Сельское Хозяйство » Пассивные способы генерации газовой среды
Пассивные способы генерации газовой среды

Хранение плодов и овощей в полиэтиленовых упаковках, основанное на избирательной проницаемости полиэтилена для углекислого газа и кислорода, является одним из самых несложных. По сравнению с другими полимерными материалами (целлофан, полихлорвинил, полиамид и др.) полиэтилен имеет ряд преимуществ. Пленки из него эластичны, устойчивы к свету, кислотам и щелочам, легко свариваются, имеют низкую водо- и паропроницаемость, прочны и пригодны для многократного использования.

При упаковке плодов или овощей в тару из полиэтиленовой пленки в результате потребления ими кислорода и накопления выделившегося углекислого газа внутри упаковки изменяется состав атмосферы. Несмотря на то, что проницаемость пленки для С02 в 2—5 раз выше, чем для 02, на практике скорость снижения содержания 02 лишь в редких случаях превышает в 2 раза скорость выделения С02.

Помимо качества пленки и степени герметичности изготовленной из нее упаковки на скорость создания МГС весьма существенное влияние оказывает вид и сорт культуры, условия выращивания, стадия зрелости, а главное — температура хранения: чем она выше, тем быстрее происходит генерация атмосферы нужного состава. В зависимости от указанных факторов, в упаковках различной вместимости из полиэтиленовой пленки толщиной 30— 60 мкм может создаваться газовая среда, содержащая от 3 до 7 % С02 и от 5 до 16 % 02. Во избежание накопления избыточного количества С02 (до 10 и выше) и резкого падения концентрации 02 (до 0,5—1,5 %), что имеет место при толщине пленки выше 80 мкм, а также при повышенной температуре хранения, пленочные упаковки необходимо перфорировать для регулирования газообмена.

Пленчатые упаковки из полиэтилена или другого полимерного материала могут быть различной вместимости— от одного плода до нескольких центнеров. В нашей стране для хранения плодов и овощей в МГС используют полиэтиленовые пакеты, вкладыши-мешки в стандартные ящики и контейнеры, а также крупногабаритные полиэтиленовые контейнеры, вмещающие штабель контейнеров или несколько поддонов с уложенными на них ящиками.
Пакеты с плодами укладывают прямыми рядами в стандартные ящики и хранят в камерах холодильников при температуре около 0°С. В таких условиях внутри пакетов с яблоками устанавливается следующий состав атмосферы: 3—5 % С02 и 7—10 % 02. В пакетах с грушами —7—8 % С02 и 9—11 % 02.
При герметичной упаковке плодов в полиэтиленовые пакеты иногда происходит прилипание пленки к поверхности плодов, как если бы из пакетов был откачан воздух. При наблюдении впервые этого явления, названного «биологическим вакуумом», было замечено, что именно в этом случае хранение плодов в МГС наиболее эффективно. Сжатие пленки объясняется следующим: за счет потребления плодами кислорода объем пакета уменьшается, в нем повышается концентрация выделенного плодами углекислого газа, возрастает парциальное давление как С02, так и N2, что способствует их диффузии во внешнюю среду. Поступление же кислорода внутрь упаковки извне задерживается из-за более слабой проницаемости полиэтилена для этого газа. В результате уменьшения общего объема газа в пакете пленка прилипает к плодам, образуя как бы вторую кожицу, через которую в дальнейшем и осуществляются обменные процессы между плодом и внешней средой.

В Грузии предложена своеобразная модификация упаковки плодов в полиэтиленовые пакеты — Поливакстер. Сущность метода состоит в том, что плоды, упакованные в пакеты, до герметизации подвергают кратковременному прогреву при 40°С, который завершается термосваркой. При нагревании из упаковки удаляется часть воздуха, а последующая герметизация пакетов препятствует его восполнению, в результате внутри создается вакуум, и пленка плотно прижимается к поверхности плодов. Сохраняемость плодов в упаковке Поливакстер выше, чем в полиэтиленовых пакетах, герметизированных обычным способом. Например, такие слаболежкие плоды, как субтропическая хурма и персики, можно хранить в холодильнике до 150 дней. Но из-за трудоемкости и затруднений с созданием механизированной линии укладки плодов в пакеты, их термической обработки (путем погружения пакетов с плодами в горячую воду) и термосварки этот метод пока не получил промышленного распространения.

Создавать вакуум в полиэтиленовых пакетах с плодами и овощами можно и путем откачки из них воздуха перед герметизацией. При вакуумировании на 1/2 атмосферы содержание кислорода в упаковке снижается до 10 %, на !Д — до 5, на '/б— до 4%. Имеется положительный опыт хранения в таких условиях устойчивых сортов яблок и груш, косточковых плодов, винограда, огурцов, моркови, редиса.

Характерно, что в условиях МГС груши дозревают гораздо медленнее, чем яблоки. Для того, чтобы они приобрели потребительскую зрелость, необходимо разгерметизировать упаковки и выдержать плоды в обычной атмосфере при комнатной температуре не менее 5—7 дней. Для дозревания же груш позднего сорта Деканка зимняя, помимо того, требуется присутствие в атмосфере этилена (1 : 1000).

В условиях промышленного садоводства большие удобства для хранения и перевозки представляет упаковка яблок в контейнеры с вкладышами из полиэтиленовой пленки толщиной 40—60 мкм вместимостью от 220 до 500 кг. По данным Р. Я. Ципруш, более других подходит деревянный контейнер вместимостью 220—230 кг. Используемый для него полиэтиленовый вкладыш имеет следующие габариты, мм: длина основания—1150, ширина — 760, высота вкладыша— 1700. Для удобства загрузки одна стенка контейнера делается из двух половинок, верхняя устанавливается после загрузки половины емкости контейнера.

Техника укладки плодов и условия создания внутри упаковок МГС следующие. Контейнеры доставляются непосредственно в сад и расставляются в междурядьях. На дно контейнеров кладется небольшой слой стружки, после чего контейнер выстилается полиэтиленовой пленкой или же поверх стружки размещается основание мешка-вкладыша, соответствующего по габаритам внутренним размерам контейнера. Края мешка (или полиэтиленовой пленки) завертывают так, чтобы они не мешали и не рвались при загрузке. Затем снятые с деревьев плоды из сборной тары (ящиков, корзин, ведер) осторожно высыпаются в контейнер с одновременным удалением больных и поврежденных. По мере заполнения контейнера плодами его разборная стенка поднимается. В открытом виде контейнеры доставляют в камеры холодильников. Для лучшего охлаждения и удаления из упаковок избытка водяных паров, накопившихся за время нахождения упакованных плодов в саду и в пути, контейнеры выдерживают в камерах 5—7 дней открытыми, после чего вкладыши герметизируют, заправляя их края между внутренней поверхностью стенок контейнеров и наружной поверхностью вкладышей заполненных плодами, или заклеивают липкой лентой. В таком виде с помощью автопогрузчиков контейнеры устанавливают на постоянное место хранения штабелями высотой в 3— 8 контейнеров (в зависимости от высоты последних).

В течение всего периода хранения в плодохранилищах поддерживается температура воздуха около 0°С. Внутри контейнеров при этом режиме температура будет на уровне 1°С. Важно не допускать при хранении перепадов температуры во избежание конденсации испарившейся влаги на поверхности плодов и внутренних стенках вкладыша, так как присутствие в упаковках капельно-жидкой влаги способствует развитию фитопатогенных заболеваний плодов.
Состав атмосферы внутри контейнеров с вкладышами стабилизируется при 3—5 % С02 и 10—12 % 02. Бывают, однако, случаи, когда содержание С02 возрастает до опасных пределов, вызывая гибель плодов. Во избежание этого вкладыш в нижней его части следует перфорировать.

Одним из вариантов пассивной генерации МГС является укрытие штабеля ящиков или контейнеров с плодами листами полиэтилена или чехлами из него. В США применяются специальные полиэтиленовые палатки, под которыми размещаются яблоки в обыкновенных ящиках.

В настоящее время и в отечественной практике хранения начали использовать подобные полиэтиленовые накидки.

Хранение плодов и овощей в пленчатых контейнерах с газообменным окном, первоначально разработанное во Франции Марселленом и внедренное концерном «Рон-Пуленк», отличается от ранее описанных тем, что позволяет не только изменять состав атмосферы, но и контролировать соотношение в ней активных газов 02 и С02. Из всех методов создания контролируемой атмосферы (КА, РГС) он наиболее прост и заключается в следующем.

Плоды, упакованные в стандартные ящики или деревянные контейнеры, устанавливают в разложенный на стандартном поддоне большой мягкий контейнер из прочной полиэтиленовой пленки толщиной 120—200 мкм. Вместимость его составляет 500—1000 кг плодов. В боковую поверхность мягкого контейнера герметично вмонтировано окно из силиконо-во-каучукового эластомера, имеющего почти в 200 раз большую проницаемость для газов по сравнению с полиэтиленом, используемым для пакетов и вкладышей. Углекислый газ проходит через эту пленку в 5—6 раз. быстрее, чем кислород, т. е. проницаемость эластомера избирательная.

После герметизации мягкого контейнера (его верх плотно завязывают) обмен с внешней средой у плодов идет только через силиконовое окно, так как полиэтилен указанной толщины практически не проницаем для газов. Необходимый газовый состав внутри контейнера достигается подбором размера диффузионного окна в зависимости от температуры хранения, качества плодов, степени их зрелости и биологических особенностей, прежде всего, интенсивности дыхания. В рекомендациях по использованию закупленных во Франции контейнеров указывается, что при вместимости 500 кг яблок в контейнерах с силико-ново-каучуковыми вставками площадью 0,35 м2 уже через 8—9 дней устанавливается необходимая газовая среда: 3 % 02, 5 °/о С02 и 92 % N2. Однако на практике время выхода на заданный режим может достигать 24—27 сут, как это наблюдалось, например, при хранении сорта яблок Апорт алма-атинский (температура хранения 3°С). Чтобы избежать образования конденсата внутри контейнера, плоды приходится закладывать в него после предварительного охлаждения на воздухе. Хранение плодов, упакованных в контейнеры французского типа, не требует герметизации хранилищ. Плоды в них можно хранить в довольно широком диапазоне температур от 0° до 10°С. По результатам производственных испытаний, применение пленчатых контейнеров с диффузионным окном позволяет гораздо лучше сохранить внешний вид, плотность, сочность, вкус плодов и увеличить выход стандартной продукции при длительном хранении по сравнению с упаковкой в обычные контейнеры.

По данным УкрНИИТОП, создаваемая в полиэтиленовых контейнерах с диффузионными вставками газовая среда (3—5 % С02 и 8—10 % Ог) весьма положительно сказывалась на качестве хранившихся в них яблок сортов Ренет шампанский, Банан зимний и Ренет Симиренхо, После 7—7,5 мес выход стандартных плодов у них был на 25,7—10,4 % выше, а потери массы в 4—5 раз меньше по сравнению с обычным холодильным хранением. Хранение в таких же контейнерах груш также способствовало повышению выхода стандартной продукции на 4,1 —14,6 %.

В то же время авторы эксперимента отмечают, что увеличение в составе атмосферы содержания углекислоты до 10 % приводило к ухудшению результатов хранения, а для сорта Ренет Симиренко оказалось совсем не приемлемо, так как приводило к ожогам кожицы- и подкожному потемнению мякоти. А плоды Розмарина белого могут поражаться и при более низких концентрациях углекислого газа. Мембраны отечественного производства на капроновой основе, импрегнированной силоксанами, также обладают свойством избирательной проницаемости. По данным А. М. Некитаева, овощи и яблоки, упакованные в газонепроницаемые контейнеры и хранившиеся в холодильных камерах 200 дней, существенно превосходили по качеству аналогичную продукцию, находившуюся в тех же камерах при свободном доступе воздуха.

На плодоовощных базах Ленинграда и Ленинградской области внедряются полиэтиленовые контейнеры с вставкой из отечественной газоселективной пленки Сигма. Их вместимость от 28 до 32 стандартных яблочных ящиков. При температуре 1—2 °С и относительной влажности воздуха 90—92 % внутри таких контейнеров с яблоками через 3—4 недели хранения создается стабильная газовая среда: 2—3,6 % С02 и 15,6—16,4 % 02. Испытываются для хранения яблок также полиэтиленовые контейнеры-накидки с окном-мембраной и другие способы создания МГС с использованием разных видов пленок и мембран.

Несмотря на целый ряд отмеченных выше преимуществ, хранение плодов в пленчатых контейнерах с газоселективными мембранами не нашло широкого распространения и, прежде всего, в связи со сложной технологией изготовления и определенными трудностями в эксплуатации. Так, во избежание механических повреждений мягкие контейнеры-мешки устанавливают в складах на некотором расстоянии друг от друга, а внутри самого мешка не более чем по 3 контейнера (деревянных) в высоту. При этом не до используется емкость хранилища. В связи с нахождением деревянной тары внутри полиэтиленового мешка дерево, поглощающее влагу из плодов, быстро изнашивается. Диффузионное окно из силиконово-каучукового эластомера может механически повреждаться. При повторном использовании контейнеров трудно создать внутри их оптимальный режим атмосферы вопреки данным технической документации, согласно которым они могут служить не менее трех лет.

С целью совершенствования процесса создания МГС биологическим путем Московским технологическим институтом мясной и молочной промышленности совместно с промышленным объединением «Пластик» предложено использовать для создания модифицированной газовой среды в контейнерах газоселективное термодиффузионное устройство (ГСТУ) из ударопрочного полистирола (трубчатое, двух-, четырехлопастное). В полой части ГСТУ вклеены мембраны из селективно проницаемого пленочного материала, изготовленного из силиконового полидиметилсилоксанового каучука, армированного прочной тканью. Преимущества этих устройств заключаются в том, что они могут быть использованы в контейнерах с полиэтиленовыми вкладышами любого типа и находятся непосредственно в массе продукции. Это способствует интенсификации диффузионного газообмена и конвективному отводу физиологического тепла, сокращает-более, чем в 1,7 раза температурный градиент в массе плодов, обеспечивает надежную защиту газоселективного элемента от механических повреждений и от соприкосновения с продукцией, сокращает период стабилизации газовой атмосферы более чем в 5 раз.

Производственные опыты по хранению таким путем яблок, груш, моркови, репчатого лука, чеснока, проведенные в разных зонах СССР, дали хорошие результаты. Недостаток этого варианта — необходимость повторной переупаковки продукции в местах закладки на хранение.

Хранение плодов и овощей в герметичных камерах с контролируемой атмосферой особенно надежно. Заданный состав газовой среды в этом случае может создаваться биологическим путем. Основная задача в этом случае состоит в удалении из камер избытка С02, для чего последние оснащаются специальными поглотителями этого газа — скрубберами различной конструкции. В качестве поглощающих веществ используют растворы едких щелочей (NaOH и КОН), сухую гашеную известь (пушенку), растворы этаноламинов (моноэтиламин, диэтиламин, три-этиламин), углекислого калия и др. В процессе использования их поглощающая способность снижается, поэтому известь заменяют, а другие поглотители регенерируют (поташ— пропусканием воздуха, этаноламины — нагреванием). Для поглощения этилена и других летучих веществ в скрубберах имеются ячейки с активированным углем, обработанным бромом.

Время стабилизации состава газовой среды довольно продолжительное — от 15 до 30 сут и зависит от степени герметичности камеры, количества и стадии зрелости плодов и овощей, а также от температуры хранения. Время выхода на заданный режим атмосферы может быть сокращено до 3—4 сут, если ввести в камеру дополнительное количество азота (баллонного или жидкого) с целью вытеснения значительной части воздуха. Такой способ создания РГС является примером сочетания внутренней и внешней генерации атмосферы. При недостаточной герметичности камер только этот комбинированный способ позволяет создать нужную газовую среду и в дальнейшем поддерживать заданный ее состав периодическим введением необходимого количества азота.

Вместо скруббера в герметичных камерах могут быть использованы газообменники (диффузор Марселлена или обменник диффузор типа БАРС отечественного производства), основной частью которых является небольшая диф-фузирующая батарея мембран из силиконово-каучуковых эластомеров, образующих параллельно расположенные каналы для циркуляции через них воздуха, нагнетаемого из камеры вентиляторами. Мембраны выполнены из пористого материала (например, батиста или тонкой синтетической ткани), покрытого тонким слоем каучука (диметил-полисилоксан). Благодаря селективной проницаемости пленок диффузора (более высокой для С02 и меньшей для 02 и N2) происходит обмен газов с внешней атмосферой. Из отсосанного из камеры воздуха во внешнюю атмосферу уходит избыток С02, частично N2, этилен, ароматические вещества; извне в камеру поступает небольшое количество воздуха, а в его составе — 02. Цикличность этого процесса исключает возможность полного обеднения атмосферы кислородом и избыточного накопления С02. При правильно выбранном размере диффузионной поверхности (в зависимости от количества и вида загруженных плодов и овощей, температуры н других факторов) в хранилище будет поддерживаться стабильный состав газовой среды II типа: 3 % 02 — 3—5 % С02.

При внутренней генерации атмосферы указанными способами для ускорения ее модификации важно использовать высокую активность дыхания свежеубранных плодов. Поэтому хранение в местах производства даст более высокий эффект. На базы же промышленных центров плоды поступают не ранее чем через 2—3 недели, а нередко — через 1,5—2 месяца, поэтому эффекта от хранения в измененной газовой среде может и не быть. Плоды, достигшие потребительской зрелости, не имеет смысла закладывать на хранение в условиях РГС.

При биологической генерации заданных газовых сред в камерах важнейшим и обязательным условием является герметизация помещения.

Основной причиной проникновения воздуха через ограждающие конструкции является конвективный газообмен, возникающий из-за разницы давлений внутри и снаружи камеры. Это обусловлено включением и выключением холодильного оборудования, при котором хранящаяся в камере продукция то охлаждается, то нагревается, а также изменением барометрического давления наружной атмосферы, величины солнечной радиации и т. д. Параллельно конвективному в камерах идет и диффузионный газообмен, вызываемый разницей парциальных давлений отдельных газов внутри и вне камеры. По интенсивности конвективный газообмен в 5—10 раз выше диффузионного. Чем ниже степень герметичности, тем труднее создать газовую среду нужного состава особенно биологическим путем. Необходимо при этом учитывать следующее: если произошла разгерметизация камеры после 3—4 мес хранения плодоовощной продукции, то в дальнейшем, даже при надлежащей газоизоляции помещения, нельзя создать в нем нужного состава газовой среды биологическим путем, поскольку к этому времени плоды и овощи имеют минимальную интенсивность дыхания.

Для газоизоляции камер применяют различные способы герметизации ограждающих поверхностей — потолка, стен, пола, вводов коммуникаций по холоду, газовой среде, электроэнергии и др. Особую трудность представляет герметизация дверей и дверных проемов.

К качеству газоизоляционных материалов предъявляется целый ряд требований: устойчивость к механическим повреждениям и воздействию углекислого газа и летучих веществ, выделяемых при хранении плодами и овощами, а также безвредность по отношению к продукции. Из материалов, отвечающих этим требованиям, на практике используются листовая оцинкованная сталь, алюминиевая фольга на битуме, фольгоизол (в виде рулонов алюминиевой фольги, дублированной изолом — резинобитумной смесью), пенополиуретан (жесткий), панели типа «сенд-вич». Для газоизоляции соединений стен с потолком и полом, стыков отдельных листов металла или панелей, точек их крепления гвоздями к потолку и стенам, мест выхода из стен трубопроводов используют дополнительные средства герметизации. К ним относятся битумно-латекс-ная мастика, мастика ЛСП-901, полиэфирные и эпоксидные смолы, армированные стеклотканью, самоклеющиеся ленты, герволент. Пол покрывают газонепроницаемой асфальтовой мастикой. По периметру дверных проемов и дверей прокладывают резину.

Герметичность камер в хранилищах с РГС оценивают по завершении строительно-монтажных работ, а затем ежегодно перед закладкой в них продукции и после завершения ее хранения. За показатель степени герметичности принимают скорость падения давления в камере. С этой целью в ней создают давление в 250 Па и фиксируют время, в течение которого давление упадет до 100 Па. Если снижение давления до указанного уровня произойдет не менее чем за 18 мин, камера считается пригодной для создания в ней оптимальной газовой среды биологическим путем, т. е. за счет дыхания плодов и овощей. При падении давления от 250 до 100 Па за 4—17 мин в камерах можно применять только активные методы создания газовых сред с помощью специального оборудования.

Весьма оригинально проблема герметизации хранилищ решена в Италии —путем создания «плавающих камер» внутри обычных холодильных. Идея принадлежит инженеру—доктору Ф. Бономи, сущность которой состоит в том, что вместо жесткой металлической газоизоляции стен и потолка внутри холодильной камеры устраивают вторую камеру из пластифицированной резино-полиэстерной ткани, поставляемой ФРГ. Ее потолок крепится на металлических прутьях и с помощью крючков подвешивается к стационарному потолку с соблюдением свободного пространства между ними в 60—80 см. По периметру этого внутреннего потолка на расстоянии 50—60 см от основных стен камеры герметично прикрепляются и свободно свисают стены внутренней камеры. Их нижняя кромка опущена в воду, заполняющую бетонный желоб в полу стационарной камеры. По конфигурации расположения этот желоб является проекцией периметра потолка «плавающей камеры». В соответствии с расположением дверного проема основной камеры устраивается из той же ткани «дверь» в стене «плавающей камеры», герметизируемая замком — молнией.

Воздушное пространство между потолками и стенами внешней и внутренней камер способствует циркуляции холодного воздуха. Благодаря большой поверхности теплообмена охлаждение воздуха во внутренней камере проходит достаточно интенсивно. При температуре омывающего воздуха 0...+ 1°С температура в камере с продукцией не превышает +2°С. Относительная влажность воздуха в этих условиях высокая — около 95%. Несущественный перепад температур внутри и вне «плавающей камеры» ограничивает конвективный газообмен, способствуя сохранению ее герметичности.

Высокая герметичность «плавающих камер» позволяет создавать в них не только модифицированные, но и регулируемые газовые среды. В расчете на 1 м3 строительство таких хранилищ обходится примерно в 5 раз дешевле по сравнению с хранилищами, герметизируемыми традиционным способом.