果蔬自发气调包装原理与应用

果蔬自发气调包装原理与应用报告人：李家政手机：[phone]国家农产品保鲜工程技术研究中心2013-9-10目录一、自发气调保鲜基本原理二、常见保鲜膜及其性能三、保鲜袋内的气体平衡四、如何包装——自发气调包装设计五、自发气调包装的局限性六、新技术产品——果蔬品种专一性保鲜袋一、果蔬的自发气调保鲜基本原理1、采后果蔬的衰老过程采后果蔬是活的生命体分解、消耗体内的营养物质呼吸品质下降，抗性降低衰亡或腐败吸收氧气产生二氧化碳2、衰老的控制温度控制、气体控制低温低氧抑制呼吸减少营养物质的消耗延长果蔬保质期气调库贮藏自发气调包装恒温冷库贮藏生理调节1-MCP等3、果蔬自发气调包装的原理用保鲜膜包装采后果蔬使保鲜袋内保持稳定的低氧和一定二氧化碳浓度的环境抑制呼吸，延缓衰老，延长保质期。CO2O2O2CO2CO2O2N2H2O合适的自发气调包装控制保鲜袋内气体成分的变化趋势0510152025303505101520O2content/%t/d020406080100120140160180200020406080100120140160180CO2content(g/m3)t/h保鲜袋内二氧化碳浓度变化趋势保鲜袋内氧气浓度变化趋势氧气平衡浓度二氧化碳平衡浓度不同果蔬的适宜气体浓度果蔬种类O2CO2葡萄3～53～5柿子2～36～8红富士2～51～2元帅1～53～5金冠2～52～5国光2～52～3秦冠2～52～5南果梨105巴梨2～53～5鸭梨7～101冬枣8～101猕猴桃2～33～5桃3～53～5荔枝3～53～5龙眼6~84~6耐二氧化碳果蔬——芦笋、樱桃、蘑菇、甜玉米、草莓、杨梅等。二氧化碳敏感果蔬——甜椒、鸭梨、冬枣、富士苹果、柑橘类。气体伤害——过低氧，或过高二氧化碳造成生理异常现象。4、自发气调的作用低氧可以抑制呼吸、减缓衰老。低氧和一定的二氧化碳浓度可以抑制部分微生物的生长。二氧化碳还具有护色、保绿的作用。二、常见保鲜膜及其性能1、常用保鲜膜（1）聚乙烯（PE）保鲜膜使用最为广泛：原料充足、价格低、吹膜工艺成熟、透气性比较合适（2）聚氯乙烯（PVC）膜国内广泛使用，国外部分国家禁止。原料充足、价格低、吹膜工艺成熟、透气性比较合适（3）聚丙烯薄膜透气性低于聚乙烯膜，应用时常在膜上打孔，以增加透气性。（4）硅橡胶膜高透气性薄膜：透气性为聚乙烯膜的100倍以上。硅窗布：强度差，硅橡胶膜都涂覆在府绸布上。硅窗袋：将硅窗布裁剪成大小合适的方块，热合在其它保鲜膜上（如聚氯乙烯保鲜膜）。2、保鲜膜的透气性透气机理：气体在保鲜膜表面的吸附—膜内的溶解—膜内的扩散—膜表面的解吸附。气体在膜两侧得分压差是气体透过保鲜膜的驱动力△P=P1-P2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2不同膜的透气性能取决于某种气体在膜材料内的溶解系数和扩散系数的差异。膜透气性是材料的性质：硅橡胶膜＞＞聚乙烯、聚氯乙烯＞聚丙烯膜的透气性能影响保鲜袋内气体浓度，以膜的透气系数衡量，mL/m2.d.atm(膜厚度，温度）P1P2透气性测定（1）压差法——GB/T1038-2000（2）容积法——简便易于操作ZL200920221974.7。2、透湿性透湿机理——与透气机理类似，单位：g/d.m2（厚度、温度、环境相对湿度）。保鲜膜透湿性影响袋内的相对湿度。湿度过低，果蔬易失水、萎蔫；湿度过高，微生物容易生长；透湿性测定——透湿杯法（国标GB1037-88）：Q=∆w/(∆t.S)PE膜透湿性：约为4g/㎡·d（20μm，RH50%)。对大多数果蔬其透湿性偏小。PVC膜透湿性：约为20g/㎡·d（20μm，RH50%)，对保持袋内的湿度较为有利。3、防雾性保鲜膜的内侧容易产生水雾，影响透明度和保鲜效果（有利于微生物生长）。膜的防雾性与膜材料的性质，尤其极性（或亲水性）有关。PVC保鲜膜的防雾性优于PE膜。通过技术处理，可以改变PE膜的亲水性，生产防雾PE膜。保鲜膜防雾性能检测：水蒸气法防雾膜与普通膜对比膜防雾性检验方法4、透明度透明度影响对果蔬外观的观察。PVC、PP透明度＞PE膜。PE透明度有差异，取决于所用的原料。选用合适的原料和助剂配方可以生产高透明度的PE膜。5、封合性能保鲜膜通常制成保鲜袋使用，需要封合。封合不严密造成漏气。PE膜：容易热封合PVC膜：热封合困难，一般采用高频加热的方式。PP膜：单向拉伸PP膜（OPP）容易热封合，双向的PP膜（BOPP）热封合困难，采用不同膜复合方式可解决封合性问题。6、开口性能PE膜：多数容易开口，有的不易开口（取决于原料），可以添加开口剂解决。PVC膜：开口很困难，目前还没有解决的办法。7、挺度保鲜膜的挺度影响零售包装效果。PVC、PE膜的挺度较差，PP膜挺度高，在零售包装中用得较多。8、印刷性能印刷的内容：产品信息（牌号、批号、规格、应用范围和条件）。大多数保鲜膜是不能在上面直接印刷的，需要进行放电处理。9、保鲜膜的作用（1）、自发气调保鲜（2）、保湿果蔬采后易失水、萎蔫，采用保鲜膜保湿是必需的措施。绝大多数是利用它的保湿功能。（3）、减少流通损失挑选带来的损伤：豆芽、金针菇采用保鲜膜包装可以减少损失。（4）、方便零售鲜切果蔬均经过切分、清洗、消毒等处理，可以直接食用。零售前必须经过包装。三、保鲜袋内的气体平衡1、保鲜袋内气体平衡值的预测原则：保鲜袋内的气体浓度平衡时，果蔬的耗氧量等于透过保鲜膜进入保鲜袋内的氧气量；果蔬的二氧化碳生成量等于透过保鲜膜释放到环境中的二氧化碳数量。RCO2·m=qCO2·S·CCO2RO2·m=qO2·S·（0.21－CO2）（RCO2和RO2分别为果蔬的耗氧速率和二氧化碳生成速率）根据上面的两个公式可以得到：CCO2=RCO2·m/(qCO2·S)CO2=0.21-RO2·m/qO2·S预测的准确度差，但可以直接测定2、平衡时氧与二氧化碳浓度的关系果蔬呼吸商：呼吸产生的二氧化碳量和消耗的氧气量的比值。多数情况下，果蔬呼吸商接近1，即RCO2=RO2。根据RCO2·m=qCO2·S·CCO2RO2·m=qO2·S·（0.21－CO2）得到：CO2=0.21-CCO2·qCO2/qO2保鲜膜的qCO2/qO2取决于膜材料的固定参数。四、如何确定包装——自发气调包装设计1、设计目的与内容（1）自发气调包装设计的目的：通过合适的包装，为果蔬提供适宜的气体环境使保鲜袋内的气体成分符合或接近果蔬的最佳要求达到最佳的自发气调保鲜效果。（2）设计内容：对给定的果蔬，根据其呼吸强度和对气体浓度的要求，确定：合理的包装量确定膜面积选择合适的保鲜膜的材料确定膜厚度2、包装量的确定根据实际应用的需要确定包装量如果包装量太大，搬运不方便，袋内果蔬挤压严重；如果包装量太小，搬运麻烦，耗费较多的外包装材料（纸箱、塑料筐等）。对于零售包装，包装量一般在0.5～2kg，易受挤压损伤的果蔬（葡萄类浆果），包装量一般在5公斤左右，不怕挤压的果蔬（冬枣、鸭梨等）大多为10～15公斤，大宗果蔬（蒜薹等）常为20公斤～25公斤。2、保鲜膜面积保鲜膜面积（保鲜袋的大小）取决于包装量。保鲜袋的大小以能轻松容纳定量的果蔬为准，但需要时可以适当放大以增加保鲜袋的透气效果。3、膜材料的选择（1）目前最常用的保鲜膜是聚乙烯膜、聚氯乙烯膜。（2）聚氯乙烯薄膜的二氧化碳/氧气透气系数比高于聚乙烯膜、透湿性高于聚乙烯膜。因此，在包装低二氧化碳类果蔬（富士苹果、甜椒等）时，可选用聚氯乙烯保鲜膜。（3）如对于高呼吸强度的果蔬（蒜薹等），聚乙烯、聚氯乙烯保鲜膜的透气性偏小，可以采用硅窗袋以增加透气效果。4、厚度的确定保鲜膜厚度的原则：保鲜袋内的平衡气体浓度等于或接近果蔬的最佳气体要求。根据公式：RCO2·m=qCO2·S·CCO2/dRO2·m=qO2·S·（0.21－CO2）/d得膜厚度：d1=(qCO2·S·CCO2)/RCO2·m或d2=qO2·S·（0.21－CO2）/RO2·m两式得到的结果经常不一致。确定原则：对易受二氧化碳伤害的果蔬，以二氧化碳浓度为准（d1）；其它果蔬，以氧气浓度为准（d2）。呼吸强度难以准确测定，同时呼吸强度易受多种因素影响（产地、成熟度、栽培条件、机械伤等）实际应用中，仍采用不同厚度膜包装，从中筛选合适厚度。五、现有保鲜膜的局限性1、对氧气和二氧化碳难以同时达到最佳指标要求原因CO2=0.21-CCO2·PCO2/PO2在氧气浓度确定时，二氧化碳浓度也随之确定，因为保鲜膜的PCO2/PO2是确定的。不同果蔬对氧气和二氧化碳浓度的要求各有差异。要使保鲜袋内氧气和二氧化碳难以同时达到最佳指标要求，必需开发具有不同二氧化碳/氧气透气系数比的新的保鲜膜材料。具体表现：对要求低二氧化碳果蔬、高二氧化碳果蔬不能发挥良好的效果(1)对二氧化碳极为敏感的果蔬：品种：富士苹果、鸭梨、冬枣、甜椒等富士苹果的适宜贮藏气体浓度：氧气2-5%，二氧化碳2%以下。采用常规膜，二氧化碳2%时，氧气约15±3%左右；氧气3%时，二氧化碳5%以上。鸭梨、冬枣二氧化碳浓度：0.5%以下甜椒二氧化碳浓度：1%以下（2）耐受很高的二氧化碳的果蔬：品种：芦笋、樱桃、杨梅、多数食用菌等二氧化碳浓度：10%以上芦笋的适宜贮藏气体浓度：氧气2-5%，二氧化碳10%以上。采用常规膜，二氧化碳10%时，氧气近于零；氧气3%时，二氧化碳约5±2%。2、透气性达不到合适的要求对呼吸强度高或贮藏温度要求高的果蔬，常规保鲜膜的透气性偏低，造成袋内缺氧或过高的二氧化碳积累。呼吸强度高的果蔬：多数蔬菜、甜玉米等。贮藏温度要求高的果蔬：黄瓜、西葫、甜椒、茄子、多种豆角类。05101520250510152025时间（天）气体浓度（%）O2CO205101520250510152025时间（天）气体浓度（%）O2CO2普通PE袋（20微米厚）袋内气体（黄瓜10度下10天有异味）常规PE袋（20微米厚）0度下7天西兰花出现异味3、保鲜袋内的气体浓度难以保持稳定（1）在袋子扎口后的一段时间，袋内的氧气和二氧化碳浓度处于不稳定状态。可以通过充入合适比例的气体来消除此不足；（2）袋内氧气浓度在平衡前常有一个最低值，二氧化碳浓度在平衡前常有一个最高值，过后缓慢下降进入平衡态。这与初始阶段袋内果蔬呼吸强度偏高有关。一般情况下，扎口前对果蔬进行充分的预冷，可以消除此现象发生。（3）袋内果蔬在不同生理阶段（如呼吸高峰期）呼吸强度有变化，（4）环境温度的波动也会影响果蔬呼吸强度，进而影响袋内气体的稳定。0510152025051015时间（天）气体浓度（%）O2CO24、对气调不敏感的果蔬效果不明显很多果蔬（如鸭梨、柑橘）的气调不太明显。自发气调最有效的是蒜薹，其次富士苹果、猕猴桃等。对气调不敏感果蔬，使用保鲜膜主要为了保湿。六、果蔬品种专一性保鲜膜1、何为果蔬专一性保鲜膜针对常规保鲜膜存在的局限，在制膜的过程中采用特定技术处理；其透气性和二氧化碳/氧气透气系数比与果蔬特定的生理特性和气体要求相吻合绝大多数果蔬都有专一性的保鲜膜与之匹配。2、实例（1）黄瓜专用保鲜膜05101520250102030时间（天）气体浓度（%）O2CO205101520250510152025时间（天）气体浓度（%）O2CO2普通PE袋（20微米厚）袋内气体10度下10天有异味黄瓜专用袋（20微米厚）袋内气体10度下25天无异味，色泽、口感正常西兰花专用袋（20微米厚）（2）西兰花专用保鲜袋05101520250510152025时间（天）气体浓度（%）O2CO20510152025051015时间（天）气体浓度（%）O2CO2常规PE袋（20微米厚）0度下7天西兰花出现异味0度下70天无异味，无黄花，无霉菌。色泽、口感正常。葡萄保鲜袋——巨峰葡萄保鲜袋、红提保鲜袋（3）、各种果蔬品种专一性保鲜膜蒜薹保鲜袋普通蒜薹