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)計和貯藏效果的兩個重要參數(shù)。現(xiàn)有的化工行業(yè)的薄膜透氣性測定方法與MA包裝中傳統(tǒng)的果蔬呼吸強(qiáng)度密閉測定法有其局限性。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)度的測算方法。

　　薄膜透氣性的測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對象氣體(O2和CO2)。在小袋內(nèi)外存在氣體分壓差的情況下，被測氣體由里向外透過薄膜，就此通過測定袋內(nèi)氣體濃度隨時間的變化，計算出薄膜對O2和CO2的透氣系數(shù)（簡稱小袋法）。在用小袋法測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)對薄膜透氣性的影響。

　　考察薄膜特性對透氣性影響的結(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；相對濕度對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)隨著相對濕度的上升而上升。

　　MA包裝條件下果蔬呼吸強(qiáng)度的測算以香蕉果實為例，用已測得透氣系數(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，計算出香蕉的呼吸強(qiáng)度(簡稱數(shù)理法)。并將測定結(jié)果與傳統(tǒng)密閉法的測定結(jié)果進(jìn)行比較。同時分析探討了不同溫度、薄膜透氣性對香蕉呼吸強(qiáng)度的影響。

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

　　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，從包裝袋中O2濃度不斷下降和CO2不斷上升的結(jié)果可知，溫度對果蔬呼吸強(qiáng)度的影響大于對薄膜透氣性的影響。

　　考察薄膜透氣性對香蕉呼吸強(qiáng)度影響的結(jié)果表明：隨著薄膜對氣體絕對透過量的增加，袋內(nèi)平衡O2濃度呈上升趨勢。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，用小袋法測定薄膜透氣性能模擬MA包裝的實際條件，測定結(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房內(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，從而延緩果蔬成熟和衰老的過程，達(dá)到延長果蔬貯藏時間的目的。由于CA貯藏所需設(shè)備投資大，日常運(yùn)行費用高，限制了其大規(guī)模使用和商業(yè)貯運(yùn)的優(yōu)勢(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)備簡單，成本低廉，具有對貯藏設(shè)施適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點，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，探索確定包裝參數(shù)時耗時多，費用大，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。針對這種情況，近幾十年來國外利用計算機(jī)技術(shù)開發(fā)了一些MA包裝設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，試圖為果蔬M(jìn)A包裝的最佳設(shè)計提供一條更具指導(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蘋果為試驗材料，采用圖解法預(yù)測了其薄膜包裝中平衡時的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)計的程序，利用計算機(jī)的高速運(yùn)算能力，預(yù)測出薄膜包裝系統(tǒng)達(dá)到平衡及其之前的任意時刻的O2和CO2濃度。

　　由于用圖解法或計算機(jī)技術(shù)來預(yù)測包裝袋內(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)行大量的測定試驗，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、貯藏時間和貯藏溫度關(guān)系模型(Yang&Chinnan，1988；Cameron，1989；Beaudry，1992)，并成功地對番茄、越桔等果蔬進(jìn)行了MA包裝的計算機(jī)模式化預(yù)測。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)測性受到一定程度的限制。因此，一些研究者將酶促反應(yīng)動力學(xué)方程應(yīng)用于MA條件下果蔬呼吸強(qiáng)度的模式化上。