《气调原理与技术》PPT课件

第二十五章气调原理与技术,教学要求,要求掌握气调的概念、气调的原理和技术；熟悉气调库主要设备配置；了解气调的发展历史。重点内容：气调的原理和技术。难点内容：气调库主要设备配置。,第一节气调的概念和发展历史,一、定义和分类气调贮藏:指任何农产品在一个不同于周围大气(如21氧气，0.03二氧化碳)的环境中贮藏。按技术水平分两种方法。（一）控制气调，CA(ControlAtmosphereStorage)在自然呼吸或人工条件下产生低浓度氧气和(或)高浓度二氧化碳的气体环境，然后在整个贮藏期内通过一系列测量和调整来加以控制，气体的组成浓度一直保持在恒定的某一水平。（二）修饰气调，MA(ModifiedAtmosphereStorage)在其贮藏期内不进行气体测量和调节。所需的气体组成靠呼吸作用或预充混合气体来产生。,MA,包装气调，MAP(ModifiedAtmospherePackaging)。通过用具有适合气体交换特性的包装材料，来实现气体控制作用。活性MA(ActiveMA):指通过人为一次性调节气体组成浓度或在系统内部加入O2、CO2或C2H4吸收剂来调节气体组成浓度，使系统维持一定的浓度水平，达到延长产品寿命的目的。,MA,自发MA(GenerativeMA)是对果蔬产品而言的，它是指利用果蔬本身的呼吸作用消耗O2，呼出CO2，使系统内部O2浓度降低，CO2浓度升高，抑制果蔬的呼吸作用及乙烯产生，达到延缓果蔬成熟衰老的目的。自发MA与活性MA的根本区别在于系统内部气体浓度达到平衡时所需的时间长短不一样。,二、历史,最早是1821年法国的JBernard。他做的实验结果使他赢得了法国科学院物理大奖。可是这成果却没能运用到商业中去。l918年，Kidd和West在剑桥开始了这方面研究。1927年，Kidd&West首先称改变贮藏物周围气体混合物组成的技术为“气体贮藏”。英国的第一例商业气调贮藏是SMount在1929年完成的，应用在苹果上，用l0二氧化碳。1934年，这技术被带到北美。,历史,1938年，英国建起了大型商业气调保鲜库，用来贮藏苹果、香橙、柑桔等水果。40年代，Phillips将气体贮藏概念更名为现在广泛使用的气调贮藏概念。改用术语“气调(ControlAtmosphere)”。50年代后，有关气调的研究开始在各国逐步出现。60年代后逐步建立气调库。气调贮藏由水果发展到蔬菜。,历史,1971年，澳大利亚开始做了绿香蕉的气调贮藏实验，然而直到90年代初，气调条件下香蕉运输才开始采用这一成果。1974年，波兰发表了关于洋葱气调贮藏的研究，但直到1994年才把洋葱气调贮藏成果用于商业上。1977年，荷兰的开始用气调研究荷兰白甘蓝的贮藏，这工作很成功。现在许多国家才开始把气调作为一项适用技术而广泛用于甘蓝的贮藏80年代后，气调贮藏迅速发展到肉类、水产品、焙烤食品等。70年代末80年代初，中国在北京、广东建立了气调库，用来贮藏水果。,三、气调保鲜的应用,（一）果蔬气调保鲜：果蔬产品既可用CA技术，也可用MA技术，前者主要用于长期贮藏，后者用于短期贮藏及长途运输。切割蔬菜，使用MA保鲜。（二）肉类气调保鲜：主要是为了抑制微生物的腐败作用。一般鲜肉货架寿命在14只有24小时，而在75%O2+25%CO2环境中时货架寿命可达120144小时。,气调包装常用的气体有三种：（1）CO2抑制细菌和真菌的生长，尤其是细菌繁殖的早期，也能抑制酶的活性，在低温和25%浓度时抑菌效果更佳，并具有水溶性。（2）氧气作用是维持氧合肌红蛋白，使肉色鲜艳，并能抑制厌氧细菌。（3）氮气是一种惰性填充气体，氮气不影响肉的色泽，能防止氧化酸败、霉菌的生长和寄生虫害。,新鲜水产品气调包装混合气体组成有两种：一种是CO2和N2两种气体组成；一种是O2、CO2和N23种气体组成。推荐少脂鱼类和贝类气调包装的气体混合配比采用：40%CO2、30%O2、30%N2；多脂鱼类采用60%CO2、40%N2；澳大利亚专利采用氩取代氮以取得更佳的抑菌效果和化学指标，推荐海水鱼和虾贝类采用气体混合配比50%68%CO2、50%20%O2、27%45%Ar。,国外CO2浓度应用范围在40%100%，根据国内研究试验，混合气体中CO2浓度范围60%80%，可得到最佳的抑菌和质量效果。此外，国内的试验表明，新鲜水产品气调包装的混合气体采用O2、CO2、N2组成要比只有CO2、N2组成的混合气体抑菌效果好，O2浓度范围在10%30%内。,气调保鲜的应用,（三）焙烤类气调保鲜：高浓度的CO2可以抑制微生物的生长（主要是霉菌），延缓发霉时间。月饼用吸氧剂保鲜，保质期仅15天，而气调包装可延长其保质期8倍。充气还可以防止食品之间的挤压碰撞，维持较好的外观形状。英国面粉和焙烤食品研究协会研究了各种浓度CO2气调包装面包和蛋糕贮藏在2127的无霉菌货架期。试验证明，面包和蛋糕的货架期随着CO2浓度(060%)的增加而增加，低温贮藏效果更好。充氮包装(包装内有1%O2)与99%CO2、1%O2的气调包装相比较，前者5d后就有霉菌繁殖，后者的无霉菌货架期可达100d。,低水分活度的产品比高水分活度的产品如烤饼、水果馅饼和面包的无霉菌货架期长，尤其是在80%100%的CO2浓度。相对湿度降低时，对货架期的影响是霉菌的种类而不是增加CO2浓度的效果。在确定某种焙烤食品的气体混合配比时，不能简单地仅靠试验，还要系统地研究影响货架期的各种因素。如果采用的气体混合配比合适，气调包装的焙烤食品在室温时的货架期可达3周到3个月。,表5月饼和纸杯蛋糕的水分活度和气调包装的货架期(2530),（四）其它制品气调保鲜：米、面之类的谷物食品MA保鲜。70年代，美国率先将气调技术扩展到粮食的贮藏。采用气调贮藏不仅能延缓粮食的后熟，而且可以有效地控制贮藏环境中的相对湿度，以防因水分超标使谷物发生霉烂。在美国已建立起上万吨的粮食气调库，库内的气体成分因谷物的品种而异。这些气调库可以用来存放大豆、小豆、小麦等。在日本，人们利用有透气性的尼龙袋来保存米谷。向袋内充进CO2气体后马上加以密封，约两小时后，袋内的气体被米谷吸收，袋体变为真空包装那样，这时谷物进入冬眠状态，可以达到长期保鲜的效果。需要食用时，打开袋子米谷又回到大气中，此时被米谷吸收的CO2立即释放出来，米谷恢复常态，还原如鲜。,我国80年代开始引进粮食气调贮藏技术，一些粮库采用塑料大帐作为气密袋，向塑料大帐充氮气，同时在贮藏期内保持一定浓度的O2。这种简易气调贮藏取得了一定的成效。它的优点是塑料袋价格便宜，运转费用低。但操作中易把塑料袋弄破，气密性受到破坏，帐内的气体浓度达不到要求，从而影响了贮藏的效果。随着我国经济技术的发展，建造大容量、贮藏期限长、保鲜效果好的粮食气调库将为时不远。,贮藏熟食品多采用CO2，如面包、蛋糕、烧麦、饺子等。如果使用氮气，必须用浓度99.9以上的氮气才能卓有成效。若氮气的浓度只有90，结果只会跟一般充气包装一样，保存期不长。至于仅仅为了阻止氧化，使用CO2和N2两者效果相同。例如当气体填充率为99时，食品的酸值、过氧化物、维生素A和C等，在六个月中两者都没多大的差别，感官测定也一样。CO2能成功地抑制丝状霉菌，这对面包、蛋糕的贮藏十分重要。贮藏环境中的CO2浓度越高，贮藏期也越长。当CO2浓度为60时，贮藏期比一般贮藏提高200。,气调贮藏熟食品，必须选择无毒塑料膜。透气性的好坏同样能影响贮藏期。实验表明，即使充进同样浓度的CO2，使用低密度的聚乙烯薄膜，其贮藏期只有高密度薄膜的十分之一。,切花的气调贮藏早在30年代，就开始试验切花气调贮藏的可能性，发现月季切花在310温度下贮于含有530CO2浓度的气体中10天，可延长瓶插寿命。水仙花在100的氮气中贮藏获得了很好的效果，在4的气体中贮放1425天后，切花瓶插寿命延长80100。这些结果已被多次试验所证实。由于切花的贮藏期和贮藏效果与温度、湿度、呼吸强度以及乙烯浓度有直接关系，这些贮藏因素正是切花与果蔬的相似之处，而气调贮藏正是可以人为控制以上因素的有效手段，所以应该讲，气调技术是切花贮藏的又一实用新技术。但由于社会文明程度和人们生活水平的限制，切花的气调贮藏在国外刚刚开始发展，我国还处于尝试阶段。,农副土产品和药材的气调贮藏随着商品经济的发展，人们越来越注重商品的价值。开展气调贮藏研究，使更多的农副土特产品和药材做到季产年销、常年保持新鲜是气调贮藏研究工作者的新的课题。近几年来，不少地区开展了名贵药材的气调贮藏保鲜研究。东北珍贵人参的气调贮藏，已取得了令人满意的效果。采用特制的保鲜膜、降低贮藏环境中氧的浓度、保持适当的相对湿度，人参的保鲜期比过去延长12倍。气调贮藏保鲜的人参，卖价高出普通保存人参的三分之一。另外对一些易生虫、易氧化的名贵药材，降低贮藏环境中氧的含量，可以有效的保持药材的药用价值。,我国的椒干在国际市场上享有盛誉，但椒干过夏会生虫，贮藏环境中湿度太高会引起商品腐烂。如采用气调贮藏，将库内的氧含量降到2，则可以避免虫害。至于库内的相对湿度，也可采用机械控制。花生、核桃仁、蓖麻籽等油料作物，一过夏天免不了出油甚至变味；库内太潮还会造成商品发霉、产生黄曲霉，对人身体健康危害很大。国外正积极从事气调贮藏研究。我国还缺乏这些商品的专门贮藏研究。迅速加强这方面的气调贮藏研究，具有极大的经济意义，应当引起更多的关注和支持。,文物的气调贮藏保存好古代文物是全人类的一件大事。我国历史悠久，古文物遍及全国各地，除已挖掘出来的以外，还有大量的文物因为难以保存，至今还只好埋于地下。出土的大量文物也因缺乏先进的保存技术而风化毁坏。西欧，尤其是法国、意大利，十多年前就成功地将气调贮藏技术用于文物保存。由于贮藏环境中低氧、低湿，文物的风化程度大大降低，这种风化包括色泽的退化、纺织纤维的风化、金属的氧化、有机物细胞的氧化等。同时干燥的环境能保持文物不易发霉、各部分之间粘结强度不会下降。现在我国已有少数文物进行气调贮藏，但大量文物亟待改善保存办法。发展文物气调保存技术迫在眉睫。,第二节气调的原理和技术,一、果蔬气调贮藏保鲜的原理（一）延缓果蔬的成熟和衰老。（二）减轻生理病害冷害。气调贮藏可以减轻冷害是因为排除了组织内积累的乙醛，乙醇等对组织有毒物质。（三）抑制微生物的作用。高浓度CO2对大多数微生物都有抑制作用，且大多数的腐败微生物都是好氧的。（四）抑制或延缓其它影响食品品质下降的不良化学变化过程。焙烤食品的油脂氧化，酶促褐变都依赖于氧的存在。,二、气调的技术方法,（一）目前生产上常用的气调方法有四种：MA：塑料薄膜帐气调、硅窗气调；CA：催化燃烧降氧气调、充氮气降氧气调。（二）气调中除了调气外，还需要特殊技术：主要是除去乙烯，目前国际上比较流行乙烯脱除洗涤器和乙烯催化脱除器。在气调和冷藏中均有必要脱除乙烯。另外也常用其它化学处理，来防腐和防生理病。,第三节气调库,一、工业化气调贮藏的发展：进入20世纪60年代以来，欧美各发达国家大力普及气调贮藏技术。二、气调设备：1）库体和门（隔热隔气耐一定压力）2）压力平衡设备3）制冷设备4）制氮机或脱氧机5）二氧化碳吸附机6）除乙烯机7）加湿器8）电脑自动控制系统9）氧和二氧化碳分析测试仪。,（一）贮藏室,贮藏室包括：1、气密门，2、观察窗，3、安全阀，4、调气袋。在英国，一般苹果贮藏室容量在50200t之间；在欧洲大陆，容量约为200t，而蔬菜在200-500t之间；在北美容量在600t左右。,图6-5气调库的构造示意图a气密筒b气密孔c观察窗1.气密门2.CO2吸收装置3.加热装置4.冷气出口5.冷风管6.呼吸袋7.气体分析装置8.冷风机9.N2发生器10.空气净化器,（二）典型的降氧设备,1、氧气转化器：它属于催化燃烧类装置。丙烷与库内气体通过热交换器预热至燃点温度(300左右)，在催化剂的作用下进行无焰燃烧。2、碳分子筛制氮机：这是目前国内主要的降氧设备。分子筛对氧、氮的吸附率存在差异，直径较小的氧分子的扩散速度较快，而直径较大的氮分子扩散速度较慢。两者相差400倍，氧分子被分子筛大量吸附。只要选择最佳的吸附时间进行切换，就可以获得源源不断的富氮。碳分子制氧机的吸附压力，一般控制在0.3MPa。,典型的降氧设备,3、中空纤维制氮机：中空纤维膜的材料有聚砜、乙基纤维素、三醋酸纤维素、磺化聚砜以及聚硅氧烷聚砜复合膜等。原理是：根据气体对膜的渗透系数不同，氧气渗透系数大是快气，氮气渗透系数小是慢气。压缩空气的压力(表压)一般限制在1MPa之内。,（三）降二氧化碳设备,1、吸收装置（）消石灰吸收装置：在库内更换困难，且开门更换，会引起库内气体成分波动。对人的皮肤有腐蚀作用。仅在小型库有使用。（）水吸收装置：体积庞大，在低二氧化碳浓度条件下吸收效果较差，很少使用。（）碱溶液吸收：这种装置在气调库的发展过程中，起过重要作用。但现已较少采用。,降二氧化碳设备,（）乙醇胺吸收装置：三乙醇胺水溶液呈碱性反应，并能自空气中吸收二氧化碳，不能与水蒸汽一同挥发。后来，又改用二乙醇胺，其吸收功效更为显著。最大缺点是对普通钢材和钢材有腐蚀作用。（）碳酸钾吸收装置：碳酸钾与二氧化碳反应，生成碳酸氢钾。可在常温下用空气再生。无毒、无气味，且在正常工作温度下对普通钢材无腐蚀作用。得到普遍应用。,降二氧化碳设备,2、吸附装置二氧化碳吸附剂有分子筛、硅胶、活性炭等。气调库二氧化碳吸附装置常用活性炭。气调贮藏所采用的活性炭，是一种经特殊浸渍处理过的活性炭，可用空气在一般温度下再生，而且再生后滞留在多孔结构空隙中的氧气很少。硅胶和分子筛尽管也能吸附二氧化碳，但由于它们对吸附和再生的温度和压力要求较为苛刻，因而在气调贮藏中很少采用。,（四）硅橡胶袋气调装置,1、硅橡胶袋气调装置是法国发明的，已在法国的气调库中得到广泛应用。采用该装置的气调库，不用另设降氧和脱除二氧化碳的装置，是依靠水果的呼吸耗氧，即自然降氧；待库内二氧化碳浓度上升到某一浓度值后，才启用该装置。该装置中唯一的机电设备，是一个普通的封闭式风机。,硅橡胶袋气调装置,2、硅橡胶袋气调装置：硅橡胶（聚二甲基硅氧烷基硅酮橡胶，三甲基硅橡胶透气性更好）做成袋。装上微压计；加气阀（当库内缺氧时，给库内加氧用）；调节阀（根据库内二氧化碳的过量浓度大小，调整袋投入运行的数量）。硅橡胶袋气调装置安装在库外。问题：从开始气调到气体成分达到规定值时所需的时间较长，从开始至达到规定指标总共所需要的时间，比快速降氧方式要多20天左右。,（五）除乙烯装置,用吸附剂虽能吸附乙烯，因库内乙烯浓度太低，实践证明吸附效果不大。清除乙烯的最简单办法是用高锰酸钾氧化，通常称为化学除乙烯法。可将高锰酸钾溶液浸泡多孔材料，如碎砖块，然后将吸收高锰酸钾溶液材料，直接放入库内。也可以采用活性氧化铝作为载体，吸收高锰酸钾，然后采用像前述的消石灰吸收二氧化碳的闭式循环系统清除乙烯。化学除乙烯法虽简单，但存在除乙烯效率低，并经常更换多孔载体材料等缺陷。,