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微孔气调包装理论及其在高呼吸速率果蔬包装中的应用研究

作　者: 李方
导　师: 卢立新
学　校: 江南大学
专　业: 包装工程
关键词: 微孔膜气调包装数学模型香菇菠菜保鲜
分类号: TS255.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

气调包装是目前国内外使用最有效的果蔬保鲜技术之一,该技术根据果蔬自身的生理特性,用一定组成比例组成的混合气氛来代替包装内原来的气氛,并且通过选择合适的透气性薄膜来调节包装内的气体组分。但是目前市场上常见包装薄膜的透气性普遍较低,特别是对于一些高呼吸速率的果蔬,极少能够满足其气调包装的要求,于是便出现了在薄膜上打制出不同规格的微孔或小孔来提高薄膜透气性的解决方法。所以研究微孔膜的透气机理及设计合适的微孔膜气调保鲜技术成为了目前果蔬保鲜包装的研究方向之一。本文针对微孔膜气体传递理论及其应用进行广泛调研与总结,并以高呼吸速率的香菇和菠菜为研究对象,系统的研究了微孔膜气调包装的理论及其在高呼吸速率果蔬中的应用,具体内容包含以下五部分:1)微孔膜气调包装内外气体交换数学模型的建立及其试验验证。理论分析气体通过微孔膜的扩散机理,分别建立基于努森扩散、过渡扩散、费克扩散及Stephan-Maxwell理论的微孔膜气调包装内外气体交换的数学模型。采用无产品的预置气氛气调包装加封不同规格的微孔膜,进行实验验证基于费克扩散理论的数学模型,并在此基础上探讨了微孔参数(孔径、孔数及孔长)对气体交换的影响。结果发现基于费克扩散理论的数学模型预测值与实验值吻合度较高,孔径与孔数影响显著,孔长影响不显著。2)香菇、菠菜呼吸速率的测定及表征。采用密闭系统法测算香菇、菠菜的呼吸速率,应用酶-动力(Enzyme-kinetic)模型的米氏(Michaelis-Menten)方程表征。并将模型值与试验测量值相比较,结果模型值与试验值比较吻合。3)微孔膜果蔬气调包装内外气体交换数学模型的建立及其试验验证。在微孔膜气调包装内外气体交换的数学模型基础上,考虑果蔬产品的呼吸作用。结合米氏方程模型建立相应的气体交换数学模型。以香菇为研究对象,进行实验来验证模型。结果发现模型与实验值有较高的吻合度。4)微孔膜气调包装系统设计程序。确定果蔬包装的相关初始条件,基于包装内气体浓度稳定时的动态平衡导出关于微孔参数的数学方程。依据方程解出合适的微孔膜特征参数,根据实际情况选择最为合适的微孔薄膜,确定微孔膜特征参数方案。最终建立一个理论上的微孔膜气调包装设计的流程。5)微孔膜气调包装的应用。以高呼吸速率的菠菜为研究对象,依据微孔膜气调包装系统的设计程序,设计出合适的方案,在此微孔参数条件下进行菠菜包装的实际应用,以无微孔膜密封包装为对照组。在规定的间隔时间内分别考察其外观、失重率、色差、叶绿素含量等品质变化,并将实验组和对照组进行比较分析,得出相应微孔参数的微孔膜包装能够更好的保持产品质量,也进一步证明微孔膜气调包装系统的设计方法能够应用于微孔膜果蔬气调保鲜的设计理论基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 本课题研究的背景和意义  8
  1.2 气调包装在果蔬保鲜上的应用  8-10
    1.2.1 气调包装的基本原理及形式  8-9
    1.2.2 气调包装在果蔬保鲜上的应用  9-10
  1.3 微孔膜气调包装在果蔬保鲜上的应用  10-15
    1.3.1 微孔膜的定义及其加工方式  10
    1.3.2 微孔膜的透气机理及其特点  10-11
    1.3.3 微孔气调包装数学模型的研究  11-14
    1.3.4 微孔膜气调包装的应用  14-15
  1.4 本课题的研究目标及研究内容  15-16
    1.4.1 研究目标  15
    1.4.2 研究内容  15-16
第二章微孔膜气调包装气体交换数学模型的建立及其验证  16-29
  2.1 微孔膜适用范围分析  16-17
  2.2 气体通过微孔膜的扩散理论分析  17-19
    2.2.1 气体分子的平均自由程  17
    2.2.2 原膜部分气体扩散机理  17-18
    2.2.3 微孔孔道部分的扩散机理  18-19
    2.2.4 微孔边缘部分的扩散机理  19
    2.2.5 微孔与微孔之间的相互作用  19
  2.3 微孔膜包装内外气体交换的数学模型  19-25
    2.3.1 假设条件  19
    2.3.2 真正意义（微米级孔径）的微孔膜包装内外气体交换的数学模型  19-22
    2.3.3 微孔（针孔）膜包装内外气体交换的数学模型  22-24
    2.3.4 基于Stephan-Maxwell 理论的扩散模型  24-25
  2.4 微孔膜包装内外气体交换模型验证及微孔参数影响因素研究  25-28
    2.4.1 材料与方法  25-26
    2.4.2 微孔膜包装内外气体交换模型验证及微孔参数影响因素结果与分析  26-28
  2.5 小结  28-29
第三章香菇及菠菜呼吸速率的测定及表征  29-37
  3.1 果蔬呼吸的呼吸特性  29
  3.2 果蔬呼吸速率数学模型的研究  29-30
  3.3 果蔬呼吸速率的测定  30-32
    3.3.1 静态封闭系统  31
    3.3.2 流动系统  31
    3.3.3 渗透系统  31-32
  3.4 香菇及菠菜呼吸速率的测定及表征  32-36
    3.4.1 材料  32
    3.4.2 仪器与设备  32
    3.4.3 测试方法  32
    3.4.4 结果与分析  32-34
    3.4.5 香菇和菠菜吸吸速率的表征  34-36
  3.5 小结  36-37
第四章微孔膜果蔬气调包装内部气体交换数学模型建立及其验证  37-41
  4.1 微孔膜果蔬气调包装内部气体交换数学模型的建立  37
  4.2 试验验证  37-38
    4.2.1 材料与方法  37-38
  4.3 结果与讨论  38-40
    4.3.1 香菇微孔膜自然气氛气调包装验证试验结果分析  38-39
    4.3.2 香菇微孔膜预置气氛气调包装验证试验结果分析  39-40
  4.4 小结  40-41
第五章微孔膜果蔬气调包装设计程序  41-44
  5.1 微孔膜果蔬气调包装内平衡方程的建立  41
  5.2 微孔膜果蔬气调包装设计内容及步骤  41-42
    5.2.1 包装初始条件的确定  41-42
    5.2.2 微孔参数的确定  42
  5.3 微孔膜果蔬气调包装设计流程  42-43
  5.4 小结  43-44
第六章菠菜微孔膜气调包装的应用  44-51
  6.1 设计微孔膜气调包装应用  44-45
    6.1.1 产品选择  44
    6.1.2 包装初始条件确定  44
    6.1.3 微孔参数方案的确定  44-45
  6.2 菠菜微孔膜气调包装保鲜的试验研究  45-50
    6.2.1 材料与方法  45-46
    6.2.2 结果与讨论  46-50
  6.3 小结  50-51
第七章结论与展望  51-53
  7.1 主要结论  51
  7.2 创新点  51
  7.3 研究展望  51-53
致谢  53-54
参考文献  54-59
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  59-60
附录  60-69
  附录A 第二章实验数据  60-62
  附录B 第三章实验数据  62-63
  附录C 第四章实验数据  63-65
  附录D 第六章实验数据  65-67
  附录E 香菇实验照片  67-68
  附录F 菠菜实验照片  68-69

微孔气调包装理论及其在高呼吸速率果蔬包装中的应用研究

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