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複合氣調保鮮包裝機氣體混合係統解析

來源:www.gzhz9.cn 時間:2016/12/23 10:16:01

我國氣調保鮮包裝起步於90年代,氣調保鮮設備的研發和應用目前還處於起步階段。而先進的多功能氣調保鮮工藝及設備的關鍵技術在於研究和設計合適的複合氣體混合配送係統。

1.複合氣調保鮮包裝的原理

複合氣調保鮮包裝亦稱氣體置換包裝,國際上稱為MAP包裝(ModifiedAtmospherePacking)。其原理是采用複合氣體(2-4種氣體按被包裝食品特性配比混合)對包裝容器內的空氣進行置換,改變包裝容器內食品周圍的氣體環境,從而抑製細菌(微生物)的生長繁衍,減緩被包裝食品的新陳代謝速度,延長食品的保鮮期或貨架壽命[1,2]。

氣調保鮮氣體一般由二氧化碳(CO2)、氮氣(N2)、氧氣(O2)及少量特種氣體組成。高濃度CO2氣體能阻礙引起食品腐敗的大多數微生物的生長繁殖,延長其繁殖生長的停滯期(或潛伏期)和延緩其對數增長期,是保鮮氣體中的主要抑菌成分;O2可抑製大多數厭氧菌生長繁殖,高氧可保持鮮肉色澤而低氧在抑製新鮮果蔬呼吸速度的同時可保持果蔬新鮮狀態的新陳代謝活動;N2是惰性氣體,與食品不起化學作用,作為填充氣體可防止CO2逸出後使包裝坍落,充氮包裝可降低食品中的脂肪、芳香物和色澤的氧化。將CO2、O2、N2及特種氣體組成複合保鮮氣體,用於食品果蔬保鮮是當今保鮮包裝的發展趨勢。

2.複合氣體混合配送係統的基本結構

為了將不同比例的二氧化碳(CO2)、氮氣(N2)、氧氣(O2)送入包裝容器內,一般將CO2、N2、O2氣體按一定比例送進混合室(貯氣室)混合後,再注入到包裝容器內,從而根據被包裝食品特性需要,改變包裝容器內食品周圍的氣體環境,達到保鮮的目的。可以采用如下兩種方式進行氣體混合和配送。

(1)控製氣壓複合氣體混合配送係統

控製氣壓複合氣體混合配送係統主要由氣源、氣體混合室、真空充氣包裝機以及管路、
減壓閥、壓力表和開關等附件組成,一般小批量生產采用的氣源為鋼瓶裝壓縮氣體。二氧化碳用食品級,氮用脫水精氮。鋼瓶灌滿時壓力可達15MPa,一般有10~12MPa。

各種壓縮氣體經減壓閥減壓後,進入氣體混合室進行各種產品所需的最佳比例混合,然後才引入充氣包裝機進行充氣包裝。

控製進入定容積的氣體混合室內各氣體的分壓,便可實現氣體按所需的比例混合。欲配70%CO2+30%N2的混合氣,並假設所需混合氣總壓為P。先將定容積的混合室內空氣抽除。再先後送入0.7P的CO2和0.3P的N2,則可得所需比例的混合氣。

(2)等氣壓複合氣體混合配送係統

這種氣體混合配送係統要求每個氣源之間的壓力相等,CO2、O2、N2三種氣體的充氣電磁閥與其管路構成的通道有效截麵積成1:1:1的比例關係,每個電磁閥的控製端分別與控製裝置相連接,控製裝置中包含對應每個電磁閥的時間控製電路。假設CO2、O2、N2三種氣體的混合比例為7:2:1,通過控製裝置使氣體導通時間的控製電路設定為7:2:1,這樣當氣體混合配送裝置工作時,三種氣體分別按設定的量從各自電磁閥和管路流入混合室中,在混合室中按比例混合成為適合包裝食品的保鮮氣體,再經截止閥充填到包裝容器中,封合完成包裝。

在上述基本結構組成中,每個氣源的壓力均相等,每個充氣管路通道的有效截麵積相等,單位時間內氣體通過通道的流量相等。因此,隻要調節各個充氣電磁閥的開啟時間,就可達到調節混合氣體配氣比例的目的。工作過程中,通過控製裝置控製各個充氣電磁閥的開閉,使各路通道開啟時間一致,而關閉時間根據氣體混合比例關係確定。

這種氣體混合配送係統具有以下特點:

(1)采用普通電磁閥和管道結構,通過控製各充氣電磁閥的開啟時間來調節混合氣體的比例,其精度可以達到食品保鮮氣體比例的要求。

(2)係統技術方案構思合理,結構簡單。

(3)係統的氣體混合比例可以通過控製裝置設定和調節,可以方便地實現自動控製和操作,具有較好的功能延伸性。

(4)各種氣源之間的壓力要求相等,商品氣瓶或在操作中很難達到要求,因此需有氣源的穩壓裝置,難於實現連續充氣包裝。

3.新型複合氣體混合配送係統

通過對複合氣調保鮮包裝機氣體混合係統研究、設計和試驗,一種新型複合氣體混合配送係統開發出來。這項研究的技術關鍵是在係統中取消了體積龐大的氣體混合室,采用了氣動比例閥的開啟按比例供送氣體,其工作原理為:以一定壓力的CO2氣體通過一個通道作為雙聯氣動比例閥CO2端閥門的開啟動力,推動比例閥開啟,接通CO2氣體;以接通的CO2氣體作為開啟動力,通過另兩個通道開啟O2和N2氣體比例閥,通過通道開啟N2氣體比例閥。這樣三種氣體均以相等的壓力分別進入電磁閥,然後三種氣體混合後進入包裝容器進行封合包裝。

此係統的優點:

(1)係統中取消了體積龐大的氣體混合室,進一步簡化了結構,節省了空間。

(2)采用了氣動比例閥,以一種氣源壓力為參考,獲得了壓力一致的各種氣源,可實現連續不斷地供應設定比例混合的氣體。

(3)各種氣源壓力一致,通過的管道和電磁閥尺寸一致,通過控製裝置設定和調節閥門開度,即可調節混合氣體的比例,其精度進一步提高。

(4)當任何一種氣源的壓力達不到要求時,通過控製裝置即可使機器發出警報並停止工作。更換新的氣源
鋼瓶,接通係統後可繼續工作。

(5)采用電腦自動控製、人機界麵,很方便地調節不同比例的氣體組合適應各種被包裝物品的要求,並可實現一機多用。

(6)可以設計製作成獨立的新型複合氣體混合配送係統,配合任何型號規格的充氣包裝機,適用範圍廣。

4.新型複合氣體混合配送係統的技術關鍵

新型複合氣體混合配送係統的技術關鍵之一是在係統中采用了氣動比例閥,將設定壓力的氣體通入氣動比例閥啟動腔室,並將要供送的氣體通入氣動比例閥供送腔室,當兩種氣體壓力達到相等時,供送閥就會打開送出氣體。因此係統中可以選擇一種設定壓力的氣體作為啟動氣源,當通入氣動比例閥的其它氣體壓力達到與啟動氣源壓力平衡時,就會實現各路氣體等壓力供送。

新型複合氣體混合配送係統的技術關鍵之二是複合保鮮氣體的比例控製精度。由於食品果蔬自身的性能特點不同,其對保鮮氣體的比例特性具有相當的敏感性。采用新型複合氣體混合配送係統,其供送混合氣體的比例誤差可小於2%。

新型複合氣體混合配送係統在設計上采用電腦自動控製、人機界麵,配合複合氣調保鮮包裝機使用,可調節不同比例的氣體組合適應種被包裝物品的要求,延長被包產品的保鮮期,能真正保證食品果蔬的原汁、原味、原貌。特別適合於農副產品產地、農副產品配送中心、食品加工企業、超市生鮮農副產品加工間等場所使用,新型複合氣體混合配送係統及複合氣體保鮮包裝機是今後食品果蔬保鮮技術的一個發展方向。
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