Длительное хранение фруктов и овощей в регулируемой атмосфере

Зачем регулировать атмосферу в камерах хранения

После сбора урожая фрукты продолжают жить, они дышат, то есть поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Интенсивное дыхание сорванного плода приводит к ухудшению качества продукта (увяданию, появлению пятен и т.д.).

Период хранения может быть увеличен путем снижения интенсивности дыхания. Для этой цели продукция обычно охлаждается. Однако это не всегда достаточно эффективно. Охлаждение должно сопровождаться дополнительными методами, одним из которых является снижение уровня кислорода в камере и увеличение содержания СО₂.

Уменьшение присутствия кислорода в камере оказывает тормозящий эффект на процесс оксидации плода, однако до определенного предела, ниже которого анаэробное дыхание возобновляется. Таким образом, важно поддерживать содержание кислорода в камере как можно ближе к минимальному уровню, индивидуальному для каждого вида продукции.

Другим физиологическим эффектом является тот факт, что сахароза постепенно превращается во фруктозу, а при хранении фруктов в среде с повышенным содержанием СО₂ этот процесс замедляется, в результате чего плод сохраняет свою твердость и большинство компонентов. Это также объясняет то, что фрукты после хранения в регулируемой атмосфере сохраняют свое качество в течение значительного периода.

Согласно исследованиям и измерениям, хранение в регулируемой атмосфере приводит к снижению интенсивности метаболических процессов в 2-3 раза, существенно увеличивая срок хранения.

Другими преимуществами данной технологии является сокращение развития физиологических и грибковых заболеваний (на 20-25%). Увядание яблок, например, снижается на 20-30%. Благодаря замедлению процессов диссимиляции плоды сохраняют первоначальное качество компонентов (кислота, сахар, вкусовые и ароматические субстанции). В конце хранения фрукты остаются такими же вкусными и свежими, как и в начале.

Важным аспектом не только для потребления, но и для транспортировки и продажи является то, что плоды гораздо лучше сохраняют текстуру и твердость. Фрукты, заложенные на хранение с легким загаром, не ухудшают свое качество, в то время как при обычном хранении они быстро портятся.

Термин «регулируемая атмосфера (РА)» (controlled atmosphere CA) является более точным и правильным по отношению к распространенному ранее термину «регулируемая газовая среда» (РГС). В настоящее время в литературе мы можем встретить употребление терминов РА и РГС.

Регулирование содержания СО₂ методом вентилирования (хранение в обычной атмосфере)

Как известно, содержание кислорода в обычной атмосфере составляет порядка 21%, азота 78%, углекислого газа 0,03%.

При этом методе регулирования содержание кислорода и углекислого газа в камере в сумме всегда составляет порядка 21%.

Плоды ежедневно поглощают в среднем до 1,5% кислорода от объема, выделяя при этом те же 1,5% СО₂. Учитывая то, что в большинстве случаев камеры хранения не имеют достаточной степени герметичности, и существует подсос воздуха извне, это равенство нарушается.

Более 12 дней требуется, например, согласно расчету для достижения содержания уровня кислорода в камере 3% (21% — 3% = 18%; 18% : 1,5% = 12 дней). На практике ежедневное снижение уровня кислорода может составлять 0,7-0,8% естественным путем, за счет дыхания фруктов.

Таким образом, через определенное время уровень кислорода может сильно снизиться, а содержание СО₂ увеличиться на эту же величину. Такие концентрации могут оказывать неблагоприятное влияние на качество хранимой продукции. Поэтому излишки СО₂ должны быть удалены. Уровень углекислого газа в этом случае регулируется методом вентилирования, путем открытия и закрытия вентиляционных заслонок.

Основные типы регулируемой атмосферы в камерах хранения

• Традиционная регулируемая атмосфера (Traditional Controlled Atmosphere) — содержание кислорода 3-4%, углекислого газа 3-5%.
• С низким содержанием кислорода LO (Low Oxygen) – 2-2,5% О₂ и 1-3% СО₂.
• С ультранизким содержанием кислорода ULO (Ultra Low Oxygen). Содержание кислорода в камере менее 1-1,5%, содержание СО₂ 0-2%.

C ультранизким содержанием кислорода

Стандартная газовая среда

Технологии создания газовой среды и хранения плодов в регулируемой атмосфере

• RCA (Rapid Controlled Atmosphere) — технология быстрого снижения концентрации кислорода.
• ILOS (Initial Low Oxygen Stress) – сверхбыстрое снижение уровня кислорода в камере за короткий промежуток времени.
• LECA (Low Ethylene Controlled Atmosphere) – технология снижения уровня этилена в камере.
• CО₂ shock treatment — технология шоковой обработки углекислым газом, с повышенным (до 30%) содержанием СО₂
• DCA (Dynamic controlled atmosphere) – поддержание режима хранения в зависимости от физиологического состояния плодов

Традиционная (нормальная) регулируемая атмосфера (Traditional Controlled Atmosphere)

В этом случае яблоки могут успешно храниться в течение 6-8 месяцев.

Камеры должны быть загружены в течение 7-10 дней, и требуемая концентрация (порядка 3% СО₂ и 2-3% О₂) должна быть достигнута в течение 2-3 недель. Рекомендуемая температура хранения колеблется в пределах от 0 до 3,5ºС.

Технология хранения с ультранизким содержанием кислорода ULO (Ultra Low Oxygen)

Содержание кислорода в этом случае находится в пределах от 0,5 до 1,5%, углекислого газа менее 1-2% (иногда выше). Это значение зависит от сорта, района выращивания, степени зрелости и других факторов.

Камеры должны загружаться продукцией как можно быстрее. При этом реализуются технологии быстрого уменьшения концентрации кислорода RCA (Rapid Controlled Atmosphere) и сверхбыстрого снижения уровня кислорода ILOS (Initial Low Oxygen Stress).

Достаточно чувствительные яблоки сорта McIntosh, например, могут храниться до18 месяцев, сохраняя хорошее качество.

Для создания регулируемой атмосферы в камерах используются генератор азота, адсорберы СО₂.

Встроенная система газового анализа позволяет в автоматическом режиме управлять работой оборудования и осуществлять построение графиков режимов в камерах. При наличии модемной связи возможно дистанционное управление работой оборудования.

Технология снижения уровня этилена LECA (Low Ethylene Controlled Atmosphere)

Обеспечивает защиту от преждевременного созревания фруктов и овощей (бананы, цитрусовые) и паталогофизиологического воздействия этилена (груши, овощи и т.д.). Снижение уровня этилена достигается с помощью каталитических конвертеров и адсорберов этилена.

В ряде случаев может применяться в комбинации с технологией хранения в регулируемой атмосфере.

Динамическая регулируемая атмосфера DCA (Dynamic controlled atmosphere)

Динамическая атмосфера – это следующий существенный шаг в совершенствовании технологии хранения в ULO. Эта технология обеспечивает:

естественную (не химическую) защиту плодов от загара;

максимальное сохранение твердости, сочности и других показателей качества плодов при длительном хранении.

Суть технологии заключается в том, что, при помощи специальных датчиков на основе метода флуоресценции постоянно измеряется физиологическое состояние плодов и, на основе этой информации, обеспечивается поддержание в камере минимально допустимой концентрации кислорода, обычно 0,4 — 0,6%.

Эта запатентованная технология интенсивно внедряется в передовых странах (прирост более 40% в год).

Для ее реализации на каждую камеру устанавливаются специальные измерительные устройства (IRIS), которые через интерфейсный блок соединяются с компьютером, на котором установлена специальная программа.

Условия хранения

Кроме газового состава атмосферы условия хранения зависят от таких факторов, как температура, относительная влажность воздуха, от скорости предварительного охлаждения, от степени загрязнения воздуха в камере хранения, от длительности предполагаемого срока хранения.

После сбора урожая плоды продолжают жить, они дышат, потребляя кислород, чтобы продлить свои жизненные функции. Диссимиляция – это явление, характерное для всякого живого организма и выражающееся в беспрерывно идущем частичном его саморазрушении. Изменения происходят в результате преобразования крахмала в сахара, уменьшения кислотности, потери твердости благодаря активности пектино-разрушающих энзимов, уменьшению количества летучих и ароматических субстанций.

Зачем нужно снижать температуру хранения?

Охлаждение замедляет порчу продукции, снижает потери, увеличивает срок хранения. Следует помнить, что активность энзимов чрезвычайно чувствительна к температуре: при увеличении температуры на 8°С активность возрастает в 2-4 раза. Доказано, что размножение микроорганизмов, способствующее гниению, почти прекращается при 0°С.

Охлажденные плоды менее подвержены усушке, имеют низкий уровень этилена, более устойчивы к физиологическим повреждениям. Охлаждение должно производиться в самые короткие сроки после сбора.

Надо принимать во внимание и соотношение между температурой и относительной влажностью. Например, потеря влаги продукции при 44º С и влажности 30% в 36 раз сильнее, чем при температуре 0º С с относительной влажностью 90%. Для поддержания необходимого уровня влажности могут использоваться увлажнители воздуха.

В ряде случаев применяется предварительное охлаждение продукции, закладываемой на хранение, до температуры 6-8º С. Таким образом, снижается холодильная мощность, требуемая для последующего охлаждения и хранения.

Камеры хранения для регулируемой атмосферы

Камеры обычно изготавливаются из пенополиуретановых сэндвич-панелей. К герметичности камер предъявляются высокие требования. Технология сборки камер имеет свои особенности. Применяется специальная фурнитура и герметики. Важно обеспечить также герметичность конструкции пола и сопряжения пола с панелями.

Двери холодильных камер специального исполнения, с повышенной степенью герметичности. Имеют смотровое окно для возможности визуального контроля и, при необходимости, взятия проб из камеры.

Для компенсации разности давлений внутри камеры и снаружи устанавливаются компенсационные мешки и аварийные клапаны выравнивания давления.

История развития технологии РА

II столетие до н.э. — египтяне и самаритяне использовали закрытые известняковые усыпальницы для хранения урожая.

8 век н.э. — в династии Танг сохраняли литчи (китайская слива) во время долгого похода в полых стеблях бамбука с добавлением свежих листьев.

  1819 год — первое научное упоминание о регулируемой атмосфере, когда французский ученый Бернард установил, что собранные после урожая фрукты поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Он также доказал, что фрукты не созревают без присутствия кислорода, но если их снова поместить в обычную атмосферу, то созревание продолжается.

1856 год — американец Найс построил коммерческий холодильник в Кливленде (США), используя для охлаждения лед. В 1860-е годы он экспериментировал с содержанием СО₂ и О₂, добиваясь повышенной герметизации камер. В результате большинство яблок хранилось в хорошем состоянии в течение 11 месяцев, но часть продуктов была испорчена в результате переизбытка СО₂.

1903 год — в государственном университете в Вашингтоне в ученые Р.Тэтчер и Н.Буз изучали хранение плодов в различных газах. Они обнаружили, что яблоки в среде СО₂ оставались твердыми, не теряя цвет. Проведя опыты по хранению малины, черной смородины и логановой ягоды (гибрид малины с ежевикой) они выявили, что ягоды, которые становятся мягкими в обычной воздушной среде через 3 дня, остаются твердыми в среде СО₂ в течение 7-10 дней.

1918 год — основателями научного подхода к изучению РА можно считать английских ученых Франклина Кидда и Сирил Веста, которые начали первые исследования в в Кембридже. Они провели много опытов по изучению влияния состава атмосферы на сохранность яблок, груш, слив.

Середина 30-х годов 20 века — в Северной Америке ученый Роберт Смок впервые ввел определение «хранение в регулируемой атмосфере» вместо термина «газовое хранение», который использовался Киддом и Вестом.

1950 год — началось промышленное применение регулируемой атмосферы. Итальянский инженер Бономи, который считается основателем европейской системы РГС, начал распространять практические методы ее применения.

В 1951 году были построены склады с регулируемой атмосферой в Новой Англии, в 1956 году в Мичигане и Нью-Джерси, в 1958-м – в Вашингтоне, Калифорнии и Орегоне, в 1959-м – в Вирджинии.

60-80-е годы прошлого столетия  — в СССР исследования по хранению в РГС проводились в в Гипрониисельпроме, Институте биохимии им. А.Н.Баха, в Казахском НИИ плодоводства и виноградарства, а также в Грузии и Молдавии.

Оборудование для хранения в регулируемой атмосфере

Генератор азота

Мембранные установки — основаны на использовании мембран, имеющих селективную проницаемость для О₂ и N₂

Адсорбционные установки — на использовании молекулярных сит, селективно адсорбирующих один из этих газов.

Адсорбер СО₂

Обеспечивает удаление из камер выделяемого продукцией СО₂, т.е. поддержание его концентрации на заданном уровне.

Принцип действия основан на поглощении СО₂ специальным адсорбентом при «прокачивании» через него среды из камеры и последующей его регенерации продувкой атмосферным воздухом.

Абсорбер SО₂

Предназначается для удаления газообразных побочных продуктов, выделяемых при хранении. Может применяться при хранении яблок, груш, цитрусовых, винограда.

Центробежный насос обеспечивает работу в закрытом цикле с циркуляцией сернистого ангидрида в противотоке с водой.

Каталитический конвертер этилена Адсорбер этилена

Применяются для уменьшения уровня этилена в камере – технология LECA (Low Ethylene Controlled Atmosphere).

Обеспечивают защиту от преждевременного созревания фруктов и овощей (бананы, цитрусовые) и паталогофизиологического воздействия этилена (груши, овощи и т.д.).

Увлажнитель воздуха

Используется для создания повышенного уровня влажности в камере.

Встроенная система газового анализа

Холодильное оборудование

Чрезвычайно важным является правильный расчет и подбор холодильного оборудования (схема охлаждения, холодопроизводительность, кратность воздухообмена, поверхность и технические характеристики воздухоохладителей, скорость движения воздуха).

Важным аспектом является поддержание низкого уровня дельта Т (разности между температурой воздуха на входе в воздухоохладитель и температурой кипения хладагента).

Наилучшим вариантом является использование схемы охлаждения с промежуточным хладоносителем. Это более дорогое решение по сравнению со схемой непосредственного охлаждения, но качество конечной продукции при этом на порядок выше.

Условия хранения в регулируемой атмосфере

Наименование	Температура, °С	Относи­тельная влажность	Срок хранения	Содержание О2	Содержание СО2
Бананы зеленые	+13…+14	90-95%	4-6 недель	2-5%	2-5%
Виноград	-0,5…+14	90-95%	5-7 мес.	3-5%	1-3%
Вишня	0	90-95%	20 дней	0,03%	0,05%
Груши	-1…+1	90-95%	до 10 мес.	1-3%	0-4%
Киви	0…+5	90-95%	6 мес.	1-2%	3-5%
Клубника	0…+5	90-95%	3 недели	0,02%	0,02%
Персик	-0,5…0	90-95%	4-6 недель	1-2%	3-5%
Слива	-0,5…0	90-95%	7-8 недель	0,03%	0,05%
Черешня	0…+5	90-95%	30 дней	3-10%	10-15%
Яблоки	0…+2	90-95%	до 12 мес.	1-3%	1-5%

Хранение винограда в регулируемой атмосфере

Длительное хранение винограда имеет свои особенности.

Предварительная ручная сортировка винограда производится на поле, во время сбора урожая. Большое значение имеет упаковка для транспортировки на склад длительного хранения. Это достигается за счет правильного подбора и использования тары.

Ящики с виноградом формируются в пакеты для последующей погрузки на транспортное средство. При этом необходимо соблюдать определенные правила укладки.

Тара для перевозки винограда к потребителю после хранения должна обеспечивать условия сохранности продукции.

Помимо поддержания регулируемой атмосферы в камере виноград подвергается периодической обработке сернистым ангидридом SО₂  для подавления фитопатогенной микрофлоры.

Чувствительность различных сортов винограда к воздействию  SО₂ требует очень точной дозировки, которая изменяется по определенному алгоритму (большее количество SО₂ в начале хранения и его снижение в процессе хранения).

Время обработки сернистым ангидридом достаточно короткое (20-30 мин.), после обработки он должен быть быстро удален из камеры.

Для удаления сернистого ангидрида из камеры применяются абсорберы SО₂.

Температура в камерах хранения – от минус 1,5 до 1°С, в зависимости от сорта и условий выращивания. В камерах хранения создается определенное соотношение содержания кислорода и СО₂.

Относительная влажность воздуха в камерах хранения – 90-95%. В камерах обеспечивается определенная кратность циркуляции воздуха, в зависимости от режима хранения, сорта, упаковки продукта.

В среде с повышенной влажностью (95% и более) сернистый ангидрид оказывает агрессивное воздействие на металлы. Поэтому при строительстве камер применяются специальные антикоррозийные материалы.

Принимаются меры по предотвращению выпадения конденсата на поверхности продукта.

Существует также технология хранения винограда в пластиковых тентах, которые устанавливаются внутри холодильной камеры.

Реализация проектов

Компания «ИНФРОСТ» осуществляет комплекс работ:

• Разработка технического задания на создание новых и реконструкцию имеющихся холодильных камер и складов;
• Расчет и проектирование систем холодоснабжения, вентиляции, электроснабжения, автоматизации и КИП;
• Общестроительные и строительно-монтажные работы;
• Оснащение камер сертифицированным холодильным и технологическим оборудованием;
• Монтаж и пуско-наладочные работы холодильного и технологического оборудования.

Нами разработаны проекты фруктохранилищ с регулируемой атмосферой на 650, 1000, 1500, 2000, 2500 Тонн продукции, с возможностью наращивания объемов хранения за счет модульной системы планировки.

ОАО «ХЛАДКО» г. Средняя Ахтуба Волгоградской области — фруктохранилище на 1300 Т

ООО «КОШЕЛЕВСКИЙ ПОСАД» г. Сызрань Самарской области — фруктохранилище на 2400 Т

ОАО «СПАР ПОВОЛЖЬЕ» г. Пенза — фруктохранилище (камеры хранения яблок 200 Т)

ОАО «ДУБОВОЕ» пос. Дубовое Тамбовской области — фруктохранилища на 1300 Т + 1200 Т

ОАО «ПЛАВА» Щекинский район Тульской области — фруктохранилище на 1100 Т

ООО «ЮМИКС» — Республика Адыгея, Майкопский район, ст.Абадзехская — фруктохранилище на 3000 Т

ЗАО«ФРУКТОВОЕ» — Воронежская область, Терновский район, с.Алешкино — фруктохранилище на 1500 Т

ЗАО «Русский Колос» – Саратовская область, Романовский район, пос. Константиновский — фруктохранилище на 1700 Т

Структура затрат при строительстве холодильника