摘 要    薄膜透氣性和果蔬呼吸強(qiáng)度是關(guān)系到MA包裝設(shè)計(jì)和貯藏效果的兩個(gè)重要參數(shù)。現(xiàn)有的化工行業(yè)的薄膜透氣性測(cè)定方法與MA包裝中傳統(tǒng)的果蔬呼吸強(qiáng)度密閉測(cè)定法有其局限性。本論文運(yùn)用MA包裝中O2和CO2等氣體進(jìn)出包裝系統(tǒng)的物質(zhì)收支平衡原理，探討了新的薄膜透氣性與MA包裝條件下果蔬呼吸強(qiáng)度的測(cè)算方法。

　　薄膜透氣性的測(cè)算以五種果蔬包裝用薄膜(LDPE、HDPE、CPP、OPP和LDPE/PP)為材料，分別制成一定大小的封閉薄膜小袋，向薄膜小袋中注入一定體積的待測(cè)對(duì)象氣體(O2和CO2)。在小袋內(nèi)外存在氣體分壓差的情況下，被測(cè)氣體由里向外透過薄膜，就此通過測(cè)定袋內(nèi)氣體濃度隨時(shí)間的變化，計(jì)算出薄膜對(duì)O2和CO2的透氣系數(shù)（簡(jiǎn)稱小袋法）。在用小袋法測(cè)算薄膜透氣性的基礎(chǔ)上，探討了薄膜特性(材料、厚度、表面積)和外界條件(溫度、濕度和初始?xì)怏w濃度)對(duì)薄膜透氣性的影響。

　　考察薄膜特性對(duì)透氣性影響的結(jié)果表明：不同的薄膜材料，其透氣系數(shù)不同，在溫度為20±0.5℃，濕度為39±4.1%的條件下，LDPE的透氣系數(shù)最高，但其CO2透氣系數(shù)與O2透氣系數(shù)之比（透氣比）較低，而LDPE/PP復(fù)合薄膜的透氣系數(shù)較低，但具有較高的透氣比。在已測(cè)定的五種薄膜材料中，透氣系數(shù)的大小存在這樣的關(guān)系：LDPE>CPP>OPP>HDPE>LDPE/PP

　　(O2透氣系數(shù)與CO2透氣系數(shù)的排序規(guī)律一致)；薄膜厚度影響薄膜的氣體透過度，厚度與透過度之間呈顯著的負(fù)相關(guān)；薄膜的表面積差異不影響透氣系數(shù)的大小。

　　考察外界條件對(duì)薄膜透氣性影響的結(jié)果表明：初始?xì)怏w濃度不影響薄膜的透氣系數(shù)；溫度對(duì)薄膜透氣系數(shù)的影響可以用阿倫紐斯方程(Arrhenius’ equations)來描述。隨著溫度的升高，薄膜的透氣系數(shù)呈指數(shù)曲線上升；相對(duì)濕度對(duì)薄膜透氣性的影響根據(jù)不同的薄膜材料有所差異。隨著相對(duì)濕度的增加，LDPE、HDPE、CPP和OPP的透氣系數(shù)沒有明顯的變化；LDPE/PP復(fù)合薄膜的透氣系數(shù)隨著相對(duì)濕度的上升而上升。

　　MA包裝條件下果蔬呼吸強(qiáng)度的測(cè)算以香蕉果實(shí)為例，用已測(cè)得透氣系數(shù)的LDPE密封包裝一定重量的香蕉。在不同的貯藏溫度下，通過測(cè)定包裝平衡狀態(tài)下的袋內(nèi)氣體濃度，根據(jù)MA包裝系統(tǒng)物質(zhì)收支平衡原理，計(jì)算出香蕉的呼吸強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱數(shù)理法)。并將測(cè)定結(jié)果與傳統(tǒng)密閉法的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較。同時(shí)分析探討了不同溫度、薄膜透氣性對(duì)香蕉呼吸強(qiáng)度的影響。

　　在設(shè)定的10℃～30℃的溫度條件下，用傳統(tǒng)的密閉法測(cè)定香蕉的呼吸強(qiáng)度時(shí)，除10℃和15℃條件下因密閉時(shí)間短未能檢測(cè)出O2和CO2濃度的變化，因而無法計(jì)算出香蕉的呼吸強(qiáng)度外；在20℃、25℃、30℃下，數(shù)理法測(cè)定的香蕉呼吸強(qiáng)度值稍高于密閉法測(cè)定值。

　　MA包裝中香蕉的呼吸強(qiáng)度隨著溫度的升高而上升。溫度與香蕉呼吸強(qiáng)度的關(guān)系可以用阿倫紐斯方程(Arrhenius’ equation)來反映。同時(shí)，從包裝袋中O2濃度不斷下降和CO2不斷上升的結(jié)果可知，溫度對(duì)果蔬呼吸強(qiáng)度的影響大于對(duì)薄膜透氣性的影響。

　　考察薄膜透氣性對(duì)香蕉呼吸強(qiáng)度影響的結(jié)果表明：隨著薄膜對(duì)氣體絕對(duì)透過量的增加，袋內(nèi)平衡O2濃度呈上升趨勢(shì)。平衡狀態(tài)下O2的濃度與香蕉的O2吸收速率(Ro)之間的關(guān)系可以用酶動(dòng)力學(xué)方程來描述：Ro=Rm[O2]/Km+[O2](其中Km=3.6%，Rm=89.29 mg/Kg.h)。

　　綜上所述，用小袋法測(cè)定薄膜透氣性能模擬MA包裝的實(shí)際條件，測(cè)定結(jié)果能較好地反映MA包裝條件下薄膜的透氣性；用數(shù)理法測(cè)定果蔬呼吸強(qiáng)度，由于其原理建立在MA包裝系統(tǒng)的物質(zhì)收支平衡的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮了薄膜的透氣性、厚度、表面積、果蔬包換量和袋內(nèi)外氣體分壓差等因素的影響，因此測(cè)定的結(jié)果比傳統(tǒng)的密閉法更能客觀地反映MA包裝條件下果蔬呼吸強(qiáng)度的真實(shí)值。

關(guān)鍵詞：薄膜 透氣性 香蕉 呼吸強(qiáng)度 MA包裝

1 前言

　　影響果蔬采后品質(zhì)的主要因素是果蔬本身的生理代謝與微生物引起的腐敗。為了延長(zhǎng)果蔬的貯藏保鮮期，降低損耗率，可采取殺菌防腐和控制環(huán)境條件的方法。后者又以控制溫度、濕度及貯藏環(huán)境的氣體條件最為有效。一般來說，高CO2濃度，低O2濃度的氣體環(huán)境被認(rèn)為可以抑制果蔬的呼吸作用，從而減少由于生理代謝引起的營(yíng)養(yǎng)成份消耗，延緩組織衰老，盡可能保持果蔬的鮮度。氣調(diào)貯藏就是這樣一門通過控制貯藏環(huán)境中的氣體條件來進(jìn)行果蔬保鮮的技術(shù)。

　　氣調(diào)貯藏主要包括CA(Controlled Atmosphere)貯藏和MA(Modified Atmosphere)貯藏。CA貯藏就是在適宜的低溫條件下，將果蔬貯藏在密封的容器或庫(kù)房?jī)?nèi)，人工降低環(huán)境中的O2濃度和提高CO2濃度，來抑制果蔬的生理代謝活動(dòng)，從而延緩果蔬成熟和衰老的過程，達(dá)到延長(zhǎng)果蔬貯藏時(shí)間的目的。由于CA貯藏所需設(shè)備投資大，日常運(yùn)行費(fèi)用高，限制了其大規(guī)模使用和商業(yè)貯運(yùn)的優(yōu)勢(shì)(謝晶等，1999)。

　　MA包裝是利用塑料薄膜包裝中果蔬產(chǎn)品的呼吸作用與薄膜透氣性之間的平衡，在包裝中形成一種高CO2濃度，低O2濃度的微環(huán)境，由此抑制果蔬產(chǎn)品的代謝作用，從而達(dá)到延長(zhǎng)其貯藏壽命的一門技術(shù)。近年來，MA技術(shù)廣泛用于新鮮果蔬的保鮮上，既可以抑制果蔬的代謝生理活性，又可以減少果蔬由于失水帶來的損失和生理傷害。由于MA技術(shù)所需設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，具有對(duì)貯藏設(shè)施適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此越來越受到人們的重視。

　　但是有關(guān)MA技術(shù)的研究(沈蓮清等，1998；王向陽等，1999；徐麗霞等，1999；黃光榮等，2000；謝晶等， 2000；Geeson等，1987； Smith等，1987；Aharoni等，1989)大部分局限于從幾種薄膜材料或貯藏條件的組合中篩選對(duì)某種果蔬的貯藏效果。由于不同的果蔬具有各自的最佳氣體環(huán)境和最適宜的貯藏溫度，目前還沒有一種能按果蔬呼吸強(qiáng)度或溫度變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)氣體濃度的通用型包裝材料。因此使得在進(jìn)行MA包裝設(shè)計(jì)，探索確定包裝參數(shù)時(shí)耗時(shí)多，費(fèi)用大，而且貯藏效果的重現(xiàn)性差，不具有統(tǒng)一的指導(dǎo)性原則。一旦MA包裝條件的確立偏離了合理的范圍，輕者起不到MA包裝貯藏效果，重者引起果蔬氣體傷害，造成大量損失。針對(duì)這種情況，近幾十年來國(guó)外利用計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)了一些MA包裝設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，試圖為果蔬M(jìn)A包裝的最佳設(shè)計(jì)提供一條更具指導(dǎo)意義的新途徑。

　　關(guān)于MA包裝數(shù)學(xué)模型的研究可以追溯到二十世紀(jì)六、七十年代。1962年Jurin等以McIntosh蘋果為試驗(yàn)材料，采用圖解法預(yù)測(cè)了其薄膜包裝中平衡時(shí)的O2和CO2濃度。1975年，Henig等在西紅柿的MA包裝研究中，將薄膜參數(shù)(厚度、表面積、自由體積、透氣系數(shù)),西紅柿的重量和呼吸強(qiáng)度值輸入設(shè)計(jì)的程序，利用計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力，預(yù)測(cè)出薄膜包裝系統(tǒng)達(dá)到平衡及其之前的任意時(shí)刻的O2和CO2濃度。

　　由于用圖解法或計(jì)算機(jī)技術(shù)來預(yù)測(cè)包裝袋內(nèi)的氣體濃度，需要事先掌握MA條件下果蔬呼吸強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。為了減少或避免因要獲得這些數(shù)據(jù)而進(jìn)行大量的測(cè)定試驗(yàn)，許多研究者嘗試用一般數(shù)學(xué)方程來描述果蔬呼吸強(qiáng)度與袋內(nèi)氣體濃度、貯藏時(shí)間和貯藏溫度關(guān)系模型(Yang&Chinnan，1988；Cameron，1989；Beaudry，1992)，并成功地對(duì)番茄、越桔等果蔬進(jìn)行了MA包裝的計(jì)算機(jī)模式化預(yù)測(cè)。用一般數(shù)學(xué)方程來描述果蔬呼吸強(qiáng)度與袋內(nèi)氣體濃度關(guān)系的模型，是基于某一特定的果蔬而建立起來的，不同的果蔬，其一般數(shù)學(xué)方程模型就不同。而且這些模型涉及參數(shù)多，形式復(fù)雜，因此其適用性和預(yù)測(cè)性受到一定程度的限制。因此，一些研究者將酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程應(yīng)用于MA條件下果蔬呼吸強(qiáng)度的模式化上。