生物环境工程7果蔬贮藏环境调控

1、果蔬贮藏保鲜的环境条件与设施类型2、通风贮藏库的环境调控3、机械制冷原理、设备与系统4、冷藏库制冷系统设计5、果蔬的气调库贮藏第七章果蔬贮藏环境调控第一节果蔬贮藏保鲜的环境条件与设施类型果蔬贮藏保鲜环境是由果蔬采后的生理特性所要求的温度、湿度、气体条件及光照、振动等物理、化学因素组成的有机整体。一、果蔬贮藏保鲜的环境条件（一）温度条件1．温度对果蔬成熟和衰老的影响温度是果蔬贮藏环境中最重要的因素，温度对果蔬成熟和衰老的影响，首先表现在对果蔬呼吸代谢速率的影响。据测定，温度每升高10℃，呼吸代谢的速率将增大1倍左右。可以用温度系数Q10来表示温度对果蔬呼吸代谢速率影响的大小，其定义为：)/(10)/(121210ttRRQ根据果蔬的种类、品种和所处温度范围的不同Q10有差异。大量研究证实，对于跃变型果实，温度越高呼吸强度越大，呼吸高峰出现的时期越早。呼吸高峰之后，果实的色泽、风味、硬度等指标达到最佳食用品质，随后便进入衰老阶段。非跃变型果蔬不出现呼吸高峰，但随温度升高，呼吸强度加大，更多地消耗果蔬中积累的有机营养成份，不利于贮藏保鲜。在一定范围内果蔬的呼吸强度随着温度的降低而减弱，延迟呼吸高峰的出现，推迟了衰老期，从而延长了贮藏期。贮藏温度发生波动也会引起呼吸强度的增加而影响贮藏寿命。贮藏温度的经常波动还会导致空气中的水分在果蔬表面结成水珠，这就容易导致霉菌的生长繁殖而导致腐烂的发生。低温贮藏可以抑制病原微生物的生长。乙烯对大部分果实具有催熟作用。当乙烯积累到一定浓度时，即会导致果实的过熟和衰老。而乙烯产生的速度和作用与温度密切相关，果实采收后快速降温（预冷）并维持在一个适宜温度（冷藏），可以抑制乙烯促进衰老的作用。温度是决定水分蒸发快慢的因素之一，在一定的相对湿度下，温度低，水分蒸发慢，可减缓果蔬的萎蔫和衰老过程。2．果蔬贮藏对温度的要求果蔬根据种类、品种、原产地、栽培成熟季节等的不同，最适宜的贮藏温度也不相同。原产于热带、亚热带的果蔬，如香蕉、葡萄柚、橙、柑桔、鳄梨、番茄、菜豆等在温度低于12.5℃的温度下就可能发生生理失调，葡萄柚处在低于10℃的温度下，香蕉处在低于11℃，绿熟期番茄在8℃以下的温度下即会遭受冷害，从而削弱了果实抗病性，缩短了贮藏时间。原产于温带、亚温带的果蔬如苹果、白梨、大白菜、蒜苔、菠菜等对0℃左右的低温有较强的耐受力，适宜在较低温度中贮藏。同一种类不同品种的水果、蔬菜最适宜的贮藏温度也不尽相同。如甘薯中的泽黄西品种比波多利哥品种冷敏性强。品种间的冷敏性差异还与栽培地区气候条件有关，温暖地区栽培的产品比冷凉地区栽培的产品对冷更敏感，夏季生长的比秋季生长的冷敏性高。另外，水果和蔬菜的成熟度也是确定适宜贮藏温度的考虑因素。蔬菜种类温度℃相对湿度%气体组成%贮藏期dO2CO2其它苹果085～902～43～5207～230香蕉1290～952～33～530蕉柑60天前15～2860天后5～68010～153～5N293左右160梨-1～090～952～31240胡萝卜090～956～810216番茄10～1285～902～3560菠菜-1～09510～186120青椒7～990～952～32～560部分果蔬的气调贮藏条件（二）湿度条件1．湿度对果蔬贮藏的影响新鲜水果和蔬菜的含水量高达85%～96%。产品采后的蒸腾作用引起组织失水萎蔫，造成失鲜、失重，严重的能破坏果蔬正常代谢过程，使组织内水解过程加快，细胞膨压下降造成机械结构特性改变，必然影响果蔬的耐贮性和抗病性。一般果蔬损失其原有重量5%的水分时，就明显呈萎蔫状态。因此，在果蔬贮运过程中防止水分蒸发是非常重要的。果蔬的种类、品种、果型大小、形态结构、化学成分等是影响水分蒸发的内在因素。贮藏环境中空气流动速度、温度和相对湿度（RH）是影响果蔬失水的外界因素。2．果蔬贮藏对湿度的要求和调控果蔬细胞中含水量很高，由于渗透压作用，大部分游离水容易蒸发，小部分结合水不易蒸发。因为果蔬的水中溶解了不同的溶质，果蔬内部的相对湿度（RH）小于100%。所以，新鲜果蔬不能使周围空气的含水量达到饱和，大部分果蔬与环境空气达到平衡的相对湿度为97%。果蔬贮藏中水分的散发量S与各环境因素的相互关系可以用式表示：xab(1/100)/()g/sSGRHTMM各种果蔬的Ma值不同，如桃的Ma=600s/m左右，李的Ma=2300s/m。而Mb值主要取决于贮藏环境的风速，风速小Mb值大。（三）气体条件1．O2、CO2对果蔬生理活动的影响在一定的温度下，通过调节贮藏环境的气体成分可以达到比单纯冷藏更好的贮藏效果。较低的O2和较多的CO2能有效地抑制果蔬的呼吸代谢速度，延缓成熟、衰老过程。同时，对某些病原微生物的生长发育也有显著的抑制作用。低O2对果蔬的生理活动影响主要表现在：①降低呼吸强度和有机营养物质的氧化；②减少和控制乙烯的产生，阻延成熟、衰老过程；③抑制果蔬体内叶绿素的降解；④降低抗坏血酸的损失和不溶性果胶化合物的水解速度；⑤改变了不饱和脂肪酸的比例。因为CO2会溶解于细胞中或与某些成分结合，贮藏环境中保持较高的CO2浓度，会对细胞产生一定的生理影响：①降低导致成熟的合成反应（如蛋白质、色素的合成）；②抑制某些酶的活动；③减少挥发性物质的产生；④干扰有机酸的代谢，导致琥珀酸的积累；⑤减弱果胶物质的水解；⑥抑制叶绿素的合成和果实的脱绿，特别是早采果实的脱绿；⑦改变各种糖的比例。2．果蔬贮藏保鲜对O2、CO2的要求水果、蔬菜采后贮藏中要进行呼吸代谢来维持其正常的生命活动，保持生鲜状态。呼吸作用吸入O2放出CO2，消耗其体内储存的有机营养物质，伴随着呼吸代谢机体产生微量乙烯等物质加快成熟和衰老进程。所以，控制环境中O2供给量，减弱果蔬的呼吸作用，又不致过分缺O2造成无氧呼吸，不但可以减少果蔬有机营养物质的消耗，保持其正常的生命代谢，还能延缓成熟衰老的时间。环境中O2及CO2的浓度调节不当，容易引起无氧呼吸，严重时造成低氧过高CO2的伤害，使果蔬表皮组织局部塌陷、褐变、软化、不能正常成熟，产生酒精味和异味。产品种类、品种或贮藏温度不同时，造成伤害的O2的临界浓度可能不同。1%～3%的O2浓度一般是安全浓度。据研究，当果蔬周围的O2浓度为1%～3%时，细胞中溶解的O2浓度可达到5×10-6mol/L时，细胞色素C能够得到所利用的大部分O2，可维持正常的呼吸。各种果蔬对CO2的敏感性差异很大，结球莴苣在浓度为1%～2%CO2中短时间就可受害，而青菜花、洋葱、蒜苔等短时期内CO2浓度超过10%也不致受害。3.乙烯对果蔬生理活动的影响乙烯在常温常压下呈气态，是一种调节生长发育和成熟衰老的植物激素。所有果实在发育期间都会产生微量乙烯。乙烯有促进果实成熟和衰老的作用，可以促进未成熟跃变型果实呼吸高峰提早出现，引起相应的成熟变化，在跃变型果实成熟以前，一旦经外源乙烯处理，果实内源乙烯便有自动催化作用，加速果实成熟，但乙烯浓度的大小对呼吸高峰的峰值没有影响。而对非跃变型果实进行外源乙烯处理时，在一定的浓度范围内，乙烯浓度与呼吸强度呈正比，而且在果实的整个发育过程中每施用一次乙烯都会有一个呼吸高峰出现。乙烯还可以加快叶绿素的分解，使果蔬由绿变黄，促进衰老和品质下降。例如，用气密性塑料薄膜包装青香蕉，在袋内放置用饱和高锰酸钾处理过的珍珠岩吸收乙烯，可以延缓香蕉成熟。乙烯还会促进植物器官的脱落及食用部分质地变化、硬度下降、嫩茎变老，造成大白菜、甘蓝等叶菜类蔬菜脱叶、脱帮。可见，果蔬贮藏环境中，及时排除产品产生的内源乙烯对延长贮藏时间，提高贮藏质量具有十分重要的意义二、果蔬贮藏保鲜方式果蔬的贮藏保鲜方式，按温度调控手段的不同，可分为自然冷却贮藏和人工冷却贮藏两种。自然冷却贮藏利用自然条件进行降温贮藏，如沟藏、窖藏、通风库贮藏等，人工冷却贮藏则利用机械制冷达到降温贮藏的目的，如冷藏库、气调库贮藏等。按气体成分的不同，可分为常态气体贮藏、自发气调贮藏（MA）和人工气调贮藏（CA）等。（一）简易贮藏简易贮藏是利用气候的寒暑变化和土壤层温度变化平稳缓慢的自然特性，在土壤中开沟挖窖来进行贮藏的方式，包括沟藏、窖藏等。山东烟台的苹果贮藏沟、四川的吊金窖、西北黄土高原的窑藏等都是简易贮藏的示例。（二）通风库贮藏通风贮藏库是有较好隔热性能的永久性建筑，它利用库内外温度的差异和昼夜温度变化，以灵活的通风系统调节、维持库内温度。（三）机械冷藏机械冷藏是在有良好隔热性能的库房中装置冷冻机械设备，通过压缩机制冷等人工调控措施，控制库内的温度、湿度等环境条件。由于机械冷藏库的应用，使许多水果和蔬菜得以较长期贮藏和长途运输，实现不分寒暑、周年贮藏水果蔬菜，尤其是在温暖的南方更具有广泛的应用价值。四）气调贮藏气调贮藏是人为地调节或利用贮藏物自身呼吸作用来调节贮藏环境中O2、CO2的含量，降低贮藏物的代谢作用速度和乙烯产生，抑制微生物的活动，而达到延缓贮藏物衰老、败坏，延长贮藏时间提高保鲜质量的贮藏方式。（五）减压贮藏减压贮藏（hypobaricstorage），或称低压贮藏，是蔬菜水果以及其他许多食品保藏的又一个技术创新，是气调冷藏的进一步发展。减压贮藏是把贮藏场所的气压降低，造成一定的真空度，一般降至10.1325kPa（1/10大气压）甚至更低。（六）果蔬运输中的保鲜措施运输中的环境条件和保持果蔬品质的关系十分密切，果蔬在运输中对环境温度、湿度、气体条件的要求与贮藏时相类似。但由于运输是运动状态，果蔬所受振动的影响也较大。一方面容易造成机械伤，同时，振动会刺激呼吸急剧上升，内含物消耗增加，风味下降，加速品质变劣速度。果蔬运输中的保鲜措施涉及采后预冷、分级包装、温度与湿度及气体成分管理、堆码装卸技术、运输工具、道路选择等各个方面。果蔬运输的基本要求是：①缩短运输时间，减少水分、营养物质的损失和不适环境造成的损伤；②采用适宜的包装，轻装轻卸，减少果蔬机械损伤和因机械损伤导致的微生物侵染；③进行温度与湿度、气体条件的管理，防冻防热。目前，发达国家普遍采用冷藏集装箱长途调运果蔬。如果在冷藏集装箱基础上，加设气密层，调节车箱内的气体成分，就是冷藏气调集装箱，比冷藏集装箱的效果更好。但因技术要求及成本较高目前尚未大规模应用。第二节通风贮藏库的环境调控通风贮藏库根据立体布置的不同可分为地上式、半地下式和地下式三种不同形式。可根据地区气候条件和地下水位高低选择采用。地上式是将库体建于地面之上，通风条件较好，但受气温影响较大，对建筑隔热保温要求较高。地下式的库体全部埋于地下，只有库顶露出地面，保温性能较好，但通风性能较差。为了便于温度管理，我国东北适于采用地下式，华北多用半地下式，南方温暖地区宜用地上式。进气口出气口缓冲走廊贮藏室围护结构通风贮藏库的排列方式一、通风系统的设置通风系统是通风贮藏库结构中的重要组成部分。借助通风系统排除果蔬贮藏中呼吸作用产生的呼吸热，使库内维持较低的温度，并调节库内气体成份环境。通风主要是靠冷热空气的对流作用完成的，所以要求设置有足够面积的进气口和出气口，使库内形成冷热空气的顺畅对流，以达到冷却降温的目的。通风贮藏库的通风系统可以根据地区气候条件、风向和风速设置成不同的形式。（一）通风系统的类型1．屋顶烟囱式通风系统屋顶烟囱式通风系统是在通风库顶部每隔一定距离（5～6m）开设一个高出库顶1m以上的烟囱式出气口，排除库内热空气，在库内最低位置即库墙的基部设进气口或导气窗，与库外安置的进气筒连接，导入冷空气。图7-2通风贮藏库的通风设备（右）几排风通的构造（上角为横剖面图）通风贮藏库的通风系统及排气筒（右）的构造（上角为横剖面）A.屋顶烟囱通风B.屋檐小窗通风C.混合式通风D.地道式通风2．屋檐小窗式通风系统屋檐小窗式通风系统是在库墙顶部屋檐处开设小窗（一般沿库的纵向每隔5m左右开设一处）。小窗大小一般为25cm×25cm或35cm×35cm，它同时兼有进气和出气的功能（如图7-2B所示）这种通风系统通风效率较低，适合于入贮时间较晚，呼吸强度较低的果蔬贮藏。3．地道式通风系统地道式通风系统是在