基于气调法与远红外陶瓷的可回收水果保鲜装置

熊佳聪，钱意祯，涂雯雁

（武汉理工大学 机电工程学院，湖北 武汉 430070）

据统计，2016年全国水果产量达到2.75亿吨，表观消费量达到2.71亿吨。由于我国果蔬生产的采收不当，采后商品化处理技术落后，保鲜条件不当等原因造成的腐烂损失率占总产量的20%～25%，远高于国外成熟市场1.7%～5%的平均水平，造成了资源的严重浪费。因此，水果保鲜成为一个亟待解决的问题。

1 设计思路

现有的水果保鲜技术主要有自然冷源保鲜、冷库保鲜、减压保鲜、保鲜剂保鲜。各类保鲜方法的优缺点比较如表1所示。

表1 各类保鲜方法比较

在水果保鲜过程中，工人在搬运途中的不合理搬运导致水果组织产生物理损伤挤压，进而使细胞中的酸类物质被挤压出来，加速水果的氧化腐烂。现有的解决方法为使用一次性塑料网套、泡沫包装盒、瓦楞纸箱。这些材料多为一次性材料，使用后处理困难，容易对环境造成白色污染，同时也浪费大量资源。基于以上问题，设计出一种基于气调法与远红外陶瓷的新型可回收水果保鲜装置，该装置可以延长水果保鲜时间，并在运输途中保护水果避免挤压，同时装置可以做到多次循环利用，减轻对环境的影响。

2 设计方案及拟采取研究方法和技术路线

2.1 设计原理

本装置主要包括实体结构部分和控制部分，实体结构部分主要有储气模块、水果储藏模块和气囊密闭模块、乙烯吸收模块等，控制部分主要控制气体的运输和密封装置的开关。整体工作流程图如图1所示。该装置工作流程为：将水果放入四周为PEF材料保护的保鲜模块，将气囊密闭模块密封好后，气调模块首先将装置内气调气体通入主仓；当完成保鲜任务后，调气装置将装置内的气体抽回至储气装置后人工将密封盖打开，完成全部工作循环。

2.2 实体结构设计

2.2.1 整体结构

新型可循环防挤压气调水果保鲜装置是在原有的冷藏水果装置的基础上进行优化的一种装置，主要分为外部箱体模块和内部的井字形隔间结构模块。外部箱体结构包括聚氨酯硬泡材料外部壳体、密封气囊、远红外陶瓷涂料，为水果提供一个密闭稳定的微环境，达到保鲜的效果；井字形隔间结构包括井字形格栅、乙烯吸收填料、PEF缓冲材料结构，起到抑制水果呼吸作用，同时减缓衰老速度，减小运输或保鲜过程中冲击和挤压对水果造成的影响。装置的整体结构如图2所示。

图1 装置功能示意图

2.2.2 外壳结构

箱体的外壳采用聚氨酯硬泡材料，可以满足保鲜箱外壳承重防挤压以及保温的要求。聚氨酯硬泡材料是一种热固性闭孔聚合物材料。具有不易变形、耐腐蚀且无毒无害的优点。在外壳的底部涂抹有远红外陶瓷材料。远红外陶瓷材料可以发射出远红外光线，由于水分和水果组织在远红外区域有很宽的吸收带（或称吸收峰），能吸收远红外线，产生共振现象，从而达到促进保鲜的效果。因为陶瓷涂料易脱落且红外线具有穿透能力强的特点，将陶瓷涂料均匀置于箱体底部，通过辐射对每一个水果进行相同程度的保鲜。

图2 整体结构图

2.2.3 密封气囊模块

密封气囊部分为一个顶端设计有密封条的可循环利用的密封气囊，该气囊在密封前将密封条闭合，从而形成一个密闭的空间，为水果保鲜所需要的气调气体提供密闭空间。在保鲜水果送达目的地后，将密封条拉开取出水果，操作简单方便。

气囊内部填充配制的气调气体，用于抑制水果呼吸作用，促进水果保鲜。各类水果所需要的气调气体的成分不同，因此每种水果和对应的保鲜装置以及储气装置内部的气体也不同。针对不同的水果，可对保险箱进行调试为对应的水果，调控气调气体各成分的比例，适用性更广。

2.2.4 井字形格栅结构

井字格栅由PEF材料制成。缓冲材料贴附于每个隔间的内壁上，为水果提供缓冲的作用，防止水果在运输、保鲜的过程中因晃动而使水果碰撞、挤压破坏水果的果皮及内部组织。硅土是一种多孔材料，具有较强的吸附能力和较大的内表面积，可以作为高锰酸钾溶液的载体，并增强高锰酸钾的吸收作用。用高锰酸钾溶液浸泡过的硅土材料放置在隔间中部的空腔内部，高锰酸钾具有氧化性，在中性的条件下吸收乙烯后生成乙醇和乙酸，可对乙醇与乙酸进行分离利用。装置降低了内部的乙烯的含量，从而延缓水果的老化腐烂。

2.3 控制部分

硬件系统设计如图3所示，采用AT89C51单片机为控制系统的核心，接收压力传感器模块的压力检测信号与键盘输入的控制信号。单片机根据其内部的信号处理，控制电磁阀的排气过程，对水果存储装置内部的气压进行调节。

图3 硬件系统设计框图

3 项目的研究基础

装置参数表如表2所示。

表2 装置参数表

传统的水果保存方法一般为冷藏法，而本装置可以在非冷藏条件下长时间保存水果，所有的保存过程均由箱体内气调气体和远红外陶瓷完成，整个过程可以减少冷藏所需的电量消耗以及运输过程中的纸箱浪费。该装置具有良好的节能减排效益及市场前景，初步验证了保鲜盒结构设计的可行性，加工容易，可保证样本成功制作。

4 结论

该装置在实现高效保鲜的同时，对水果在运输过程中进行保护，减少水果运输的物理损伤。针对不同种类的水果，采用对应各自适应的方法，对水果进行保水保温，使水果处于最适宜温度，呼吸消耗较低的状态，减慢氧化速度，从而达到减少浪费、循环利用水果箱的目的。