王傳增,董 飛,張雪丹,張 勇,王 丹,辛 力(山東省果樹研究所,山東泰安271000)
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果蔬減壓保鮮貯藏研究進(jìn)展
王傳增,董飛,張雪丹,張勇,王丹,辛力
(山東省果樹研究所,山東泰安271000)
摘要:簡(jiǎn)介了減壓保鮮貯藏理論,并對(duì)減壓保鮮貯藏系統(tǒng)構(gòu)成——密閉的耐壓空間、真空低壓系統(tǒng)、制冷低溫系統(tǒng)、調(diào)節(jié)濕度系統(tǒng)、測(cè)量控制系統(tǒng)等5個(gè)部分做了逐一分析;評(píng)述了減壓貯藏的特點(diǎn),歸納了國(guó)外減壓貯藏保鮮研究進(jìn)展,總結(jié)了國(guó)內(nèi)減壓貯藏保鮮的發(fā)展歷程;分析了近年來(lái)其在果蔬保鮮上應(yīng)用效果,并對(duì)減壓保鮮貯藏研究中的限制性問(wèn)題“耐壓、失水、風(fēng)味變淡”進(jìn)行了探討;指出了今后果蔬減壓貯藏保鮮研究了發(fā)展方向,為減壓貯藏研究提供基本資料。
關(guān)鍵詞:減壓貯藏;系統(tǒng)組成;研究意義
減壓保鮮又稱低壓保鮮、真空保鮮,是利用減小密閉貯藏空間大氣壓力達(dá)到水果、蔬菜等名優(yōu)特產(chǎn)品保鮮的目的,可迅速達(dá)到低氧或超低氧的效果,起到氣調(diào)貯藏相同或增強(qiáng)的效果,它是貯藏保鮮技術(shù)比較新的研究和發(fā)展領(lǐng)域。
減壓保鮮貯藏是將物品放在一個(gè)密閉冷卻的耐壓容器內(nèi),用真空泵抽氣,使之保持相對(duì)于大氣壓較低的壓力。實(shí)際應(yīng)用中,新鮮空氣可通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器、加濕器,帶著近似飽和的濕度進(jìn)入密閉容器內(nèi)。真空泵不斷地工作,維持容器內(nèi)的低壓狀態(tài)。使得密閉容器壓力減小同時(shí),也帶出了貯藏產(chǎn)品的田間熱、呼吸熱以及乙烯、乙醛、二氧化碳等次生代謝產(chǎn)物,使果蔬產(chǎn)品在此密閉空間內(nèi)長(zhǎng)期保持良好商品性狀。果蔬產(chǎn)品不僅貯藏期比一般冷庫(kù)延長(zhǎng)數(shù)倍,保鮮指數(shù)大大提高,而且出庫(kù)后貨架期也明顯延長(zhǎng)。
減壓貯藏是一種新的保鮮方法,它集成了真空速冷、氣調(diào)貯藏、低溫保存和減壓技術(shù)于一體。一般認(rèn)為減壓保鮮分為2個(gè)步驟。首先為減壓、冷卻,即冷藏產(chǎn)品首先在減壓低溫環(huán)境中充分降溫,果蔬等貯藏品與環(huán)境充分進(jìn)行熱量、濕度、水分等交換,溫度迅速降低;其次為負(fù)壓保持過(guò)程,此過(guò)程中貯藏品溫、環(huán)境溫濕度等與密閉空間交換后基本恒定,貯藏品在此低溫、負(fù)壓環(huán)境下保鮮貯藏。在此密閉環(huán)境中,由于進(jìn)行了充分的交換,其氣體成分如氧氣、二氧化碳等相對(duì)含量相應(yīng)大幅降低,貯藏產(chǎn)品呼吸強(qiáng)度大大降低,抑制了乙稀代謝強(qiáng)度,減少胡蘿卜素、蕃茄紅素合成和糖分增加與酸的消耗,大大延長(zhǎng)了果蔬產(chǎn)品的儲(chǔ)藏保鮮時(shí)間。
減壓保鮮貯藏的2個(gè)階段決定了減壓貯藏的系統(tǒng)構(gòu)成,由密閉的耐壓空間、真空低壓系統(tǒng)、制冷低溫系統(tǒng)、調(diào)節(jié)濕度系統(tǒng)、測(cè)量控制系統(tǒng)等5個(gè)部分組成。圖1所示為一般貯藏裝置的構(gòu)造示意圖。

圖1 減壓貯藏構(gòu)造示意圖
2.1密閉的耐壓空間
密閉的耐壓空間即減壓貯藏罐體內(nèi)部的密閉空間,其耐壓性對(duì)罐體制作材料的強(qiáng)度和密閉性有一定要求。
2.2真空低壓系統(tǒng)
真空低壓系統(tǒng)是維持減壓貯藏保鮮效果最重要的組成成分,其工作時(shí)維持密閉的耐壓空間內(nèi)的壓力低于大氣壓的狀態(tài)。在減壓冷卻階段,減壓貯藏所需的低壓條件必須由真空系統(tǒng)及其裝置來(lái)完成;另外在負(fù)壓貯藏保鮮階段,密閉的耐壓空間會(huì)由于貯藏產(chǎn)品揮發(fā)、裝備密封性差等因素造成壓力變化,使得壓力超出設(shè)定范圍,為及時(shí)恢復(fù)到設(shè)定壓力范圍內(nèi)也需要真空裝置及時(shí)抽空排氣。減壓保鮮裝置的真空低壓系統(tǒng)裝置聯(lián)通在耐壓的密閉空間上,主要包含真空泵、壓力檢測(cè)儀表和壓力閥門、管道等。
2.3制冷低溫系統(tǒng)
常規(guī)貯藏裝置必不可少的是制冷裝置,其是維持果蔬等貯藏產(chǎn)品商品性狀必要條件,也是減壓保鮮貯藏的必要條件。制冷低溫系統(tǒng)是由制冷機(jī)組、蒸發(fā)器及管道等相互連通的循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)密閉空間內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度范圍時(shí),制冷機(jī)組工作,蒸發(fā)器將冷量交換到密閉空間內(nèi)空氣,同時(shí)將密閉空間內(nèi)熱量帶出,當(dāng)密閉空間內(nèi)溫度下降到設(shè)定范圍內(nèi),停止工作。空間內(nèi)熱量來(lái)自果蔬產(chǎn)品田間熱、呼吸熱及交換的空氣的熱量,以及空間外熱量通過(guò)墻體、管道的熱傳遞到空間內(nèi)部。制冷低溫系統(tǒng)主要是減少空間內(nèi)熱量,維持空間內(nèi)溫度在設(shè)定的范圍。
2.4調(diào)節(jié)濕度系統(tǒng)
在減壓貯藏條件下,其密閉空間內(nèi)壓力為負(fù)壓,果蔬等貯藏產(chǎn)品易失水失重,商品性如外觀色澤、風(fēng)味品質(zhì)變差,價(jià)值降低;外觀形狀變化的同時(shí)其生理上也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)激機(jī)制,促使果蔬加速衰老,嚴(yán)重影響貯藏期。鑒于此,在減壓貯藏保鮮裝置中,加裝濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以維持空間內(nèi)較高濕度,保證貯藏產(chǎn)品維持良好的商品品質(zhì)。
2.5測(cè)量控制系統(tǒng)
在減壓貯藏條件下,整個(gè)系統(tǒng)要維持設(shè)定范圍內(nèi)的溫度、壓力,使得貯藏產(chǎn)品不因環(huán)境因素變動(dòng)較大而造成貯藏效果影響,特別是在貯藏產(chǎn)品的近冰點(diǎn)或冷害溫度范圍區(qū)間造成凍傷或者冷害,整個(gè)系統(tǒng)需要一個(gè)穩(wěn)定的測(cè)量控制系統(tǒng)來(lái)維持正常高效運(yùn)轉(zhuǎn)。測(cè)量模塊主要是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)密閉空間的溫度、果溫、壓力、濕度以及各種電器元件的電流、電壓等;控制模塊進(jìn)行設(shè)定各因素的范圍與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比,控制相應(yīng)元件的開啟或關(guān)閉。
減壓保鮮貯藏是在常規(guī)低溫冷藏基礎(chǔ)上加氣壓調(diào)節(jié)發(fā)展而來(lái)的,與氣調(diào)貯藏技術(shù)有相似的效果,即它是將常壓冷藏下同等程度改變密閉空間內(nèi)氣體成分(即抽氣降壓)結(jié)合而成,能夠通過(guò)調(diào)節(jié)壓力來(lái)精確調(diào)節(jié)密閉空間內(nèi)氣體成分含量。
3.1達(dá)到低O2和超低O2效果
貯藏產(chǎn)品放置到密閉空間即冷藏艙內(nèi),機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)容器內(nèi)壓力降低。環(huán)境中各種氣體組分的比例不變,但絕對(duì)含量都相應(yīng)降低。不僅抑制了果蔬產(chǎn)品的有氧呼吸,而且加大了貯藏產(chǎn)品組織內(nèi)部產(chǎn)生、積存的有害氣體成分與外界交換的能力。促進(jìn)果蔬組織內(nèi)有害氣體向外擴(kuò)散,減少其濃度積聚對(duì)組織所造成的傷害。與常規(guī)貯藏技術(shù)相比,可顯著地延緩果蔬產(chǎn)品的成熟衰老,保持優(yōu)質(zhì)的商品品質(zhì),延長(zhǎng)貯藏時(shí)間和貨架期[1]。在實(shí)際操作中如把壓力減小到降至正常氣壓的10%,空間內(nèi)各氣體組成成分的比例保持相對(duì)不變,O2的絕對(duì)量只有正常大氣壓的1.1%。減壓保鮮貯藏能迅速營(yíng)造一個(gè)低O2或超低O2的貯藏環(huán)境,更好地保持貯藏產(chǎn)品商品性。
3.2降低組織內(nèi)揮發(fā)性氣體濃度
減壓保鮮貯藏中環(huán)境中氣體不斷與外界進(jìn)行交換,將貯藏果蔬等產(chǎn)品組織揮發(fā)的乙稀等向外交換,降低組織內(nèi)揮發(fā)性氣體濃度,這也是其優(yōu)于氣調(diào)貯藏的重要方面。如可以迅速減小果蔬釋放乙稀的含量,它是促進(jìn)果實(shí)成熟衰老的一種激素。目前對(duì)‘冬棗’研究表明,低壓下‘冬棗’的乙烯釋放量較普通冷藏下大大減小、效果明顯[2]。桃的減壓貯藏也證明了乙稀釋放速率大大減小[3]。另外,減壓貯藏方式大大減小了揮發(fā)性產(chǎn)物如乙醛、乙醇、α-法尼烯等濃度,因而可以減少由這些物質(zhì)引起的衰老和生理病害的幾率。
3.3減小CO2中毒的幾率,抑制病原微生物的滋生
減壓貯藏保鮮裝置營(yíng)造了一個(gè)低O2、低CO2低密閉環(huán)境,從源頭上消除貯藏果蔬產(chǎn)品因CO2中毒造成不必要的損失。低O2環(huán)境也抑制了病原微生物形成,降低了某些侵染性病害發(fā)生的概率;負(fù)壓也使得某些無(wú)殘毒殺菌氣體快速準(zhǔn)確高效地進(jìn)入果蔬產(chǎn)品組織中,有效克服了高濕與腐爛的問(wèn)題。
4.1國(guó)外減壓貯藏保鮮研究進(jìn)展
1957年美國(guó)Workman和Hummel等研究發(fā)現(xiàn),在冷藏狀態(tài)下給貯藏容器抽成負(fù)壓后果品貯藏效果明顯優(yōu)于低溫保鮮、氣調(diào)保鮮。1963年,伯格建立了第1個(gè)減壓貯藏保鮮設(shè)施,利用此減壓保鮮設(shè)施最先在蕃茄、香蕉、萵苣、芹菜等果蔬產(chǎn)品上進(jìn)行試驗(yàn),盡管所用的減壓程度很輕,但可使幾種果蔬的貯藏期大大延長(zhǎng)。1966年伯格在美國(guó)提出了完整的減壓保鮮理論并獲得美國(guó)專利。之后科學(xué)家們廣泛開展了減壓貯藏的研究,試驗(yàn)范圍和試驗(yàn)學(xué)科領(lǐng)域都迅速擴(kuò)大。研究顯示減壓保鮮不但可延長(zhǎng)果蔬等產(chǎn)品的貯藏壽命,延緩綠色果蔬葉綠素的降解,推遲軟化[4-5],還明顯延長(zhǎng)了花卉、畜禽等易腐產(chǎn)品的貯藏壽命,抑制了微生物的生長(zhǎng)[6-7]。在這項(xiàng)技術(shù)的推廣和實(shí)施過(guò)程中,由于受昂貴的設(shè)備造價(jià)和罐體耐壓?jiǎn)栴},一直停留在實(shí)驗(yàn)室階段,沒(méi)有形成大規(guī)模的商業(yè)化減壓產(chǎn)業(yè)。近年來(lái),隨著氣調(diào)技術(shù)的弊端日益顯現(xiàn),如庫(kù)內(nèi)氣體分布不均勻、溫度下降緩慢等,研究人員開始重新關(guān)注減壓保鮮。相關(guān)研究、商用成果等伯格在2004年的專著中已經(jīng)詳細(xì)述評(píng)[8]。
4.2國(guó)內(nèi)減壓貯藏保鮮研究進(jìn)展
中國(guó)由于多種客觀原因的制約,果蔬保鮮貯藏研究開展較國(guó)外晚。20世紀(jì)60年代在北京設(shè)計(jì)建造了全國(guó)首個(gè)機(jī)械式制冷庫(kù),70年代又建成首座氣調(diào)制冷庫(kù);但果蔬保鮮貯藏技術(shù)和裝備研究進(jìn)展緩慢。至90年代初,科研技術(shù)人員建成了第一座減壓貯藏罐,它是采用了增加罐體界面內(nèi)部抗壓措施,而且使制造成本和罐體自重都大大減小。90年代末建成了世界首座千噸級(jí)減壓貯藏庫(kù),使得國(guó)內(nèi)減壓貯藏保鮮研究進(jìn)入快車道。至21世紀(jì)初,廣大科技工作者分別采用減壓貯藏技術(shù)對(duì)蘋果、梨、桃、黃瓜、茄子等果蔬產(chǎn)品進(jìn)行了試驗(yàn),結(jié)果表明減壓貯藏可大大延長(zhǎng)果蔬的保鮮期,并保持優(yōu)良的商品性。這種設(shè)施總體投資大、工藝要求高,大面積推廣應(yīng)用受到一定限制,多年來(lái)發(fā)展不甚理想。
山東省果樹研究所魯墨森等在1998年提出了一種概念庫(kù),即柔性氣調(diào)庫(kù)(flexible airproof controlled atmosphere cold storage)[9-11],并根據(jù)理念建造了首批示范試驗(yàn)庫(kù)(專利號(hào)ZL01216025.3),該庫(kù)主要具有庫(kù)體柔性調(diào)節(jié)作用起到氣調(diào)保鮮貯藏效果。山東省果樹研究所對(duì)柔性氣調(diào)庫(kù)的氣體調(diào)節(jié)方式做了深入研究,并利用柔性氣調(diào)庫(kù)貯藏保鮮蘋果、梨、山楂和獼猴桃的工藝參數(shù)[12],經(jīng)推廣后應(yīng)用于園藝產(chǎn)品貯藏保鮮,取得了較好效果。該氣調(diào)庫(kù)以庫(kù)體自身的柔性緩解庫(kù)內(nèi)的壓力變化,不需要配置壓力平衡裝置,達(dá)到柔性減壓的目的。2001年山東省果樹研究所魯墨森等[13]設(shè)計(jì)研究的負(fù)壓氣調(diào)庫(kù)(專利號(hào)ZL01216026.1),該庫(kù)集合氣調(diào)和減壓于一體效應(yīng),設(shè)定參數(shù)較單一措施易于達(dá)到,造價(jià)低,尤其是氣調(diào)和減壓的綜合效應(yīng),更有利于提高保鮮效果,為減壓貯藏保鮮領(lǐng)域的可持續(xù)健康發(fā)展提供了參考和努力方向。
此外國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)中心曾研制出體積小、造價(jià)低的小型減壓貯藏裝置,采用此設(shè)備對(duì)多種特色果品進(jìn)行貯藏試驗(yàn),結(jié)果表明貯藏效果良好。2008年連續(xù)抽氣式減壓冷藏庫(kù)在上海研制成功。縱觀國(guó)內(nèi)減壓保鮮貯藏的發(fā)展,這些研究大多停留在科學(xué)試驗(yàn)上,推廣應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)上很少。
延長(zhǎng)貯藏時(shí)間,減壓保鮮貯藏為生鮮園藝產(chǎn)品提供最佳貯藏環(huán)境。在減壓保鮮貯藏條件下,解除真空低壓后,貯藏果品的后熟和衰老過(guò)程在一段時(shí)間內(nèi)仍維持在緩慢的狀態(tài),具有較長(zhǎng)的貨架期,這也為減壓預(yù)冷等方式提供了參考。呼吸作用降低,乙烯的釋放速率減緩,膜脂過(guò)氧化作用得到有效控制,細(xì)胞膜透性的增加受到顯著抑制,果實(shí)硬度的下降受到抑制,果實(shí)的品質(zhì)得到很好地保持,大大延長(zhǎng)了果品的貯藏時(shí)間[3]。
減壓貯藏可以迅速降溫、降氧,快速釋放揮發(fā)性氣體。中國(guó)人口基數(shù)大,對(duì)新鮮水果、蔬菜等產(chǎn)品的需求量十分巨大。近年來(lái),國(guó)內(nèi)果蔬品種、種植面積不斷擴(kuò)大,產(chǎn)量和品質(zhì)也不斷上升,但一直存在重生產(chǎn)、輕采后的習(xí)慣,采后處理比率上,冷鏈保鮮運(yùn)輸發(fā)展緩慢,采后處理分級(jí)程度低下等現(xiàn)象。一些名優(yōu)特果蔬產(chǎn)品存在重冷藏、輕預(yù)冷,儲(chǔ)藏收益率低下,至今不能形成完整的從生產(chǎn)基地到餐桌的冷藏連,不能保證人們對(duì)新鮮果蔬產(chǎn)品的需要和有效、可持續(xù)供給。目前國(guó)內(nèi)在果蔬產(chǎn)品生產(chǎn)上很少有預(yù)冷,多是采收直接進(jìn)入市場(chǎng)銷售造成很大的產(chǎn)能浪費(fèi)。減壓貯藏可迅速抽離果蔬產(chǎn)品的田間熱量,迅速達(dá)到低氧、低二氧化碳,顯著維持果蔬商品性狀和食用品質(zhì)。
多年以來(lái),減壓貯藏保鮮研究存在著“密閉容器制造成本與耐受壓”、“貯藏果蔬失水失重”和“果蔬風(fēng)味品質(zhì)變淡”三大難題,這些問(wèn)題也阻礙著減壓保鮮貯藏理論深層次研究。
實(shí)踐證明,解決好抗壓和成本造價(jià)的矛盾問(wèn)題是減壓貯藏研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問(wèn)題出路。因此多年來(lái),減壓貯藏一致停留在研究階段,產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化開發(fā)也少之又少。國(guó)內(nèi)近年來(lái)有科研單位和相關(guān)公司開展了減壓保鮮貯藏設(shè)備的研究,但多是采用冷庫(kù)內(nèi)加減壓設(shè)備;有的企業(yè)已研制出相關(guān)減壓冷藏試驗(yàn)機(jī)和減壓預(yù)冷機(jī)器,但是還沒(méi)有應(yīng)用在大型冷庫(kù)的減壓保鮮貯藏設(shè)備。
另外,在減壓保鮮貯藏過(guò)程中易造成果蔬失水和果蔬風(fēng)味變淡等現(xiàn)象的出現(xiàn),這也是制約減壓保鮮貯藏發(fā)展的關(guān)鍵因素。在密封容器優(yōu)化設(shè)計(jì)、制冷裝置、減壓裝置和測(cè)量控制系統(tǒng)等方面利用新型材料和現(xiàn)代技術(shù),采用多元復(fù)合型式進(jìn)行果蔬的減壓保鮮技術(shù)研究和創(chuàng)新,更需要加大科研投入、創(chuàng)新途徑和促進(jìn)研發(fā)的不斷深入,促使減壓保鮮貯藏研究跨越式發(fā)展。
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致謝:感謝山東省果樹研究所魯墨森研究員在論文寫作過(guò)程中提供的幫助!
Research Progress on Fruit and Vegetable Decompression Storage
Wang Chuanzeng,Dong Fei,Zhang Xuedan,Zhang Yong,Wang Dan,Xin Li
(Shandong Institute of Pomology,Tai’an 271000,Shandong,China)
Abstract:In order to provide basic information for hypobaric storage,a brief overview of the hypobaric storage theory was made in this paper.In this article,firstly,decompression preservation with storage-confined space pressure,vacuum low-pressure system,cryogenic refrigeration system,the humidity adjusting system and measurement and control systems were analyzed;secondly,the characteristics,the research progress abroad and the development course of the hypobaric storage and its application effect on fruit and vegetable preservation were introduced objectively;thirdly,the restrictive problems in the study of hypobaric storage, such as pressure,dehydration and flavor fades,were discussed;finally,the development direction in the future of the decompression preservation of storage was pointed out.
Key words:Vacuum Preservation Storage;System Components;Significance
收稿日期:2014-03-31,修回日期:2015-01-20。
作者簡(jiǎn)介:第一王傳增,男,1985年出生,山東菏澤人,研究實(shí)習(xí)員,碩士,研究方向主要為果品加工與保鮮工程。
通信地址:271000山東省泰安市泰山區(qū)龍?zhí)堵?6號(hào)山東省果樹研究所,Tel:0538-8261636,E-mail:dazeng123321@163.com。
基金項(xiàng)目:國(guó)家現(xiàn)代梨產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(nycytx-29-31);特色蔬菜產(chǎn)地保質(zhì)貯藏節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)與集成示范(2015BAD19B02);山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系“水果創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)基金”(SDAIT-03-022-11);山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目(2014CXZ04)。
中圖分類號(hào):S609+.3
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A論文編號(hào):2013-1001