ความเข้มข้นที่เหมาะสมที่สุดสำหรับฟิล์มเคลือบที่สร้างจาก PVP ในการถนอมผักและผลไม้คือเท่าไร?

ความหนาของการสร้างฟิล์ม PVP และผลการรักษาผักและผลไม้ไม่ใช่ยิ่งหนายิ่งดี แต่มี "ช่วงความหนาที่เหมาะสม" — ความหนาต้องสร้างสมดุลระหว่าง "คุณสมบัติเป็นเกราะป้องกันทางกายภาพ" และ "ความสามารถในการซึมผ่านของฟิล์ม" ฟิล์มที่บางเกินไปหรือหนาเกินไปจะทำให้ผลการรักษาลดลง และอาจก่อให้เกิดปัญหาในทางลบได้ ความสัมพันธ์เฉพาะเจาะจงสามารถวิเคราะห์ได้จากสามมิติ ได้แก่ "บางเกินไป เหมาะสม และหนาเกินไป" โดยตรรกะหลักสามารถอธิบายร่วมกับลักษณะของผักและผลไม้รวมถึงสถานการณ์การใช้งาน:

หลักการพื้นฐาน: ความหนาควรสร้างสมดุลระหว่าง "คุณสมบัติเป็นตัวกั้น" และ "ความสามารถในการระบายอากาศ"

สาระสำคัญของการอนุรักษ์ด้วยฟิล์มพีวีพีคือ "การป้องกันในระดับปานกลาง": จำเป็นต้องป้องกันการสูญเสียน้ำและการแทรกซึมของออกซิเจนจากภายนอกผ่านโครงสร้างที่แน่นหนา (ช่วยชะลอการระเหย การหายใจ และการเกิดออกซิเดชัน) ในขณะเดียวกันก็ต้องคงความสามารถในการซึมผ่านของอากาศในระดับหนึ่ง (เพื่อให้ผลไม้และผักสามารถปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาได้ตามปกติ และหลีกเลี่ยงการหายใจแบบไร้ออกซิเจน) ดังนั้น "ความหนาที่เหมาะสม" จึงเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุสมดุลนี้ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงไมครอน (μm) (ค่าที่เฉพาะเจาะจงอาจแตกต่างกันไปตามชนิดของผลไม้และผัก โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1 ถึง 5 μm)

ข. อิทธิพลของช่วงความหนาที่แตกต่างกันต่อประสิทธิภาพการอนุรักษ์

1. ฟิล์มบางเกินไป (โดยทั่วไป < 1 μm หรือชั้นฟิล์มไม่ต่อเนื่อง): ประสิทธิภาพการอนุรักษ์ไม่เพียงพออย่างชัดเจน

เมื่อความหนาของเยื่อ PVP ไม่ถึงค่าที่เป็นเกณฑ์ของ "เยื่อแน่นต่อเนื่อง" เยื่อนั้นจะมีแนวโน้มเกิดรูพรุน รอยแตก หรือข้อบกพร่องในบางพื้นที่ ส่งผลให้ไม่สามารถทำหน้าที่ป้องกันแกนกลางได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแสดงออกเป็น:

· คุณสมบัติการกันสิ่งต่างๆ ได้ไม่ดี น้ำและออกซิเจนสามารถซึมผ่านได้ง่าย:

รูพรุนบนฟิล์มทำให้ความชื้นภายในผักและผลไม้ระเหยออกไปอย่างรวดเร็ว (ตัวอย่างเช่น แตงกวาและผักกาดเหี่ยวภายใน 1-2 วัน) ในขณะที่ออกซิเจนจากภายนอกเข้ามาจำนวนมาก ทำให้กระบวนการหายใจเพิ่มขึ้น (ทำให้ปริมาณน้ำตาลลดลง ส่งผลให้รสชาติจืดชืด) และเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (ทำให้วิตามินซีสูญเสียไป และผิวเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล เช่น แอปเปิ้ลเปลี่ยนสีอย่างรวดเร็วเมื่อหั่นแล้ว) ซึ่งทำให้อายุการเก็บรักษาน้อยลงอย่างมาก

ฟิล์มมีแรงยึดเกาะต่ำ มีแนวโน้มหลุดลอกและเสื่อมสภาพได้ง่าย

เมื่อฟิล์มมีความบางเกินไป พื้นที่ยึดติดกับผิวของผลไม้และผักจะมีขนาดเล็ก และผลของการสร้างพันธะไฮโดรเจนจะอ่อนแอ ในระหว่างการขนส่ง การล้าง หรือการขยายและหดตัวเล็กน้อยของผลไม้และผักเอง (เช่น การเปลี่ยนรูปของผิวที่เกิดจากความผันผวนของอุณหภูมิในช่วงการจัดเก็บ) ฟิล์มมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวและหลุดลอก ทำให้สูญเสียหน้าที่ในการป้องกันอย่างต่อเนื่อง

สำหรับผักใบ (เช่น ผักกาดหอม) หากความหนาของฟิล์มน้อยกว่า 0.8 ไมครอน อัตราการสูญเสียน้ำหนักหลังการจัดเก็บ 3 วัน อาจสูงถึงมากกว่า 15% (กลุ่มที่ไม่ได้รับการประมวลผลประมาณ 20% และกลุ่มที่มีความหนาเหมาะสมเพียง 8%) ซึ่งข้อได้เปรียบในการยืดอายุการเก็บจึงไม่ชัดเจน

2. ความหนาของฟิล์มที่เหมาะสม (โดยทั่วไป 1-5 ไมครอน มีความต่อเนื่อง หนาแน่น และสามารถควบคุมการระบายอากาศได้): เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการยืดอายุการเก็บให้สูงสุด

ฟิล์มพีวีพีในช่วงความหนานี้สามารถตอบสนองความต้องการของ "อุปสรรคที่มีประสิทธิภาพ" และ "การระบายอากาศอย่างปลอดภัย" ได้พร้อมกัน ซึ่งถือเป็นสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับผลการรักษาคุณภาพ ส่วนข้อดีเฉพาะ ได้แก่:

· การกักเก็บน้ำอย่างมีประสิทธิภาพสูง ช่วยคงความกรอบและความชุ่มฉ่ำของผลไม้และผักไว้:

ฟิล์มที่ต่อเนื่องและหนาแน่นสามารถลดอัตราการระเหยของน้ำได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น ส้มเขียวหวานที่เคลือบด้วยฟิล์มพีวีพีหนา 2 ไมครอน จะมีอัตราการสูญเสียน้ำหนักเพียง 5% ถึง 8% หลังเก็บรักษาไว้ 20 วัน (กลุ่มที่ไม่ได้รับการรักษามีการสูญเสียน้ำหนัก 15% ถึง 20%) และสามารถคงเปลือกที่เต่งตึงและเนื้อผลไม้ที่ชุ่มฉ่ำไว้ได้นาน

· การแยกออกซิเจนในระดับปานกลาง เพื่อชะลอการหายใจและการเกิดออกซิเดชัน:

ชั้นฟิล์มสามารถลดความเข้มข้นของออกซิเจนรอบๆ ผิวหนังชั้นนอก (จาก 21% ในอากาศลงเหลือ 5%-10%) ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยชะลอการสูญเสียน้ำตาลและกรดอินทรีย์จากการหายใจ (ตัวอย่างเช่น มะเขือเทศยังคงรักษารสเปรี้ยวหวานไว้ได้หลังการเก็บรักษา) แต่ยังช่วยลดการสูญเสียวิตามินซีและแคโรทีนอยด์จากการออกซิเดชัน (ตัวอย่างเช่น อัตราการคงเหลือของวิตามินซีในพริกหยวกเขียวสูงกว่ากลุ่มที่ไม่ได้รับการประมวลผล 15%-25%)

· มีการระบายอากาศและควบคุมได้ หลีกเลี่ยงความเสี่ยงจากการหายใจแบบไร้ออกซิเจน:

แม้ว่าเยื่อขนาดไมครอนจะมีความหนาแน่น แต่ก็ยังมีรูพรุนเล็กน้อย (หรือช่องว่างจิ๋วในสายโซ่โมเลกุลของ PVP) ซึ่งทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากการหายใจของผลไม้และผักสามารถระเหยออกได้อย่างช้าๆ ป้องกันการหายใจแบบไร้ออกซิเจนที่เกิดจาก "การปิดผนึกอย่างสมบูรณ์" (ซึ่งจะสร้างแอลกอฮอล์และอะซีทัลดีไฮด์ ทำให้ผลไม้และผักมีกลิ่นไม่พึงประสงค์ และเนื้อผลไม้เน่าเสีย เช่น การหายใจแบบไร้ออกซิเจนในสตรอว์เบอร์รีอาจทำให้เกิดกลิ่นคล้ายไวน์ และเร่งการเจริญเติบโตของเชื้อรา)

หลังจากที่แอปเปิ้ลถูกเคลือบด้วยฟิล์ม PVP หนา 3 ไมโครเมตร อัตราการคงความแข็งของแอปเปิ้ลหลังเก็บรักษาไว้ 30 วันอยู่ที่ 80% (ในกลุ่มที่ไม่ได้รับการรักษามีเพียง 60%) และไม่มีรสชาติของแอลกอฮอล์ โดยมีพื้นสัมผัสใกล้เคียงกับแอปเปิ้ลที่เพิ่งเก็บมาสดๆ

3. ความหนาของฟิล์มมากเกินไป (โดยทั่วไป > 5 ไมโครเมตร หรือการทับซ้อนหลายชั้น): ประสิทธิภาพในการถนอมอาหารจะลดลง และอาจนำไปสู่การเสื่อมคุณภาพได้

เมื่อความหนาของฟิล์ม PVP เกินช่วงที่เหมาะสม ข้อบกพร่องเรื่อง "การซึมผ่านของอากาศ" ของฟิล์มจะกลายเป็นปัญหาหลัก และส่งผลเสียต่อคุณภาพของผลไม้และผัก โดยปัญหาเฉพาะเจาะจง ได้แก่:

· การลดลงอย่างฉับพลันของความสามารถในการซึมผ่านของอากาศ ทำให้เกิดการหายใจแบบไร้ออกซิเจน:

ความหนาของฟิล์มที่มากเกินไปจะปิดกั้นช่องระบายอากาศอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้ออกซิเจนเข้ามาได้ยากและคาร์บอนไดออกไซด์ไม่สามารถระเหยออกไปได้ ส่งผลให้ภายในผลไม้และผักเกิดสภาพแวดล้อมที่ "มีออกซิเจนต่ำและมีคาร์บอนไดออกไซด์สูง" กระตุ้นให้เกิดการหายใจแบบไร้ออกซิเจน ตัวอย่างเช่น หากความหนาของฟิล์มที่หุ้มสตรอว์เบอร์รีมากกว่า 6μm ปริมาณผลิตภัณฑ์จากการหายใจแบบไร้ออกซิเจน (แอลกอฮอล์) จะสูงถึงมากกว่า 0.3% หลังจากเก็บรักษาไว้ 5 วัน (ในกลุ่มที่ใช้ฟิล์มความหนาเหมาะสมจะต่ำกว่า 0.1%) มีกลิ่นคล้ายเหล้าสังเกตได้ชัด เนื้อผลนิ่ม และอัตราการเน่าเสียเพิ่มขึ้น

สัมผัสทางกายภาพของชั้นฟิล์มชัดเจน ซึ่งส่งผลต่อประสบการณ์การรับประทาน:

ความหนาของฟิล์ม PVP ที่มากเกินไป (โดยเฉพาะเมื่อหนามากกว่า 8 ไมครอน) อาจทำให้ผิวผักและผลไม้มีเนื้อสัมผัสที่รู้สึก "เหนียวเล็กน้อย" หรือ "ลื่นเป็นขี้ผึ้ง" (ถึงแม้ว่าตัว PVP เองจะไม่มีกลิ่น แต่สามารถรับรู้ได้จากการสัมผัสเมื่อความหนาสะสมมากขึ้น) ซึ่งทำลายพื้นผิวตามธรรมชาติของผักและผลไม้ (เช่น ความรู้สึกเรียบลื่นของเปลือกส้มและประสบการณ์การสัมผัสเปลือกที่กรอบสดของแอปเปิ้ล)

· เพิ่มต้นทุน + ประสิทธิภาพการแห้งต่ำ ขาดความคุ้มค่าในการใช้งาน:

ฟิล์มที่หนาต้องใช้วัตถุดิบ PVP มากขึ้น (เมื่อความหนาของฟิล์มเพิ่มเป็นสองเท่า การใช้ PVP จะเพิ่มขึ้นประมาณ 1.8 ถึง 2.2 เท่า) และใช้เวลานานขึ้นในการทำให้แห้ง (ตัวอย่างเช่น ฟิล์ม 5 ไมครอนที่เตรียมด้วยวิธีจุ่ม ต้องใช้เวลาอบแห้ง 2 ถึง 3 ชั่วโมง ส่วนฟิล์ม 10 ไมครอน ต้องใช้เวลา 5 ถึง 6 ชั่วโมง) ซึ่งเพิ่มระยะเวลาและต้นทุนการผลิต ขณะเดียวกัน การอบแห้งนานๆ อาจทำให้ผักและผลไม้สูญเสียความชื้นภายใน (ซึ่งในทางกลับกันจะลดประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำของฟิล์ม)

หลังจากที่ลูกพีชได้รับการเคลือบด้วยฟิล์ม PVP หนา 8 ไมโครเมตร และเก็บรักษาไว้เป็นเวลา 10 วัน อัตราการเน่าเสียเพิ่มขึ้นถึง 20% (ในกลุ่มที่ใช้ความหนาเหมาะสม มีเพียง 5%) และผิวสัมผัสเหนียวอย่างชัดเจน ส่งผลให้ผู้บริโภคยอมรับลดลง

Iii. ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อ "ความหนาที่เหมาะสม" (ต้องมีการปรับเปลี่ยนตามสภาพ)

ความหนาของฟิล์ม PVP ที่เหมาะสมไม่ใช่ค่าคงที่ แต่จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนตามลักษณะของผลไม้และผัก รวมถึงกระบวนการใช้งาน ปัจจัยหลักที่มีอิทธิพล ได้แก่:

1. ลักษณะของผิวผลไม้และผัก:

ผลไม้และผักที่มีผิวหนาและรูเปิดเล็ก (เช่น แอปเปิ้ลและผลไม้ตระกูลส้ม) : สามารถทนต่อฟิล์มที่หนาขึ้นเล็กน้อยได้ (3-5 ไมโครเมตร) เนื่องจากผิวของผลไม้เหล่านี้มีความสามารถในการแลกเปลี่ยนอากาศต่ำอยู่แล้ว การใช้ฟิล์มหนาจะไม่ส่งผลกระทบอย่างมากต่อการระบายอากาศโดยรวม

สำหรับผลไม้และผักที่มีเปลือกบาง รูเปิดอากาศ (สโตมาตา) ขนาดใหญ่ หรือมีขนอ่อน (เช่น สตรอว์เบอร์รี และพีช): จำเป็นต้องใช้ฟิล์มบาง (1-2μm) เพื่อป้องกันไม่ให้ฟิล์มไปอุดตันรูเปิดอากาศหรือกดทับขนอ่อน ซึ่งอาจทำให้ผิวเสียหายและนำไปสู่การเน่าเสีย

2. ขั้นตอนการใช้งาน:

o วิธีการจุ่ม: การควบคุมความหนาของฟิล์มอย่างแม่นยำทำได้ยาก ฟิล์มอาจหนาเกินไปหากจุ่มเป็นเวลานานเกินไป (เช่น > 10 นาที) หรือความเข้มข้นของ PVP สูงเกินไป (เช่น > 0.5%) ควรปรับโดยการลดเวลาการจุ่ม (5-8 นาที) หรือลดความเข้มข้น (0.1-0.3%)

o วิธีการพ่น (เช่น การพ่นด้วยคลื่นอัลตราโซนิก): สามารถควบคุมความหนาของฟิล์มได้อย่างแม่นยำ โดยการปรับแรงดันการพ่น (0.2-0.4MPa) และระยะห่างของหัวพ่น (15-20 ซม.) ทำให้สามารถควบคุมให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมคือ 1-3μm ได้ง่ายขึ้น

3. สภาพแวดล้อมในการจัดเก็บ:

ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิและความชื้นสูง (เช่น การจัดเก็บที่อุณหภูมิปกติในฤดูร้อน): จำเป็นต้องใช้ฟิล์มที่บางลงเล็กน้อย (1-2μm) เพื่อเพิ่มความสามารถในการระบายอากาศ และป้องกันการสะสมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิและความชื้นต่ำ (เช่น การจัดเก็บในห่วงโซ่ความเย็นที่ 0-4℃): สามารถใช้ฟิล์มที่หนาขึ้นเล็กน้อย (3-4μm) ได้ เนื่องจากอุณหภูมิต่ำทำให้กระบวนการหายใจช้าลง และฟิล์มที่หนากว่าจะช่วยกักเก็บความชื้นได้ดีขึ้น (การสูญเสียน้ำจะเร็วขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นต่ำ)

IV. วิธีควบคุม "ความหนาที่เหมาะสม" ในการประยุกต์ใช้งานจริง

1. ปรับโดยการเชื่อมโยงความเข้มข้นของ PVP กับพารามิเตอร์กระบวนการ:

ความเข้มข้นของ o เป็นพื้นฐาน: สารละลาย PVP 0.1%-0.4% (ซึ่งสอดคล้องกับความเข้มข้นที่เหมาะสมตามที่กล่าวมาข้างต้น) ร่วมกับการจุ่มแบบเดิม (5-8 นาที) หรือการพ่น (แรงดัน 0.3MPa) โดยทั่วไปสามารถสร้างชั้นฟิล์มที่มีความหนาเหมาะสมในช่วง 1-3μm ได้ หากต้องการชั้นที่หนากว่า (เช่น ในผลไม้ตระกูลส้ม) สามารถเพิ่มความเข้มข้นเป็น 0.3%-0.5% ได้ แต่ควรลดเวลาการแช่พร้อมกัน

2. ตรวจสอบความหนาโดยใช้วิธีการตรวจวัด

ในอุตสาหกรรม มักใช้ "เครื่องวัดความหนาของฟิล์ม" (เช่น เครื่องวัดความหนาด้วยเลเซอร์) เพื่อวัดความหนาของฟิล์มโดยตรง หรือกำหนดโดยอ้อมผ่าน "การทดลองเบื้องต้นเกี่ยวกับอัตราการสูญเสียน้ำหนัก" - หากอัตราการสูญเสียน้ำหนักเริ่มต้นในระหว่างการเก็บรักษาน้อยกว่า 1% ต่อวัน และไม่มีอาการของการหายใจแบบไร้ออกซิเจน (ไม่มีกลิ่นแอลกอฮอล์) แสดงว่าความหนาของฟิล์มนั้นเหมาะสมโดยพื้นฐาน

3. ทำการทดสอบแบบค่อยเป็นค่อยไปสำหรับผลไม้และผักแต่ละชนิด:

สำหรับพันธุ์ผลไม้และผักชนิดใหม่ (เช่น บลูเบอร์รี และเชอร์รี่) ควรทำการทดสอบความหนา 3 ระดับ ได้แก่ 1 ไมครอน, 2 ไมครอน และ 3 ไมครอน ก่อน จากนั้นติดตามอัตราการสูญเสียน้ำหนัก ความเข้มข้นของการหายใจ และอัตราการเน่าเสียภายใน 7 ถึง 10 วัน และเลือกความหนาที่ให้ค่าตัวชี้วัดโดยรวมดีที่สุด

สรุป

ความสัมพันธ์หลักระหว่างความหนาของฟิล์ม PVP กับประสิทธิภาพการเก็บรักษาผักและผลไม้ คือ "การสมดุลระหว่างความสามารถในการเป็นเกราะป้องกันและการซึมผ่านของอากาศ":

· บางเกินไป → เกราะป้องกันล้มเหลว ทำให้อายุการเก็บรักษาน้อย;

· เหมาะสม (1-5 ไมครอน) → ช่วยรักษาความชื้น กันออกซิเจน และระบายอากาศได้ดี ส่งผลให้การเก็บรักษามีประสิทธิภาพสูงสุด;

· หนาเกินไป → การซึมผ่านของอากาศไม่เพียงพอ ทำให้เกิดการหายใจแบบไร้ออกซิเจน และคุณภาพลดลง

ในการประยุกต์ใช้งานจริง จำเป็นต้องพิจารณาประกอบกันระหว่างชนิดของผลไม้และผัก กระบวนการ และสภาพแวดล้อมในการจัดเก็บ และควบคุมความหนาผ่านการ "ความเข้มข้น + กระบวนการ" โดยตรวจสอบยืนยันด้วยการทดลองเบื้องต้น เพื่อให้ได้ผลการคงสภาพที่ดีที่สุด