1、 氣調(diào)庫技術(shù)概述
氣調(diào)庫又稱氣調(diào)貯藏是當(dāng)今先進(jìn)的果蔬保鮮貯藏方法。它是在冷藏的基礎(chǔ)上，增加氣體成分調(diào)節(jié)，通過對貯藏環(huán)境中溫度、濕度、二氧化碳、氧氣濃度和乙烯濃度等條件的控制，抑制果蔬呼吸作用，延緩其新陳代謝過程，更好地保持果蔬新鮮度和商品性，延長果蔬貯藏期和銷售貨架期。通常氣調(diào)貯藏比普通冷藏可延長貯藏期2—3倍。
傳統(tǒng)的果蔬貯藏保鮮方法有簡易貯藏、通風(fēng)庫貯藏、輻射保鮮、化學(xué)保鮮、冷庫貯藏。簡易貯藏、通風(fēng)庫貯藏設(shè)備簡單、投資少，但貯藏效果差，貯藏期短，腐爛損失嚴(yán)重。輻射及化學(xué)保鮮在部分水果上有一定適用性，但存在輻射及化學(xué)殘留污染，不是所有果蔬都能應(yīng)用。
氣調(diào)貯藏能在適宜低溫條件下，通過改變貯藏環(huán)境氣體成分、相對濕度，大程度地創(chuàng)造果蔬貯藏環(huán)境，其效果表現(xiàn)在以下方面：氣調(diào)貯藏營造的低氧(一般O2含量為l％—5％)、適當(dāng)CO2濃度能有效地抑制呼吸作用，減少果蔬中營養(yǎng)物質(zhì)的損耗，同時抑制病原菌的滋生繁殖，控制某些生理病害的發(fā)生；清除貯藏環(huán)境氣體中的乙烯，以抑制其對果蔬的催熟作用，延緩后熟和衰老過程；增加環(huán)境氣體中的相對濕度，以降低果蔬的蒸騰作用，從而達(dá)到果蔬長期貯藏保鮮的目的。
因此，經(jīng)過氣調(diào)貯藏的果蔬具有以下特點(diǎn)：
(1)很好地保持果蔬原有的形、色、香味；
(2)果實(shí)硬度高于普通冷藏；
(3)貯藏時間延長；
(4)果實(shí)腐爛率低、自然損耗(失水率)低；
(5)延長貨架期。由于果蔬長期受低02和高C02的作用，當(dāng)解除氣調(diào)狀態(tài)后果蔬仍有一段很長時間的“滯后效應(yīng)”或休眠期；(6)適于長途運(yùn)輸和外銷。果蔬質(zhì)量明顯改善，為外銷和運(yùn)銷創(chuàng)造了條件；(7)許多果蔬能夠達(dá)到季產(chǎn)年銷周年供應(yīng)，創(chuàng)出良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
氣調(diào)庫的構(gòu)成：氣調(diào)庫一般由氣密庫體、氣調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、壓力平衡系統(tǒng)以及溫度、濕度、O2、CO2，氣體自動檢測控制系統(tǒng)構(gòu)成。
2、 氣調(diào)庫庫體
氣調(diào)庫庫體不僅要求具有良好的隔熱性，減少外界熱量對庫內(nèi)溫度的影響，更重要的是要求具有良好的氣密性，減少或消除外界空氣對庫內(nèi)氣體成分的壓力，保證庫內(nèi)氣體成分調(diào)節(jié)速度快，波動幅度小，從而提高貯藏質(zhì)量，降低貯藏成本。氣調(diào)庫庫體主要由氣密層和保溫層構(gòu)成。氣調(diào)保鮮庫按建筑可分為3種類型：裝配式、磚混式、夾套式。裝配式氣調(diào)庫圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用彩鍍聚氨脂夾心板組裝而成，具有隔熱、防潮和氣密的作用。該類庫建筑速度快，美觀大方，但造價略高，是目前國內(nèi)外新建氣調(diào)庫常用的類型。氣調(diào)庫采用專門的氣調(diào)門，該門應(yīng)具有良好的保溫性和氣密性。另外，在氣調(diào)庫封門后的長期貯藏過程中，一般不允許隨便開啟氣調(diào)門，以免引起庫內(nèi)外氣體交換，造成庫內(nèi)氣體成分的波動，為便于了解庫內(nèi)果蔬貯藏情況，應(yīng)設(shè)置觀察窗。氣調(diào)庫建好后，要進(jìn)行氣密性測試。氣密性應(yīng)達(dá)到300Pa，半降壓時間不低于20—30min。
3、 氣調(diào)系統(tǒng)
要使氣調(diào)庫達(dá)到所要求的氣體成分并保持相對穩(wěn)定，除了要有符合要求的氣密性庫體外，還要有相應(yīng)氣體調(diào)節(jié)設(shè)備、管道、閥門所組成的系統(tǒng)，即氣調(diào)系統(tǒng)。整個氣調(diào)系統(tǒng)包括制氮系統(tǒng)、二氧化碳脫除系統(tǒng)、乙烯脫除系統(tǒng)、溫度、濕度及氣體成分自動檢測控制系統(tǒng)。
3．1制氮系統(tǒng)
氣調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備是制氮機(jī)(即降氧機(jī))。制氮機(jī)大體上經(jīng)歷了催化燃燒制氮→碳分子篩吸附制氮、中空纖維膜分離制氮、以及目前先進(jìn)的真空低壓吸附脫氧制氮（即VSA）的發(fā)展過程。目前普遍采用碳分子篩、中空纖維膜分離制氮及VSA制氮。
3．1．1 碳分子篩吸附制氮機(jī)碳分子篩制氮是采用變壓吸附原理制氮，由于氧分子與氮分子的動力學(xué)直徑不同，氧分子的擴(kuò)散速度比氮分子快數(shù)百倍。而吸附量與壓力成正比，利用氧、氮短時間內(nèi)吸附量差異甚大的特點(diǎn)，由程序控制器按特定的時間程序在兩個塔之間進(jìn)行快速切換，結(jié)合加壓氧吸附、減壓氧解吸的過程，將氧從空氣中分離出來。碳分子篩制氮機(jī)具有制氮純度高(可達(dá)到99．9％)、設(shè)備簡單、價格低的特點(diǎn)，但設(shè)備中閥門多，切換頻繁，每年每只閥門需開關(guān)20—40萬次，設(shè)備噪聲大。因此要求保證閥門的質(zhì)量，否則會影響設(shè)備的可靠性。
3．1．2中空纖維膜分離制氮機(jī)膜分離制氮是利用氧氣與氮?dú)馔高^中空纖維膜壁的速度差異特點(diǎn)，將氧氣從空氣中分離出來。中空纖維膜制氮機(jī)是目前氣調(diào)貯藏使用廣泛的設(shè)備。它由壓縮機(jī)、貯罐、冷干機(jī)、過濾器、加熱器、中空纖維膜及管、閥組成。具有以下特點(diǎn)：(1)設(shè)備簡單、占地少、易安裝；(2)只需開動空壓機(jī)即可得到富氮空氣；(3)濃度可在95％—99％之間調(diào)節(jié)，使用靈活，能快速啟動停車；(4)安全可靠，分離器無運(yùn)動部件，可連續(xù)穩(wěn)定工作；(5)分離過程無相變、無壓力損失、能耗低；(6)易小型化；(7)投資小。
3．1．3真空低壓吸附脫氧制氮機(jī)制氮機(jī)是采用CMS活性碳吸附再生的原理來吸附大氣中的O2并向庫內(nèi)注入高純度氮?dú)狻Ｓ啥€裝滿CMS活性碳的罐體、泵組、閥件、管路及控制單元組成。具有以下特點(diǎn)：（1）低壓（0.8bar)運(yùn)行，比同性能的PSA及膜制氮機(jī)節(jié)能80%左右。（2）降氧效果提高30%以上，可將氣調(diào)庫內(nèi)氧氣含量控制在1%以下，甚至可以達(dá)到0.3% （3）維護(hù)成本低。穩(wěn)定可靠。設(shè)備中的主要活性炭吸附模塊壽命長達(dá)15年以上。（中空纖維膜制氮機(jī)中膜組昂貴，壽命只能持續(xù)2~3年）（4）與庫體止漏系統(tǒng)配合更有效防止氣調(diào)庫氣體泄漏。（5） 氣調(diào)庫氣體內(nèi)循環(huán)。更有效的節(jié)約運(yùn)行成本。
3．2二氫化碳脫除系統(tǒng)
主要用于控制氣調(diào)庫中二氧化碳含量。完全依靠果蔬呼吸時所釋放的二氧化碳，增加氣調(diào)庫內(nèi)二氧化碳濃度，適量的二氧化碳對果蔬起保護(hù)作用，使貯藏保鮮效果良好。但是，二氧化碳濃度過高，則會對果蔬造成傷害，因此脫除(洗滌)過量的二氧化碳，調(diào)節(jié)和控制好二氧化碳濃度，對提高果蔬貯藏質(zhì)量非常重要；通常的二氧化碳脫除裝置大體上有4種形式：(1)消石灰脫除裝置；(：)水清除裝置；(3)活性碳清除裝置；(4)硅橡膠膜清除裝置。活性碳清除裝置是利用活性碳較強(qiáng)的吸附力，對二氧化碳進(jìn)行吸附，待吸附飽和后鼓入新鮮空氣，使活性碳脫附，恢復(fù)吸附性能，是當(dāng)前氣調(diào)庫脫除二氧化碳普遍采用的裝置。二氧化碳脫除系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)貯藏果蔬的呼吸強(qiáng)度、氣調(diào)庫內(nèi)氣體自由空間體積、氣調(diào)庫的貯藏量、庫內(nèi)要求達(dá)到的二氧化碳?xì)怏w成分的濃度確定脫除機(jī)的工作能力。
3．3乙烯脫除系統(tǒng)
乙烯是果蔬在成熟和后熟過程中自身產(chǎn)生并釋放出來的一種氣體，是一種促進(jìn)呼吸、加快后熟的植物激素，對采后貯藏的水果有催熟作用。在對乙烯敏感的水果貯藏中，應(yīng)將乙烯去除。因此果蔬貯藏中既要設(shè)法抑制乙烯產(chǎn)生，又要消除貯藏庫內(nèi)乙烯積累。目前普遍采用且相對有效的方法為高錳酸鉀化學(xué)除乙烯法和空氣氧化去除法。化學(xué)除乙烯法是在清洗裝置中充填乙烯吸收劑，常用的乙烯吸收劑是將飽和高錳酸鉀溶液吸附在碎磚塊、蛭石或沸石分子篩等多孔材料上，乙烯與高錳酸鉀接觸，因氧化而被清除。該方法簡單，費(fèi)用極低，但除乙烯效率低，且高錳酸鉀為強(qiáng)氧化劑，會灼傷皮膚。目前，空氣氧化去除法是利用乙烯在催化劑和高溫條件下與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水的原理去除乙烯，與高錳酸鉀去除法相比其投資費(fèi)用高，但因具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)為人們所接受：
(1)除乙烯效率高，可除去庫內(nèi)氣體中所含乙烯量的99％，可將貯藏間內(nèi)乙烯濃度控制在l—5μL／L；(2)減少水果霉變，在去除乙烯同時，能對庫內(nèi)氣體進(jìn)行高溫殺菌消毒；(3)一機(jī)多用，去除乙烯同時，還能除掉水果釋放的芳香氣體，減輕這些氣體對水果產(chǎn)生催熟作用的不良影響。
注：除對乙烯敏感的水果（主要為亞熱帶、熱帶水果）：獼猴桃、香蕉等外， 蘋果、梨等溫帶水果不需要乙烯脫出設(shè)備。
3．4自動檢測控制系統(tǒng)
氣調(diào)庫內(nèi)檢測控制系統(tǒng)的主要作用為：對氣調(diào)庫內(nèi)的溫度、濕度、O2、CO2氣體進(jìn)行實(shí)時檢查測量和顯示，以確定是否符合氣調(diào)技術(shù)指標(biāo)要求，并進(jìn)行自動(人工)調(diào)節(jié)，使之處于氣調(diào)參數(shù)狀態(tài)。在自動化程度較高的現(xiàn)代氣調(diào)庫中，一般采用自動檢測控制設(shè)備，它由(溫度、濕度、O2、CO2)傳感器、控制器、計算機(jī)及取樣管、閥等組成，整個系統(tǒng)全部由一臺中央控制計算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時監(jiān)控，既可以獲取各個分庫內(nèi)的O2、CO2、溫度、濕度數(shù)據(jù)，顯示運(yùn)行曲線，自動打印記錄和啟動或關(guān)閉各系統(tǒng)，同時還能根據(jù)庫內(nèi)物料情況隨時改變控制參數(shù)。中央控制計算機(jī)采用Windows界面，使用操作人員可以方便直觀地獲取各方面的信息。
3．5制冷系統(tǒng)
制冷系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械制冷所必須的機(jī)器、設(shè)備及連接這些機(jī)器、設(shè)備的管道、閥門、控制元件等所組成的封閉循環(huán)系統(tǒng)。氣調(diào)庫的制冷系統(tǒng)與普通冷庫的制冷系統(tǒng)基本相同。但氣調(diào)庫制冷系統(tǒng)具有更高的可靠性，更高的自動化程度，并在果蔬氣調(diào)貯藏中長時間維持所要求的庫內(nèi)溫度。一般采用氨制冷系統(tǒng)或氟利昂單級壓縮直接膨脹供液制冷系統(tǒng)。
3．6加濕系統(tǒng)
與普通果蔬冷庫相比，由于氣調(diào)貯藏果蔬的貯藏期長，果蔬水分蒸發(fā)較高，為抑制果蔬水分蒸發(fā)，降低貯藏環(huán)境與貯藏果蔬之間的水蒸氣分壓差，要求氣調(diào)庫貯藏環(huán)境中具有的相對濕度，這對于減少果蔬的干耗和保持果蔬的鮮脆有著重要意義。一般庫內(nèi)相對濕度能保持在90％—95％之間。
常用的氣調(diào)庫加濕方法有以下幾種：
(1)地面充水加濕；
(2)冷風(fēng)機(jī)底盤注水；
(3)噴霧加濕；
(4)離心霧化加濕；
(5)超聲霧化加濕。
3．7氣調(diào)庫壓力平衡系統(tǒng)
在氣調(diào)庫建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中還必須考慮氣調(diào)庫的安全性。由于氣調(diào)庫是一種密閉式冷庫，當(dāng)庫內(nèi)溫度降低時，其氣體壓力也隨之降低，庫內(nèi)外兩側(cè)就形成了氣壓差。
據(jù)有關(guān)資料介紹，當(dāng)庫內(nèi)外溫差l℃時，大氣將對圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生40Pa的壓力，溫差越大壓力差也越大。若不把壓力差及時消除或控制在一定的范圍內(nèi)，將會使庫體損壞。為保證氣調(diào)庫安全性和氣密性，并為氣調(diào)庫運(yùn)行管理提供必要的方便條件，氣調(diào)庫應(yīng)設(shè)置壓力平衡系統(tǒng)：安全閥、緩沖貯氣袋。安全閥是在氣調(diào)庫密閉后，保證庫內(nèi)外壓力平衡的特有安全設(shè)施，它可以防止庫內(nèi)產(chǎn)生過大的正壓和負(fù)壓，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其氣密層免遭破壞。
氣調(diào)庫在運(yùn)行期間會出現(xiàn)微量壓力失衡，緩沖貯氣袋的作用就是消除或緩解這種微量壓力失衡。當(dāng)庫內(nèi)壓力稍高于大氣壓力時，庫內(nèi)部分氣體進(jìn)入緩沖貯氣袋，當(dāng)庫內(nèi)壓力稍低于大氣壓時，緩沖貯氣袋內(nèi)的氣體便自動補(bǔ)入氣調(diào)間。貯氣袋是把庫內(nèi)壓力的微量變化，轉(zhuǎn)換成貯氣袋內(nèi)氣體體積的變化，使庫內(nèi)外的壓差減小或接近于零，消除和緩解壓差對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的作用力。緩沖貯氣袋是由氣密性好且具有一定抗拉強(qiáng)度的柔性材料制成。
