熊佳聰，錢意禎，涂雯雁

（武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全國水果產(chǎn)量達(dá)到2.75億噸，表觀消費(fèi)量達(dá)到2.71億噸。由于我國果蔬生產(chǎn)的采收不當(dāng)，采后商品化處理技術(shù)落后，保鮮條件不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻母癄€損失率占總產(chǎn)量的20%～25%，遠(yuǎn)高于國外成熟市場1.7%～5%的平均水平，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，水果保鮮成為一個(gè)亟待解決的問題。

1 設(shè)計(jì)思路

現(xiàn)有的水果保鮮技術(shù)主要有自然冷源保鮮、冷庫保鮮、減壓保鮮、保鮮劑保鮮。各類保鮮方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

表1 各類保鮮方法比較

在水果保鮮過程中，工人在搬運(yùn)途中的不合理搬運(yùn)導(dǎo)致水果組織產(chǎn)生物理損傷擠壓，進(jìn)而使細(xì)胞中的酸類物質(zhì)被擠壓出來，加速水果的氧化腐爛?，F(xiàn)有的解決方法為使用一次性塑料網(wǎng)套、泡沫包裝盒、瓦楞紙箱。這些材料多為一次性材料，使用后處理困難，容易對環(huán)境造成白色污染，同時(shí)也浪費(fèi)大量資源?；谝陨蠁栴}，設(shè)計(jì)出一種基于氣調(diào)法與遠(yuǎn)紅外陶瓷的新型可回收水果保鮮裝置，該裝置可以延長水果保鮮時(shí)間，并在運(yùn)輸途中保護(hù)水果避免擠壓，同時(shí)裝置可以做到多次循環(huán)利用，減輕對環(huán)境的影響。

2 設(shè)計(jì)方案及擬采取研究方法和技術(shù)路線

2.1 設(shè)計(jì)原理

本裝置主要包括實(shí)體結(jié)構(gòu)部分和控制部分，實(shí)體結(jié)構(gòu)部分主要有儲(chǔ)氣模塊、水果儲(chǔ)藏模塊和氣囊密閉模塊、乙烯吸收模塊等，控制部分主要控制氣體的運(yùn)輸和密封裝置的開關(guān)。整體工作流程圖如圖1所示。該裝置工作流程為：將水果放入四周為PEF材料保護(hù)的保鮮模塊，將氣囊密閉模塊密封好后，氣調(diào)模塊首先將裝置內(nèi)氣調(diào)氣體通入主倉；當(dāng)完成保鮮任務(wù)后，調(diào)氣裝置將裝置內(nèi)的氣體抽回至儲(chǔ)氣裝置后人工將密封蓋打開，完成全部工作循環(huán)。

2.2 實(shí)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 整體結(jié)構(gòu)

新型可循環(huán)防擠壓氣調(diào)水果保鮮裝置是在原有的冷藏水果裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化的一種裝置，主要分為外部箱體模塊和內(nèi)部的井字形隔間結(jié)構(gòu)模塊。外部箱體結(jié)構(gòu)包括聚氨酯硬泡材料外部殼體、密封氣囊、遠(yuǎn)紅外陶瓷涂料，為水果提供一個(gè)密閉穩(wěn)定的微環(huán)境，達(dá)到保鮮的效果；井字形隔間結(jié)構(gòu)包括井字形格柵、乙烯吸收填料、PEF緩沖材料結(jié)構(gòu)，起到抑制水果呼吸作用，同時(shí)減緩衰老速度，減小運(yùn)輸或保鮮過程中沖擊和擠壓對水果造成的影響。裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 裝置功能示意圖

2.2.2 外殼結(jié)構(gòu)

箱體的外殼采用聚氨酯硬泡材料，可以滿足保鮮箱外殼承重防擠壓以及保溫的要求。聚氨酯硬泡材料是一種熱固性閉孔聚合物材料。具有不易變形、耐腐蝕且無毒無害的優(yōu)點(diǎn)。在外殼的底部涂抹有遠(yuǎn)紅外陶瓷材料。遠(yuǎn)紅外陶瓷材料可以發(fā)射出遠(yuǎn)紅外光線，由于水分和水果組織在遠(yuǎn)紅外區(qū)域有很寬的吸收帶（或稱吸收峰），能吸收遠(yuǎn)紅外線，產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而達(dá)到促進(jìn)保鮮的效果。因?yàn)樘沾赏苛弦酌撀淝壹t外線具有穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，將陶瓷涂料均勻置于箱體底部，通過輻射對每一個(gè)水果進(jìn)行相同程度的保鮮。

圖2 整體結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 密封氣囊模塊

密封氣囊部分為一個(gè)頂端設(shè)計(jì)有密封條的可循環(huán)利用的密封氣囊，該氣囊在密封前將密封條閉合，從而形成一個(gè)密閉的空間，為水果保鮮所需要的氣調(diào)氣體提供密閉空間。在保鮮水果送達(dá)目的地后，將密封條拉開取出水果，操作簡單方便。

氣囊內(nèi)部填充配制的氣調(diào)氣體，用于抑制水果呼吸作用，促進(jìn)水果保鮮。各類水果所需要的氣調(diào)氣體的成分不同，因此每種水果和對應(yīng)的保鮮裝置以及儲(chǔ)氣裝置內(nèi)部的氣體也不同。針對不同的水果，可對保險(xiǎn)箱進(jìn)行調(diào)試為對應(yīng)的水果，調(diào)控氣調(diào)氣體各成分的比例，適用性更廣。

2.2.4 井字形格柵結(jié)構(gòu)

井字格柵由PEF材料制成。緩沖材料貼附于每個(gè)隔間的內(nèi)壁上，為水果提供緩沖的作用，防止水果在運(yùn)輸、保鮮的過程中因晃動(dòng)而使水果碰撞、擠壓破壞水果的果皮及內(nèi)部組織。硅土是一種多孔材料，具有較強(qiáng)的吸附能力和較大的內(nèi)表面積，可以作為高錳酸鉀溶液的載體，并增強(qiáng)高錳酸鉀的吸收作用。用高錳酸鉀溶液浸泡過的硅土材料放置在隔間中部的空腔內(nèi)部，高錳酸鉀具有氧化性，在中性的條件下吸收乙烯后生成乙醇和乙酸，可對乙醇與乙酸進(jìn)行分離利用。裝置降低了內(nèi)部的乙烯的含量，從而延緩水果的老化腐爛。

2.3 控制部分

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3所示，采用AT89C51單片機(jī)為控制系統(tǒng)的核心，接收壓力傳感器模塊的壓力檢測信號(hào)與鍵盤輸入的控制信號(hào)。單片機(jī)根據(jù)其內(nèi)部的信號(hào)處理，控制電磁閥的排氣過程，對水果存儲(chǔ)裝置內(nèi)部的氣壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

3 項(xiàng)目的研究基礎(chǔ)

裝置參數(shù)表如表2所示。

表2 裝置參數(shù)表

傳統(tǒng)的水果保存方法一般為冷藏法，而本裝置可以在非冷藏條件下長時(shí)間保存水果，所有的保存過程均由箱體內(nèi)氣調(diào)氣體和遠(yuǎn)紅外陶瓷完成，整個(gè)過程可以減少冷藏所需的電量消耗以及運(yùn)輸過程中的紙箱浪費(fèi)。該裝置具有良好的節(jié)能減排效益及市場前景，初步驗(yàn)證了保鮮盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性，加工容易，可保證樣本成功制作。

4 結(jié)論

該裝置在實(shí)現(xiàn)高效保鮮的同時(shí)，對水果在運(yùn)輸過程中進(jìn)行保護(hù)，減少水果運(yùn)輸?shù)奈锢頁p傷。針對不同種類的水果，采用對應(yīng)各自適應(yīng)的方法，對水果進(jìn)行保水保溫，使水果處于最適宜溫度，呼吸消耗較低的狀態(tài)，減慢氧化速度，從而達(dá)到減少浪費(fèi)、循環(huán)利用水果箱的目的。