2016-我国果蔬气调保鲜技术及装备的现状及发展趋势_徐鹏.pdf

收稿日期 2016 09 29 修稿日期 2016 10 20 基金项目 安徽省科技重大专项 15czz03094 作者简介 徐鹏 1968 男 博士 研究员 主要从事过程装备的研究工作 通信地址 230088 安徽合肥市高新区天湖路 29 号 合肥通用 机械研究院 E mail xupeng hgmri com 我国果蔬气调保鲜技术及装备的现状及发展趋势 徐 鹏 吴玉月 刘 勐 合肥通用机械研究院 合肥 230088 摘 要 气调保鲜包装技术是可延长果蔬等易腐败产品的重要技术 对国内外果蔬气调保鲜包装技 术及装备的发展动态进行了研究 分析了气调保鲜各领域技术和装备的研究现状 尤其针对我国农业发 展的现状 为我国果蔬气调保鲜技术及装备的进一步发展研究提供了参考 关键词 果蔬 气调包装 包装装备 中图分类号 TB485 2 文献标志码 A 文章编号 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 气调保鲜包装称为 MAP Modified Atmos phere Packaging 或 CAP Controlled Atmosphere Packaging 又称为气调包装或置换气体包装 它 是根据实际需求将一定比例的 O 2 CO 2 N 2 混合 气体充入具有气体阻隔性能的包装材料内包装食 品 抑制果蔬呼吸 防止食品在物理 化学 生物等 方面发生质量下降或减缓质量下降的速度 从而 延长食品货架期 提升食品价值 被世界各国公认 的一种有效和先进的果蔬保鲜方法之一 1 4 由于我国果蔬冷链物流不健全 我国每年约 有 1 3 亿吨的蔬菜和 1200 万吨的果品在运输中 损失 腐烂损耗的果蔬可满足近两亿人的基本营 养需求 造成的经济损失达 750 亿元 5 6 随着 消费者对食品安全和食品品质要求的日益提高 特别是对易腐食品的纯正口味 长保质期和有吸 引力的外观包装要求 食品已不仅是一种基本需 要 而且也是衡量生活水平的一个标准 因此 食 品工业开发新的食品包装设备技术来满足客户的 需求 正演变为一种市场趋势 本文在收集 整理 和研究国内外气调保鲜技术与装备现状的基础上 指出气调保鲜技术及装备存在的问题和发展方向 以有利于气调保鲜包装技术在我国的发展 15 我国果蔬气调保鲜技术及装备的现状及发展趋势 徐鹏 吴玉月 刘勐 1 气调保鲜技术国内外研究概况 早在 12 世纪初期 从新西兰用船将新鲜的牛 肉运到英国时 就通过增加车厢或库房里 CO 2 和 降低 O 2 来运输或贮藏鲜肉 到 1930 年 美国研 发人员发现 放在密封冷藏库里的苹果和梨的呼 吸活动降低了库房内 O 2 的含量 增加 CO 2 含量 明显降低水果呼吸速度 使保鲜期达到 6 个月 冷 藏保鲜期延长了 1 倍 1950 年这种利用呼吸自身 气调的贮藏方式在美国各地得到很大发展 21 世纪以来 在英国 法国 德国等发达国家 气调包 装应用广泛 7 而我国在 20 世纪 90 年代后期开始研究开发 食品包装设备和工艺 比如上海肉类加工企业引 进国外气调包装设备开发新鲜猪肉气调包装市 场 为我国食品气调包装市场发展打下了基础 21 世纪以来食品气调包装的研究与市场应用进 入一个发展时期 许多高等院校和研究单位和有 远见的企业在气调包装工艺方面做了大量的实践 和研究 8 12 如气调包装模型 保鲜膜制备研究 气体混合精度 混合气体置换率 包装系统等技术 都有较大的发展 气调包装机型也多种多样 如 热成型卧式 立式 盒式 预袋式和纸塑复合盒等 各类气调包装机 适用于不同的产品需求 而硬 塑盒有一定的刚性 不仅能方便实现气调 可堆叠 整齐 具有保护性 工艺性和美观性 气调包装装 备的研发也多针对盒式气调包装 13 1 1 果蔬气调包装理论模型 盒式包装主要有保鲜膜和包装盒 目前市场 对包装盒的要求相对简单 主要要求在透湿 透 氧 透光方面高效阻隔 以及承载容量等特性 其 包装工艺流程是 待包装盒输送 进入工作位 覆合上膜 密封工作室 气体置换 热封 分切 工作室开启 包装成品送出 14 17 而包装的效 果和质量取决于包装容器内气体成分 温湿度的 调节 还包括果蔬产品的呼吸速率 产品质量尺 寸 原始气体组成 包装薄膜的特性 包装容量大 小以及贮藏温度 湿度等条件 同时气体成分的 调节是一个动态过程 它包括果蔬的呼吸和气体 对薄膜的渗透两个环节 而不同果蔬呼吸速率并 不相同 其研究关键在于保鲜薄膜透气性与果蔬 呼吸速率间的平衡关系 因此 果蔬气调包装模型 的建立和表征是气调包装的关键 近年来 一些关于气调包装内气体成分与果 蔬呼吸速度 影响呼吸速率和塑料薄膜透气性关 系的数学模型不断被提出 如刘颖等人提出 18 以黄桃为例通过冷藏和气调相结合的包装方法建 立呼吸数学模型 姜齐永等通过指导贮藏量 薄膜 的性质 厚度和面积等对 红灯 樱桃多方面进行 综合选择试验 19 建立了数学模型进行指导保鲜 用相关保鲜袋的设计 用以改变袋内混合气体呼 吸平衡 李方等以香菇为研究对象 通过基于 Fick 扩散定理 结合果蔬呼吸速率 建立微孔膜果蔬包 装理论模型 预测气调包装内外气体交换过 程 20 通过这些研究可以进一步了解包装盒内 O 2 和 CO 2 含量的关系 有利于促进包装盒内混合 气体 保鲜薄膜等研究 1 2 保鲜薄膜的理论研究 塑料保鲜薄膜是目前新鲜果蔬包装比较普遍 采用的包装材料 薄膜透明可以一目了然所包装 产品的状况 保湿可以减少产品的水分损失 增加 新鲜度 透气可以起到自发性气调的作用 延长保 鲜时间 密封性可以保护产品不受污染 低廉的价 格 也使得该膜的应用前景十分广阔 先后出现 了普通保鲜膜 硅窗调气保鲜膜 微孔保鲜膜 可 食性保鲜膜 防雾功能保鲜膜 抗菌保鲜膜等 李 铁华探讨了硅窗对茶树菇的呼吸特性与贮藏品质 变化的影响 21 通过试验表明 与普通气调相比 较 硅窗气调能明显改善茶树菇贮藏的气体环境 贮藏温度为 3 硅窗面积 0 9 cm 2 以上和贮藏温 度为 7 硅窗面积 1 2cm 2 以上 都能避免厌氧 呼吸的发生 有较好的贮藏品质 再如郭玉花等以 LDPE LLDPE 为基体材料 22 添加 A 型纳米活性 分析筛研制的保鲜薄膜 用以提高保鲜膜的透气 性和透湿性 王若兰利用植物蛋白制备可食性保 鲜膜 23 其性能已经达到或超过资料报道的同种 食品保鲜膜的各项性能指标 陈丽等人以 PVC 树 脂为主料 24 添加含纳米粒子的 TiO 2 母粒和其 他多种功能材料 达到对 O 2 和 CO 2 混合气体的 不同阻隔效果 李喜宏等研制的纳米抗菌保鲜膜 等 这些保鲜膜的研究 都是改变工艺配方 实现 透气和透湿等效果 1 3 混合气体置换率 气体置换装置是气调包装机的核心部件 气 体置换方式主要有气体真空置换式和冲洗式 真 空置换主要原理是将原气吸真空再充入混合气 体 其性能优劣将直接影响置换精度 将间接影响 25 包装与食品机械 2016 年第 34 卷第 6 期 产品包装质量和保质期 为提高置换精度 卢立 新 卢金言 刘琳等做了针对盒式 袋式气体置换 装置的优化设计和流场模拟的相关研究 25 分析 了气体流速和压强的改变以及充 排气孔结构布 置方式等对气体扩散置换率和置换时间的影响 裴定宜采用交替配气进行优化实现连续供气 26 发明的 气调包装机交替配气装置 提高了工作 效率和质量 刘崇文等人设计的 置换式气调包 装机 对充抽气结构进行了改进 可设置较高的 抽气压力 提高气体置换率 但操作过程较为复 杂 生产效率低 都是通过改变或优化置换结构 获得较高的置换率 而且为获得较高气体置换率 置换气体的损耗也比较严重 1 4 气体混合精度 气体比例混合器是实现气体比例调节与控制 的核心部件 也是实现气调包装的关键技术 它是 通过压缩气体经减压阀减压后 进入气体混合室 然后才引入充气包装机进行充气包装 混合方法 主要有等容气体比例混合法 等容法 等压气体 比例混合法 等压法 定容定压气体比例混合法 定容定压法 节流气体比例混合法 节流法 时间气体比例混合法和质量流量法 6 种 27 31 国外日 美等国如陵本山武公司的 CMQ 型质量流 量比例混合器 虽然气体混合精度较高但产品价 格也很高 浙江大学的刘东红等研究开发了通过 全自动质量流量气体混合系统 32 气体混合精度 小于 1 我国目前常用的定容定压法 GM 型气 体比例混合器 其混合精度已达 1 1 5 保鲜包装系统的研究 普通气调包装机主要包括机架 下底板 上架 板 下模 气体置换机构 保鲜膜输送机构 焊接 模 切模刀 压模 压模架等 随着现代技术的发 展 已采用模块化结构设计方法 包装设备已由过 去单机手动发展到半自动或全自动 可根据需求 增减 相 关 部 件 产量速度也在发生深刻变 化 33 38 如孙金伟发明的 一种真空气调两用 连续包装机 39 通过增加三角管型充气嘴 可以 在真空和气体保鲜处理之间进行快速转换 可实 现一机多用 提高效率和材料利用率 孙智慧等人 研究的智能气调包装系统 40 将气体混合器 气 体比例分析仪等检测仪器与气调包装机相结合 构建了基于气体在线检测与比例控制的智能包装 系统 减少保鲜气体耗气量 提高了工作效率 以 及如沈滢等发明的通过在连续盒式包装机的传动 系统中设置灭菌罩和强脉冲灯管 构成灭菌系统 的一种脉冲杀菌连续盒式包装机 41 卢金言在输 送装置和气调包装机之间设置的全自动理盒机构 成一种自动化气调包装生产线 42 2 存在问题及发展趋势 1 果蔬气调包装过程是一个极其复杂的过 程 包含果蔬的生理变化 温度 湿度 包装内部气 体成分等多个动态变化过程 也与产地 质量 体 积等因素有关 从目前研究的程度来看 对呼吸 模型考虑的因素还不够全面 体现在主要考虑氧 气和二氧化碳对呼吸速率的影响 而忽略温度 霉 湿度等因素 研究试验也主要集中在工艺性 能 针对性差 到目前为止 还没有一种数学模型 可以对多种不同果蔬气调包装提供适应性指导 而对于一些地方性的果蔬保鲜包装还缺乏系统性 的研究 还需继续积累数据 这也是今后的研究方 向之一 2 气体保鲜膜已经具备透湿 透气及防水 功能 而且可以通过调整配方及工艺条件来调节 透湿 透气等相关指标 以适应不同果蔬对 CO 2 和 O 2 及水分的要求 但在某些技术领域如防霉 防虫 机械性能 环保和安全性 保持食品品质和 风味上面 保鲜膜保鲜效果还不稳定 因此 研制 出多用途和更加环保的保鲜膜是今后发展的必然 趋势 3 气调保鲜包装装备正向着高速 高效 高 质量 低能耗 结构紧凑的方向发展 特别是与各 功能模块的组合 使之更加集成化 自动化 智能 化和高端化 但对适合多品种果蔬共性技术的包 装工艺及装备的研究很少 还不够深入 与我国发 展高效安全生态的现代农业技术的要求还有一定 距离 因此 建立储藏保鲜 配送 保鲜包装及全 程质量控制技术标准体系 以及研制共性关键技 术包装装备 也是将来果蔬保鲜深加工领域的重 点研究方向 参考文献 1 宋威 我国果蔬贮藏保鲜技术的现状和发展趋势 J 工程技术 全文版 2015 12 12 302 2 黄俊彦 韩春阳 气调保鲜包装技术的应用 J 包 装工程 2007 28 1 44 48 3 周晓龙 吕恩利 陆华忠 等 果蔬气调贮运保鲜环 35 我国果蔬气调保鲜技术及装备的现状及发展趋势 徐鹏 吴玉月 刘勐 境控制技术发展研究 J 农机化研究 2013 10 242 244 4 林锋 陈文辉 果蔬气调贮藏保鲜的原理与方法 J 福建果树 1999 108 2 47 49 5 常丽娜 韩星 我国果蔬冷链物流建设现状及发展 建议 J 中国果菜 2015 35 2 5 10 6 王文生 十二五 期间我国果蔬冷链物流面临的机 遇与挑战 J 保鲜与加工 2011 11 3 1 5 7 徐良 樱桃谷鸭富硒养殖及鸭肉气调保鲜技术研究 D 南京 南京农业大学 2012 8 徐文达 国内外食品气调包装的方式和机械 J 包 装与食品机械 1994 12 4 15 19 9 郭晓光 管大勇 气调保鲜技术 C 中国食品冷藏 链新设备 新技术论坛论文集 2003 10 刘颖 邬志敏 等 果蔬气调贮藏国内外研究进展 C 南京 第四届全国制冷空调新技术研讨会论 文集 2006 11 卢 立 新 全自动连续盒式气调包装机 中 国 CN201309611Y P 2008 09 19 12 卢立新 果蔬气调包装理论研究进展 J 农业工程 学报 2005 21 7 175 180 13 刘琳 一种连续式气调包装工艺及其气体置换装置 的研究 D 无锡 江南大学 2009 14 张长峰 气调包装条件下果蔬呼吸强度模型的研究 进展 J 农业工程学报 2004 20 3 281 285 15 王相友 李霞 王娟 等 气调包装下果蔬呼吸速率研 究进展 J 农业机械学报 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 张春荣 黄光荣 果蔬气调包装数学模型研究 J 江苏食品与发酵 2000 15 3 14 16 18 刘颖 李云飞 基于 Michaelis Menten 型呼吸速率模 型的试验研究 J 上海交通大学学报 2004 6 1 1170 1173 19 姜齐永 甜樱桃 MA 贮藏与物流保鲜技术研究 D 烟台 烟台大学 2011 20 李方 卢立新 果蔬微孔膜气调包装模型与试验验 证 J 农业工程学报 2010 26 4 375 379 21 李铁华 张慜 硅窗气调包装保鲜贮藏茶树菇呼吸 特性与贮藏品质的研究 J 包装与食品机械 2007 25 1 39 43 22 郭玉花 黄震 滕立军 等 新型纳米活性果蔬气调包装 保鲜膜的研制 J 包装工程 2008 29 3 47 48 23 王若兰 植物蛋白类食品保鲜膜特性及保鲜效果的 研究 J 食品科学 2000 21 3 58 60 24 陈丽 李喜宏 胡云峰 关于富士苹果 PVC TiO2 纳 米保鲜膜研究 J 食品科学 2001 22 7 74 76 25 卢立新 王杰 盒式气调包装机气体置换结构内部 3 D 流场的模拟 J 农业机械学报 2009 7 119 123 26 裴 定 宜 气调包装机交替配气装置 中 国 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 张永茂 苹果贮运保鲜技术现状与发展趋势 J 休 闲农业与美丽乡村 2014 8 84 95 30 姜浩 黄俊彦 林敏 等 气调保鲜包装机气体比例混合 器的研究 J 包装与食品机械 2006 24 5 4 7 31 刘东红 应铁进 王小寒 气调包装微机控制动态配 气系统的研制 J 农业工程学报 2002 3 5 7 32 章志明 陈国金 陈昌 多方位传动输送链设计与仿 真研究 J 机电工程 2015 32 1 56 59 33 occuli P Del M A omani S et al Use a simple mathematical model to uate 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 果蔬气调贮藏保鲜技术及设备 J 保鲜与加工 J 2002 2 2 4 5 35 彭群英 李保国 顾小杰 等 集预冷杀菌多功能气调 包装机的设计 J 包装工程 2012 33 3 22 25 36 何晖 申江 管萍 垂直通风差压球形果蔬预冷的数 学模型 J 流体机械 2003 31 9 46 49 37 马家冀 气调包装机械的研究与开发 J 包装与食 品机械 2000 18 1 23 25 38 张翠明 张家川 气调保鲜包装机的电气控制技术 J 包装与食品机械 1999 17 6 17 19 39 孙金伟 刘金清 王辉 一种真空气调两用连续包装 机 中国 ZL201510163576 4 P 2015 04 08 40 孙智慧 傅小华 晏祖根 等 智能气调包装系统 J 包装工程 2011 32 5 7 10 41 沈滢 一种脉冲杀菌连续盒式气调包装机 中国 CN201210154653 6 P 2012 05 18 42 卢 金 言 一种自动化气调包装生产线 中 国 CN201110182016 5 2011 07 01 45 包装与食品机械 2016 年第 34 卷第 6 期