制氮機在果蔬氣調(diào)貯藏技術(shù)與艦船應用條件

艦船海上航行時，蔬菜、水果的供應直接關(guān)系到航海人員的飲食質(zhì)量，因為蔬菜、水果含有豐富的維生素、礦物質(zhì)和膳食纖維。一般來說，艦船人員在航行期間，1～2周內(nèi)食用葉菜和茄果類蔬菜，3～4周內(nèi)食用瓜果類和根莖類蔬菜，有些根莖類蔬菜（如土豆、蘿卜、竹筍等）可以保存1個月以上。然而，艦船遠航或長航時間往往超過1個月，有時甚至長達5～6個月。雖然蔬菜和水果罐頭、速凍蔬菜以及干蔬菜可以彌補部分不足，但無論是從提供的營養(yǎng)，還是從口味方面都無法與新鮮果蔬相比。因此，果蔬貯藏技術(shù)是有效延長果蔬貯藏期、增加新鮮果蔬供應量的主要途徑。氣調(diào)貯藏是果蔬貯藏技術(shù)的一種。

一、蔬菜、水果貯藏方式

蔬菜、水果采后新鮮品質(zhì)下降或喪失的生物學原因主要有衰老、生理病害（凍害、冷害、氣體傷害等）、失水、病原菌感染等，必須采取合適的保鮮貯藏方法延長其保存期。果蔬的貯藏方式很多，主要是控制貯藏期間的溫度、水分、氣體成分等方面的變化，其中重要的是控制貯藏溫度。按控制溫度方法的不同，可分為自然低溫方式和人工降溫方式兩大類。

自然低溫方式就是利用自然氣候的季節(jié)性變化和晝夜溫差，來調(diào)節(jié)貯藏場所溫度。寒冷時要保溫，溫度高時要隔熱，盡量維持所要求的貯藏溫度。包括堆藏、埋藏、假植貯藏、凍藏和窖藏等簡易貯藏和通風庫貯藏，方法簡便經(jīng)濟，行之有效。但是，由于是利用自然溫度的變化來調(diào)節(jié)貯藏溫度，因而常受到地區(qū)和季節(jié)的限制。

人工降溫方式就是利用冰塊融解吸熱或者機械制冷來獲得適宜的低溫，包括冰窖貯藏、機械冷藏、氣調(diào)貯藏和減壓貯藏等。這些方式不受季節(jié)和地區(qū)的限制，貯藏效果好，但投資較大、成本較高。

氣調(diào)貯藏是氣體調(diào)節(jié)貯藏的簡稱，是利用低氧和適量二氧化碳對蔬菜、水果采后、生理生化過程影響的原理，人為改變貯藏環(huán)境的大氣組成——降低空氣的氧含量和增高二氧化碳含量，從而達到保持蔬菜、水果品質(zhì)的貯藏方法。氣調(diào)貯藏可抑制蔬菜、水果的呼吸作用和乙烯的生成，延緩后熟和衰老，還可抑制病原菌的活動，延緩腐敗變質(zhì)的發(fā)生。

氣調(diào)貯藏有兩種方式，一是真正的氣調(diào)貯藏，要求氧和二氧化碳控制在較小范圍內(nèi)；另一種為限氣貯藏或簡易氣調(diào)貯藏，也稱為MA貯藏，通常產(chǎn)品用塑料帳或袋密封，由其自身呼吸而改變空氣組成，氧和二氧化碳沒有嚴格的指標，允許有較大幅度的變動。氣調(diào)技術(shù)與冷藏相結(jié)合，可以得到更好的效果。

除以上方式外，利用硅橡膠窗作為氣體交換窗，鑲嵌在塑料帳或塑料袋上，起自動調(diào)節(jié)氣體成分的作用。原理是交換窗中硅橡膠膜（一種高分子聚合物）對二氧化碳、氧氣和氮氣透過率不同，能自動調(diào)節(jié)和維持帳中的氣體組成。

氣調(diào)貯藏必須用氣調(diào)庫或塑料膜等將產(chǎn)品封閉起來，以避免外界空氣的干擾。氣調(diào)庫的結(jié)構(gòu)與一般的冷藏庫相似，但要求有更高的氣密性，可在四壁內(nèi)側(cè)和天花板、地板加襯金屬薄板，或不透氣的塑料板，或噴涂聚氨酯泡沫材料。庫門和各種通過墻壁的管道也都要有氣密結(jié)構(gòu)。在普通冷藏庫內(nèi)，用塑料薄膜帳（袋）封閉蔬菜、水果產(chǎn)品，也是氣調(diào)的一種方法。氣調(diào)貯藏關(guān)鍵在于控制氣體成分于適宜的水平。最佳氣體組成因蔬菜、水果種類、貯藏溫度、貯藏階段而不同。為便于操作管理，氣體指標應允許有一定的變動幅度。從正?？諝獬煞终{(diào)節(jié)到要求的成分，有一個降氧和增二氧化碳的過程。不同蔬菜、水果對氧氣和二氧化碳的適宜貯藏濃度，有不同的要求。

氣調(diào)貯藏技術(shù)是在傳統(tǒng)的冷藏保鮮基礎上發(fā)展起來的現(xiàn)代化保鮮技術(shù)，被認為是當今貯藏蔬菜、水果效果很好的貯藏方式。

二、國內(nèi)外果蔬氣調(diào)貯藏現(xiàn)狀

商業(yè)氣調(diào)貯藏在國外已有60多年的歷史，發(fā)達國家的多種水果如蘋果、西洋梨、獼猴桃等的長期貯藏，主要采用氣調(diào)貯藏。我國氣調(diào)貯藏始于20世紀70年代。30多年來，經(jīng)過引進、消化和吸收國外先進技術(shù)和設備，加上我國科研人員的不斷研究和探索，氣調(diào)貯藏技術(shù)得到迅速發(fā)展，現(xiàn)已具備了自行設計和建造各種氣調(diào)庫和氣調(diào)設備的能力。

由于氣調(diào)貯藏設施、設備投入大、成本高，其貯藏能力遠不如低溫貯藏能力。國外發(fā)達國家果蔬低溫貯藏能力約占果蔬總產(chǎn)量的60%～70%，其中氣調(diào)貯藏能力僅占低溫貯藏能力10%以下。我國現(xiàn)有低溫貯藏能力僅占果蔬總產(chǎn)量的1%～2%，約600萬噸，其中氣調(diào)貯藏＜5萬噸。

國外果蔬氣調(diào)貯藏技術(shù)主要應用于商業(yè)用途，未見在艦船上應用的報道。國內(nèi)果蔬氣調(diào)貯藏技術(shù)的應用主要集中在為大型超市和生產(chǎn)廠家提供貨源的蔬菜、水果生產(chǎn)基地，艦船上尚未開展果蔬氣調(diào)貯藏技術(shù)的研究與應用。

氣調(diào)貯藏技術(shù)主要包括氣調(diào)庫的設計及建造、氣調(diào)設備的選用和安裝調(diào)試、氣體成分的測定以及貯藏期管理等。

三、氣調(diào)庫的特點與設計建造

3.1.1 特點

(1)氣密性。氣密性是氣調(diào)庫在建筑要求上區(qū)別于冷藏庫的一個主要特點。氣調(diào)庫除要求圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱、防潮、減少與外界的冷熱交換外，還要求庫體墻壁四周、庫門及所有進出管線連接處嚴格密封，盡可能減少庫內(nèi)外的氣體交換。只有這樣，才能人為調(diào)節(jié)庫內(nèi)氣體成分，減少或避免外界氣體對庫內(nèi)氣體成分的干擾。

(2)安全性。由于氣調(diào)庫對圍護結(jié)構(gòu)氣密性要求較嚴，故在降濕、調(diào)氣過程中，隨著庫內(nèi)溫度、壓力的變化，會使圍護結(jié)構(gòu)的兩側(cè)產(chǎn)生壓差，從而會破壞氣密性，甚至使圍護結(jié)構(gòu)發(fā)生脹裂或塌陷。為了平衡和減小庫內(nèi)外壓差，氣調(diào)庫必須設計安全閥和調(diào)氣閥。

(3)快進整出。水果進入氣調(diào)狀態(tài)的時間越短越好，否則影響貯藏效果。因此，氣調(diào)庫貯藏要求蔬菜、水果入庫速度快，以便盡快裝滿、封門和調(diào)氣。貯藏過程中盡可能減少開門次數(shù)。頻繁開門，不僅影響貯藏效果、增加運行成本，還會降低庫門的氣密性。出庫時，為保證蔬菜、水果的貨架期，最好一次出完或在短期內(nèi)分批出完。

(4)滿庫貯藏。除留出必要的通風、檢查通道外，庫內(nèi)水果應盡量高堆滿裝。這是因為：一方面，庫內(nèi)果蔬越多，庫內(nèi)孔隙相對越少，空氣也越少，加之果蔬的呼吸作用，果蔬進入氣調(diào)狀態(tài)的時間就越短；另一方面，庫容積利用系數(shù)大，制冷、調(diào)氣運行成本可相應降低。

3.1.2 設計建造

（1）類型及結(jié)構(gòu)組成。按氣調(diào)方式，可分為充氣式和循環(huán)式；按冷卻方式，可分為內(nèi)冷式和外冷式；按建筑結(jié)構(gòu)，可分為砌筑式和彩鍍夾心板裝配式。充氣式是指利用制氮機將產(chǎn)生的氮氣持續(xù)充入氣調(diào)庫內(nèi)，并輔之以其他調(diào)節(jié)方式，使庫內(nèi)氧氣和二氧化碳達到預定指標。循環(huán)式是指將氣調(diào)庫內(nèi)的空氣引入一種燃燒裝置，將空氣中的氧氣燃燒消耗，燃燒后的氣體組成包括氮氣、二氧化碳和水蒸汽等，這些氣體經(jīng)冷卻后再充入庫內(nèi)；當二氧化碳超過預定指標時，開啟二氧化碳脫除系統(tǒng)。這樣，二者相互配合，使庫內(nèi)氧氣和二氧化碳達到預定指標。內(nèi)冷式是將冷卻系統(tǒng)（蒸發(fā)器）置于氣調(diào)庫內(nèi)部，一般設在庫房一端的上方。這種冷卻方式降溫迅速，庫內(nèi)溫度均勻，效果好，我國大多數(shù)氣調(diào)庫均為此類型。外冷式即夾套式氣調(diào)庫，一般是在原冷藏庫內(nèi)加裝一層導熱性好的金屬氣密結(jié)構(gòu)，仍用原有的降溫設施，吹出的冷風直接吹到金屬氣密結(jié)構(gòu)層上，利用密封庫壁使庫內(nèi)降溫，氣調(diào)則在這層氣密結(jié)構(gòu)內(nèi)進行，但這種方式降溫效果較差。砌筑式氣調(diào)庫的建筑結(jié)構(gòu)基本上與普通冷藏庫相同，用傳統(tǒng)的建筑保溫材料砌筑而成，或者將冷藏庫改造而成。在庫體的表面增加一層氣密層，直接敷設在圍護結(jié)構(gòu)上。這種砌筑式氣調(diào)庫投資合理，但施工周期長。彩鍍夾心保溫板由于是工廠化生產(chǎn)的庫體材料，在施工現(xiàn)場只需進行簡單拼裝，建設周期短，投資比砌筑式略高，而氣密層施工較砌筑式方便可靠。

（2）氣密層的設計與施工。裝配式組合氣調(diào)庫，其圍護結(jié)構(gòu)采用彩鍍夾心板。隔熱層兩面都有彩鍍鋼板護面。彩鍍鋼板的氣密性和防潮隔氣都很好。只要在其建好的圍護墻面上將各板面間的接縫做好密封，就能使整個圍護結(jié)構(gòu)具有良好的氣密性。

（3）氣調(diào)庫門。庫門是氣調(diào)庫容易發(fā)生氣體泄露之處。為保證庫門與庫體之間的密封，可以將庫門的氣密條做成充氣式的。這種方式密封性好，但使用麻煩。通常是在冷庫門的基礎上加一扣緊裝置，封門時，用此裝置緊緊地將門扣在門框上，借密封條將門縫封死。在門下落扣緊的過程中，門下端的密封條與地面壓緊而密封。氣調(diào)庫門上都設有觀察窗，可以打開，當庫內(nèi)出現(xiàn)問題時便于工作人員入庫檢查。其外框為金屬構(gòu)件，中間鑲有雙層玻璃或中空雙層玻璃。若用雙層玻璃，夾層內(nèi)應放干燥劑或抽空，以防結(jié)露。

（4）密封標準、實驗方法、安全裝置及注意事項。為保證氣調(diào)庫內(nèi)氣體成分調(diào)節(jié)速度快，波動幅度小，提高貯藏質(zhì)量，降低成本，就必須保證庫體有良好的氣密性。GB 50274-98《制氮機、空氣分離設備安裝工程施工及檢驗規(guī)范》中，有關(guān)組合（氣調(diào)）冷庫一節(jié)中規(guī)定：“氣調(diào)冷庫在庫體安裝后，應進行庫體氣密性試驗。試驗應符合下列要求：啟動鼓風機，當庫內(nèi)壓力達到100 Pa（10 mm H2O）后停機，并開始計時，當試驗到10 min時庫內(nèi)壓力應大于50 Pa”，即半降壓時間為10 min。為防止庫體因內(nèi)外壓力不平衡被壓塌或脹裂，庫房內(nèi)應配裝氣壓平衡袋（簡稱氣調(diào)袋），當庫內(nèi)溫度升高，庫氣膨脹，庫氣將流入氣調(diào)袋；庫內(nèi)溫度降低，庫氣收縮，庫氣將從氣調(diào)袋流入庫內(nèi)。另外，庫房內(nèi)還應安裝1臺氣壓平衡安全閥（簡稱平衡閥），在庫內(nèi)外壓差大于200 Pa時，庫內(nèi)外的氣體通過平衡閥發(fā)生交換，以防止庫體結(jié)構(gòu)遭到破壞。

（5）制冷設備。氣調(diào)庫整個制冷系統(tǒng)的設計，可以根據(jù)不同情況，采用大機組的集中供冷或單個庫房小機組單獨供冷，后者具有較大的靈活性。采用乙二醇冷水機組，不但可提高溫度的控制精度，還大大簡化了制冷管路結(jié)構(gòu)。為使氣調(diào)過程中制冷機能夠經(jīng)濟運行，氣調(diào)庫圍護結(jié)構(gòu)的隔熱層應比一般高溫庫厚一些。

（6）加濕設備。由于氣調(diào)庫內(nèi)果蔬貯藏期長，充入的氮氣又很干燥，所以貯藏品水分蒸發(fā)較多。為降低貯藏環(huán)境與貯藏品之間的水蒸汽分壓差，抑制水分蒸發(fā)，保持氣調(diào)庫中較高相對濕度（90%～95%），減少干耗，一般氣調(diào)庫都要設置加濕器。加濕器主要有超聲波加濕器和離心式加濕器兩種。

3.2 氣調(diào)設備的選用和安裝調(diào)試

3.2.1 制氮降氧設備。利用制氮機產(chǎn)生的95%～98%純度的氮氣，置換（或稀釋）氣調(diào)庫中的氣體，降低庫內(nèi)氧氣濃度；在小型氣調(diào)庫內(nèi)，也可以用于排除過量的二氧化碳、乙烯或其他氣體。

3.2.2 二氧化碳脫除機。果蔬在氣調(diào)過程中，一般要求二氧化碳的濃度控制在1%～5%的范圍內(nèi)。果蔬的呼吸作用將提高庫內(nèi)二氧化碳的濃度。二氧化碳濃度過高會導致果蔬中毒，并產(chǎn)生一系列不良癥狀，最終腐爛變質(zhì)。因此，必須安裝使用二氧化碳脫除機（又稱洗滌器）將庫內(nèi)多余的二氧化碳脫除掉，達到氣調(diào)參數(shù)要求范圍。

3.2.3 乙烯脫除裝置。乙烯是果蔬自身新陳代謝的產(chǎn)物，它是一種能促進果蔬呼吸、加快成熟衰老的植物激素。貯藏對乙烯非常敏感的果蔬時，必須把貯藏環(huán)境中的乙烯濃度脫至閾值以下，一般需降到2×10-8(體積比)以下的水平。脫除乙烯的方法：常用高錳酸鉀作為強氧化劑，以氧化鋁、分子篩等多孔性材料作載體，制成一次性使用的復合材料，放入庫內(nèi)、包裝箱或閉路循環(huán)系統(tǒng)中，將乙烯脫除。隨著氣調(diào)技術(shù)的發(fā)展，近年來又研制出基于高溫催化原理的高效除乙烯裝置。

3.3 自動控制設備

氣調(diào)庫在整個貯藏期內(nèi)都必須精確測量和控制庫中氣體成分。如果測出庫中氧超標，就應開啟制氮機，充氮降氧，直到氧含量達到工藝參數(shù)設定值。如果二氧化碳超標，就應打開庫的出回氣閥門，開啟二氧化碳脫除裝置脫除二氧化碳，直至庫內(nèi)二氧化碳達到設定值。利用自動化控制設備和計算機專用軟件，可實現(xiàn)上述工作的自動化。

3.4 氣體成分的測定

3.4.1 氧、二氧化碳的測定。測定儀器主要有奧氏氣體分析儀、氧電極氧氣測試儀、紅外二氧化碳測試儀、氧和二氧化碳傳感器等。

3.4.2 乙烯的測定。由專業(yè)人員使用氣相色譜儀進行檢測。

3.4.3 氣調(diào)庫貯藏管理。為維持庫內(nèi)貯藏參數(shù)的穩(wěn)定，必須管理好制冷設備、加濕設備、氣調(diào)設備和管道閥門以及各種控制設備。氣調(diào)庫的密封性和氣調(diào)袋、平衡安全閥也都應保持良好狀態(tài)。果蔬從入庫到出庫，應始終做好整個貯藏期貯藏品的質(zhì)量監(jiān)測。此外，氣調(diào)庫氣密破損部位在修復后應重新進行氣密性試驗，各種機器設備、管道閥門、控制儀器儀表、電氣部件等均應按要求進行年檢大修。

3.4.4 氣調(diào)貯藏技術(shù)指標。主要蔬菜氣調(diào)貯藏技術(shù)指標見表1。主要水果氣調(diào)貯藏指標見表2。表1 主要蔬菜氣調(diào)貯藏技術(shù)指標（略）表2 主要水果氣調(diào)貯藏技術(shù)指標（略）

四、果蔬氣調(diào)貯藏技術(shù)在艦船上的應用條件

4.1 出海時間

出海時間在1個月以上的艦船，才有必要設計建造果蔬氣調(diào)貯藏庫。因為大多數(shù)艦船自身攜帶的新鮮蔬菜和水果，加上果蔬罐頭、速凍菜、干菜等，基本可以滿足艦船人員1個月內(nèi)的食用需要。

4.2 果蔬貯藏庫數(shù)量

設有4～5個容積相仿果蔬貯藏庫的艦船，可考慮設置1個氣調(diào)貯藏庫，建議設置比例控制在1∶4～1∶5。因為艦船出海期間，普通低溫冷藏是主要的果蔬貯藏方式，其庫容應不少于總果蔬貯藏庫容的80%。

4.3 專業(yè)技術(shù)人員

果蔬氣調(diào)貯藏是一項專業(yè)性比較強的技術(shù)，涉及庫體密封性能、壓力控制、氣體成分檢測等對人和果蔬貯藏品的安全指標，所以，必須培養(yǎng)技術(shù)素質(zhì)好、責任心強的技術(shù)人員，才能保證艦船上果蔬氣調(diào)貯藏的順利進行。

4.4 適合艦船應用的建造方案、貯藏方法

由于尚未開展過艦船上果蔬氣調(diào)貯藏的研究與應用，所以有關(guān)科研人員和設計建造人員，應在深入廣泛調(diào)研基礎上，根據(jù)艦船對果蔬氣調(diào)貯藏的需求，結(jié)合艦船設計狀態(tài)和實際環(huán)境情況，研究適合艦船使用的果蔬氣調(diào)貯藏庫的設計參數(shù)，篩選適宜的果蔬品種，制定相關(guān)的貯藏方法及操作規(guī)程。