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制氮机在果蔬气调贮藏技术与舰船应用条件

2019年04月24日 16:52:47   分类: 制氮机资料下载

舰船海上航行时,蔬菜、水果的供应直接关系到航海人员的饮食质量,因为蔬菜、水果含有丰富的维生素、矿物质和膳食纤维。一般来说,舰船人员在航行期间,1~2周内食用叶菜和茄果类蔬菜,3~4周内食用瓜果类和根茎类蔬菜,有些根茎类蔬菜(如土豆、萝卜、竹笋等)可以保存1个月以上。然而,舰船远航或长航时间往往超过1个月,有时甚至长达5~6个月。虽然蔬菜和水果罐头、速冻蔬菜以及干蔬菜可以弥补部分不足,但无论是从提供的营养,还是从口味方面都无法与新鲜果蔬相比。因此,果蔬贮藏技术是有效延长果蔬贮藏期、增加新鲜果蔬供应量的主要途径。气调贮藏是果蔬贮藏技术的一种。

果蔬气调贮藏

一、蔬菜、水果贮藏方式 

        蔬菜、水果采后新鲜品质下降或丧失的生物学原因主要有衰老、生理病害(冻害、冷害、气体伤害等)、失水、病原菌感染等,必须采取合适的保鲜贮藏方法延长其保存期[1]。果蔬的贮藏方式很多,主要是控制贮藏期间的温度、水分、气体成分等方面的变化,其中最重要的是控制贮藏温度。按控制温度方法的不同,可分为自然低温方式和人工降温方式两大类。


        自然低温方式就是利用自然气候的季节性变化和昼夜温差,来调节贮藏场所温度。寒冷时要保温,温度高时要隔热,尽量维持所要求的贮藏温度。包括堆藏、埋藏、假植贮藏、冻藏和窖藏等简易贮藏和通风库贮藏,方法简便经济,行之有效。但是,由于是利用自然温度的变化来调节贮藏温度,因而常受到地区和季节的限制。

    

        人工降温方式就是利用冰块融解吸热或者机械制冷来获得适宜的低温,包括冰窖贮藏、机械冷藏、气调贮藏和减压贮藏等。这些方式不受季节和地区的限制,贮藏效果好,但投资较大、成本较高。


        气调贮藏是气体调节贮藏的简称,是利用低氧和适量二氧化碳对蔬菜、水果采后、生理生化过程影响的原理,人为改变贮藏环境的大气组成——降低空气的氧含量和增高二氧化碳含量,从而达到保持蔬菜、水果品质的贮藏方法。气调贮藏可抑制蔬菜、水果的呼吸作用和乙烯的生成,延缓后熟和衰老,还可抑制病原菌的活动,延缓腐败变质的发生。


        气调贮藏有两种方式,一是真正的气调贮藏,要求氧和二氧化碳控制在较小范围内;另一种为限气贮藏或简易气调贮藏,也称为MA贮藏,通常产品用塑料帐或袋密封,由其自身呼吸而改变空气组成,氧和二氧化碳没有严格的指标,允许有较大幅度的变动。气调技术与冷藏相结合,可以得到更好的效果。


        除以上方式外,利用硅橡胶窗作为气体交换窗,镶嵌在塑料帐或塑料袋上,起自动调节气体成分的作用。原理是交换窗中硅橡胶膜(一种高分子聚合物)对二氧化碳、氧气和氮气透过率不同,能自动调节和维持帐中的气体组成。


        气调贮藏必须用气调库或塑料膜等将产品封闭起来,以避免外界空气的干扰。气调库的结构与一般的冷藏库相似,但要求有更高的气密性,可在四壁内侧和天花板、地板加衬金属薄板,或不透气的塑料板,或喷涂聚氨酯泡沫材料。库门和各种通过墙壁的管道也都要有气密结构。在普通冷藏库内,用塑料薄膜帐(袋)封闭蔬菜、水果产品,也是气调的一种方法。气调贮藏关键在于控制气体成分于适宜的水平。最佳气体组成因蔬菜、水果种类、贮藏温度、贮藏阶段而不同。为便于操作管理,气体指标应允许有一定的变动幅度。从正常空气成分调节到要求的成分,有一个降氧和增二氧化碳的过程。不同蔬菜、水果对氧气和二氧化碳的适宜贮藏浓度,有不同的要求。


        气调贮藏技术是在传统的冷藏保鲜基础上发展起来的现代化保鲜技术,被认为是当今贮藏蔬菜、水果效果最好的贮藏方式。


二、国内外果蔬气调贮藏现状

        商业气调贮藏在国外已有60多年的历史,发达国家的多种水果如苹果、西洋梨、猕猴桃等的长期贮藏,主要采用气调贮藏。我国气调贮藏始于20世纪70年代。30多年来,经过引进、消化和吸收国外先进技术和设备,加上我国科研人员的不断研究和探索,气调贮藏技术得到迅速发展,现已具备了自行设计和建造各种气调库和气调设备的能力。

        由于气调贮藏设施、设备投入大、成本高,其贮藏能力远不如低温贮藏能力。国外发达国家果蔬低温贮藏能力约占果蔬总产量的60%~70%,其中气调贮藏能力仅占低温贮藏能力10%以下。我国现有低温贮藏能力仅占果蔬总产量的1%~2%,约600万吨,其中气调贮藏<5万吨。

        国外果蔬气调贮藏技术主要应用于商业用途,未见在舰船上应用的报道。国内果蔬气调贮藏技术的应用主要集中在为大型超市和生产厂家提供货源的蔬菜、水果生产基地,舰船上尚未开展果蔬气调贮藏技术的研究与应用。

        气调贮藏技术主要包括气调库的设计及建造、气调设备的选用和安装调试、气体成分的测定以及贮藏期管理等。


三、气调库的特点与设计建造

3.1.1  特点    

    (1)气密性。气密性是气调库在建筑要求上区别于冷藏库的一个主要特点。气调库除要求围护结构保温隔热、防潮、减少与外界的冷热交换外,还要求库体墙壁四周、库门及所有进出管线连接处严格密封,尽可能减少库内外的气体交换。只有这样,才能人为调节库内气体成分,减少或避免外界气体对库内气体成分的干扰。

    

    (2)安全性。由于气调库对围护结构气密性要求较严,故在降湿、调气过程中,随着库内温度、压力的变化,会使围护结构的两侧产生压差,从而会破坏气密性,甚至使围护结构发生胀裂或塌陷。为了平衡和减小库内外压差,气调库必须设计安全阀和调气阀。

    

    (3)快进整出。水果进入气调状态的时间越短越好,否则影响贮藏效果。因此,气调库贮藏要求蔬菜、水果入库速度快,以便尽快装满、封门和调气。贮藏过程中尽可能减少开门次数。频繁开门,不仅影响贮藏效果、增加运行成本,还会降低库门的气密性。出库时,为保证蔬菜、水果的货架期,最好一次出完或在短期内分批出完。


    (4)满库贮藏。除留出必要的通风、检查通道外,库内水果应尽量高堆满装。这是因为:一方面,库内果蔬越多,库内孔隙相对越少,空气也越少,加之果蔬的呼吸作用,果蔬进入气调状态的时间就越短;另一方面,库容积利用系数大,制冷、调气运行成本可相应降低。


3.1.2  设计建造

    

    (1)类型及结构组成。按气调方式,可分为充气式和循环式;按冷却方式,可分为内冷式和外冷式;按建筑结构,可分为砌筑式和彩镀夹心板装配式。充气式是指利用制氮机将产生的氮气持续充入气调库内,并辅之以其他调节方式,使库内氧气和二氧化碳达到预定指标。循环式是指将气调库内的空气引入一种燃烧装置,将空气中的氧气燃烧消耗,燃烧后的气体组成包括氮气、二氧化碳和水蒸汽等,这些气体经冷却后再充入库内;当二氧化碳超过预定指标时,开启二氧化碳脱除系统。这样,二者相互配合,使库内氧气和二氧化碳达到预定指标。内冷式是将冷却系统(蒸发器)置于气调库内部,一般设在库房一端的上方。这种冷却方式降温迅速,库内温度均匀,效果好,我国大多数气调库均为此类型。外冷式即夹套式气调库,一般是在原冷藏库内加装一层导热性好的金属气密结构,仍用原有的降温设施,吹出的冷风直接吹到金属气密结构层上,利用密封库壁使库内降温,气调则在这层气密结构内进行,但这种方式降温效果较差。砌筑式气调库的建筑结构基本上与普通冷藏库相同,用传统的建筑保温材料砌筑而成,或者将冷藏库改造而成。在库体的表面增加一层气密层,直接敷设在围护结构上。这种砌筑式气调库投资合理,但施工周期长。彩镀夹心保温板由于是工厂化生产的库体材料,在施工现场只需进行简单拼装,建设周期短,投资比砌筑式略高,而气密层施工较砌筑式方便可靠。

    

    (2)气密层的设计与施工。装配式组合气调库,其围护结构采用彩镀夹心板。隔热层两面都有彩镀钢板护面。彩镀钢板的气密性和防潮隔气都很好。只要在其建好的围护墙面上将各板面间的接缝做好密封,就能使整个围护结构具有良好的气密性。

    

    (3)气调库门。库门是气调库容易发生气体泄露之处。为保证库门与库体之间的密封,可以将库门的气密条做成充气式的。这种方式密封性好,但使用麻烦。通常是在冷库门的基础上加一扣紧装置,封门时,用此装置紧紧地将门扣在门框上,借密封条将门缝封死。在门下落扣紧的过程中,门下端的密封条与地面压紧而密封。气调库门上都设有观察窗,可以打开,当库内出现问题时便于工作人员入库检查。其外框为金属构件,中间镶有双层玻璃或中空双层玻璃。若用双层玻璃,夹层内应放干燥剂或抽空,以防结露。

    

    (4)密封标准、实验方法、安全装置及注意事项。为保证气调库内气体成分调节速度快,波动幅度小,提高贮藏质量,降低成本,就必须保证库体有良好的气密性。GB 50274-98《制氮机、空气分离设备安装工程施工及检验规范》中,有关组合(气调)冷库一节中规定:“气调冷库在库体安装后,应进行库体气密性试验。试验应符合下列要求:启动鼓风机,当库内压力达到100 Pa(10 mm H2O)后停机,并开始计时,当试验到10 min时库内压力应大于50 Pa”,即半降压时间为10 min。为防止库体因内外压力不平衡被压塌或胀裂,库房内应配装气压平衡袋(简称气调袋),当库内温度升高,库气膨胀,库气将流入气调袋;库内温度降低,库气收缩,库气将从气调袋流入库内。另外,库房内还应安装1台气压平衡安全阀(简称平衡阀),在库内外压差大于200 Pa时,库内外的气体通过平衡阀发生交换,以防止库体结构遭到破坏。

    

    (5)制冷设备。气调库整个制冷系统的设计,可以根据不同情况,采用大机组的集中供冷或单个库房小机组单独供冷,后者具有较大的灵活性。采用乙二醇冷水机组,不但可提高温度的控制精度,还大大简化了制冷管路结构。为使气调过程中制冷机能够经济运行,气调库围护结构的隔热层应比一般高温库厚一些。

    

    (6)加湿设备。由于气调库内果蔬贮藏期长,充入的氮气又很干燥,所以贮藏品水分蒸发较多。为降低贮藏环境与贮藏品之间的水蒸汽分压差,抑制水分蒸发,保持气调库中较高相对湿度(90%~95%),减少干耗,一般气调库都要设置加湿器。加湿器主要有超声波加湿器和离心式加湿器两种。


3.2  气调设备的选用和安装调试


3.2.1  制氮降氧设备。利用制氮机产生的95%~98%纯度的氮气,置换(或稀释)气调库中的气体,降低库内氧气浓度;在小型气调库内,也可以用于排除过量的二氧化碳、乙烯或其他气体。


3.2.2  二氧化碳脱除机。果蔬在气调过程中,一般要求二氧化碳的浓度控制在1%~5%的范围内。果蔬的呼吸作用将提高库内二氧化碳的浓度。二氧化碳浓度过高会导致果蔬中毒,并产生一系列不良症状,最终腐烂变质。因此,必须安装使用二氧化碳脱除机(又称洗涤器)将库内多余的二氧化碳脱除掉,达到气调参数要求的最佳范围。


3.2.3  乙烯脱除装置。乙烯是果蔬自身新陈代谢的产物,它是一种能促进果蔬呼吸、加快成熟衰老的植物激素。贮藏对乙烯非常敏感的果蔬时,必须把贮藏环境中的乙烯浓度脱至阈值以下,一般需降到2×10-8(体积比)以下的水平。脱除乙烯的方法:常用高锰酸钾作为强氧化剂,以氧化铝、分子筛等多孔性材料作载体,制成一次性使用的复合材料,放入库内、包装箱或闭路循环系统中,将乙烯脱除。随着气调技术的发展,近年来又研制出基于高温催化原理的高效除乙烯装置。


3.3  自动控制设备

    

  气调库在整个贮藏期内都必须精确测量和控制库中气体成分。如果测出库中氧超标,就应开启制氮机,充氮降氧,直到氧含量达到工艺参数设定值。如果二氧化碳超标,就应打开库的出回气阀门,开启二氧化碳脱除装置脱除二氧化碳,直至库内二氧化碳达到设定值。利用自动化控制设备和计算机专用软件,可实现上述工作的自动化。


3.4  气体成分的测定


3.4.1  氧、二氧化碳的测定。测定仪器主要有奥氏气体分析仪、氧电极氧气测试仪、红外二氧化碳测试仪、氧和二氧化碳传感器等。


3.4.2  乙烯的测定。由专业人员使用气相色谱仪进行检测。


3.4.3  气调库贮藏管理。为维持库内贮藏参数的稳定,必须管理好制冷设备、加湿设备、气调设备和管道阀门以及各种控制设备。气调库的密封性和气调袋、平衡安全阀也都应保持良好状态。果蔬从入库到出库,应始终做好整个贮藏期贮藏品的质量监测。此外,气调库气密破损部位在修复后应重新进行气密性试验,各种机器设备、管道阀门、控制仪器仪表、电气部件等均应按要求进行年检大修。


3.4.4  气调贮藏技术指标。主要蔬菜气调贮藏技术指标见表1。主要水果气调贮藏指标见表2。表1  主要蔬菜气调贮藏技术指标(略)表2  主要水果气调贮藏技术指标(略)


四、果蔬气调贮藏技术在舰船上的应用条件

4.1  出海时间       

  出海时间在1个月以上的舰船,才有必要设计建造果蔬气调贮藏库。因为大多数舰船自身携带的新鲜蔬菜和水果,加上果蔬罐头、速冻菜、干菜等,基本可以满足舰船人员1个月内的食用需要。


4.2  果蔬贮藏库数量        

  设有4~5个容积相仿果蔬贮藏库的舰船,可考虑设置1个气调贮藏库,建议设置比例控制在1∶4~1∶5。因为舰船出海期间,普通低温冷藏是主要的果蔬贮藏方式,其库容应不少于总果蔬贮藏库容的80%。


4.3  专业技术人员   

  果蔬气调贮藏是一项专业性比较强的技术,涉及库体密封性能、压力控制、气体成分检测等对人和果蔬贮藏品的安全指标,所以,必须培养技术素质好、责任心强的技术人员,才能保证舰船上果蔬气调贮藏的顺利进行。


4.4  适合舰船应用的建造方案、贮藏方法    

  由于尚未开展过舰船上果蔬气调贮藏的研究与应用,所以有关科研人员和设计建造人员,应在深入广泛调研基础上,根据舰船对果蔬气调贮藏的需求,结合舰船设计状态和实际环境情况,研究适合舰船使用的果蔬气调贮藏库的设计参数,筛选适宜的果蔬品种,制定相关的贮藏方法及操作规程。


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