微孔和硅窗自发气调包装的内部气体成分变化分析

　　摘要：自发气调包装是果蔬保鲜的重要手段，其中微孔气调包装和硅窗气调包装在调节包装气氛效果显著。通过试验证明微孔孔径、微孔数量、硅窗面积对两种气调包装的气氛调节有所影响，在合理控制上述参数的前提下，微孔气调包装和硅窗气调包装在果蔬保鲜领域具有较大的推广价值。
　　关键词：微孔气调包装、硅窗气调包装、气体成分变化、孔径、硅窗面积
 
　　果蔬贮藏销售中，为了保持新鲜、美观和便携需求，一般采用薄膜袋进行包装。但由于薄膜袋的透气透水性较差，易加速果蔬腐烂变质。针对这一问题，气调包装应运而生。
　　气调包装，是通过改变果蔬贮藏小环境的气体成分，营造低O2和适当浓度的CO2环境的包装形式。这是基于果蔬的呼吸机理而设计：果蔬采摘后，仍会进行旺盛的呼吸作用，不断吸入O2，产生CO2，当周围O2含量过低时蔬果进入厌氧呼吸，产生具有毒害作用的乙醇，并造成果蔬内部消耗，肉质软化、营养降低，不利于蔬果保鲜。因此，针对果蔬，*好的储藏系统是将氧气含量控制在既能维持果蔬自身基本的生理活动需求，又不会引起果蔬厌氧呼吸的*低水平。气调包装正是通过人工气调或自发气调形式实现上述储藏系统，前者根据果蔬的需要和人的意愿，利用充气设备人工调节包装内的气体成分和浓度并保持稳定；后者主要依靠包装材料对气体的选择渗透性来将包装内的各种气体浓度一直控制在某一恒定的范围内。相比之下，自发气调包装的效果更为有效，同样技术难度也更大。
微孔和硅窗自发气调包装的的透气机理
　　自发气调包装的核心在于果蔬吸入O2和呼出CO2的速率与包装薄膜的气体渗透速率是否能达到*佳平衡浓度，使其保持*低的呼吸速率又不会发生厌氧呼吸，同时CO2浓度也不会过高导致果蔬受到生理损伤。这一*佳平衡浓度，受不同种类的果蔬呼吸速率与包装材料对气体的选择渗透速率的共同影响。果蔬的呼吸速率越高，包装材料的透气速率也应相应提高，方能保持*佳的平衡浓度。就当前的塑料原膜来说，其透气速率大多无法与果蔬的呼吸速率相一致[1]，因此另采用辅助手段增加其成品包装的透气性，如制成微孔气调包装或硅窗气调包装，来协调包装的气体透过率与果蔬的呼吸速率。
　　微孔气调包装，就是在包装薄膜上制作规定孔径、数量、密度的微孔，以此增强包装整体的透气性。例如，10℃下，25.4μm厚的LDPE材料透氧率约2576cm3/m2·24h，透二氧化碳率约8416 cm3/m2·24h，而微孔薄膜的透氧和透二氧化碳率是前者的35万倍和10万倍。微孔膜气调包装除了在透气方面表现优异外，还具有良好的透湿防结露性，避免了包装内部水分凝聚加速果蔬的腐烂。
　　硅窗气调包装是利用热合或粘结法将一定面积的硅胶膜嵌入原包装材料制得的包装。硅橡胶是一种有机硅高分子化合物，对O2、CO2、C2H4等不同气体具有良好的选择性透气性能，对CO2的透气性比聚乙烯薄膜高200 倍以上，对CO2、O2、N2的透气性比值约为12︰2︰1[2]。与微孔气调包装透气原理相区别的是，这种包装形式是利用膜两侧气体压差推动气体分子吸附、溶解、扩散至膜另一侧的气体渗透原理实现的。果蔬被密封在硅窗气调包装内，由于持续的呼吸作用，O2被不断消耗含量降低，CO2含量逐渐累加升高。这一过程造成包装内外侧O2和CO2分压的不同，依靠硅胶膜高透气性实现了包装内大量的CO2渗透到外界，同时少量的O2不断的补充至包装内部，以维持果蔬呼吸作用的O2*低限度。
微孔和硅窗自发气调包装的内部气体成分变化验证
　　为了进一步验证微孔气调包装和硅窗气调包装对包装内气体成分的自主调节效果，笔者做了一个试验。从市场采购新鲜的黄瓜，3.5KG一组，置入以下6种样式的70×110cm的LDPE薄膜袋中于4℃低温贮藏：1、对照组，将黄瓜置于袋中密封；2、微孔组A，在薄膜袋打制26个直径为72μm的微孔；3、微孔组B，在薄膜袋打制40个直径为72μm的微孔；4、微孔组C，在薄膜打制10个直径为144μm的微孔；5、硅窗组A，硅窗面积为6×10cm；6、硅窗组B，硅窗面积为10×10cm。所有包装内初始气氛（体积分数，后同）为3.2%O2、1%CO2、95.8%N2。间隔一定的时间，利用HGA-02顶空气体分析仪测试包装内的O2分数。结果如表1。 　　由表1和图1可以看出，1#对照组在贮藏期间，O2含量呈逐渐下降趋势，12d已经趋于0，说明包装内的O2已经被黄瓜的呼吸作用消耗殆尽，黄瓜开始进行厌氧呼吸，品质加速劣变。相比之下，2#~6#微孔组和硅窗组气调包装样品则有效保持了O2的及时补充以维持的黄瓜的呼吸作用。据研究发现，黄瓜贮藏的O2含量在5%左右有利于抑制黄瓜的呼吸速率同时保证不发生厌氧呼吸[3]。因此，2#和5#包装的气调效果更适宜黄瓜贮藏，而3#、4#和6#包装因透氧速率偏大导致内部O2含量逐渐增大，甚至达到了空气中O2组分比例，不利于黄瓜的保鲜。
微孔和硅窗自发气调包装内部气体成分变化的影响因素
　　通过上述试验可以看出，两种形式的气调包装对于包装内氧含量的调节作用有很大差异。考虑到采用的同种塑料原膜，且原膜的透气率远小于带有微孔或硅窗的膜材料，因此评价这两类气调包装的气调效果时可不考虑原膜的透气因素的影响。
　　微孔气调包装重点依靠微孔进行气体含量调节，因此微孔参数如孔径、数量等对包装内气体成分变化影响显著。观察表1和图1微孔组A、B、C三组数据，同孔径的微孔组A与B，后者的孔数比前者多14个，导致在第8天包装内的O2含量达到空气等比例含量，而前者O2含量基本上保持在较为理想的5.9%左右。微孔组C的孔数虽然不足微孔组A的孔数的一半，但因孔径大了一倍，20天后包装内O2含量达到了10%以上。
　　硅窗气调包装的气调效果主要依赖于硅胶膜的透气性。硅窗的面积应适宜，由果蔬种类、成熟度、呼吸强度、硅橡胶膜的透气性能等多重因素综合决定，过大不利于降低O2含量，如试验中硅窗B组气调包装在各时段的O2含量始终高于硅窗A组气调包装。但也不宜过小，否则无法及时排出过多的CO2。此外，硅橡胶模无论采用热合法还是粘结法嵌入包装袋体，都必须保证连接处紧密牢固，严禁漏气，减少气调误差。由于贮藏环境是动态变化的，单一固定的硅窗面积有时也难以保持理想气体成分比例，因此，硅窗面积的可调性愈发重要。常见的调节方式是在气调包装袋体上制作多个独立的硅窗，根据贮藏环境和果蔬种类等因素，人工调节硅窗开启数量，达到控制硅窗面积的目的。
结语
　　近年来，我国果蔬产业发展迅速，但相关保鲜技术却较国际行业水平相对滞后。自发气调保鲜技术依靠包装材料营造适宜果蔬贮藏的环境气氛，越来越受到业内重视。微孔气调包装和硅窗气调包装作为自发气调包装的重要形式，具有显著的调节包装内气体成分的效果，在合理控制微孔孔径、微孔数量、硅窗面积的前提下，具有*的研究潜力和应用价值。
 
参考文献：
[1]徐文达, 程裕东. 食品软包装材料与技术[M]. 北京:机械工业出版社, 2003:171 - 198.
[2]关恒利. 硅窗自动调节技术在果蔬贮藏中的应用[J]. 农业科技与装备, 2011, 199(01):35-37.
[3]王书智. 硅窗保鲜蔬菜五十问（四）[J]. 蔬菜, 1988, 06:34-36.