要通过特殊的仪器设备来完成。

这是最常用的气调气体类型。一般,必须根据农产品的种类来改变混合气体配比:
        农产品对高二氧化碳或缺氧的敏感性;
        成熟度;
        储藏期。

气体调节方法
我们可以通过特制的储藏室或是所谓的生理包装箱(physiological packin-cases)来得到与正常大气不同的混合气体,这些容器经过专门的设计,可以让特定成份的氧气-二氧化碳混合气体透过。

根据这一原理,一些袋子或储藏室都装上了由Marcellin和Letenturier型硅塑料制成的半透膜,并将农产品储藏于其中。

这种特制的储藏室和适当的仪器设备的使用都可以为储藏室内的农产品供给氧气和二氧化碳含量特殊的气调气体。

短时间的高浓度的二氧化碳处理可能适用于一些特殊的农产品,如金冠苹果(Golden Delicious)。

气调储藏室
4.1容量

储藏室的容量一般应能容纳几百吨到1000吨的农产品。

4.2气密性
用于气调储藏的库房的设计应能确保其气密性能保持内部的气体成份保持不变。实际上,想要使库房完全地气密是不可能的,库房内外的气体交换是不可避免的。但是,库房应保证有足够的气密性,能实现对氧气和二氧化碳气体的浓度的控制。

因此,知道库房的最大允许泄露率,并找到一种方法检查库房结构是否能达到这个标准是重要的(氧气进入库房的速率与泄露率有直接的比例关系)。

4.2.1 最低气密性
理论上而言,进入库房的氧气的量应低于被储农产品的呼吸作用所需的氧气量。

所以,可接受的氧气流入量取决于被储物的温度和它们所需要的混合气体的浓度配比以及用来控制种混合气体所需的辅助设备(如氧气吸收剂或扩散袋等)。

在实际操作上,进入库房的氧气是通过扩散和对流来完成的,其中扩散是因为气体间存在浓度差,而对流则是因为气体间存在压力差。

特别是通过对流而进行的气体交换是应该消除的。在储藏过程中,气调储藏室是在一个极为恶劣的环境中进行运行的(以储藏苹果为例,温度为0℃,气体成份为Ⅱ型),所以,气密性的标准是以这个条件为基础而定义的,但,它同样适用于其它方面的应用。

4.2.2 结构
在库房的墙体、地板和天花板上覆上铝覆盖物、预制钢覆盖物、聚脂树脂、环氧树脂或聚酰胺树脂,并用玻璃纤维加以巩固等来达到库房的气密性。所需的隔离层的厚度应取决于外部温度、储藏期和费用等因素。

一个有用的且较好的技术方面的解决办法是采用装有金属结构的夹板,它可以同时起到隔热和气密性的作用。夹板的外侧一般是金属板、木板或塑料板,中间是一层聚亚安酯,内侧是一层聚脂树脂(总厚度应高达10cm)。

与采用夹板相同,在建筑混凝土结构的墙体时,气密层同样也可以起到阻挡水蒸气的作用。为了使后续的维修方便,比如,如果墙体裂开了,那么气密层就能作为墙体内侧使用。为了保证气密性,也可以采用塑性脂涂料、沥青、沥青纹纸等。用来保证气密性的材料都应满足:
        气密性的;
        不会散发气味;
        对微生物的活动和湿气有抗性;
        易于安装和维修;
        对机械震动有抗性;
        防火;
        当库房内的温度、相对湿度和气压变动时,它们的性质能保持不变。

当进入储藏室的氧气的量与被储物消耗掉的氧气的量之间的比例大致保持不变时,说明储藏室的气密性是适宜的。

当下列情况发生时,需要提高储藏室的气密性:
        在一个较低的温度下使用;
        库房内部分装有农产品;
        库房内的农产品的呼吸速率特别低。

储藏室的门应是隔热的,并应装有橡胶封条和滑动密封圈或其它密封系统,从而保证储藏室的闭合。

门关闭时应通过门栓或其它方式栓紧,从而保证门上的封条能与墙上的金属构架贴牢,形成气密性。门上应安有观察窗,能使外面的人看到库房里面的情况,而且,还应按有一扇小门,允许人员的出入。

然而,观察窗的安装高度应高于库房内容物的堆积高度,这样更有用。考虑到要检查农产品、蒸发器和冷却装置的状况,舷窗被链在了库房内容物水平之上。

应在储藏室的入口以及其它适宜的地方安装警报器标示库内氧气浓度是否过低。

平均压力
风扇、冷却设备、调节气体成份的装置以及外部气压波动都会在库房内外形成压力差。库房内压力的骤然下降会使墙体和天花板上的气密层分离开来,从而破坏了库房的气密性。已知,气压的下降幅度不应高于1mmH2O柱(即9.8Pa)。为了避免气压发生更大的波动,应该先将气调储藏室内的温度降到要求的储藏温度,然后再将门密封。

每个气调储藏室都安有压力阀门。这些阀门是由连接储藏室内部与外部的直径合适的管子组成的,在室外的管子弯过来并插入一装有水(也有可能是防冻剂)的容器中4mm。比如,一个容量为2000m3的储藏室,需要两个带有直径为15cm的管子的阀门。

这些虹吸管式的压力阀门保证了压力的平衡。如果外部压力比较低,内部的部分混合气体会离开储藏室,但,并不会改变内部气体的成份;而如果外部的压力比较高,空气就会进入储藏室内直到平衡建立,这时就会使储藏室内部气体的成份改变。

在小的储藏室中,为了避免压力波动,可以装上一些不可透性塑料袋(呼吸袋),这些袋里应装有5-7%储室容量的游离气体(或根据储室的容量而确定相应的百分数)。这些与大管子相连的袋子,会随着压力的增加而膨胀,也会随着压力的减弱而缩小,从而对室内的气体进行调节。

袋子需要大量的空间,而且,会因它们的老化而增加泄漏的可能。

用于制冷、空气取样、气体成份调节和电路安装等用途的管子都要穿过墙体。而那些缆线和管子的接入点都对气密性有影响,所以应格外小心地进行密封。

气密性检测
当储藏室第一次投入使用时,应该对其气密性进行检查,之后,每年在进行储藏前,应检查是否有裂痕。

下列两个方法(4.4.1和4.4.2)可用于气密性检查。

4.4.1 对流检测方法(以压力变化研究为基础)
这个测试应在温度恒定的空储藏室内进行,风扇关闭。

门密封,用一个独立的或安装在储藏室上用来调节气体成份的气泵将室内压力增加到比正常大气压力高15-25mmH2O柱(147-145Pa)。测试达到这一压力所需要的时间。

这个时间可以指示储藏室气密性是很好、好还是不足。

这种方法的一个变形是估计这种极端压力解除所需要的最短时间。这个时间的长短会因储藏室的大小和储藏的农产品的多少而在10-70min范围内变动。

这种方法的另一个变形是测试储藏室内的极端压力下降一半所需要的时间。这个时间(在适宜的恒定温度条件下)超过10-12分钟都是可接受的。

在实际操作中,一般采用压力从最初的10 mmH2O柱(98.1Pa)上升30min后所能达到的压力来估计气密性。

这个估计的结果可被用于对储藏室的气密性进行分类:
        很好[压力可以提高3.4mm H2O柱(33.3Pa)]
        好[压力可以提高1-3.4mm H2O柱(9.8-33.3Pa)]
        不足[压力可以提高1mm H2O柱(9.8Pa)]

如果充气袋可以用阀门关掉的话,这种对流方法也可被用于测试带有充气袋的储藏室的气密性。

4.4.2 扩散检测方法(将二氧化碳从一个预冷的库内扩散进来)
这个方法尤其适用于那些带有充气袋但不宜采用对流方法的那些储藏室。在储藏室内的二氧化碳气体浓度已知的情况下,持续对室内的氧气和二氧化碳的浓度变化进行检测。

以一室内的二氧化碳的浓度为15%(V/V),氧气的浓度为6%(V/V)的储藏室为例:在风扇运转的情况下,如果在24小时内,二氧化碳气体的浓度的下降量不足1%(V/V),氧气浓度上升不超过0.25%(V/V),那么这个储藏室的气密性是适宜的。
气密性故障检查
检查库房存在的可能的裂痕或是气密性不足的区域,可以按以下方式操作:

在库门紧闭,风扇不运转的情况下,将库内的压力增加或降低10mmH2O柱(98.1Pa)。然后安排工作人员在库内或库外通过观察是否存在下列这些情况来检查气体是否有流动:
        在库内生成的烟沿着一特别的方向流动;
        如果有鸣笛声产生,那么就说明有气体在流入或流出库房;
        当将一带有肥皂水溶液的漆刷置于可疑的地方时,会有气泡产生;
        当将一点燃的蜡烛置于可疑的地方时,空气的流动会将火焰拉长。

维修
气密性不好的储藏室在进行农产品储藏前应先进行维修。

在那些存在气密性问题的地方,应该涂上硅树胶或聚亚胺脂砂胶。

将顺着墙(钢、铝等)铺的覆盖物换掉,从而消除存在的气密性问题。当采用聚脂树脂来隔热的时候,应该与玻璃纤维网粘在一起,并有顶部涂上2-3层的树脂。

修复后,应该对储藏室的气密性再次进行检查。

温度和气体成份调节

温度调节

果蔬采后应立即预冷。

填充所需时间与冷却速度决定了气调储藏室的最大尺寸。

气体成份调节
温度调节后应立即进行气体成份调节。

根据已有的装备(转换器、洗刷剂、气调气体生成器、分析器等),我们可以采用不同的方法来制造、维持和检测气调储藏室内的气体。

5.2.1调节氧气
在气调储藏室内的氧气浓度可以通过农产品呼吸作用或采用特殊的设备将其从21%(V/V)的水平降下来。

5.2.1.1 通过呼吸作用来降氧
在呼吸过程中,氧气被消耗,二氧化碳和水蒸气被释放出来。因此,氧气浓度的下降取决于被贮农产品的呼吸速率、储藏室的容量和它的承载量等。在一个贮有300吨苹果的库房里,氧气水平降到2-3%(V/V)大概需要20天。在储藏期内,库门最好不要打开,因为,打开过门后,想要再回复到相应的氧气水平需要更长的时间,而且,气体成份的改变对被贮物并不利。

5.2.1.2 通过转换装置进行降氧
转换器可以在2-3天的时间内将氧气浓度降到2-4%(V/V)。这些转换器的工作原理是,碳水化合物燃烧需要耗氧,或是将氧气与由NH3分解产生的氢气结合(氧气量的降低需要两三天)。

碳水化合物燃烧耗氧的反应方程式如下:
C3H8 + 5O2         3CO2 + 4H2O

碳水化合物的燃烧过程在高温下进行,然后,这种富含二氧化碳的混合气体会被冷却下来,并通过一种二氧化碳吸收剂或直接被送入储藏室内。
一般,这些装置都是在一个封闭或不封闭的循环系统中工作:储藏室内或外部的空气被传送经过那些加热的催化剂,去除氧后,再被泵入储藏室内。

实际操作上,有多种不同的转换器可用。

5.2.2 调节二氧化碳的浓度
在保存过程中,因为农产品本身在进行呼吸作用,所以,二氧化碳会聚集在室内。为了使二氧化碳的浓度保持一个恒定的最佳值,我们可以采用不同种类的“吸附剂”或“洗刷剂”等装置将二氧化碳浓度降至最佳值。

这些装置是依据二氧化碳的物理吸附或化学吸收的原理进行工作的。

5.2.2.1 物理吸附
活性炭、硅酸盐等被用作二氧化碳的物理吸附剂,它们的吸附的有效性取决于毛细管作用、多孔性和吸附剂本身的性质,以及活化的方法。

吸附剂工作分两个步骤进行:
        吸附:储室内的气体被排入一个空间,使其中的二氧化碳被吸附,当二氧化碳的浓度降低后,再将气体送回储藏室内。
        吸附剂的再生:将空气通过二氧化碳吸附剂,使其带走其中的二氧化碳,并将空气带出室外。

这两个步骤以一个合理的周期有序地进行,从一个步骤到另一个步骤之间会有一个短暂的传递过程。

一些硅酸盐吸附器会带有分子筛。

5.2.2.2 化学吸收
很多化学物质都可被用于去除二氧化碳,如碳酸钾、氢氧化钠、乙醇胺、氢氧化钙等。但是,它们的有限的有效性和精度限制了它们的应用。

化学吸附剂可分为以下几类:
        (单-,双-,或三-)乙醇胺洗刷剂:二氧化碳的吸收过程是通过化学和物理的双重作用实现的。这一过程可以得到碳酸盐和碳酸氢盐溶液,而它们在加热状态下会释放出二氧化碳,并使自己再生。
        碳酸钾洗刷剂,这是根据生成带有二氧化碳的反应的可逆性原理来工作的:在第一个反应室内,当气体通过时,其中所带的二氧化碳与与碳酸钾发生反应,开成碳酸氢钾,然后,溶液在另一个反应室内通过将二氧化碳释放出室外而再生。整个过程是连续进行的。
        洗刷剂中干燥的氢氧化钙会与二氧化碳反应,生成碳酸钙或重碳酸钙:当氢氧化钙不再起作用时,就用新的材料来取代它。

5.2.3 气体生成器
气体生成器装置包括一个氧气转换器和洗刷器。这些装置在整个储藏期间会同时工作,二氧化碳洗刷器也可以单独使用。
转换器中进行的氧气的催化燃烧以及得到的混合气体(富含氮气和二氧化碳)经过冷却被送入洗刷器中吸收二氧化碳。气体混合物会被泵入储藏室内。

注意:氧气的催化燃烧反应也会降低气体中乙烯的浓度。

产生的气体成份包括:1-1.5%(V/V)的氧气,2-5%(V/V)的二氧化碳,其余的全为氮气。如有必要,可以对二氧化碳和氧气的浓度进行调节。

发生器分两种:
        开式循环发生器,它以外部空气为原料。通过燃烧和二氧化碳固定,混合气体被泵入储藏室内,这就使得室内的压力过高,因而要转移储藏室内的部分气体;
        闭式循环发生器,它通过再循环储藏室内的空气,逐渐降低氧气的浓度,去除二氧化碳,并使整个室内的气体流通保持顺畅,直至室内的气体成份达到想要的配比。

5.2.4 通过交换器-扩散器来产生气调气体
硅树酯塑料膜对于气体有选择透过性,氧气、二氧化碳和氮气在经过硅树酯塑料膜时有不同的扩散速度,根据这一原理,我们可以用交换器-扩散器来调节气体成份。

交换器-扩散器中的气体通道使气体易于扩散,并能根据所采用的硅树酯颜料膜自行形成有固定二氧化碳和氧气配比浓度的混合气体[如5%(V/V)的二氧化碳、2-3%(V/V)的氧气和92-93%(V/V)的氮气。

这样,通过正常的代谢过程,需要较长的时间才能形成所需的气体浓度配比。

这些膜是容量不同的袋子,它们可被装在储藏室的内部或外部,或是通过管子将其与外部连起来。

膜的表面积取决于室内空气的量。

气调气体成份的维持
一旦所需的氧气和二氧化碳的浓度形成,我们就要注意各个不同的工序,使气体成份保持恒定。

在通风过程中二氧化碳的输送、氧气的扩散,这些因素都会使氧气和二氧化碳的浓度发生波动。所以,我们需要对它们的浓度进行专门的控制和维持。

我们可以通过以下方法稳定气调气体的浓度:
        对于Ⅰ型气体,我们需要定期充入新的气体,操作需小心。
        对于Ⅱ型气体,我们需要定期充入新鲜的空气,并通过洗刷和扩散装置将二氧化碳去除。
储存期间的检查
在储存期间应用直读的或直接记录的设备对影响储存的因素(温度、相对湿度和气体成份)进行检查,储存开始时一天检查两次,以后一天一次。

定期检查被储物的质量。

气调储藏结束时的操作
当气调储藏要结束时,应先将储藏室的门打开,打开风扇,通风2-3小时,使室内的二氧化碳减少,氧气的浓度回复到正常环境的水平,这样,员工才能安全地进入室内而不需要带防护面具。

[本帖最后由 ccaipecom 于 2008-3-14 19:58 编辑]

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