2016-我國果蔬氣調(diào)保鮮技術及裝備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢_徐鵬.pdf

收稿日期 2016 09 29 修稿日期 2016 10 20 基金項目 安徽省科技重大專項 15czz03094 作者簡介 徐鵬 1968 男 博士 研究員 主要從事過程裝備的研究工作 通信地址 230088 安徽合肥市高新區(qū)天湖路 29 號 合肥通用 機械研究院 E mail xupeng hgmri com 我國果蔬氣調(diào)保鮮技術及裝備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 徐 鵬 吳玉月 劉 勐 合肥通用機械研究院 合肥 230088 摘 要 氣調(diào)保鮮包裝技術是可延長果蔬等易腐敗產(chǎn)品的重要技術 對國內(nèi)外果蔬氣調(diào)保鮮包裝技 術及裝備的發(fā)展動態(tài)進行了研究 分析了氣調(diào)保鮮各領域技術和裝備的研究現(xiàn)狀 尤其針對我國農(nóng)業(yè)發(fā) 展的現(xiàn)狀 為我國果蔬氣調(diào)保鮮技術及裝備的進一步發(fā)展研究提供了參考 關鍵詞 果蔬 氣調(diào)包裝 包裝裝備 中圖分類號 TB485 2 文獻標志碼 A 文章編號 1005 1295 2016 06 0051 04 doi 10 3969 j issn 1005 1295 2016 06 013 Status and Development Trend of the MAP Technology and Device of Fruits and Vegetables in China XU Peng WU Yu yue LIU Meng Hefei General Machinery esearch Institute Hefei 230088 China Abstract Modified atmosphere packaging technology is an important technology which can extend the perishable products such as fruits and vegetables This paper studied the develop trends of fruits and vegetables to the domestic and foreign atmosphere packaging technology and equipmen analyzed the research status of gas storage in various fields of technology and equipment especially according to the current situation of agricul tural development in China provide a valuable reference for further study and development of modified atmos phere packaging s technology and equipment Key words fruits and vegetables modified atmosphere packaging packaging equipment 0 引言 氣調(diào)保鮮包裝稱為 MAP Modified Atmos phere Packaging 或 CAP Controlled Atmosphere Packaging 又稱為氣調(diào)包裝或置換氣體包裝 它 是根據(jù)實際需求將一定比例的 O 2 CO 2 N 2 混合 氣體充入具有氣體阻隔性能的包裝材料內(nèi)包裝食 品 抑制果蔬呼吸 防止食品在物理 化學 生物等 方面發(fā)生質(zhì)量下降或減緩質(zhì)量下降的速度 從而 延長食品貨架期 提升食品價值 被世界各國公認 的一種有效和先進的果蔬保鮮方法之一 1 4 由于我國果蔬冷鏈物流不健全 我國每年約 有 1 3 億噸的蔬菜和 1200 萬噸的果品在運輸中 損失 腐爛損耗的果蔬可滿足近兩億人的基本營 養(yǎng)需求 造成的經(jīng)濟損失達 750 億元 5 6 隨著 消費者對食品安全和食品品質(zhì)要求的日益提高 特別是對易腐食品的純正口味 長保質(zhì)期和有吸 引力的外觀包裝要求 食品已不僅是一種基本需 要 而且也是衡量生活水平的一個標準 因此 食 品工業(yè)開發(fā)新的食品包裝設備技術來滿足客戶的 需求 正演變?yōu)橐环N市場趨勢 本文在收集 整理 和研究國內(nèi)外氣調(diào)保鮮技術與裝備現(xiàn)狀的基礎上 指出氣調(diào)保鮮技術及裝備存在的問題和發(fā)展方向 以有利于氣調(diào)保鮮包裝技術在我國的發(fā)展 15 我國果蔬氣調(diào)保鮮技術及裝備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 徐鵬 吳玉月 劉勐 1 氣調(diào)保鮮技術國內(nèi)外研究概況 早在 12 世紀初期 從新西蘭用船將新鮮的牛 肉運到英國時 就通過增加車廂或庫房里 CO 2 和 降低 O 2 來運輸或貯藏鮮肉 到 1930 年 美國研 發(fā)人員發(fā)現(xiàn) 放在密封冷藏庫里的蘋果和梨的呼 吸活動降低了庫房內(nèi) O 2 的含量 增加 CO 2 含量 明顯降低水果呼吸速度 使保鮮期達到 6 個月 冷 藏保鮮期延長了 1 倍 1950 年這種利用呼吸自身 氣調(diào)的貯藏方式在美國各地得到很大發(fā)展 21 世紀以來 在英國 法國 德國等發(fā)達國家 氣調(diào)包 裝應用廣泛 7 而我國在 20 世紀 90 年代后期開始研究開發(fā) 食品包裝設備和工藝 比如上海肉類加工企業(yè)引 進國外氣調(diào)包裝設備開發(fā)新鮮豬肉氣調(diào)包裝市 場 為我國食品氣調(diào)包裝市場發(fā)展打下了基礎 21 世紀以來食品氣調(diào)包裝的研究與市場應用進 入一個發(fā)展時期 許多高等院校和研究單位和有 遠見的企業(yè)在氣調(diào)包裝工藝方面做了大量的實踐 和研究 8 12 如氣調(diào)包裝模型 保鮮膜制備研究 氣體混合精度 混合氣體置換率 包裝系統(tǒng)等技術 都有較大的發(fā)展 氣調(diào)包裝機型也多種多樣 如 熱成型臥式 立式 盒式 預袋式和紙塑復合盒等 各類氣調(diào)包裝機 適用于不同的產(chǎn)品需求 而硬 塑盒有一定的剛性 不僅能方便實現(xiàn)氣調(diào) 可堆疊 整齊 具有保護性 工藝性和美觀性 氣調(diào)包裝裝 備的研發(fā)也多針對盒式氣調(diào)包裝 13 1 1 果蔬氣調(diào)包裝理論模型 盒式包裝主要有保鮮膜和包裝盒 目前市場 對包裝盒的要求相對簡單 主要要求在透濕 透 氧 透光方面高效阻隔 以及承載容量等特性 其 包裝工藝流程是 待包裝盒輸送 進入工作位 覆合上膜 密封工作室 氣體置換 熱封 分切 工作室開啟 包裝成品送出 14 17 而包裝的效 果和質(zhì)量取決于包裝容器內(nèi)氣體成分 溫濕度的 調(diào)節(jié) 還包括果蔬產(chǎn)品的呼吸速率 產(chǎn)品質(zhì)量尺 寸 原始氣體組成 包裝薄膜的特性 包裝容量大 小以及貯藏溫度 濕度等條件 同時氣體成分的 調(diào)節(jié)是一個動態(tài)過程 它包括果蔬的呼吸和氣體 對薄膜的滲透兩個環(huán)節(jié) 而不同果蔬呼吸速率并 不相同 其研究關鍵在于保鮮薄膜透氣性與果蔬 呼吸速率間的平衡關系 因此 果蔬氣調(diào)包裝模型 的建立和表征是氣調(diào)包裝的關鍵 近年來 一些關于氣調(diào)包裝內(nèi)氣體成分與果 蔬呼吸速度 影響呼吸速率和塑料薄膜透氣性關 系的數(shù)學模型不斷被提出 如劉穎等人提出 18 以黃桃為例通過冷藏和氣調(diào)相結合的包裝方法建 立呼吸數(shù)學模型 姜齊永等通過指導貯藏量 薄膜 的性質(zhì) 厚度和面積等對 紅燈 櫻桃多方面進行 綜合選擇試驗 19 建立了數(shù)學模型進行指導保鮮 用相關保鮮袋的設計 用以改變袋內(nèi)混合氣體呼 吸平衡 李方等以香菇為研究對象 通過基于 Fick 擴散定理 結合果蔬呼吸速率 建立微孔膜果蔬包 裝理論模型 預測氣調(diào)包裝內(nèi)外氣體交換過 程 20 通過這些研究可以進一步了解包裝盒內(nèi) O 2 和 CO 2 含量的關系 有利于促進包裝盒內(nèi)混合 氣體 保鮮薄膜等研究 1 2 保鮮薄膜的理論研究 塑料保鮮薄膜是目前新鮮果蔬包裝比較普遍 采用的包裝材料 薄膜透明可以一目了然所包裝 產(chǎn)品的狀況 保濕可以減少產(chǎn)品的水分損失 增加 新鮮度 透氣可以起到自發(fā)性氣調(diào)的作用 延長保 鮮時間 密封性可以保護產(chǎn)品不受污染 低廉的價 格 也使得該膜的應用前景十分廣闊 先后出現(xiàn) 了普通保鮮膜 硅窗調(diào)氣保鮮膜 微孔保鮮膜 可 食性保鮮膜 防霧功能保鮮膜 抗菌保鮮膜等 李 鐵華探討了硅窗對茶樹菇的呼吸特性與貯藏品質(zhì) 變化的影響 21 通過試驗表明 與普通氣調(diào)相比 較 硅窗氣調(diào)能明顯改善茶樹菇貯藏的氣體環(huán)境 貯藏溫度為 3 硅窗面積 0 9 cm 2 以上和貯藏溫 度為 7 硅窗面積 1 2cm 2 以上 都能避免厭氧 呼吸的發(fā)生 有較好的貯藏品質(zhì) 再如郭玉花等以 LDPE LLDPE 為基體材料 22 添加 A 型納米活性 分析篩研制的保鮮薄膜 用以提高保鮮膜的透氣 性和透濕性 王若蘭利用植物蛋白制備可食性保 鮮膜 23 其性能已經(jīng)達到或超過資料報道的同種 食品保鮮膜的各項性能指標 陳麗等人以 PVC 樹 脂為主料 24 添加含納米粒子的 TiO 2 母粒和其 他多種功能材料 達到對 O 2 和 CO 2 混合氣體的 不同阻隔效果 李喜宏等研制的納米抗菌保鮮膜 等 這些保鮮膜的研究 都是改變工藝配方 實現(xiàn) 透氣和透濕等效果 1 3 混合氣體置換率 氣體置換裝置是氣調(diào)包裝機的核心部件 氣 體置換方式主要有氣體真空置換式和沖洗式 真 空置換主要原理是將原氣吸真空再充入混合氣 體 其性能優(yōu)劣將直接影響置換精度 將間接影響 25 包裝與食品機械 2016 年第 34 卷第 6 期 產(chǎn)品包裝質(zhì)量和保質(zhì)期 為提高置換精度 盧立 新 盧金言 劉琳等做了針對盒式 袋式氣體置換 裝置的優(yōu)化設計和流場模擬的相關研究 25 分析 了氣體流速和壓強的改變以及充 排氣孔結構布 置方式等對氣體擴散置換率和置換時間的影響 裴定宜采用交替配氣進行優(yōu)化實現(xiàn)連續(xù)供氣 26 發(fā)明的 氣調(diào)包裝機交替配氣裝置 提高了工作 效率和質(zhì)量 劉崇文等人設計的 置換式氣調(diào)包 裝機 對充抽氣結構進行了改進 可設置較高的 抽氣壓力 提高氣體置換率 但操作過程較為復 雜 生產(chǎn)效率低 都是通過改變或優(yōu)化置換結構 獲得較高的置換率 而且為獲得較高氣體置換率 置換氣體的損耗也比較嚴重 1 4 氣體混合精度 氣體比例混合器是實現(xiàn)氣體比例調(diào)節(jié)與控制 的核心部件 也是實現(xiàn)氣調(diào)包裝的關鍵技術 它是 通過壓縮氣體經(jīng)減壓閥減壓后 進入氣體混合室 然后才引入充氣包裝機進行充氣包裝 混合方法 主要有等容氣體比例混合法 等容法 等壓氣體 比例混合法 等壓法 定容定壓氣體比例混合法 定容定壓法 節(jié)流氣體比例混合法 節(jié)流法 時間氣體比例混合法和質(zhì)量流量法 6 種 27 31 國外日 美等國如陵本山武公司的 CMQ 型質(zhì)量流 量比例混合器 雖然氣體混合精度較高但產(chǎn)品價 格也很高 浙江大學的劉東紅等研究開發(fā)了通過 全自動質(zhì)量流量氣體混合系統(tǒng) 32 氣體混合精度 小于 1 我國目前常用的定容定壓法 GM 型氣 體比例混合器 其混合精度已達 1 1 5 保鮮包裝系統(tǒng)的研究 普通氣調(diào)包裝機主要包括機架 下底板 上架 板 下模 氣體置換機構 保鮮膜輸送機構 焊接 模 切模刀 壓模 壓模架等 隨著現(xiàn)代技術的發(fā) 展 已采用模塊化結構設計方法 包裝設備已由過 去單機手動發(fā)展到半自動或全自動 可根據(jù)需求 增減 相 關 部 件 產(chǎn)量速度也在發(fā)生深刻變 化 33 38 如孫金偉發(fā)明的 一種真空氣調(diào)兩用 連續(xù)包裝機 39 通過增加三角管型充氣嘴 可以 在真空和氣體保鮮處理之間進行快速轉(zhuǎn)換 可實 現(xiàn)一機多用 提高效率和材料利用率 孫智慧等人 研究的智能氣調(diào)包裝系統(tǒng) 40 將氣體混合器 氣 體比例分析儀等檢測儀器與氣調(diào)包裝機相結合 構建了基于氣體在線檢測與比例控制的智能包裝 系統(tǒng) 減少保鮮氣體耗氣量 提高了工作效率 以 及如沈瀅等發(fā)明的通過在連續(xù)盒式包裝機的傳動 系統(tǒng)中設置滅菌罩和強脈沖燈管 構成滅菌系統(tǒng) 的一種脈沖殺菌連續(xù)盒式包裝機 41 盧金言在輸 送裝置和氣調(diào)包裝機之間設置的全自動理盒機構 成一種自動化氣調(diào)包裝生產(chǎn)線 42 2 存在問題及發(fā)展趨勢 1 果蔬氣調(diào)包裝過程是一個極其復雜的過 程 包含果蔬的生理變化 溫度 濕度 包裝內(nèi)部氣 體成分等多個動態(tài)變化過程 也與產(chǎn)地 質(zhì)量 體 積等因素有關 從目前研究的程度來看 對呼吸 模型考慮的因素還不夠全面 體現(xiàn)在主要考慮氧 氣和二氧化碳對呼吸速率的影響 而忽略溫度 霉 濕度等因素 研究試驗也主要集中在工藝性 能 針對性差 到目前為止 還沒有一種數(shù)學模型 可以對多種不同果蔬氣調(diào)包裝提供適應性指導 而對于一些地方性的果蔬保鮮包裝還缺乏系統(tǒng)性 的研究 還需繼續(xù)積累數(shù)據(jù) 這也是今后的研究方 向之一 2 氣體保鮮膜已經(jīng)具備透濕 透氣及防水 功能 而且可以通過調(diào)整配方及工藝條件來調(diào)節(jié) 透濕 透氣等相關指標 以適應不同果蔬對 CO 2 和 O 2 及水分的要求 但在某些技術領域如防霉 防蟲 機械性能 環(huán)保和安全性 保持食品品質(zhì)和 風味上面 保鮮膜保鮮效果還不穩(wěn)定 因此 研制 出多用途和更加環(huán)保的保鮮膜是今后發(fā)展的必然 趨勢 3 氣調(diào)保鮮包裝裝備正向著高速 高效 高 質(zhì)量 低能耗 結構緊湊的方向發(fā)展 特別是與各 功能模塊的組合 使之更加集成化 自動化 智能 化和高端化 但對適合多品種果蔬共性技術的包 裝工藝及裝備的研究很少 還不夠深入 與我國發(fā) 展高效安全生態(tài)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術的要求還有一定 距離 因此 建立儲藏保鮮 配送 保鮮包裝及全 程質(zhì)量控制技術標準體系 以及研制共性關鍵技 術包裝裝備 也是將來果蔬保鮮深加工領域的重 點研究方向 參考文獻 1 宋威 我國果蔬貯藏保鮮技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 J 工程技術 全文版 2015 12 12 302 2 黃俊彥 韓春陽 氣調(diào)保鮮包裝技術的應用 J 包 裝工程 2007 28 1 44 48 3 周曉龍 呂恩利 陸華忠 等 果蔬氣調(diào)貯運保鮮環(huán) 35 我國果蔬氣調(diào)保鮮技術及裝備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 徐鵬 吳玉月 劉勐 境控制技術發(fā)展研究 J 農(nóng)機化研究 2013 10 242 244 4 林鋒 陳文輝 果蔬氣調(diào)貯藏保鮮的原理與方法 J 福建果樹 1999 108 2 47 49 5 常麗娜 韓星 我國果蔬冷鏈物流建設現(xiàn)狀及發(fā)展 建議 J 中國果菜 2015 35 2 5 10 6 王文生 十二五 期間我國果蔬冷鏈物流面臨的機 遇與挑戰(zhàn) J 保鮮與加工 2011 11 3 1 5 7 徐良 櫻桃谷鴨富硒養(yǎng)殖及鴨肉氣調(diào)保鮮技術研究 D 南京 南京農(nóng)業(yè)大學 2012 8 徐文達 國內(nèi)外食品氣調(diào)包裝的方式和機械 J 包 裝與食品機械 1994 12 4 15 19 9 郭曉光 管大勇 氣調(diào)保鮮技術 C 中國食品冷藏 鏈新設備 新技術論壇論文集 2003 10 劉穎 鄔志敏 等 果蔬氣調(diào)貯藏國內(nèi)外研究進展 C 南京 第四屆全國制冷空調(diào)新技術研討會論 文集 2006 11 盧 立 新 全自動連續(xù)盒式氣調(diào)包裝機 中 國 CN201309611Y P 2008 09 19 12 盧立新 果蔬氣調(diào)包裝理論研究進展 J 農(nóng)業(yè)工程 學報 2005 21 7 175 180 13 劉琳 一種連續(xù)式氣調(diào)包裝工藝及其氣體置換裝置 的研究 D 無錫 江南大學 2009 14 張長峰 氣調(diào)包裝條件下果蔬呼吸強度模型的研究 進展 J 農(nóng)業(yè)工程學報 2004 20 3 281 285 15 王相友 李霞 王娟 等 氣調(diào)包裝下果蔬呼吸速率研 究進展 J 農(nóng)業(yè)機械學報 2008 39 8 94 100 16 Guillard V Couvert O Stahl V et al Validation of a predictive model coupling gas transfer and microbial growth in fresh food packed under modified atmosphere J Food Microbiology 2016 58 9 43 55 17 張春榮 黃光榮 果蔬氣調(diào)包裝數(shù)學模型研究 J 江蘇食品與發(fā)酵 2000 15 3 14 16 18 劉穎 李云飛 基于 Michaelis Menten 型呼吸速率模 型的試驗研究 J 上海交通大學學報 2004 6 1 1170 1173 19 姜齊永 甜櫻桃 MA 貯藏與物流保鮮技術研究 D 煙臺 煙臺大學 2011 20 李方 盧立新 果蔬微孔膜氣調(diào)包裝模型與試驗驗 證 J 農(nóng)業(yè)工程學報 2010 26 4 375 379 21 李鐵華 張慜 硅窗氣調(diào)包裝保鮮貯藏茶樹菇呼吸 特性與貯藏品質(zhì)的研究 J 包裝與食品機械 2007 25 1 39 43 22 郭玉花 黃震 滕立軍 等 新型納米活性果蔬氣調(diào)包裝 保鮮膜的研制 J 包裝工程 2008 29 3 47 48 23 王若蘭 植物蛋白類食品保鮮膜特性及保鮮效果的 研究 J 食品科學 2000 21 3 58 60 24 陳麗 李喜宏 胡云峰 關于富士蘋果 PVC TiO2 納 米保鮮膜研究 J 食品科學 2001 22 7 74 76 25 盧立新 王杰 盒式氣調(diào)包裝機氣體置換結構內(nèi)部 3 D 流場的模擬 J 農(nóng)業(yè)機械學報 2009 7 119 123 26 裴 定 宜 氣調(diào)包裝機交替配氣裝置 中 國 ZL200520047347 P 2007 02 14 27 Garrido M D Espinosa M D L pez M B Enhanced Quality Characteristics of efrigerated Seabream Spa rus aurata Fillets Packed Under Different Systems Modified Atmosphere vs Vacuum J Journal of A quatic Food Product Technology 2016 25 2 156 168 28 euck D E Sivakumar D et al Effect Of Passive And Active Modified Atmosphere Packaging On Quality e tention Of Two Cultivars Of Litchi Litchi Chinensis Sonn Journal of Food Quality 2010 33 9 337 351 29 張永茂 蘋果貯運保鮮技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 J 休 閑農(nóng)業(yè)與美麗鄉(xiāng)村 2014 8 84 95 30 姜浩 黃俊彥 林敏 等 氣調(diào)保鮮包裝機氣體比例混合 器的研究 J 包裝與食品機械 2006 24 5 4 7 31 劉東紅 應鐵進 王小寒 氣調(diào)包裝微機控制動態(tài)配 氣系統(tǒng)的研制 J 農(nóng)業(yè)工程學報 2002 3 5 7 32 章志明 陳國金 陳昌 多方位傳動輸送鏈設計與仿 真研究 J 機電工程 2015 32 1 56 59 33 occuli P Del M A omani S et al Use a simple mathematical model to evaluate dipping and MAP effects on aerobic respiration of minimally processed apples J Journal of Food Engineering 2006 76 34 334 340 34 徐文娟 王志明 果蔬氣調(diào)貯藏保鮮技術及設備 J 保鮮與加工 J 2002 2 2 4 5 35 彭群英 李保國 顧小杰 等 集預冷殺菌多功能氣調(diào) 包裝機的設計 J 包裝工程 2012 33 3 22 25 36 何暉 申江 管萍 垂直通風差壓球形果蔬預冷的數(shù) 學模型 J 流體機械 2003 31 9 46 49 37 馬家冀 氣調(diào)包裝機械的研究與開發(fā) J 包裝與食 品機械 2000 18 1 23 25 38 張翠明 張家川 氣調(diào)保鮮包裝機的電氣控制技術 J 包裝與食品機械 1999 17 6 17 19 39 孫金偉 劉金清 王輝 一種真空氣調(diào)兩用連續(xù)包裝 機 中國 ZL201510163576 4 P 2015 04 08 40 孫智慧 傅小華 晏祖根 等 智能氣調(diào)包裝系統(tǒng) J 包裝工程 2011 32 5 7 10 41 沈瀅 一種脈沖殺菌連續(xù)盒式氣調(diào)包裝機 中國 CN201210154653 6 P 2012 05 18 42 盧 金 言 一種自動化氣調(diào)包裝生產(chǎn)線 中 國 CN201110182016 5 2011 07 01 45 包裝與食品機械 2016 年第 34 卷第 6 期