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弱势差下冰温贮藏苹果的失水机理

周晓静  
【摘要】:冰温贮藏是新一代的果蔬保鲜技术,具有维持果蔬细胞结构的完整性、有效抑制果蔬的呼吸作用、适用范围广、无污染等优势。本文以红富士苹果这种多孔植物材料为研究对象,采用冰温贮藏实验和数值模拟(COMSOL4.5)两种方法,主要考察冰点、失水率、呼吸强度、硬度、相对电导率等参数。意在阐明在弱势差下水分流动的宏、微观作用机理,探讨果蔬等多孔介质内部水分流动与传递现象及其规律,实现对冰温贮藏过程的优化与控制。 实验研究主要包括湿度为85%和65%时,对应风速分别为3m/s、2m/s和1m/s、0m/s四组冰温贮藏实验;以及以室内环境条件贮藏苹果对照实验。数值模拟(COMSOL4.5)研究主要包括苹果不同部位(0.25R、0.5R、0.75R、0.95R和表皮)苹果细胞组织结构显微照的截取,孔隙率、分形维数的计算,并且采用Adobe Photoshop7.0、Matlab和AlgoLab Photo Vector软件将苹果不同位置(0.25R、0.5R、0.75R、0.95R、表皮)的果肉切片重构为COMSOL4.5可认知的苹果内部多孔结构图形,建立红富士苹果的物理模型和数学模型,利用COMSOL4.5模拟软件模拟苹果在失水过程中的压力场和速度场。 实验研究发现: 1、冰点:红富士苹果的冰点温度是-1.5℃,冰温带为0℃<T≤-1.4℃。 2、失水率:随着红富士苹果冰温贮藏时间的延长,果实的失水率程上升趋势,湿度为85%、风速为3m/s实验组苹果失水率最小,为3.205%。 3、呼吸强度:随着红富士苹果冰温贮藏时间的延长,果实的呼吸强度先下降在上升,贮藏期间出现两次呼吸高峰。湿度为85%、风速为3m/s实验组苹果的呼吸强度值最小。实验组与对照组相比,苹果的呼吸强度减小了15%左右。 4、硬度:随着红富士苹果冰温贮藏时间的延长,果实的硬度呈逐渐下降趋势,四组冰温贮藏实验的硬度变化相差很小,硬度最大值为2500g,最小值为1234g,与对照组苹果果实硬度相比提高了45%左右。 5、相对电导率:随着红富士苹果冰温贮藏时间的延长,果实的相对电导率呈逐渐上升趋势。湿度为85%、风速为3m/s冰温贮藏实验,苹果的相对电导率变化最小,组织细胞破坏程度最小;湿度为65%、风速为1m/s冰温贮藏实验,苹果的相对电导率变化最大,组织细胞破坏程度最大。实验组与对照组相比,苹果的相对电导率减小了12%~20%。 数值模拟研究发现: 1、红富士苹果为多孔介质,具有分形特征。 2、随着苹果半径的增大,孔隙率先减小再增大,表皮部位孔隙率最大。 3、分形维数随着孔隙率的增大而增大,毛细压差随着孔隙率的增大而减小,渗透率随着孔隙率的增大而增大。 4、湿度为85%、风速为3m/s的实验组苹果内部毛细压差和水分流动速度要小于湿度为85%、风速为2m/s实验组的毛细压差和水分流速,毛细压差越大,流动速度越大。 5、苹果内部水分流速在中部速度最大,离果核近的部位速度次之,果皮部位的流速最小。 综上可知,果蔬是具有分形结构的多孔介质,其内部组织结构对果蔬失水具有重要作用。红富士苹果在冰温贮藏条件下,失水率受湿度影响很大,湿度越大,失水率越小;呼吸强度受湿度和风速的影响不是很明显;硬度受湿度和风速的影响不是很明显;电导率受湿度的影响较大,湿度越大,相对电导率变化越小。利用COMSOL4.5对不规则微观多孔结构中水分流动过程的模拟是可行的,数值模拟计算的水分流失通量值和水分流动速度值与实验结果很好的吻合。总之,本研究为冰温贮藏技术在果蔬保鲜中的应用和工艺优化提供具有一定的理论依据。


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