Vad är den optimala koncentrationen för skyddsfilmen som bildas av PVP vid bevarande av frukter och grönsaker?

Tjockleken på PVP-filmbildningen och bevaringseffekten för frukt och grönsaker är inte "ju tjockare, desto bättre", utan det finns ett "lämpligt tjocklekintervall" – tjockleken måste balansera "fysiska barriäregenskaper" och "films permeabilitet". Både för tunna och för tjocka filmer kommer att försvaga bevaringseffekten och till och med orsaka negativa problem. Det specifika sambandet kan analyseras utifrån tre dimensioner: "för tunn, lämplig och för tjock", och den centrala logiken kan förklaras i kombination med egenskaperna hos frukt och grönsaker samt användningsscenarier:

I. Kärnprincip: Tjockleken bör balansera "barriäregenskap" och "andningsförmåga"

Kärnan i PVP-folieskydd är "måttlig skydd": det måste förhindra vattenförlust och påfrestande av utomstående syre genom en tät struktur (fördröja avdunstning, andning och oxidation), samtidigt som det behåller en viss grad av luftgenomsläpplighet (tillåter frukter och grönsaker att normalt avge koldioxid och undvika anaerob andning). Därför är "lämplig tjocklek" nyckeln till att uppnå denna balans, vanligtvis motsvarande mikrometerområdet (μm) (det specifika värdet varierar beroende på typ av frukt och grönsak, generellt mellan 1 och 5 μm).

II. Inverkan av olika tjockleksintervall på bevaringseffekten

1. Foliet är för tunt (vanligtvis < 1 μm, eller folielagret är diskontinuerligt): Bevaringseffekten är betydligt otillräcklig

När tjockleken på PVP-membranet inte når det kritiska värdet för en "kontinuerlig tät membran" är membranstrukturen benägen att få porer, sprickor eller lokala brister, vilket leder till haveri av kärnfunktionen för bevaring. Mer specifikt visar det sig som:

· Dåliga barriäregenskaper, vatten och syre kan lätt tränga igenom:

Porer i filmen gör att fuktighet inuti frukter och grönsaker avdunstar snabbt (till exempel vissnar gurkor och sallad inom 1–2 dagar), medan stora mängder syre från omgivningen tränger in, vilket påskyndar andningen (förbränning av socker som resulterar i smaklöshet) och oxidationsreaktioner (förlust av vitamin C och ytskiktets förfärgning, till exempel snabb färgförändring hos äpplen när de skärs), vilket betydligt förkortar hållbarheten.

Filmen har svag adhesion och är benägen att lossna och sluta fungera.

När filmbeläggningen är för tunn är bindningsytan mot frukters och grönsakers hud liten, och vätebindningseffekten är svag. Under transport, tvätt eller lätt utvidgning och krympning av frukterna och grönsakerna själva (till exempel huddeformation orsakad av temperaturvariationer under lagring) är filmen benägen att spricka och lossna, vilket leder till att den kontinuerliga skyddsfunktionen förloras.

För bladgrönsaker (till exempel sallad), om filmens tjocklek är mindre än 0,8 μm, kan viktförlusthastigheten efter 3 dagars lagring uppgå till över 15 % (cirka 20 % i den obehandlade gruppen och endast 8 % i gruppen med lämplig tjocklek), och konserveringseffekten är inte särskilt tydlig.

2. Lämplig filmtjocklek (vanligtvis 1–5 μm, kontinuerlig, tät och styrbar andningsförmåga): maximerar konserveringseffekten

PVP-filmen i detta tjocklekintervall kan samtidigt uppfylla kraven på "effektiv barriär" och "säker andningsförmåga", vilket är det optimala tillståndet för bevaringseffekt. De specifika fördelarna inkluderar:

· Höggradig vattenretention, vilket bibehåller frukters och grönsakers krispighet och saftighet:

En kontinuerlig och tät film kan avsevärt minska avdunstningshastigheten. Till exempel har apelsiner behandlade med en 2 μm tjock PVP-film en viktförlust på endast 5–8 % efter 20 dagars lagring (15–20 % för den obehandlade gruppen) och kan behålla ett fylligt skal och saftigt kött under lång tid.

· Måttlig syreisolering för att fördröja andning och oxidation:

Film lagret kan minska syrekoncentrationen runt epidermis (från 21 % i luften till 5–10 %), vilket inte bara saktar ner förbränningen av socker och organiska syror genom andning (till exempel behåller tomater fortfarande en söt-sur smak efter lagring), utan också minskar oxidativ förlust av vitamin C och karotenoider (till exempel är kvarhållningsgraden av vitamin C i grönpeppar 15–25 % högre än i den obehandlade gruppen).

· Andas ut och kontrolleras, undviker risken för anaerob andning:

Även om den mikrometerstora membranen är tät har den fortfarande spårmängder porer (eller mikroglapp i PVP-molekylkedjan), vilket tillåter att koldioxiden som bildas vid andningen hos frukter och grönsaker långsamt avges, och därigenom undviks anaerob andning orsakad av "fullständig försegling" (vilket genererar alkohol och acetaldehyd, vilket orsakar obehagliga lukt från frukter och grönsaker samt ruttnande fruktkött. Till exempel kan anaerob andning i jordgubbar orsaka en "vinaktig" lukt och påskynda mögeltillväxt).

Efter att äpplen behandlats med en 3 μm tjock PVP-film uppnådde deras hårdhetsbevaranderate efter 30 dagars lagring 80 % (endast 60 % i obehandlad grupp), och de hade ingen alkohollukt, med en konsistens nära den hos nyskördade äpplen.

3. Överskridande filmtycklek (vanligtvis > 5 μm, eller filmskiktssamling): Bevaringseffekten minskar, och det kan till och med leda till försämring av kvaliteten

När tjockleken på PVP-filmen överskrider det lämpliga intervallet blir "luftgenomsläpplighetsfelet" hos filmen den främsta motsättningen och skadar istället kvaliteten på frukter och grönsaker. De specifika problemen inkluderar:

· Plötslig minskning av luftgenomsläpplighet, vilket inducerar anaerob andning:

För stor filmtjocklek blockerar väsentligen ventilationskanalerna, vilket gör att syre har svårt att komma in och koldioxid att ta sig ut. Som resultat skapas en miljö med "lågt syre och hög koldioxidhalt" inuti frukterna och grönsakerna, vilket utlöser anaerob andning. Till exempel, om filmtjockleken på jordgubbar är större än 6 μm kan innehållet av produkter från anaerob andning (alkohol) efter 5 dagars lagring uppnå över 0,3 % (mindre än 0,1 % i gruppen med lämplig tjocklek), med tydlig vinlukt, mjuk puls och ökad ruttnad.

Den fysiska strukturen i filmen är tydlig, vilket påverkar smakupplevelsen:

Överdriven tjocklek av PVP-film (särskilt när den är större än 8 μm) kan skapa en lätt "klibbig" eller "vaxartad" struktur på ytan av frukter och grönsaker (även om PVP i sig inte har någon lukt, kan det uppfattas genom beröring när tjockleken ackumuleras), vilket förstör frukternas och grönsakernas ursprungliga ytstruktur (till exempel den släta känslan av citrusfrukters skal och den krispiga känslan av äppleskal).

· Ökade kostnader + låg torkverkningsgrad, brist på praktiskhet:

Tjocka filmer kräver mer råmaterial av PVP (när filmtjockleken fördubblas ökar PVP-användningen med cirka 1,8 till 2,2 gånger), och torktiden förlängs avsevärt (till exempel behöver 5 μm-tjocka filmer som framställts med dip-coating-metoden torkas i 2 till 3 timmar, medan 10 μm-tjocka filmer behöver 5 till 6 timmar), vilket ökar produktionstid och kostnader. Samtidigt kan förlängd torkning orsaka att frukter och grönsaker förlorar egen fukt (vilket i sin tur motverkar filmens fukthållande effekt).

Efter att persikor behandlats med en 8 μm tunn PVP-film och lagrats i 10 dagar uppnådde ruttnelsen 20 % (endast 5 % i gruppen med lämplig tjocklek), och ytan hade en tydlig klibbig känsla, vilket ledde till minskad konsumentacceptans.

III. Nyckelfaktorer som påverkar "lämplig tjocklek" (dynamisk justering krävs)

"Lämplig tjocklek" för PVP-film är inte ett fast värde utan måste justeras beroende på frukters och grönsakers egenskaper och användningsprocessen. De centrala påverkande faktorerna inkluderar:

1. Egenskaper hos frukt- och grönskalskorpor:

Frukt och grönsaker med tjocka skal och små stomata (till exempel äpplen och citrusskal): De tål något tjockare filmer (3–5 μm). På grund av de skals dåliga luftgenomsläpplighet kommer tjocka filmer inte att överdrivet påverka den totala luftgenomsläppligheten.

För frukter och grönsaker med tunna skal, stora mungslöj eller hår (till exempel jordgubbar och persikor): Ett tunnare film-lager (1–2 μm) krävs för att förhindra att filmen täpper till mungslöj eller trycker ner håren, vilket kan skada skalet och leda till ruttnad.

2. Applikeringsprocess:

o nedsmakningsmetod: Det är svårt att exakt kontrollera filmtjockleken. Filmen kan bli för tjock på grund av alltför lång nedsmakningstid (till exempel > 10 minuter) eller för hög PVP-koncentration (till exempel > 0,5 %). Justeringar måste göras genom att förkorta nedsmakningstiden (5–8 minuter) eller minska koncentrationen (0,1–0,3 %).

o sprutmetod (till exempel ultraljudssprutning): Filmtjockleken kan exakt regleras genom att styra spruttrycket (0,2–0,4 MPa) och munstyckets avstånd (15–20 cm), vilket gör det enklare att uppnå ett lämpligt intervall på 1–3 μm.

3. Lagringsmiljö:

I högtempererade och fuktiga miljöer (till exempel normal temperaturförvaring på sommaren): Krävs en något tunnare film (1–2 μm) för att förbättra luftgenomsläppligheten och förhindra att koldioxid samlas upp.

I lågtempererade och torra miljöer (till exempel kallkedjeförvaring vid 0–4 °C): Kan vara något tjockare (3–4 μm), eftersom låga temperaturer har saktat ned andningen, och en tjockare film kan bättre bibehålla fukt (vattenförlust sker snabbare i torra miljöer).

IV. Hur man kontrollerar "lämplig tjocklek" i praktiska tillämpningar

1. Justera genom kopplingen mellan PVP-koncentration och processparametrar:

Koncentrationen av o är grundläggande: en 0,1–0,4 % PVP-lösning (motsvarande den tidigare nämnda optimala koncentrationen), kombinerad med konventionell nedsläckning (5–8 minuter) eller spraying (tryck 0,3 MPa), kan vanligtvis bilda en lämplig filmtjocklek på 1–3 μm. Om ett tjockare lager (till exempel citrusskal) krävs kan koncentrationen ökas till 0,3–0,5 %, men samtidigt bör nedsläckningstiden förkortas.

2. Verifiera tjockleken med hjälp av detektionsmetoder

Inom industrin används ofta "filmtjockleksmätare" (till exempel laserbaserade tjockleksmätare) för att direkt mäta filmtjockleken, eller indirekt bestämma den genom "förlusthastighetsförtester" – om den initiala förlusthastigheten under lagring är mindre än 1 % per dag och det inte finns tecken på anaerob andning (inget alkohollukt), anses tjockleken i princip vara lämplig.

3. Utför gradienttester för specifika frukter och grönsaker:

För nya frukt- och grönsorter (till exempel blåbär och körsbär) bör tre tjockleksskugger på 1 μm, 2 μm och 3 μm först testas. Viktförlusthastigheten, andningsintensiteten och ruttningshastigheten inom 7 till 10 dagar bör övervakas, och den tjocklek som ger bäst kompletta indikatorer bör väljas.

Sammanfattning

Den centrala relationen mellan tjockleken på PVP-filmbildning och bevaringseffekten för frukt och grönsaker är "balans mellan barriär och luftgenomsläpplighet":

· För tunn → Barriärfel, kort hållbarhetstid;

· Lämplig (1–5 μm) → Kombinerar vattenbevaring, syreisolering och ventilation, vilket maximerar bevaringseffekten;

· För stor tjocklek → Otillräcklig luftgenomsläpplighet, orsakar anaerob andning och försämring av kvaliteten.

I praktiska tillämpningar är det nödvändigt att kombinera typen av frukter och grönsaker, processen och lagringsmiljön samt reglera tjockleken genom "koncentration + process" och verifiera detta genom förstudierna för att uppnå bästa bevaringseffekt.