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果蔬气调包装模型与仿真(下)

4.气调包装数学模型

由气调包装的定义可知，产品的呼吸速率和薄膜对气体的渗透性是影响包装内环境的关键因素。

4.1 呼吸速率模型

用一般数学方程描述产品呼吸速率与O2和CO2浓度关系是基于某一特定产品建立起来的，因此其适用性受到一定的限制。而基于酶动力学原理的Michaelis-Menten型呼吸速率模型，其形式简单且适用范围广，适用于有氧呼吸条件。当将CO2看作O2非竞争性抑制剂时，呼吸速率方程可表示为

式中：R为呼吸速率（O2消耗率或CO2生成率）；Rm为产品最大呼吸率；Ki为抑制系数；Km为Michaelis常通信电源数。

Michaelis-Menten型呼吸速率模型形式简单，而且用该模型所预测的数据与实验数据相当接近，已被广泛用于各种农副产品呼吸速率的测定。

4.2 气体渗透模型

气体透过高分子膜是一种单分子扩散过程。当气体从膜的压力较高的一侧向压力较低的一侧通过时，首先气体分子吸附在压力较高一侧的膜面上，之后溶解于膜材料中，运陶瓷绝缘动着的气体分子在柔顺的有空隙的高分子链之间扩散，直到在膜表面低压侧逸出。因此材料的结晶度越大、密度越高，透气性越差，反之亦然。单位时间内气体的并且渗透量可用菲克定律描述

式中：Qi为气体i（O2 、CO2）的透过量；A为薄膜表面积；L为薄膜厚度；Ci1和Ci2分别为包装内外环境某气体浓度，Pi为薄膜对气体i的透过系数。

二者相互依存由此可见，某种气体在单位时间内通过薄化妆造型膜的渗透量与有效面积成正比，与膜的厚度成反比，与膜两侧气体分压差成正比，混合气体中各种气体的渗透方向和速度彼此独力，互不干扰。

要建立包装内环境动态模型必须同时考虑产品的自动存储数据和结果处理呼吸作用和薄膜对气体的渗透性。

结合（1）（2）两式，可得到包装内环境中气体浓度变化模型

5.气调包装内环境仿真

根据上述模型，我们可将影响包装内环境的诸多因素进行分类，采用计算机仿真技术模拟出包装内环境三种气体浓度随时间的变化。

从整体上看，影响气调包装内环境的因素分为四大类，包括：包装材料、被包装产品、内环境初始状态以及包装外环境状态，这四方面又可详细分类如下：

上述参数可通过查阅资料、实际测量和相关实验分析得到，因此工作量较大。获得以上参数值后，根据气调包装数学模型（1）（2）（3），就可以利用计算机仿真来模拟实际包装内环境变化襄樊过程，演示如下：

在参数对话框（图2）中依次单击四类参数按钮，分别在相应的对话框中输入其所包括的参数。所有的参数均输入完毕后单击应用按钮，出现仿真界面（图3）。在仿真开始之前，我们先设定取样间隔，对于呼吸强度大的产品应选择较小的时间间隔。仿真开始后，我们可以观察气体浓度的变化趋势并且随时可以读出具体浓度的数值，直到内环境达到平衡状态即三条浓度曲线近似成水平状态。通过不断地调节各参数值，观察浓度变化曲线，较理想曲线所对应的参数可作为实际气调包装设计的依据。

6.总结

气调包装是一种简易而行之有效的包装内环境调控技目前CFRP的市场份额到达90%术,其应用范围相当广泛。进行气调包装设计时，必须考虑O2和CO2的浓度对产品呼吸速率的影响以及温度对呼吸速率和薄膜透气性的影响。不同的温度、不同的初始气体浓度会使得包装内环境的决定性因素发生变化。到目前为止，还没有哪一个模型可以包揽所有影响因素，因此建立包括较多因素在内的气调包装系统模型，使得计算机仿真更精确是今后研究的方向。

西安理工大学印刷包装工程学院 崔爽 徐绍虎

来源：中国包装杂志