制氮機(jī)在果蔬氣調(diào)貯藏技術(shù)與艦船應(yīng)用條件

艦船海上航行時，蔬菜、水果的供應(yīng)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(yuǎn)航或長航時間往往超過1個月，有時甚至長達(dá)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(bǔ)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(yīng)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(xué)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(fēng)庫貯藏，方法簡便經(jīng)濟(jì)，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(jī)械制冷來獲得適宜的低溫，包括冰窖貯藏、機(jī)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(dá)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(yán)格的指標(biāo)，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?dú)馔高^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(biāo)應(yīng)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(chǔ)上發(fā)展起來的現(xiàn)代化保鮮技術(shù)，被認(rèn)為是當(dāng)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(dá)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(jì)70年代。30多年來，經(jīng)過引進(jìn)、消化和吸收國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)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(shè)計和建造各種氣調(diào)庫和氣調(diào)設(shè)備的能力。

由于氣調(diào)貯藏設(shè)施、設(shè)備投入大、成本高，其貯藏能力遠(yuǎn)不如低溫貯藏能力。國外發(fā)達(dá)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(yīng)用于商業(yè)用途，未見在艦船上應(yīng)用的報道。國內(nèi)果蔬氣調(diào)貯藏技術(shù)的應(yīng)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(yīng)用。

氣調(diào)貯藏技術(shù)主要包括氣調(diào)庫的設(shè)計及建造、氣調(diào)設(shè)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(diǎn)與設(shè)計建造

3.1.1 特點(diǎn)

(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(diǎn)。氣調(diào)庫除要求圍護(hù)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(jìn)出管線連接處嚴(yán)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(hù)結(jié)構(gòu)氣密性要求較嚴(yán)，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(hù)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(hù)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(shè)計安全閥和調(diào)氣閥。

(3)快進(jìn)整出。水果進(jìn)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(yùn)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(fēng)、檢查通道外，庫內(nèi)水果應(yīng)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(jìn)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(yùn)行成本可相應(yīng)降低。

3.1.2 設(shè)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(jī)將產(chǎn)生的氮?dú)獬掷m(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(dá)到預(yù)定指標(biāo)。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?dú)?、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(dāng)二氧化碳超過預(yù)定指標(biāo)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(dá)到預(yù)定指標(biāo)。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(shè)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(dǎo)熱性好的金屬氣密結(jié)構(gòu)，仍用原有的降溫設(shè)施，吹出的冷風(fēng)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(jìn)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(shè)在圍護(hù)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(jìn)行簡單拼裝，建設(shè)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(shè)計與施工。裝配式組合氣調(diào)庫，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用彩鍍夾心板。隔熱層兩面都有彩鍍鋼板護(hù)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(hù)墻面上將各板面間的接縫做好密封，就能使整個圍護(hù)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(chǔ)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(shè)有觀察窗，可以打開，當(dāng)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(yīng)放干燥劑或抽空，以防結(jié)露。

（4）密封標(biāo)準(zhǔn)、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(jī)、空氣分離設(shè)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(yīng)進(jìn)行庫體氣密性試驗。試驗應(yīng)符合下列要求：啟動鼓風(fēng)機(jī)，當(dāng)庫內(nèi)壓力達(dá)到100 Pa（10 mm H2O）后停機(jī)，并開始計時，當(dāng)試驗到10 min時庫內(nèi)壓力應(yīng)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(yīng)配裝氣壓平衡袋（簡稱氣調(diào)袋），當(dāng)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(yīng)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(shè)備。氣調(diào)庫整個制冷系統(tǒng)的設(shè)計，可以根據(jù)不同情況，采用大機(jī)組的集中供冷或單個庫房小機(jī)組單獨(dú)供冷，后者具有較大的靈活性。采用乙二醇冷水機(jī)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(jī)能夠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，氣調(diào)庫圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱層應(yīng)比一般高溫庫厚一些。

（6）加濕設(shè)備。由于氣調(diào)庫內(nèi)果蔬貯藏期長，充入的氮?dú)庥趾芨稍?，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(shè)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(shè)備的選用和安裝調(diào)試

3.2.1 制氮降氧設(shè)備。利用制氮機(jī)產(chǎn)生的95%～98%純度的氮?dú)?，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(jī)。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(dǎo)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(jī)（又稱洗滌器）將庫內(nèi)多余的二氧化碳脫除掉，達(dá)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(jìn)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(qiáng)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(fù)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(shè)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(biāo)，就應(yīng)開啟制氮機(jī)，充氮降氧，直到氧含量達(dá)到工藝參數(shù)設(shè)定值。如果二氧化碳超標(biāo)，就應(yīng)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(dá)到設(shè)定值。利用自動化控制設(shè)備和計算機(jī)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(jìn)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(shè)備、加濕設(shè)備、氣調(diào)設(shè)備和管道閥門以及各種控制設(shè)備。氣調(diào)庫的密封性和氣調(diào)袋、平衡安全閥也都應(yīng)保持良好狀態(tài)。果蔬從入庫到出庫，應(yīng)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(fù)后應(yīng)重新進(jìn)行氣密性試驗，各種機(jī)器設(shè)備、管道閥門、控制儀器儀表、電氣部件等均應(yīng)按要求進(jìn)行年檢大修。

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

四、果蔬氣調(diào)貯藏技術(shù)在艦船上的應(yīng)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(shè)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(shè)有4～5個容積相仿果蔬貯藏庫的艦船，可考慮設(shè)置1個氣調(diào)貯藏庫，建議設(shè)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(yīng)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(qiáng)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(biāo)，所以，必須培養(yǎng)技術(shù)素質(zhì)好、責(zé)任心強(qiáng)的技術(shù)人員，才能保證艦船上果蔬氣調(diào)貯藏的順利進(jìn)行。

4.4 適合艦船應(yīng)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(yīng)用，所以有關(guān)科研人員和設(shè)計建造人員，應(yīng)在深入廣泛調(diào)研基礎(chǔ)上，根據(jù)艦船對果蔬氣調(diào)貯藏的需求，結(jié)合艦船設(shè)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(shè)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。