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(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,廣東廣州 510642; 2.廣州標際包裝設(shè)備有限公司,廣東廣州 510730)

微孔膜果蔬氣調(diào)保鮮研究進展

蔡金龍1,王欲翠1,周學(xué)成2,向紅1,*

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,廣東廣州 510642; 2.廣州標際包裝設(shè)備有限公司,廣東廣州 510730)

對微孔膜在果蔬保鮮中的應(yīng)用進行了綜述。分別介紹了微孔膜氣調(diào)保鮮的機理、數(shù)學(xué)模擬仿真、微孔膜制備、微孔膜與其他包裝材料保鮮效果對比,以及微孔膜與其他保鮮技術(shù)在果蔬保鮮中的協(xié)同作用的研究進展。討論了微孔膜果蔬保鮮技術(shù)及應(yīng)用中存在的問題,并探討了其在今后的研究方向。

微孔膜,果蔬保鮮,氣調(diào)保鮮,微孔膜制備

國內(nèi)對微孔膜的研究始于20世紀80年代,相比歐美、日本等發(fā)達國家晚了20余年[6]。第一次提出打孔膜保鮮概念的是Emond和Chau[7],且目前微孔膜已成功用于果蔬保鮮領(lǐng)域。Hardenburg[8]早在1966年總結(jié)一些用穿孔膜儲藏西紅柿,洋蔥等果蔬的研究成果,發(fā)現(xiàn)其保鮮效果理想;微孔膜還適合包裝對二氧化碳敏感的果蔬,如冬棗、鴨梨、朝鮮薊、芹菜等[9]。微孔膜作為一種新型保鮮薄膜,較普通薄膜具有許多優(yōu)點:高透氣性、保濕防水性、成本低廉且微孔膜氣調(diào)保鮮方法比其他果蔬保鮮方法更衛(wèi)生安全,因而受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注[10]。

目前,關(guān)于微孔膜果蔬保鮮的研究主要集中在微孔膜氣調(diào)保鮮機理、數(shù)學(xué)模擬、制備方法以及微孔膜在果蔬保鮮技術(shù)中的應(yīng)用研究等方面。

1 微孔膜氣調(diào)保鮮機理與數(shù)學(xué)模擬仿真研究

研究表明,對一些高呼吸速率的果蔬,如西蘭花、草莓、香菇、西瓜等,采用普通塑料薄膜包裝容易造成包裝內(nèi)氧氣濃度降低至1%,引起果蔬的無氧呼吸,加速腐敗變質(zhì)。微孔膜氣調(diào)保鮮包裝能顯著改善包裝內(nèi)外氣體交換,控制果蔬的呼吸速度,從而延長果蔬貯存時間和保鮮效果[11]。氣體透過微孔膜的速率由氣體透過無孔和氣體透過微孔兩部分組成,氣體透過無孔部分的滲透機理遵循Fick擴散機理,而預(yù)測氣體透過微孔的滲透過程非常復(fù)雜[12-13]。

表1 微孔膜制備方法的優(yōu)缺點Table 1 Advantages and disadvantages of the preparation of micro-perforated film

到目前為止,少量果蔬的微孔膜氣調(diào)數(shù)學(xué)模型的模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)相比具有較高的吻合度,取得了一定的效果,但離實際應(yīng)用還有一段距離。大部分模型沒有考慮包裝內(nèi)氣體體積的變化,也沒有考慮溫度對微孔膜透氣性的影響。另外,用來描述微孔膜果蔬保鮮包裝中乙烯濃度變化的模型鮮見報道,由于果蔬呼吸作用產(chǎn)生乙烯,影響果蔬的成熟和品質(zhì),因此有必要開展相關(guān)研究。

2 微孔膜的制備方法

常見的微孔膜由PP、PE、PVC、PLA等材料制成,其制備方法主要有半結(jié)晶拉伸法、無機填充拉伸法、化學(xué)發(fā)泡法、物理打孔法、相分離法等。表1分析并總結(jié)了微孔膜主要制備方法的優(yōu)缺點[1,12]。

從表1中可以發(fā)現(xiàn),果蔬保鮮包裝膜的制備方法主要是物理穿孔法,而實驗室常用到的物理制備微孔膜的方法是針孔法和激光打孔法。Lee等[18]采用普通針對膜打孔處理來制備微孔膜,并根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型和洋蔥對包裝的透氣要求分別設(shè)計針孔數(shù)4個且針孔直徑300 μm的PP膜和針孔數(shù)4個且針孔直徑200 μm的LDPE膜,并發(fā)現(xiàn)這兩種包裝膜都快速地達到洋蔥包裝內(nèi)的平衡氣體濃度;楊靜等[19]也用直徑280 μm的普通針在面積為88 cm2的圓形PP薄膜上,以一定的間距分別打出0、1、2、4、6、10個孔,制得微孔薄膜,結(jié)果表明2個孔的微孔PP膜保藏西蘭花效果最好;除了直徑較大的普通針,也有研究者使用直徑15 μm的生物針在LDPE膜上打孔處理,發(fā)現(xiàn)5個孔的微孔膜保藏墨西哥玉米松露的品質(zhì)最好[20]。雖然用針孔法打孔在一些果蔬保鮮方面取得了一定的效果,但這種方法制得的孔的形狀和大小難以控制,與激光打孔法比較,該方法計算的微孔面積有一定誤差,不利于預(yù)測包裝內(nèi)氣體變化[21]。因此,國內(nèi)外很多研究者采用激光打孔法制備微孔膜。

李方等[22]將PE膜裁剪成直徑60 mm的圓片狀,用激光雕刻儀在其上面均勻打孔,并用其包裝香菇，依據(jù)數(shù)學(xué)模型很好地預(yù)測了香菇包裝內(nèi)的氣體交換過程;Winotapun等[23]采用BOPP,BOPET,LDPE三種聚合物進行不同能量激光打孔制備微孔膜實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過激光打孔的BOPP膜、BOPET膜和LDPE膜要比無孔膜的氧氣透過率分別提高了5、18和2倍,且孔徑和氧透過率隨著激光能量增加而變大,因此激光打孔法制得的微孔膜可以滿足不同高呼吸速率果蔬的包裝要求;Antonis等[17]使用激光在PLA膜上開設(shè)微孔的方法并根據(jù)數(shù)學(xué)模型以及圣女果和桃子對包裝透氣性的要求,較好地預(yù)測了這兩種水果包裝內(nèi)氣體的變化過程。除了這些果蔬外,用激光打孔的微孔膜還能滿足花椰菜[24]、松露[25]、菠菜[12]等果蔬的包裝要求。雖然激光打孔利用熱能量在普通薄膜上高效快速地產(chǎn)生較小的微孔,但微孔膜材料因薄膜受熱產(chǎn)生微孔邊際殘留物而影響結(jié)果[5]。為了減輕其影響,Allan-Wojtas等[26]提出一種新的薄膜打孔技術(shù),通過兩個電極之間所產(chǎn)生的電火花在普通膜上打孔,孔徑的大小取決于電極的本身的性質(zhì)以及操作條件。雖然這種打孔技術(shù)所得到的微孔大小形狀一致性好以及微孔邊緣殘留物少,但是成本較高,操作困難。因此,該方法目前在果蔬保鮮應(yīng)用方面鮮有報道。

全面預(yù)算的編制和執(zhí)行基本上是企業(yè)內(nèi)部所有資源的重新分配。可以優(yōu)化企業(yè)內(nèi)部有限的資源配置，達到最佳的使用效果，確保企業(yè)戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。隨著管理方法的不斷創(chuàng)新，企業(yè)通過編制和實施業(yè)務(wù)預(yù)算、資金計劃、資本預(yù)算和財務(wù)預(yù)算，逐步從不同層面對各種業(yè)務(wù)活動進行全面監(jiān)控，從而確保企業(yè)內(nèi)部資源的規(guī)劃和協(xié)調(diào)。通過有效整合各種經(jīng)濟資源，形成強大有序的合力，既避免了資源的浪費，又保證了資源的配置，保證了良好的經(jīng)濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。

表2 微孔膜與其他包裝材料保鮮對比研究Table 2 Study on preservation effect of micro-perforated film compared to other packaging materials

3 微孔膜在果蔬保鮮技術(shù)中的應(yīng)用

近年來,微孔膜在果蔬保鮮技術(shù)中得到了越來越多的應(yīng)用,研究方向主要有微孔膜與其他包裝材料保鮮效果對比、微孔膜與其他保鮮技術(shù)相結(jié)合以及不同的微孔數(shù)目和孔徑對果蔬的保鮮影響等。

3.1微孔膜與其他包裝材料保鮮對比研究

對于高呼吸速率型的新鮮果蔬保鮮,要求采用透氣性高的包裝材料,包裝內(nèi)氣體通過膜與大氣進行氣體交換,補充果蔬所需呼吸消耗的氧氣并排出多余的二氧化碳[9]。表2總結(jié)了近年來微孔膜與其他包裝材料保鮮效果對比研究,其中包裝方式中沒有具體指明微孔膜材料的，來自天津國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心或者其他國家材料研究中心。

由表2可知,微孔膜對大多數(shù)高呼吸速率的果蔬保鮮效果最好,并在一定程度上延長貨架期。如郭嘉明等[27]發(fā)現(xiàn)微孔膜比開孔PE袋和包裝盒更有利于減輕荔枝水分散失和減緩果實的褐變指數(shù);微孔膜包裝甜櫻桃能夠減輕果實的褐變、腐敗和質(zhì)量損失[28]。

但對有些果蔬來說,其他包裝材料貯藏果蔬保鮮效果比微孔膜包裝更好。如伍新齡等[29]選用0.02、0.05 mm厚度的PE膜、微孔膜三種保鮮膜包裝鮮食大豆，研究(2±0.5) ℃下冷藏保鮮效果,結(jié)果表明50 d后,PE膜包裝大豆更有效地減輕其腐敗,因為大豆對CO2并不敏感,不適合用透氣性好的微孔膜;類似的實驗也表明用PE膜包裝蘆蒿的保鮮效果要好于微孔膜,因為蘆蒿較強的CO2耐受性,更適合用透氣性差的PE膜[30];Giménez等[31]也發(fā)現(xiàn)了微孔膜不適合包裝CO2耐受性好的玻璃苣;同樣CO2耐受性好的覆盆子和水蜜桃不適合用微孔膜包裝貯藏[32-33]。而芒果雖然屬于高呼吸速率且對CO2敏感的水果,但是乙烯的產(chǎn)生影響到芒果的成熟,所以用無孔高透乙烯膜包裝芒果比微孔膜保鮮效果更好[34]。

表3 微孔膜與其他保鮮技術(shù)對果蔬的協(xié)同保鮮研究Table 3 Studies on the synergistic effects of micro-perforated films combined with other fresh-keeping techniques on preservation of fruits and vegetables

由此可見,果蔬保鮮效果與果蔬品種,膜的種類及其他條件有關(guān)。

3.2微孔膜與其他技術(shù)的復(fù)合保鮮作用研究

微孔膜對果蔬的保藏屬于物理保鮮,與其他保鮮技術(shù)聯(lián)合使用產(chǎn)生了很好的協(xié)同保鮮效果。表3總結(jié)了近年來微孔膜與其他技術(shù)協(xié)同保鮮研究情況,其中復(fù)合保鮮方式中沒有具體指明微孔膜材料的，來自天津國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心或者其他國家材料研究中心。如黃雯等[47]先使用果蠟將翠冠梨涂膜處理,再結(jié)合微孔膜包裝能夠使其25 ℃下的貨架期延長10～15 d;劉燕等[48]采用1%殼聚糖涂膜結(jié)合OPP/PE微孔膜氣調(diào)包裝的方法,在5 ℃下貯藏可延長貨架期3～5 d;在微孔膜中加入除乙烯劑、除氧劑、臭氧等對果蔬保鮮也十分有效,Danza等[37]用PP微孔膜與高錳酸鉀協(xié)同保鮮，比單獨使用微孔膜包裝芝麻菜的保鮮效果要好,可在4 ℃下延長貨架期3 d;Kartal等[49]發(fā)現(xiàn)微孔膜加除氧劑協(xié)同對草莓貯藏保鮮效果更好,延長了7 d的貨架期;陳存坤等[50]研究微孔膜與加臭氧處理的小棗保鮮,發(fā)現(xiàn)在0 ℃、臭氧濃度為0.5 mL/m3的條件下，可延長小棗的貨架期36 d。

3.3微孔膜的微孔數(shù)目以及孔徑對果蔬保鮮的影響研究

微孔膜的透氣性與微孔的數(shù)目和孔徑有密切關(guān)系,適合的孔徑與微孔數(shù)目會減緩果蔬的呼吸強度,減緩營養(yǎng)物質(zhì)的損失與腐敗,從而延長果蔬的貨架期[49]。李云云等[60]發(fā)現(xiàn)常溫下在微孔膜上開4個微孔保藏雙孢蘑菇的效果最佳;Jayathunge等[61]在鮮切哈密瓜PVC托盤包裝膜分別打5、7、10個微孔,發(fā)現(xiàn)10個孔的微孔膜能保藏鮮切哈密瓜19 d,效果最好;李家政等[62]在40 μm厚的PE保鮮袋上制備不同數(shù)量的微孔,孔徑為(180±5)μm,孔的數(shù)量分別為2、3、6、9、20、50個,發(fā)現(xiàn)6個孔的膜能夠保藏甜玉米14 d,效果最佳;王曉蕓等[63]在PE保鮮袋上制備1、3、6、50個孔徑為180 μm的微孔,結(jié)果顯示1、3、6個孔的膜對油麥菜均有良好的保鮮效果,且50 d還能保持良好品質(zhì);Villalobos等[64]研究了氣調(diào)平衡的條件下結(jié)合微孔膜儲藏無花果,發(fā)現(xiàn)3個孔徑為100 μm的微孔貯藏效果最好,‘San Antonio’和‘Banane’兩種無花果分別儲藏14 d和21 d;還有研究發(fā)現(xiàn)在4 ℃下,2個90 μm×50 μm(橢圓的長軸和短軸)的微孔分別能儲藏冬松露和夏松露到28 d和21 d[25]。

3.4其他研究

Jeong等[65]模擬甜柿子的儲藏銷售環(huán)境,采用LDPE大包裝作為外包裝和1個直徑為60 μm微孔OPP膜為甜柿子內(nèi)包裝,一個LDPE的大包裝含有46個這樣的微孔OPP膜,在0 ℃下貯藏122 d,并在10 ℃零售環(huán)境下貯藏10 d,發(fā)現(xiàn)這樣的包裝方式能夠很好地貯藏柿子;Ahn等[66]也采用這種包裝方法來儲藏銷售甜柿子,發(fā)現(xiàn)1個LDPE大包裝里面裝有8個微孔OPP膜,于0 ℃儲藏和10 ℃銷售條件下能貯藏柿子長達170 d,其中微孔直徑和微孔數(shù)目分別為59 μm和3個;Jeong等[67]為了解決運輸中環(huán)境溫度變化帶來的杏鮑菇損失的問題,采用類似的包裝方法儲藏和運輸杏鮑菇,結(jié)果表明一個LDPE大包裝里面放置15個OPP微孔膜，模擬0 ℃冷藏和10 ℃銷售效果最好。除了西紅柿和杏鮑菇外,Kim等發(fā)現(xiàn)這種包裝方法也可以很好地用于栗子的儲藏和銷售中[68]。

4 展望

對微孔膜的氣調(diào)保鮮研究的60多年來,將其應(yīng)用在很多高呼吸速率的果蔬保鮮方面取得了很好的效果,但仍然存在很多問題,未來對于微孔膜的研究方向應(yīng)該注意以下幾個方面:

對某些高呼吸速率的果蔬保鮮,微孔膜包裝與其他包裝方式相比有明顯優(yōu)勢。但也發(fā)現(xiàn)并不是所有的果蔬都適合用微孔膜來保鮮,如CO2耐受性好的玻璃苣、鮮食大豆、覆盆子等。由此可知,對某些果蔬的保鮮機理還需進一步研究,如芒果等。

數(shù)學(xué)模型可用于預(yù)估果蔬微孔膜包裝要求,如微孔面積、薄膜的厚度、薄膜的透氣性、包裝內(nèi)外的氣體濃度差等。目前研究較多的是CO2、O2、水蒸氣在包裝內(nèi)分壓的變化,對描述乙烯濃度在微孔膜變化的數(shù)學(xué)模型很少,且僅對少數(shù)果蔬進行了數(shù)學(xué)模型研究,有必要擴大儲運保鮮仿真研究的果蔬品種。大部分數(shù)學(xué)模型忽略了果蔬微孔膜內(nèi)氣體體積和濕度的變化,也會影響仿真精度。因此,今后還需全面考慮影響微孔膜氣體變化的因素,如溫度、濕度、包裝材料等。

微孔膜與其他技術(shù)的結(jié)合,對果蔬的保鮮具有協(xié)同作用。當前,主要是兩種保鮮技術(shù)的協(xié)同,如微孔膜與低溫保鮮,微孔膜與涂膜保鮮,微孔膜與臭氧保鮮等,而三種或者三種以上的復(fù)合保鮮研究還比較少。因此,今后要加強微孔膜與多種保鮮技術(shù)或新的保鮮技術(shù)協(xié)同作用的研究,如微孔膜與抗菌肽的協(xié)同保鮮,微孔膜、1-MCP、殼聚糖涂膜和低溫復(fù)合保鮮等。

微孔膜的透氣性和保鮮效果與微孔參數(shù)密切相關(guān),目前,微孔膜孔徑大小與數(shù)量在不同條件下對膜阻隔性及果蔬的保鮮效果的影響的研究很少,值得深入研究。

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Advancesinstudiesonmodifiedatmospherestorageoffruitsandvegetableswithmicro-perforatedfilm

CAIJin-long1,WANGYu-cui1,ZHOUXue-cheng2,XIANGHong1,*

(1.College of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China; 2.Guangzhou Biaoji Packaging Equipment Co.,Ltd.,Guangzhou 510730,China)

The application of micro-perforated film on preservation of fruits and vegetables is reviewed. The mechanism of modified atmosphere storage with micro-perforated film is introduced firstly,and then the research progress on mathematical simulation,the preparation of micro-perforated film are discussed,finally study on preservation effect of micro-perforated film compared to other packaging materials as well as advances in the synergistic effect of micro-perforated film combined with other fresh-keeping techniques on preservation of fruits and vegetables are introduced,respectively. The problems on preservation technology of fruit and vegetable with micro-perforated film and its application,as well as the future research directions are discussed.

micro-perforated film;fruits and vegetables preservation;modified atmosphere storage;preparation of micro-perforated film

2017-01-10

蔡金龍(1991-)，男，碩士，主要從事食品包裝方面的研究，E-mail:scaufoodlong@163.com。

*通訊作者:向紅(1964-)，男，博士，教授，主要從事食品包裝與運輸包裝方面的研究，E-mail:xianghong@scau.edu.cn。

廣州標際包裝設(shè)備有限公司技術(shù)中心資助項目。

TS205.9

:A

:1002-0306(2017)16-0318-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.16.060