香蕉MA包装条件下的呼吸强度测算研究

香蕉MA包装条件下的呼吸强度测算研究

摘要薄膜透气性和果蔬呼吸强度是关系到MA包装设计和贮藏效果的两个重要参数。现有的化工行业的薄膜透气性测定方法与MA包装中传统的果蔬呼吸强度密闭测定法有其局限性。本论文运用MA包装中O2和CO2等气体进出包装系统的物质收支平衡原理，探讨了新的薄膜透气性与MA包装条件下果蔬呼吸强度的测算方法。

薄膜透气性的测算以五种果蔬包装用薄膜(LDPE、HDPE、CPP、OPP 和LDPE/PP)为材料，分别制成一定大小的封闭薄膜小袋，向薄膜小袋中注入一定体积的待测对象气体(O2和CO2)。在小袋内外存在气体分压差的情况下，被测气体由里向外透过薄膜，就此通过测定袋内气体浓度随时间的变化，计算出薄膜对O2和CO2的透气系数（简称小袋法）。在用小袋法测算薄膜透气性的基础上，探讨了薄膜特性(材料、厚度、表面积)和外界条件(温度、湿度和初始气体浓度)对薄膜透气性的影响。

考察薄膜特性对透气性影响的结果表明：不同的薄膜材料，其透气系数不同，在温度为20±0.5℃，湿度为39±4.1%的条件下，LDPE 的透气系数最高，但其CO2透气系数与O2透气系数之比（透气比）较低，而LDPE/PP复合薄膜的透气系数较低，但具有较高的透气比。在已测定的五种薄膜材料中，透气系数的大小存在这样的关系：LDPE>CPP>OPP>HDPE>LDPE/PP

(O2透气系数与CO2透气系数的排序规律一致)；薄膜厚度影响薄膜的气体透过度，厚度与透过度之间呈显著的负相关；薄膜的表面积差异不影响透气系数的大小。

考察外界条件对薄膜透气性影响的结果表明：初始气体浓度不影响薄膜的透气系数；温度对薄膜透气系数的影响可以用阿伦纽斯方程(Arrhenius’ equations)来描述。随着温度的升高，薄膜的透气系数呈指数曲线上升；相对湿度对薄膜透气性的影响根据不同的薄膜材料有所差异。随着相对湿度的增加，LDPE、HDPE、CPP和OPP的透气系数没有明显的变化；LDPE/PP复合薄膜的透气系数随着相对湿度的上升而上升。

MA包装条件下果蔬呼吸强度的测算以香蕉果实为例，用已测得透气系数的LDPE密封包装一定重量的香蕉。在不同的贮藏温度下，通过测定包装平衡状态下的袋内气体浓度，根据MA包装系统物质收支平衡原理，计算出香蕉的呼吸强度(简称数理法)。并将测定结果与传统密闭法的测定结果进行比较。同时分析探讨了不同温度、薄膜透气性对香蕉呼吸强度的影响。

在设定的10℃～30℃的温度条件下，用传统的密闭法测定香蕉的呼吸强度时，除10℃和15℃条件下因密闭时间短未能检测出O2和CO2浓度的变化，因而无法计算出香蕉的呼吸强度外；在20℃、25℃、30℃下，数理法测定的香蕉呼吸强度值稍高于密闭法测定值。

MA包装中香蕉的呼吸强度随着温度的升高而上升。温度与香蕉呼吸强度的关系可以用阿伦纽斯方程(Arrhenius’ equation)来反映。同时，从包装袋中O2浓度不断下降和CO2不断上升的结果可知，温度对果蔬呼吸强度的影响大于对薄膜透气性的影响。

考察薄膜透气性对香蕉呼吸强度影响的结果表明：随着薄膜对气体绝对透过量的增加，袋内平衡O2浓度呈上升趋势。平衡状态下O2的浓度与香蕉的O2吸收速率(Ro)之间的关系可以用酶动力学方程来描述：Ro=Rm[O2]/Km+[O2](其中Km=3.6%，Rm=89.29 mg/Kg.h)。

综上所述，用小袋法测定薄膜透气性能模拟MA包装的实际条件，测定结果能较好地反映MA包装条件下薄膜的透气性；用数理法测定果蔬呼吸强度，由于其原理建立在MA包装系统的物质收支平衡的基础上，同时考虑了薄膜的透气性、厚度、表面积、果蔬包换量和袋内外气体分压差等因素的影响，因此测定的结果比传统的密闭法更能客观地反映MA包装条件下果蔬呼吸强度的真实值。

关键词：薄膜透气性香蕉呼吸强度 MA包装

1 前言

影响果蔬采后品质的主要因素是果蔬本身的生理代谢与微生物

引起的腐败。为了延长果蔬的贮藏保鲜期，降低损耗率，可采取杀菌防腐和控制环境条件的方法。后者又以控制温度、湿度及贮藏环境的气体条件最为有效。一般来说，高CO2浓度，低O2浓度的气体环境

被认为可以抑制果蔬的呼吸作用，从而减少由于生理代谢引起的营养成份消耗，延缓组织衰老，尽可能保持果蔬的鲜度。气调贮藏就是这样一门通过控制贮藏环境中的气体条件来进行果蔬保鲜的技术。

气调贮藏主要包括CA(Controlled Atmosphere)贮藏和

MA(Modified Atmosphere)贮藏。CA贮藏就是在适宜的低温条件下，将果蔬贮藏在密封的容器或库房内，人工降低环境中的O2浓度和提高CO2浓度，来抑制果蔬的生理代谢活动，从而延缓果蔬成熟和衰老的过程，达到延长果蔬贮藏时间的目的。由于CA贮藏所需设备投资大，日常运行费用高，限制了其大规模使用和商业贮运的优势(谢晶等，1999)。

MA包装是利用塑料薄膜包装中果蔬产品的呼吸作用与薄膜透气性之间的平衡，在包装中形成一种高CO2浓度，低O2浓度的微环境，由此抑制果蔬产品的代谢作用，从而达到延长其贮藏寿命的一门技术。近年来，MA技术广泛用于新鲜果蔬的保鲜上，既可以抑制果蔬的代谢生理活性，又可以减少果蔬由于失水带来的损失和生理伤害。由于MA技术所需设备简单，成本低廉，具有对贮藏设施适应性强等优点，因此越来越受到人们的重视。

但是有关MA技术的研究(沈莲清等，1998；王向阳等，1999；徐丽霞等，1999；黄光荣等，2000；谢晶等， 2000；Geeson等，1987；Smith等，1987；Aharoni等，1989)大部分局限于从几种薄膜材料或贮藏条件的组合中筛选对某种果蔬的贮藏效果。由于不同的果蔬具有

各自的最佳气体环境和最适宜的贮藏温度，目前还没有一种能按果蔬呼吸强度或温度变化而自动调节气体浓度的通用型包装材料。因此使得在进行MA包装设计，探索确定包装参数时耗时多，费用大，而且贮藏效果的重现性差，不具有统一的指导性原则。一旦MA包装条件的确立偏离了合理的范围，轻者起不到MA包装贮藏效果，重者引起果蔬气体伤害，造成大量损失。针对这种情况，近几十年来国外利用计算机技术开发了一些MA包装设计的数学模型，试图为果蔬MA包装的最佳设计提供一条更具指导意义的新途径。

关于MA包装数学模型的研究可以追溯到二十世纪六、七十年代。1962年Jurin等以McIntosh苹果为试验材料，采用图解法预测了其薄膜包装中平衡时的O2和CO2浓度。1975年，Henig等在西红柿的MA包装研究中，将薄膜参数(厚度、表面积、自由体积、透气系数),西红柿的重量和呼吸强度值输入设计的程序，利用计算机的高速运算能力，预测出薄膜包装系统达到平衡及其之前的任意时刻的O2和CO2浓度。

由于用图解法或计算机技术来预测包装袋内的气体浓度，需要事先掌握MA条件下果蔬呼吸强度的数据。为了减少或避免因要获得这些数据而进行大量的测定试验，许多研究者尝试用一般数学方程来描述果蔬呼吸强度与袋内气体浓度、贮藏时间和贮藏温度关系模型(Yang&Chinnan，1988；Cameron，1989；Beaudry，1992)，并成功地对番茄、越桔等果蔬进行了MA包装的计算机模式化预测。用一般数