“微真空”贮藏设施研制及莱阳梨保鲜试验初探

周莎莎 吴爱现 刘 洁 王世清 姜文利 李文香

(青岛农业大学青岛市现代农业质量与安全工程重点实验室 食品科学与工程学院 青岛 266109)

果蔬组织柔嫩，含水量高，易腐烂变质，不耐储存，采后极易失鲜失重，从而导致品质降低，甚至失去营养价值和商品价值[1]，在国外，果蔬类生鲜食品其水分损失在5% 以上时，就被认为其失去了鲜销的价值。因此，在果蔬的采后流通中十分注重保鲜技术及贮藏设施的应用。现代果蔬保鲜技术始于19 世纪，发展到今天已经历了三次飞跃[2,3]。第一次飞跃的里程碑即机械式冷藏的出现。1851 年澳大亚利詹姆斯—哈里逊设计并制造出世界上第1台小型制冷压缩机及其辅助设备，从此用这种制冷系统建造的机械式冷藏库逐步发展，并用于农产品贮藏[4]。第二次飞跃的里程碑是气调保鲜技术的应用。1917年英国的基德和韦斯特在前人研究的基础上，进一步探讨了大气成分对果蔬生理代谢的影响及其保鲜作用；1928年应用该理论在英国建造了世界上第一座气调库，用于保鲜苹果在商业上取得了成功，随后气调保鲜技术在工业化国家得到广泛应用[4]。第三次飞跃的里程碑则是减压贮藏理论的提出。1966-1967年，斯坦利P.伯格博士(StanleyP.Burg)在美国发明了减压贮藏技术并获得美国专利[5,6]。由于减压贮藏技术具有“快速降氧、快速降压、快速降温”的特点，可在短时间内形成一个低氧或超低氧的贮藏环境，并能及时排除物料的内源乙烯和代谢产生的有害气体，有效降低果蔬呼吸代谢，延长果蔬的保鲜期[7]。因此，20 世纪70年代起，在Burg的倡导下减压贮藏逐步走上了广泛研究的道路。但实践中发现，由于高性能、低造价耐压材料一直没能解决，假若用于果蔬减压贮藏的设施内要维持约3%的低氧状态，此时容器壁所受的压强约为0.9kg/cm2；若是一面2m2的贮藏室壁，届时将承受36吨的压力。要承受如此巨大的压力，要么加大壁厚，要么内部设置支撑，这必将会大大增加贮藏设施的造价，而且使容器变的极为笨重，加之果蔬原料的多样性和复杂性导致保鲜工艺的千差万别，仅靠保鲜工艺的改进难以从根本上解决减压贮藏易造成果蔬失水的难题。这些问题的存在正是减压贮藏技术几十年来难以走出实验室阶段的“瓶颈”所在[8]。

为了克服上述减压贮藏设施的不足，在专利技术(ZL 03 1 06989.4)[9]的基础上研制了一种新型的“微真空”贮藏设施。

1 “微真空”贮藏设施的结构原理及主要组件

1.1 “微真空”贮藏设施的结构原理

研制的“微真空”贮藏设施，融合了材料力学、结构力学、流体力学等全新的设计理念和综合措施，用于解决降氧、排除有害气体和极大地减少容器壁承压力等问题。结构原理如图1所示。

图1 微真空贮藏设施结构原理图Fig.1 Micro-vacuum facility structure principle diagram

图1中，真空贮藏室体7与密封门4构成真空贮藏室。真空贮藏室体7与密封门4之间靠密封条密封。真空贮藏室体7由方型壳体、加强筋9构成。密封门4由带加强筋的焊接门架、防护板、铰链、密封等条构成。真空泵16通过管道与真空贮藏室体7内腔相连通。真空泵设在真空室外，通过管道、阀门与真空室内腔连通，真空表或数字式真空度测控仪及控制装置在控制箱上。压力传感器可以将真空贮藏室内的压力大小向数字式真空压力测控仪发送信息，以便对真空室体7内的压力实施控制。真空压力测控仪可以设定压力的上限和下限值，并适时显示、测量、控制真空贮藏室体7内的压力，当真空贮藏室7内的压力高于上限值(例如18.132kPa)时，启动真空泵开始抽气，达到下限值(例如4.533kPa)时则真空泵停机。压力传感器和真空压力测控仪显示、测量、控制真空室体7内的压力值。温度传感器为多探头手持移动式，可分别放于贮物表面、堆内甚至插入贮物芯部以获得贮物表面、内部以及其芯部的温度。温度传感器给温度测控仪以温度信息，并实时测量、显示。其外形图见图2。

图2 微真空贮藏设施实物图Fig.2 Micro-vacuum facility material object diagram

1.2 “微真空”贮藏设施的主要组件

新研制的微真空贮藏设施主要由真空贮藏室、真空装置、气囊及自动控制装置等组成。

1.2.1 气囊

气囊的设计与选材是重要技术之一。该设施通过在密闭的真空贮藏室内引入一“柔性气囊”(外形图见图3)。柔性气囊是通过一单向阀门与真空贮藏室外界连通，真空泵与真空贮藏室相连，当真空泵启动将贮藏室内的气体抽出的同时，因为贮藏室内外压差，使外界的空气进入气囊，当贮藏室内真空压力达到试验设定的下限时，真空泵停止运行；气囊通过内外压差达到平衡其单向阀门也自动关闭，整个贮藏室即构成密闭贮藏环境。当真空贮藏室的真空压力升至试验设定的上限时，真空泵再次启动，气囊同时会再次充气，直至真空压力再次降至试验设定的下限，达到新的平衡，真空泵停止运行，气囊单向阀关闭，如此循环往复。这样，通过气囊的引入，靠气囊的充气膨胀，填补真空贮藏室内空气量的减少空间，尽管贮藏室内真空压力只有“轻微”下降，氧气的浓度也只有“轻微”的降低，但贮藏室内空气及氧气的总量会大幅度下降。而常规真空贮藏要达到同样的空气和氧气总量，则需要真空压力下降的幅度更大时才能达到。所以，微真空贮藏比常规真空贮藏可大幅度降低真空贮藏室壁的压力，从而使设施的自重及制造成本均大幅度下降。同时柔性气囊充气后还对果蔬起到一定的包装作用，能有效抑制果蔬水分散失，保持果蔬的新鲜状态。气囊选材要求能够耐低温，气密性好，不易被涨破或扎破，并具有良好的食品安全性；其大小与微真空贮藏室相当甚至略大一些。

图3 柔性气囊Fig.3 A fl exibility air sac

1.2.2 真空系统

真空系统是微真空贮藏设施的重要组成部分。在微真贮藏设施运行过程中，贮藏室的真空条件即是依靠真空系统来完成。在贮藏过程中，装置漏气、材料生成气、果蔬中水分蒸发和其它挥发成分的产生都会使贮藏环境压力发生变化，要维持贮藏环境中的压力在一定范围(73.327kPa～113.324 kPa)，必须通过真空系统的正常运行来实现。新研制的微真空贮藏设施的真空系统主要由真空泵、真空阀门、数字式真空压力测控仪、金属或塑料链接管件等构成。对真空系统性能的基本要求与减压贮藏保鲜装置[10]类似，主要是根据保鲜果蔬种类的需要及工艺要求，能在较短时间内达到一定的极限真空和工作真空。极限真空是指系统无漏气时所能达到的最低压力；工作真空是指在具体贮藏过程中所能维持的实际真空压力。

图4 真空泵Fig.4 Vacuum pump

真空泵是真空系统最主要的组成部件。该设施选用的是水循环式真空泵2BV系列，设在真空贮藏室外，真空仪设在控制箱中。其机泵采用同轴式直联设计，节省空间，易于安装；青铜叶轮提高了泵的耐腐蚀性；独特的柔性排气口设计，不会产生过压缩，确保了其性能范围内效率最佳，其外形图见图4。

1.2.3 微真空贮藏室

微真空贮藏室是微真空贮藏设施的主体部件，主要由密封真空箱体和密封门构成。设施的真空箱体采用SUS304优质不锈钢材料，表面拉丝处理，真空箱体采用长方体结构，外缘采用异型方管加强，箱内圆弧形连接，不存在卫生死角，便于清洁。密封门采用平开式铰链结构，开启方便。密封门材料采用高强度通透玻璃，便于物料贮藏过程中的状态观察。为了设施移动便利，采用了人性化设计，加装了底轮。

1.2.4 自动控制系统

图5 控制箱Fig.5 Control cabinet

图6 控制面板Fig.6 Control panel

自动控制系统采用PLC自动化控制，人机界面操作，真空压力、温度实现实时记录，历史数据储存，自动化程度高，其主要组成包括控制箱(见图5)及PLC控制面板(见图6)、真空测控仪、温度测控仪、时间继电器、指示灯、开关等。微真空贮藏室内有三个温度测试探头可以根据贮藏试验的设计与要求放置在不同的位置用于实时测定贮藏环境或物料的温度，及时传递给温度测控仪并进行实时记录；压力传感器为进口TTR211可以将真空贮藏室内的真空压力向数字式真空测控仪发出信息，以便对真空贮藏室内的压力实时调控。真空压力测控仪可以设定压力的上限和下限值，并实时测量、调控、显示真空贮藏室内的压力。

2 莱阳梨微真空贮藏试验结果与分析

试验原料采自青岛农业大学莱阳校区园艺示范果园的莱阳茌梨，挑选大小均匀，成熟度一致，无伤疤，无病虫危害果实，运回后放入青岛农业大学食品科学与工程学院教学实习基地冷库中，在0℃预冷24h，然后放入真空压力为76.66kPa～89.992 kPa的微真空贮藏室内，温度控制在3℃±1℃，以相同温度下的常压冷库贮藏为对照试验进行微真空贮藏试验研究。

2.1 不同贮藏条件对莱阳梨果实感官品质的影响

不同贮藏条件下莱阳梨果实其果皮转色级别、果肉褐变级别及果肉口感分别见表1、表2、表3。

表1 果皮转色级别Tab.1 Peel changing color grade

表2 果肉褐变级别Tab.2 Pulp browning grade

表3 果肉口感Tab.3 Pulp taste

从表1、表2、表3可以看出，两种不同贮藏条件下，梨果实在贮藏的前120d内，其果皮色泽、果肉颜色以及果肉口感基本能保持原有的状态，只是在常压冷藏条件下梨果实口感稍微变淡，但尚具备良好的商品价值；但贮藏至120d之后，常压冷藏条件下梨果实果皮的绿色色泽开始渐渐消退变黄，果肉也开始发生褐变，果肉硬度下降，风味变淡，商品价值逐渐降低；贮藏至150d，果皮已完全失绿变黄，果肉出现明显的褐变，果肉口感不仅口味变淡，而且有明显的‘酒精’异味，果实基本失去商品价值。而微真空贮藏条件下，梨果实贮藏至150d其果皮仍保持鲜绿的色泽，果肉只出现轻微的褐变，果肉口感略微变淡，果实仍具有较好的商品价值。表明微真空贮藏条件能明显改善莱阳梨果实的感官品质，提高莱阳梨果实的商品价值，延长梨果实的贮藏期限。

2.2 不同贮藏条件对莱阳梨果实好果率影响

不同贮藏条件下莱阳梨果实的好果率不同。由图7可以看出，在常压冷藏条件下，果实贮藏至120d开始出现腐烂，腐烂果实表面出现明显扩大的腐烂斑；而微真空贮藏条件下果实未发现有腐烂斑点。

梨果实贮藏至120d以后，常压冷藏条件下，果实腐烂率逐渐上升，且果实表面的腐烂斑点扩展速度较快，好果率不断下降，贮藏至150d好果率下降至85%；微真空贮藏条件下，果实腐烂率增加缓慢，腐烂病斑扩展速度相对比较小，好果率下降速度也较为缓慢，贮藏至150d仍能保持 95% 的好果率。表明微真空贮藏条件可明显延缓莱阳梨果实的腐烂，保持梨果实较高的好果率。

图7 不同贮藏条件下好果率的变化Fig.7 Changes rate of good fruit under different storage

2.3 不同贮藏条件对莱阳梨失重率的影响

莱阳梨含水量高，贮藏期间易失水失重造成果皮皱缩、果肉失脆，使果实失去原有的鲜嫩品质，从而降低其商品价值。不同贮藏条件下莱阳梨失重率变化见图8。

由图8可以看出，两种贮藏条件下，梨果实失重率均随着贮藏时间的延长而逐渐增加。与常压冷藏相比，微真空贮藏条件能显著延缓梨果实的失重速率(P＜0.05)。表明微真空贮藏条件下可有效抑制梨果实的水分散失，保持梨果实鲜嫩的外观品质。

图8 不同贮藏条件下失重率的变化Fig.8 Changes of weight loss under different storage

3 结论

这里在介绍了新研制的微真空贮藏设施的设计原理及其各组成部分的性能的基础上，进一步对微真空贮藏设施保鲜莱阳梨果实的效果进行了初步的试验研究。通过试验发现，与常压冷藏相比，微真空贮藏条件能够明显降低莱阳梨果实贮藏期间水分的散失，保持梨果实的鲜嫩状态，提高梨果实的好果率和果肉口感，改善梨果实的感官品质。证明微真空贮藏条件能够改善梨果实的感官质量，提高梨果实的保鲜效果，尤其是对控制梨果实真空贮藏过程中的失水效果显著(P＜0.05)。但对于莱阳梨及其它新鲜果蔬的微真空贮藏较佳工艺参数的确定尚需要进一步的研究和探索。

本文受山东省科技发展计划(2008GG30008025)、山东省自然科学基金(Y2007D65)及青岛农业大学高层次人才启动基金资助。(This project was supported by the Project of Science and Technology Department of Shandong Province(No. 2008GG30008025), Natural Science Foundation of Shan dong ( No.Y2007D65) and High-level talents start-up foundation of Qingdao agricultural university.)

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