Яка оптимальна концентрація захисної плівки, утвореної ПВП, для зберігання фруктів і овочів?

Товщина утворення плівки PVP та збереження овочів і фруктів не є «чим товстіша, тим краще», а існує «оптимальний діапазон товщини» — товщина має балансувати «фізичні бар'єрні властивості» та «проникність плівки». Як надто тонкі, так і надто товсті плівки послаблять ефект збереження й навіть можуть спричинити негативні наслідки. Конкретний зв'язок можна проаналізувати за трьома напрямками: «надто тонка, оптимальна та надто товста», а основну логіку можна пояснити з урахуванням характеристик фруктів і овочів та сценаріїв застосування:

I. Основний принцип: товщина має балансувати «бар'єрність» та «дихальність»

Суть збереження плівкою ПВП — це «помірний захист»: вона має запобігати втраті води та проникненню зовнішнього кисню завдяки щільній структурі (уповільнюючи випаровування, дихання та окиснення), а також зберігати певний рівень проникності для повітря (дозволяючи фруктам і овочам виділяти вуглекислий газ і уникати анаеробного дихання). Тому «відповідна товщина» є ключем до досягнення цього балансу, зазвичай вона відповідає діапазону мікрометрів (мкм) (конкретне значення залежить від типу фруктів і овочів, загалом від 1 до 5 мкм).

II. Вплив різних інтервалів товщини на ефект збереження

1. Плівка занадто тонка (зазвичай < 1 мкм або шар плівки несуцільний): ефект збереження є суттєво недостатнім

Коли товщина мембрани PVP не досягає критичного значення "суцільної щільної мембрани", структура мембрани схильна до утворення пор, тріщин або локальних дефектів, що призводить до втрати основної функції збереження. Зокрема, це проявляється у:

· Погана бар'єрна здатність, волога та кисень легко проникають:

Пори у плівці сприяють швидкому випаровуванню внутрішньої вологи з овочів і фруктів (наприклад, огірки та салат в’януть протягом 1-2 днів), тоді як велика кількість зовнішнього кисню проникає всередину, прискорюючи дихання (витрачаючи цукор і роблячи смак безбарвним) та реакції окиснення (втрата вітаміну С та потемніння шкіри, наприклад, швидка зміна кольору яблук після розрізання), що значно скорочує термін придатності.

Плівка має слабку адгезію і схильна до відшарування та виходу з ладу.

Коли плівка занадто тонка, площа зчеплення з шкіркою фруктів і овочів є невеликою, а ефект водневого зв'язку слабкий. Під час транспортування, миття або незначного розширення та стиснення самих фруктів і овочів (наприклад, деформація шкірки через коливання температури під час зберігання) плівка схильна тріскатися й відшаровуватися, втрачаючи свою постійну захисну функцію.

Для листових овочів (наприклад, салату), якщо товщина плівки менше 0,8 мкм, швидкість втрати маси після 3 днів зберігання може досягати понад 15% (близько 20% у групі без обробки та лише 8% у групі з оптимальною товщиною), і переваги збереження не є очевидними.

2. Оптимальна товщина плівки (зазвичай 1-5 мкм, безперервна, щільна і з контрольованою проникністю): забезпечує максимальний ефект збереження

Плівка ПВП у цьому діапазоні товщини одночасно може відповідати вимогам «ефективного бар'єру» та «безпечної проникності», що є оптимальним станом збереження. До конкретних переваг належать:

· Високоефективне збереження вологи, зберігання хрумкості та соковитості фруктів і овочів:

Суцільна та щільна плівка значно зменшує швидкість випаровування води. Наприклад, наведені апельсини, оброблені плівкою ПВП товщиною 2 мкм, мають втрату ваги лише на 5–8% після 20 днів зберігання (15–20% у групі без обробки) і довго зберігають м’яку шкірочку та соковите м'ясо.

· Помірне ізолювання кисню для затримки дихання та окиснення:

Шар плівки може знизити концентрацію кисню навколо епідермісу (з 21% у повітрі до 5%-10%), що не тільки сповільнює витрату цукру та органічних кислот за рахунок дихання (наприклад, помідори після зберігання зберігають солодко-кислий смак), але й зменшує окислювальну втрату вітаміну С та каротиноїдів (наприклад, ступінь збереження вітаміну С в зелених перцях на 15%-25% вища, ніж у контрольній групі).

· Проникливий і контрольований, уникнення ризику анаеробного дихання:

Хоча мікронна мембрана є щільною, вона все ж має слідові пори (або мікрозазори в ланцюзі молекул ПВП), що дозволяє вуглекислому газу, утвореному в процесі дихання фруктів і овочів, повільно вивільнятися, уникнувши анаеробного дихання, спричиненого «повним герметичним запечатуванням» (що призводить до утворення алкоголю та ацетальдегіду, спричиняючи неприємний запах у фруктах і овочах та гниття м'якоті плодів. Наприклад, анаеробне дихання полуниці може спричинити «винний» запах і прискорити ріст цвілі).

Після обробки яблук плівкою ПВП товщиною 3 мкм, ступінь збереження твердості після 30 днів зберігання досяг 80% (лише 60% у групі без обробки), вони не мали смаку алкоголю і за консистенцією були близькі до свіжозібраних яблук.

3. Надмірна товщина плівки (звичайно > 5 мкм або накопичення шарів плівки): ефект збереження знижується, і навіть може призвести до погіршення якості

Коли товщина плівки PVP перевищує допустимий діапазон, «дефект проникності повітря» плівки стає головною проблемою і навпаки погіршує якість фруктів і овочів. До конкретних проблем належать:

· Різке зниження проникності повітря, що спричиняє анаеробне дихання:

Надмірна товщина плівки значно блокує повітряні канали, ускладнюючи проникнення кисню та виведення вуглекислого газу. У результаті всередині фруктів і овочів утворюється середовище «низького вмісту кисню та високого вмісту вуглекислого газу», що запускає анаеробне дихання. Наприклад, якщо товщина плівки для полуниці перевищує 6 мкм, вміст продуктів анаеробного дихання (спирт) може досягти більше ніж 0,3% після 5 днів зберігання (менше 0,1% у групі з оптимальною товщиною), з чітким запахом вина, м'якою текстурою м'якоті та підвищеним рівнем гниття.

Фізична текстура шару плівки є помітною, що впливає на смакові відчуття:

Надмірна товщина плівки ПВП (особливо коли вона перевищує 8 мкм) може створювати легкий «ліпкий» або «восковий» відчуття на поверхні фруктів і овочів (хоча сам ПВП не має запаху, його можна відчути на дотик, коли товщина накопичується), руйнуючи природну текстуру шкірки фруктів і овочів (наприклад, гладку текстуру цитрусових чи хрумку шкірку яблук).

· Збільшення вартості + низька ефективність сушіння, відсутність практичності:

Товсті плівки потребують більше сировини ПВП (коли товщина плівки подвоюється, витрати ПВП зростають приблизно в 1,8–2,2 рази), а час сушіння значно подовжується (наприклад, плівки 5 мкм, отримані методом занурення, потребують 2–3 годин сушіння, а плівки 10 мкм — 5–6 годин), що збільшує виробничий час і витрати. У той же час тривале сушіння може призводити до втрати вологи самими фруктами та овочами (що, у свою чергу, знівулює водозатримувальний ефект плівки).

Після того, як персики обробили плівкою PVP товщиною 8 мкм і зберігали протягом 10 днів, рівень гниття досяг 20% (лише 5% у групі з відповідною товщиною), а шкірка набула вираженого липкого відчуття, що призвело до зниження споживчого прийняття.

ІІІ. Ключові фактори, що впливають на «відповідну товщину» (потрібна динамічна корекція)

«Відповідна товщина» плівки PVP не є фіксованим значенням і має коригуватися залежно від характеристик фруктів і овочів та технології застосування. Основні чинники впливу включають:

1. Характеристики шкірки фруктів і овочів:

Фрукти та овочі з товстою шкіркою і дрібними продихами (наприклад, яблука та цитрусові): можуть витримувати трохи товстіші плівки (3-5 мкм). Через погану проникність шкірки для повітря, товсті плівки не надто вплинуть на загальну проникність для повітря.

Для фруктів і овочів з тонкою шкіркою, великими продихами або ворсинками (наприклад, полуниця та персики): потрібна тонша плівка (1-2 мкм), щоб запобігти закупорці продихів або придавлюванню ворсинок, що може пошкодити шкірку й призвести до гниття.

2. Процес нанесення:

o метод занурення: важко точно контролювати товщину плівки. Плівка може стати надто товстою через надто довгий час занурення (наприклад, > 10 хвилин) або надмірно високу концентрацію PVP (наприклад, > 0,5%). Необхідно зробити коригування, скоротивши час занурення (5–8 хвилин) або знизивши концентрацію (0,1–0,3%).

o метод розпилення (наприклад, ультразвукове розпилення): товщину плівки можна точно регулювати шляхом налаштування тиску розпилення (0,2–0,4 МПа) та відстані сопла (15–20 см), що полегшує досягнення оптимального діапазону 1–3 мкм.

3. Умови зберігання:

У середовищах із високою температурою та високою вологістю (наприклад, при зберіганні при кімнатній температурі влітку): потрібна трохи тонша плівка (1-2 мкм), щоб підвищити проникність для повітря та запобігти накопиченню вуглекислого газу.

У середовищах із низькою температурою та низькою вологістю (наприклад, при зберіганні в умовах холодового ланцюга при 0–4 ℃): плівка може бути трохи товщою (3–4 мкм), оскільки низькі температури уповільнюють дихання, а товста плівка краще утримує вологу (втрата води швидша в умовах низької вологості).

IV. Як контролювати "відповідну товщину" на практиці

1. Регулювання шляхом поєднання концентрації PVP і технологічних параметрів:

Концентрація o є основою: 0,1%-0,4% розчин PVP (що відповідає раніше зазначеній оптимальній концентрації), у поєднанні з традиційним зануренням (5-8 хвилин) або розпиленням (тиск 0,3 МПа), як правило, утворює відповідну товщину плівки 1-3 мкм. Якщо потрібен товщий шар (наприклад, для цитрусових), концентрацію можна підвищити до 0,3%-0,5%, але одночасно слід скоротити час витримки.

2. Перевірте товщину за допомогою методів визначення

У промисловості для безпосереднього вимірювання товщини плівки зазвичай використовують «товщиноміри плівок» (наприклад, лазерні товщиноміри) або непрямо визначають її за допомогою «експериментів із втратою ваги» — якщо початкова швидкість втрати ваги під час зберігання становить менше 1% на добу і немає ознак анаеробного дихання (запаху алкоголю), то товщина вважається достатньою.

3. Проведіть градієнтні тести для конкретних фруктів і овочів:

Для нових сортів фруктів і овочів (наприклад, чорниці та вишень) спочатку слід перевірити три градієнти товщини: 1 мкм, 2 мкм і 3 мкм. Потрібно контролювати швидкість втрати маси, інтенсивність дихання та швидкість гниття протягом 7–10 днів і обрати товщину з найкращими комплексними показниками.

Резюме

Основний зв'язок між товщиною утворення плівки PVP і ефектом збереження фруктів і овочів полягає в «балансуванні бар'єрних властивостей і проникності для повітря»:

· Занадто тонкий → Відмова бар'єра, короткий термін придатності;

· Оптимальний (1-5 мкм) → Поєднує збереження вологи, ізоляцію кисню та вентиляцію, максимізуючи ефект зберігання;

· Надмірна товщина → Недостатня проникність для повітря, що призводить до анаеробного дихання і погіршення якості.

На практиці необхідно поєднувати тип фруктів і овочів, процес та умови зберігання, регулювати товщину за допомогою "концентрації + процесу" та перевіряти це шляхом попередніх експериментів, щоб досягти найкращого ефекту збереження.