果蔬气调包装map数学模型研究现状

《果蔬气调包装map数学模型研究现状》由会员分享，可在线阅读，更多相关《果蔬气调包装map数学模型研究现状（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 1 果蔬气调包装（MAP）数学模型研究现状 盛 娜 刘 晔 （浙江理工大学包装工程系 浙江 杭州 310018） 摘 要：本文对果蔬 MAP 包装的理论研究现状进行了系统的研究和分析。主要 对呼吸模型、包装内外气体交换模型、湿度变化和贮藏寿命预测模型的国内外研 究进展予以阐述，并分析了各个模型的优点和不足。为进一步研究 MAP 包装提 供理论参考。 关键词：果蔬 气调包装 数学模型 Research advances of Mathematical Models for Fruits and Vegetables in Modified Atmosphere Packaging Sheng

2、Na Liu Ye （Department of Packaging Engineering. Zhejiang Science Technology University Hangzhou 310018 China） Abstract: In this papper, studied and analysed the development of mathematical models for fruits and vegetables in modified atmosphere packaging by the numbers. It mainly expounded the respi

3、ration model, gas exchanging model, humility transformation model, forecasting shelf life model. And at the same time it aslo expounded the status quo of the mathematical models in MAP packaging. Further more, analysed the disadvantages and advantages of every model.It provides an academic reference

4、 for further research about fruits and vegetables in modified atmosphere packaging. Key words: fruits and vegetables modified atmosphere packaging mathematical models 引 言 气调包装称 MAP（Modified Atmosphere Packing）或置换气体包装。MAP 是指改变包装产品周围的初始气体组成， 利用包装膜的透气性和果蔬的呼吸作用 来调节气体比例 1 ，使果蔬的呼吸强度降低到最低的代谢水平，而且不出现异 常生命活动

5、，一般来说，O2、CO2、N2等气体按设计好的比例混合，在真空条件 下充入包装内。根据包装产品种类、呼吸类型、质量、尺寸大小充入不同比例的 混合气体。随着贮藏过程中果蔬的呼吸作用温湿度等因素的变化，内部气体成分 逐 作者简介：盛娜 （1982- - ） ，硕士研究生，研究方向：包装材料与工艺。shengnahz2006 编号：E11 2 渐形成一个低氧高二氧化碳系统，果蔬呼吸作用被抑制，以达到延长果蔬贮藏寿 命的目的。MAP 由于其操作简便、成本低、容易推广、效果好等特点被广泛用 于新鲜果蔬包装或半成品保鲜包装。 果蔬气调保鲜效果取决于包装内部环境参数的控制,其受包装产品的呼吸强 度，质量，体

6、积，含水量；包装材料的厚度，气体渗透有效面积，气体的渗透性； 以及包装外部环境的温湿度，各气体组成浓度等因素影响2。大量的研究表明气 调包装内部气体成分变化是一个动态过程，当从包装外部渗透到内部的 O2的量 被果蔬全部吸收,果蔬呼吸作用产生的CO2并全部渗透到包装外部,且二者相等时 就达到平衡。 气调包装中包装材料的渗透性和果蔬自身的呼吸速率是影响气调包 装效果的主要因素。在实际操作过程中，这些因素如何确定成了 MAP 包装设计 中的关键。 MAP 数学模型是 MAP 包装设计的理论依据，本文对国内外已经建立 的果蔬 MAP 呼吸模型、内外气体交换、湿度预测模型、贮藏寿命模型等 MAP 数学模

7、型进行系统深入的分析。以便为 MAP 设计作为理论依据。 1 气调包装数学模型研究现状 国内对气调包装数学模型研究状况尚处于起步阶段，从上个世纪 九十年代我国陆续有学者对该部分内容进行研究， 黄光荣从酶动力学 方程出发，建立草莓的呼吸强度与O2、CO2浓度之间的动力学模型， 并测定了其中系数3。王京海对果蔬的呼吸过程和包装材料透气性的 关系分析从理论上得到采后果蔬 MAP 包装呼吸平衡的数学模型4。 李兴友等根据质量守恒定律和果蔬采后呼吸生理， 推导出薄膜气调的 数学模型，并与现行数学模型进行比较，结果表明 N2的渗透作用对 包装袋内气体浓度影响不可忽略5。卢立新等在果蔬气调包装相对湿 度的预

8、测数学模型和气调包装果蔬贮藏寿命预测模型做了特别深入 的研究，并用樱桃气调包装和香菇气调包装实验进行了验证6,7，并 对微孔包装内外气体交换的理论进行深入研究8。MAP 数学模型的 3 研究已经应用在很多果蔬保鲜研究， 但是由于果蔬本身独特的生理特 征，不可能建立一种通用的数学模型。 国外从 20 世纪 60 年代起，就建立数学模型分析气调包装中的微 气氛动力过程。20 世纪 80 年代后期应用酶动力理论与 Langmuir 吸 收理论建立果蔬呼吸模型以及分子运动理论模型9。国外 MAP 数学 模型研究状况比国内的研究深入，针对 MAP 包装条件不同，建立的 模型更有针对性。国内 MAP 数学

9、模型研究大多是基于国外比较成熟 的理论或实验结论建立起来的。 2 果蔬呼吸理论模型 呼吸模型是以酶动力理论、L a n g m u i r 吸附理论和分子运动理论为基 础的。 2.1 以酶动力理论为基础建立的模型 酶动力理论基础是果蔬的一系列生化反应是在酶催化下发生的。 该模 型大致经历了如下几个过程： 经过 Yang Chinnan Lee 等人的不断完善10,11，在不考虑 CO2 对 O2 的抑制情况下，呼吸速率可以表示 2 2 m m VO R KO = + （1） 式子中： R 果蔬的呼吸速率; O2 包装内部的氧气浓度； C O2 包装 内部的C O2 浓度; Vm 果蔬的最大呼吸

10、速率K m 米氏常数; Kc O2 竞争抑制系 数；K n C O2 反竞争抑制系数。 但该模型片面考虑了O2气对呼吸速率的影响而忽略了C O2对其影响。 P e p p e l e n b o s 把C O2 看作对O2有非竞争抑制作用建立了如下果蔬呼吸速率方程 1 2 ( 假定在有氧呼吸的条件下) 4 () 2 2 1 m mu VO R KCOK = + （2） 式中 C O2 包装内部的C O2 浓度; Ku C O2非竞争抑制系数。 模型假设条件同样也很片面， 在实际情况中C O2对O2竞争抑制作用和反竞争抑制 作用，于是把这两种情况考虑进去有： P e p p e l e n b

11、o s 得出C O2 对O2 的竞争抑制的呼吸速率方程 () 2 22 1 m mc VO R OKCOK = + （3） 以及C O2 对O2 的反竞争抑制的呼吸速率方程 () 2 22 1 m mn VO R OKCOK = + （4） 式中 K c C O2 竞争抑制系数; K n C O2 反竞争抑制系数。 P e p p e l e n b o s 进一步提出C O2对O2同时有竞争与反竞争性抑制作用影响的果蔬呼吸 速率的模型: ()() 2 222 11 m mcn VO R KCOKOCOK = + （5） 该模型不足：只考虑O2 或C O2 浓度随时间或温度变化，没有考虑到O2

12、和C O2 的相互影响及其对呼吸速率的影响。 酶动力学方程并不能很好地描述O 2 的消耗速 率，因为呼吸反应是多种酶参加的系列复杂反应综合，而每一步都依赖于相应的 反应底物。 2.2 以L a n g m u i r 吸附理论为基础建立的模型 L a n g m u i r 吸附理论基础：L a n g m u i r 吸附方程 1 o o abp R ap = + （6） Mankino假定在细胞的氧气消耗过程中,一分子O2 是被吸附在线粒体内膜的细胞 色素C 氧化酶的一个活性部位上,而当细胞色素C 氧化酶与O2 结合的活性部位 接受4 个电子时,氧分子则从活性部位上解吸附下来,形成2 分子

13、H2O13。 M a n k i n o 对上述方程进行修正，加入C O2对呼吸速率的抑制作用，得到 5 2 222 1 o oioco abp R ap a pp = + , （7） 式中 G RTNkT be L h = p0 包装内O2 的分压; b 最大O2 消耗速率; a 方 程系数, a = S KaKd - 1 , S , ka , kd 比例常数。N 果蔬氧气消耗的总活性 部位数, k B o l t z m a n n 常数, L A v o g a d r o 常数, G 为G i b b s 自由能) 。 优点：从表达式可以看出该模型更全面考虑影响气调包装的因素，该方程能

14、很准 确的预测的O2 与C O2 浓度变化。 2 . 3 基于气体分子运动理论的模型 该模型的理论基础是物理化学中的化学反应级数理论 ，果蔬呼出CO2 的量随时 间变化的关系 1 3 ： 2 2 b d CO k dt CO = 22 2 E RT COco b e Rk CO = （8） 式中 b 反应级数, 通常b 在0 1 之间. K 米氏常数；k c o2C O2竞争抑制系 数. 不足： 没有考虑到O2 和C O2 交互作用对呼吸速率的影响, 对C O2 敏感的果蔬更不适 用. 模型的优点是涉及了温度对呼吸速率的影响。考察因素相对全面。 3 包装内外气体交换模型 3 . 1 密封容器包装内外气体交换模型 包装内i组分气体增量等于产品吸收/放出i 组分气体的增量与通过包装材料进入 /透出i组分气体量之和1416。 () 222 2 2 outin ooo o o pAPpdn RWV zdt = （9） () 222 2 2 outin cococo co co pAPpdn RWV zdt =+ （10） 式中 nO 2 , nC O 2包装内O2, C O2 的物质量; PO 2 , PC O 2O2, C O2透过包装材料 的渗透系数; A 包装材料的表面积; z 包装材料的厚度; W 果蔬产品的 6 质量;