新技术与设备保鲜膜技术综述(天津大学材料科学与工程学院天津农科院保鲜中心)摘要：本文主要介绍了果蔬保鲜、粮食保鲜和气调保鲜技术，同时，对其保鲜机理和基本特征进行了初步的探讨。关键词保鲜技术果蔬粮食气调聚烯烃果蔬保鲜和粮食保鲜的技术，其实质是气调保鲜。气调保鲜是当国内外最先进的农产品保鲜技术，包括标准气调(CA)、限制气调(MA)和自发气调(SCA)。CA是利用设备的乙烯、乙醇、乙醛等有害气体脱除。MA是依靠农产品自身呼吸代谢，降低O：，提高CO：，又反过来自发地调节、抑制自身呼吸代谢，利用低O：，高CO：的协同作用抵抗乙烯等衰老激素的催熟作用，减少自身养分消耗，达到延长自身寿命效果。在世界能源日趋紧张的情况下，这种小包装或大帐篷自发调节自身衰老代谢的保鲜方式，简易、节能、实产品保鲜领域中始终十分活跃。本文对果蔬保鲜、粮食保鲜和气调保鲜等技术进行了初步的探讨和研究。果蔬保鲜技术随着生活水平的不断提高，消费者不仅对水果和蔬菜(简称果蔬)的需求量不断增加，而且对果蔬的新鲜度提出了更高的要求，并希望一年四季都能吃到新鲜的果蔬。但由于果蔬鲜嫩，采摘后运输、销售和储存过程中极易发生自身变质腐烂而损失，给生产和经营者带来极大的经济损失，因此果蔬保鲜也是当前急待解决的重要课题。1955年，美国(Gerhard)国家研究中心植物生理实验室的马尔赛兰，开始研究各种PE膜(袋)贮藏苹果和梨，并对贮藏环境中的O：和CO：变化进行了系统的研究，1960年发研究报告，称生理包装贮藏。所谓生理包装是根据果品呼吸的生理模数来确定保鲜膜配方、厚度、规格，在特定的温度条件下，借助PE袋透过O：和c0：双重效应，维持袋内的体成分“p舯】。1963年，法国国家科研中心植物主任研究室的马赛丁莱勃顿和顿居里成功地研制出硅窗包装，是一种在布基上涂敷人造橡胶织物做成的气窗PE袋。首先设计成功的是AC500和ACl000型，苹果贮藏分别为500kg和1000kg，并由法国Poulenc化工公司开发，美国专利。日本是果蔬保鲜膜研制与应用最活跃的国家之一，并且在该领域中研究出诸多产品，有PE、PVC、PvDc(偏氯乙烯)、PVA(聚乙烯醇)、0NY(双轴拉伸尼龙)、0PP(定向聚丙163新技术与设备等几十种保鲜膜，通过调节配方、电晕、静电等处理，能够很好地满足各种果蔬保鲜需要。日本无机公司最近开发出由光源、风机、光催化元件组成的农产品鲜度保持装置(类似空调器)。设置在果蔬贮存库内(常温)，可使库内空气净化，使乙烯等有机气体分解，抑制霉菌的滋生，保持果蔬的色香味等的鲜度。1997年，日本丸正化成公司首先公开了半导体催化材料‟riQ微粒作为填料添加到热塑性树脂中制成厚度为100／-m的微孔塑料膜，用来制成防霉防虫粮食保鲜袋的专利技术01。我国于1973～1978年曾组织全国50多个塑料研制单位与农业科研及应用单位协作攻关，对国内各种类型的保鲜膜(袋)进行筛选研究，划分为3个研究区，2个研究系列。1997年太原市塑料研究所主持研制的PVC保鲜膜，经全国30多个省级以上科研、教学学的鉴定。天津农科院保鲜中心于1988年研究开发了果蔬专用保鲜膜PVC配方24种类型，际应用，取得满意的结果，并已申请国家发明专利，申请号为98126361．5。1．1果蔬的生理特征及保鲜机理果蔬保鲜是一种以果蔬生理活动为基础的调理采摘后果蔬的实用技术。保鲜即是果蔬提供适宜的贮藏环境，适度维持果蔬的生命活动，延缓衰老过程，保持果蔬鲜度、香味和外观，达到果蔬产品淡季不淡、旺季不烂。目前贮存和保鲜的方法主要低温冷藏、气调、辐照、化学杀菌和保鲜膜包装等，但因前三种投资大而不适合中国国情，尚不能普及。而化学制剂多少会给果蔬造成污染，对人体带来毒害，相比较而言，保鲜膜目前存在有透气性、透湿性差，杀菌不理想的问题，针对上述问题，人们展开了对保鲜的研究，并取得了一定的成果。果蔬在贮藏期间仍是一个生物有机体，进行着0：、呼出CO：的氧化消耗自身养分体和热量释放，造成果蔬色、香、味变差，质量减轻，萎缩，外观和鲜度受损。因此果蔬保鲜必须做到：(1)尽量减缓果蔬的呼吸强度使其处于“冬眠”状态，必须控制好贮藏环境中CO：和02的浓度，使之既要维持其生命的延续，保证进行呼吸，又要控制和减弱其呼吸强度。据现代研究表明，CO：的浓度在10％以下时能抑制呼吸强度，CO：的浓度高于10％则造制各种霉菌。如当022％或CO220％或0210％且CO210％时，几乎各种贮藏霉菌均得到抑制，或者至少可以抑制孢子生长。因此，根据不同果蔬对0：的要求，一般制在2～10％而CO：则控制在10％以上，这样既可减缓果蔬的呼吸，又可抑制各种害虫、霉菌。必要时可以采取小包装负压贮藏，使果蔬处于缺氧条件下，其呼吸强度显著降低，从而抑制和延缓了陈化及劣变。(2)及时排除果蔬储藏过程中产生的乙烯、乙醇、乙醛等气体。因为这些气体对果蔬具有催熟作用，当其含量大于0．1／tL／L，就能促进果蔬的呼吸，加速衰老。使果蔬变软、抗体减弱、果腐烂。可通过添加保鲜吸收剂(如陶瓷粉、高锰酸钾、沸石等)来改善。(3)减少水分的蒸分，使果蔬处于水饱和气体环境中，果蔬中大量的水分是维持果蔬正常生理机能、保持新鲜的水分是维持果蔬正常生理机能、保持新鲜的必要条件。一般讲164新技术与设备果蔬采摘后贮藏的适宜相对湿度的70％～95％，相对湿度小于70％时时蔬会大量失水，皱皮萎蔫并易受真菌浸染而腐烂，相对湿度大于95％时，水分过度饱和会产生水滴亦导致病菌浸染。因此在制作塑料保鲜包装时应选择具有适当透气性的微孔性薄膜，并可与保鲜剂配合使 博悦招商主管用，以达到防腐保鲜的目的。保鲜剂可采用涂敷于薄膜表面的方式。果蔬保鲜膜(聚烯烃微孔膜)的研究1．2．1果蔬保鲜膜的概况膜技术是当前世界上发展迅速和最引人注目的新技术领域，在工业、农业、医药、环保、军事、能源和日常生活中都可起到重要的作用，膜技术的核心和基础是膜材料，目前有机膜材料主要由聚合物加工得到的，因而聚合物膜材料的研究和开发受到各国科技界的高度重视。国外的聚烯烃微孔膜的研究始于六十年代，美国、日本、英法等国申请几百项微孔膜技术专利，其中探讨了与微孔有关的各个方面内容，使微孔膜技术与产品不断发展和完善成熟。我国在这一领域的研究始于八十年代，至今尚无可用于产业化生产和完整技术，部分仍处于前期研究阶段，只掌握一些零散的阶段成果，几乎仍然是一项空白。随着国内经济的发展和人们生活水平以及科学技术水平的提高，对聚烯烃微孔膜的消费需求将越来越大，公农产品采摘后保鲜一项就有着极大的开发市场，因而引进微孔膜生产技术及设备，并实现其产品的国产化，具有现实意义和极为广阔的发展前景。1．2．2果蔬保鲜膜的基本特征聚烯烃微孔膜是众多功能性聚合物材料中的主要品种，它是由聚烯烃材料(包括聚乙烯、聚丙烯等)经深加工制得。不加填料的聚烯烃微孔膜的平均孔径在300～800埃之间，和常见的其它微孔膜相比属孔径较小的一类，它兼有功能性膜的高效分离能力和塑料薄膜的优良力学性能，所以可在极为广阔的高科技领域，诸如：海水淡化、化工、医药、食品、 制盐、电子等工业的分离、精制、浓缩和水的处理方面获得广泛应用。在农产品保鲜领域， 主要使用加入填料的聚烯烃微孔膜，该种微iL膜具有透湿、透气及防水功能，并且可以通 过调整配方及工艺条件来调节透湿、透气指标，以适应不同农产品对CO：、0：及水分的要 求。聚烯烃微孔膜受聚合物的结晶度、分子的取向、分子链的刚性、分子的自由体积、内聚 能密度、湿敏性及外界温度以及人为的共混、拉伸取向、复合、薄膜金属化等因素的影响。 因此不同的聚合物材料，其薄膜的透气性和透湿性各有差异；同一种聚合物也可能不同。 如果选用具有以下性质的薄膜：(1)透过氧的浓度范围是在标压下77．500 465，000，000cc／ m2(标压下5，000 30，000，000 cc／lOOin2)；(2)基材必须适合于涂料、粘合剂和印刷油墨；(3) 基材的CO：／0 2透过比的范围从1：1～4：1151。那么就能使适当0 2、C0 2和水汽透过的塑 表塑料薄膜的透气率和透水率+超声波 剪切速 流动 聚合物流动性 振动 速率挤出物直径／cm 挤出压力／Pa 压力降低程序，％ 170．361 0．198 70 170，36l 0．157 63 10 211125 20399 20 047不稳定 235 047不稳定 180 23 注：薄膜厚度为0．03ram；透气率测试条件24、干态 165 新技术与设备 薄膜进入气体包装袋，使外界0：能进入包装袋内部，而袋内积存的c0 z和水汽又能往外 排出，从而使包装袋内的CO。维持在规定的合适范围，实现气调贮藏保鲜的要求。所以气 调包装的关键是要选择具有适宜透气性的塑料薄膜。表中列出了几种薄膜的透气率和透 水率的性能比较。 在产品储存过程中，高分子材料的透气现象一般包括四个过程，首先是从一侧吸收气 体，接着发生溶解，再经扩散后从另一侧脱吸，即吸收一溶解一扩散一脱吸，在此过程中， 决定渗透速度的推动力是温度、气体浓度差、分子体积大小和溶解。从总的透气过程来说， 决定速度的主要阶段是溶解及扩散过程“„7]。而气体通过介质的渗透和扩散是符合费克一 亨利 定律的，即某气体在单位时间内通过薄膜的渗透率与膜的面积成正比，与膜的厚度成 性能还不甚理想，因此可通过与EVA等材料共混的方法进一步加以改善。聚烯烃微孔膜所具有的透湿防水功能系指能透过诸如空气、水蒸汽等埃分子，但不透 过诸如水等液态并且表面张力大的物质的性能而言。微孔膜的防水性(透湿度)基本上取 决于空隙数及其大小。空隙过大，会有漏水。微孔膜按照用途不同，有所不同。 微孔膜的填料粒径与透气性有关，填料粒径对微孔膜的孔径，最终影响微孔膜的透气 性。因此填料粒径应在一个合适的范围内，粒径过大填料在聚合物基体中引起应力，并使