針 對 蔬 果 模 擬 空 氣 系 統 的 CA 貯 藏 原 文 刊 載 於 一 丞 通 訊 VOL.9 1996.12. 山 下 市 二 1. 前 言 通 常 蔬 果 的 價 格 都 隨 著 候 季 節 的 變 化 極 大 的 變 動, 對 於 冷 凍 蔬 菜 的 製 造 業 者 或 者 醃 漬 物 加 工 業 者 而 言, 如 能 確 保 原 料 蔬 菜 購 買 價 格 穩 定 極 重 要 的 問 題, 若 能 在 蔬 果 價 格 便 宜 時 買 回 來 保 存, 降 低 材 料 成 本 最 好 的 方 法, 但 ㆒ 般 蔬 菜 的 吸 量 很 大, 大 多 數 很 難 長 期 貯 藏 在 本 蔬 菜 茶 葉 試 驗 場 輸 送 貯 藏 研 究 室, 進 行 很 多 蔬 菜 的 長 期 貯 藏 技 術 開 發 研 究, 亦 完 成 實 用 規 模 基 準 的 標 記 貯 藏 方 法, 在 這 裏 做 簡 單 的 介 紹 2. 所 謂 CA 貯 藏 收 穫 後 蔬 菜 的 生 理 活 性 發 生 變 化, 此 時 周 圍 環 境 的 氣 體 成 分 組 成 如 果 控 制 在 氧 氣 為 ㆒ 般 大 氣 氧 氣 濃 度 的 1/1,㆓ 氧 化 碳 為 ㆒ 般 大 氣 ㆓ 氧 化 碳 含 量 的 1 倍 ( 亦 即 氧 氣 2%,㆓ 氧 化 碳 3%), 最 顯 著 的 變 化 吸 量 降 低 吸 作 用 消 耗 蔬 菜 糖 或 酸 等 成 分, 而 生 成 能 量 的 反 應 吸 如 果 旺 盛, 消 耗 就 很 激 烈 相 反, 吸 量 如 果 小, 消 耗 量 亦 小,㆒ 般 而 言, 抑 制 吸 對 於 收 穫 後 保 持 蔬 菜 鮮 度 很 好 的 效 果, 然 而 以 低 氧 高 ㆓ 氧 化 碳 的 條 件 不 僅 可 以 抑 制 葉 綠 素 的 分 解, 防 止 褐 變, 抑 制 烯 生 成, 防 止 軟 化, 並 且 可 以 保 持 維 他 命 C 等 的 營 養 成 分, 具 防 止 腐 敗 的 效 果 像 這 樣 以 維 持 鮮 度 和 品 質 為 目 的, 將 周 圍 環 境 以 機 械 化 控 制 在 低 氧 高 ㆓ 氧 化 碳 的 條 件, 來 貯 藏 蔬 果 的 方 法 稱 為 CA(Controlled Atmosphere) 貯 藏 3. 蔬 菜 CA 貯 藏 條 件 CA 貯 藏 保 持 蔬 菜 鮮 度 很 效 的 方 法 但 如 果 形 成 過 度 低 氧 過 度 高 ㆓ 氧 化 碳 的 環 境 時, 將 造 成 惡 臭 褐 變 組 織 破 壞 的 現 象 這 些 被 稱 為 低 氧 障 礙 傷 害 或 高 碳 酸 氣 體 障 礙 傷 害, 形 成 CA 貯 藏 非 常 嚴 重 的 問 題 為 了 避 免 這 些 傷 害 發 生, 必 須 抑 制 蔬 菜 吸 來 謀 求 品 質 的 維 持, 如 表 1 所 示 對 應 各 蔬 菜 稱 的 氧 氣 和 ㆓ 氧 化 碳 濃 度,適 當 的 濃 度 控 制 必 要 的 1
表 ㆒ 各 類 蔬 果 之 CA 儲 存 與 保 存 期 限 品 溫 度 ( ) 氧 氣 (%) ㆓ 氧 化 碳 (%) 貯 藏 期 間 ( ) 蘆 荀 2 空 氣 1-14 7 草 莓 5-1 28 秋 葵 1 空 氣 4-1 花 椰 菜 2-3 3-4 28-35 包 心 菜 2-3 3-6 1-15 胡 瓜 12 1-4 - 莢 碗 豆 1 3 28 玉 米 2-4 5-1 - 芹 菜 -.6.5-1 16 洋 蔥 -1 - 蕃 茄 6-8 3-1 5-9 35 芋 頭 3-5 4-7 2-4 24-3 大 蒜 2-4 5-8 3-36 白 菜 1-2 馬 鈴 薯 3 3-5 2-3 24-3 香 菜 8-1 8-1 - 甘 藍 菜 1-2 5-1 - 菠 菜 7-1 5-1 21 香 菇 空 氣 1-15 - 芽 包 心 菜 1-2 5-7 - 瓜 類 4.4 1-5 3 葉 萵 苣 1-3 - 萵 苣 1 28-42 果 實 類 鱷 梨 - 19 1 - 柳 橙 4-6 3-5 2-4 - 柿 ( 豐 潤 ) 2 8 18 柿 ( 平 瘠 無 核 ) 3-5 3-6 9 栗 子 ( 筑 波 ) 3 6 21-24 西 洋 梨 4-5 7-8 9 梨 ( 菊 新 興 ) 6-1 3 9-18 梨 (㆓㈩ 世 紀 ) 5 4 27-36 葡 萄 3-5 3 9 桃 ( 大 久 保 ) 3-5 7-9 28 蘋 果 2 2 18-27 檸 檬 12-14 5-1 5-1 - 溫 州 蜜 柑 3 1-2 18 青 梅 2-3 3-5 - 青 梅 ( 白 加 賀 ) 15 1.5-3.5 3-5 14 綠 熟 香 蕉 12-14 5-1 5-1 18 2
4. 對 蔬 菜 CA 貯 藏 其 適 用 上 的 問 題 點 目 前 使 用 於 商 業 系 統 的 蘋 果 CA 貯 藏 稱 為 再 循 環 方 式, 將 庫 內 空 氣 導 入 轉 換 裝 置 (converter), 以 觸 媒 燃 燒 器 (burner) 來 燃 燒 烷 氣 使 氧 氣 濃 度 降 而 產 生 過 剩 的 ㆓ 氧 化 碳, 以 吸 附 裝 置 (adsorber) 活 性 碳 來 吸 附 去 除 吸 附 ㆓ 氧 化 碳 的 活 性 碳, 可 以 新 鮮 空 氣, 清 洗 再 生 再 利 用 像 這 樣 吸 附 和 再 生 經 常 同 時 進 行 著, 故 必 須 準 備 2 台 吸 附 裝 置 (adsorber) 這 個 方 法 稱 為 CA 貯 藏 裝 置, 達 成 效 果 極 佳, 可 裝 置 不 但 大 型 且 複 雜, 故 貯 藏 經 費 頗 高, 使 用 在 蔬 菜 方 面, 成 本 問 題 ㆒ 大 考 量 本 研 究 選 擇 價 格 比 較 便 宜 的 蔬 果 - 蘋 果 來 作 CA 貯 藏 試 驗, 在 設 備 和 運 轉 經 費 方 面 亦 追 求 低 成 本 化, 並 開 發 泛 用 型 機 種,適 用 於 各 種 蔬 菜 果, 提 高 的 使 用 率 A B O2(%) 壓 力 kgf/cm 2 5.PSA-MASCA 和 GSM-MASCA 圖 1 壓 力 kgf/cm 2 以 PSA (Pressure Swing Adsorption: 變 壓 脫 附 ) 方 式 為 原 理 的 氮 氣 發 生 機, 產 生 氮 氣 來 佔 據 空 氣 氧 氣 濃 度, 在 氧 氣 吸 附 槽 內 受 壓 縮 空 氣 的 壓 力 影 響 ( 圖 1A) 利 用 這 個 原 理, 在 空 氣 壓 縮 機 和 氧 氣 吸 附 槽 之 間 設 置 壓 力 調 整 元 件, 以 氮 氣 來 佔 據 空 氣 氧 氣 濃 度, 以 達 到 控 制 氧 氣 濃 度 的 裝 置 目 前 開 發 ㆒ 種 修 正 空 氣 發 生 裝 置, 即 產 生 ㆒ 種 控 制 低 氧 氣 的 空 氣 而 稱 為 修 正 空 氣 使 用 修 正 空 氣 發 生 裝 置 控 制 貯 藏 庫 內 環 境 內 低 氧, 高 ㆓ 氧 化 碳 的 程 式, 以 氣 密 式 冷 藏 庫 和 程 式 來 偵 測 氧 氣 和 ㆓ 氧 化 碳, 如 此 構 成 CA 貯 藏 裝 置 以 PSA 方 式 修 整 空 氣 系 統 稱 為 CA(PSA-MASCA)( 圖 3A) PSA-MASCA 開 始 貯 藏 時, 將 氧 氣 降 低, 根 據 蔬 菜 的 吸 作 用 補 充 氧 氣 並 且 除 去 多 餘 的 ㆓ 氧 化 碳 等, 必 要 全 面 控 制 周 圍 環 境 以 利 進 行 修 整 空 氣 發 生 裝 置 不 需 要 燃 燒 裝 置 和 吸 附 裝 置, 並 且 不 使 用 烷 氣 體, 整 個 構 造 變 得 單 純 化 可 以 使 用 氣 體 分 離 膜 (GSM:Gas Separation Membrane) 取 PSA 作 為 修 整 空 氣 發 生 的 方 法 在 空 狀 態 內 形 成 的 GSM 或 PSA, 同 樣 產 生 氮 氣 佔 據 空 氣 的 氧 氣 濃 度, 根 據 供 給 的 壓 縮 空 氣 之 壓 力 控 制 來 控 制 GSM ( 圖 1B) 3
使 用 GSM 取 PSA 的 修 整 空 氣 開 始 系 統 CA 貯 藏 裝 置 (GSM-MASCA) 修 整 空 氣 發 生 裝 置 稼 動 ( 圖 3B) 的 結 構 和 大 部 份 的 PSA -MASCA 相 同 周 圍 環 境 控 制 程 式 供 給 氮 氣 含 量 高 的 空 氣 也 幾 乎 相 同 GSM-MASCA 具 裝 置 輕 便, 更 趨 小 型 化 的 優 點, 但 修 整 空 氣 產 生 的 效 率 比 PSA-MASCA 差, 運 轉 O 2 O 2 max 修 整 空 氣 發 生 裝 置 停 止 所 花 費 的 電 費 比 PSA 較 少 O 2 O 2 min CO2 CO2 max 6.MASCA 的 經 濟 性 空 氣 壓 縮 機 稼 動 修 整 空 氣 發 生 裝 置 稼 動 MASCA 的 徵 就 結 構 單 純, 簡 單, 設 備 投 費 用 較 少, 故 障 機 率 空 氣 供 給 修 整 空 氣 O 2 O 2 max 較 低, 設 置 所 需 面 積 小, 無 需 擔 心 烷 氣 的 管 理 和 災 等 等 優 點 因 整 套 裝 置 完 全 動 化, 蔬 菜 從 搬 入 貯 藏 庫 到 運 出 販 賣, 全 部 不 需 要 力 CA 貯 藏 最 具 貢 獻 的 優 點 便 低 成 本 化 在 3.3m 2 的 貯 藏 庫 內 貯 藏 約 6 O 2 O 2 max 空 氣 壓 縮 機 停 止 圖 2 修 整 空 氣 供 給 CO2 CO2 min kg 的 包 心 菜 經 過 1 個 的 時 間 為 例, MASCA 的 運 轉 經 費 ( 不 含 冷 藏 庫 的 A B 運 轉 經 費 和 裝 置 的 折 舊 ) 相 當 於 1 kg 包 心 菜 每 個 需 要 1~2 圓 圖 3 7. MASCA 的 廣 泛 性 在 MASCA 裝 置 使 用 氧 氣.5% 的 修 整 空 氣 來 降 低 貯 藏 庫 內 氧 氣 濃 度, 而 蔬 菜 本 身 行 吸 作 用 導 致 氧 氣 不 足, 故 以 壓 縮 機 來 供 應 空 氣 另 外, 因 吸 作 用 產 生 累 積 不 少 ㆓ 氧 化 碳, 形 成 過 剩 現 象 以 內 定 氧 氣 濃 度 的 修 整 空 氣 ( 氧 氣 濃 度 因 品 不 同 而 異, 參 照 表 1) 來 疏 解, 從 排 氣 口 將 多 餘 的 ㆓ 氧 化 碳 排 出, 控 制 周 圍 環 境 ( 圖 2 圖 4) 修 整 空 氣 發 生 裝 置 產 生 修 整 空 氣 的 氧 氣 濃 度, 從.5% 和 1% 到 1% 可 用 壓 力 控 制 元 件 來 設 定 每 1% 的 刻 度 從 表 1 幾 乎 含 概 所 品 的 最 適 當 氧 氣 濃 度, 對 於 貯 藏 物 品 具 4
較 廣 泛 的 適 用 性 8. MASCA 的 貯 藏 性 在 圖 5 顯 示 甘 藍 菜 和 包 心 菜 等 吸 受 氧 氣 濃 度 的 影 響 ( 縱 座 標 為 吸 量, 每 公 斤 蔬 菜 每 小 時 所 吐 出 的 ㆓ 氧 化 碳 含 量 CO 2 mg/kg/hr; 橫 座 標 為 時 間 ), 幾 乎 所 的 蔬 菜,㆒ 旦 周 圍 環 境 的 氧 氣 濃 度 降, 吸 很 快 速 受 到 抑 制 又 如 圖 6 所 示,MASCA 不 僅 可 以 抑 制 吸, 同 時 亦 可 以 抑 制 烯 ( 成 熟, 老 化 激 素 ) 的 生 成 就 因 如 此, 表 示 MASCA 可 以 效 保 持 很 多 青 果 物 的 鮮 度 kg 甘 藍 菜 以 溫 度 3, 氧 氣 2~4 %,㆓ 氧 化 碳 4~6% 的 條 件 貯 藏 43 的 時 間 作 試 驗, 在 MASCA 區 域 內, 貯 藏 後 的 色 澤 沒 改 變 和 收 穫 時 ㆒ 樣 翠 綠, 相 對, 在 3 空 氣 冷 藏 卻 開 始 呈 現 黃 化 現 象 ( 圖 7A) 葉 綠 素 明 顯 減 少 ( 圖 7B) 對 於 維 他 命 C 而 言,MASCA 區 域 內 和 貯 藏 前 沒 什 麼 變 化, 而 空 氣 冷 藏 卻 減 少 1/3 以 ( 圖 7C) O2,CO2(%) 吸 量 (CO2 mg/kg/hr) 吸 量 (CO2 mg/kg/hr) 吸 量 (CO2 mg/kg/hr) 6 4 8 6 4 6 4 花 椰 菜 甘 藍 菜 儲 存 數 O 2 CO 2 圖 4 芹 菜 萵 苣 包 心 菜 1 3 4 5 1 3 4 5 時 間 時 間 : 空 氣 :1% 氧 氣 :7% 氧 氣 :4% 氧 氣 :1% 氧 氣 圖 5 低 氧 對 於 蔬 菜 吸 量 的 影 響 ( 1 ) 1 3 1 1 包 心 菜 以 溫 度 3, 氧 氣 2.5~3.5 %,㆓ 氧 化 碳 4~5% 的 條 件 貯 藏 27 的 時 間 為 例, 不 但 抑 制 葉 綠 素 的 分 解 ( 圖 8), 維 他 命 C 亦 保 持 得 很 好 ( 圖 9) 另 外, 在 3 空 氣 冷 藏 時, 鮮 度 則 明 顯 降 MASCA 保 持 蔬 菜 鮮 度 的 效 果 比 ㆒ 般 普 通 冷 藏 時 為 高, 不 僅 針 對 外 觀, 維 持 營 養 成 份 亦 可 發 揮 極 佳 的 效 果 C2H4(nl/g/hr) CO2(mg/kg/hr) 儲 存 數 : 冷 藏 (15 ) :MASCA 儲 存 (15 ) : 吸 量 (CO 2 mg/kg/hr) : 烯 量 (C 2 H 4 nlg/g/hr) 圖 6 儲 藏 條 件 影 響 青 梅 吸 與 烯 生 成 量 5
9. 總 結 在 ㆓ 次 大 戰 之 前, 英 國 已 開 始 研 究 CA 貯 藏, 而 戰 後, 美 國 以 實 用 化 的 技 術 來 保 持 青 果 物 的 鮮 度 也 很 長 的 歷 史 了 目 前, 各 國 亦 很 多 改 良 方 法 的 提 案, 申 請 專 利 的 例 子 亦 不 勝 枚 舉 色 澤 (Lxb/a) 冷 藏 : 以 3 儲 存 43 MASCA : 以 3, 2 4% 的 O2, 4 6% 的 CO2 8 6 4 A 儲 冷 藏 藏 前 庫 MASCA 葉 綠 素 (mg/1g) 8 6 4 儲 冷 藏 藏 前 庫 圖 7 甘 藍 菜 儲 存 前 後 的 色 澤 葉 綠 素 含 量 與 維 他 命 C 含 量 的 變 化 B MASCA 維 他 命 C(mg/1g) 15 1 5 C 儲 冷 藏 藏 前 庫 MASCA 4 8 對 於 本 蔬 果 茶 葉 試 驗 場 而 言, 保 存 蔬 果 以 最 能 適 用, 且 結 構 單 純, 管 理 簡 易 等 經 濟 性 觀 點 來 研 究 現 在 進 行 去 除 烯 機 能 研 究, 以 防 止 冷 凍 庫 內 老 化 激 素 的 累 積 葉 綠 素 (mg/1g) 3 1 A B C D A B C D 葉 綠 素 a 葉 綠 素 b 圖 8 不 同 儲 藏 條 件 對 包 心 菜 葉 綠 素 含 量 的 影 響 維 他 命 C(mg/1g) 圖 9 不 同 儲 藏 條 件 對 包 心 菜 維 他 命 C 含 量 的 影 響 A : 儲 存 前 B : MASCA( 以 3, O22.5 3.5%, CO24 5% 的 儲 藏 條 件 ) 儲 存 27 C : 以 3 冷 藏 27 D : MASCA 儲 藏 27 後 再 冷 藏 5 6 4 6