Способ регулирования газовой среды при хранении плодоовощной продукции

 

Использование: изобретение относится к области хранения сельскохозяйственной продукции и других биологических объектов (БО) растительного и животного происхождения в газовой среде и может быть использовано, в частности, при контейнерном хранении фруктов, например яблок, груш, слив. Сущность изобретения: вначале контейнер с плодоовощной продукцией (ПОП) продувают до полного вытеснения из него воздуха азотно-кислородной смесью с концентрацией кислорода не выше максимально допустимой для нормальных газовых смесей (не более 13%), затем перекрывают контейнер и в процессе хранения осуществляют контроль с помощью датчика за содержанием O₂ в контейнере, а при его концентрации, близкой к минимально допустимой для нормальной газовой смеси (порядка 3%), производят откачку газовой смеси из контейнера до определенного давления в нем, а затем, за счет разницы давления, в контейнер подают воздух из окружающей среды до достижения в нем давления, равного давлению окружающей среды (P_к = P_н), снижая при этом концентрацию CO₂ и увеличивая концентрацию O₂ до требуемой, после чего регулирование состава газовой смеси производят аналогично, исключая операцию продувки азото-кислородной смесью. 1 ил.

Изобретение относится к хранению сельскохозяйственной продукции и других биологических объектов растительного и животного происхождения в регулируемой газовой среде и может быть использовано, в частности, при контейнерном хранении фруктов, например яблок, груш, слив.

При определении уровня техники использовались общедоступные сведения, представленные в следующих источниках информации: опубликованные описания к охранным документам, опубликованные заявки на изобретения; советские и зарубежные издания, имеющиеся в библиотеке; депонированные рукописи статей, обзоров, монографий, отчеты о научно-исследовательских работах, пояснительные записки к опытно-конструкторским работам и другая конструкторская, технологическая, нормативно-техническая и проектная документация, находящаяся в органах научно-технической информации; материалы диссертаций и авторефераты диссертаций, изданные на правах рукописи; принятые на конкурс работы и экспонаты, помешенные на выставках; сообщения, переданные посредством радио, телевидения, кино и т.п.; сведения о техническом средстве, ставшие известными в результате его использования.

Известен способ регулирования газового состава в плодоовощехранилище, заключающийся в том, что из хранилища удаляют содержащийся в воздухе излишний CO₂ пропусканием через адсорбент, причем в качестве адсорбента берут аморфный основной карбонат трехвалентного железа в виде гранул (авт. св. N 488546, кл. A 01 F 5/00, 1975 г.).

Недостатком этого способа является невозможность его применения в малогабаритных герметичных контейнерах, а также большой расход энергии.

Известен способ хранения биологических объектов (БО) в регулируемой газовой среде (РГС), принятый за прототип (описание изобретения к патенту N 2007902 с приоритетом от 16.01.92. по кл. A 01 F 25/00). Сущность изобретения: способ предусматривает перед загрузкой каждого вида БО выбирать и устанавливать на ЭВМ конкретный алгоритм состава газовой среды (N₂; O₂; CO₂), а после его загрузки газовую среду заданного состава подавать в контейнер дискретно через промежуток времени, определенный по алгоритму частоты продувок контейнера газовой смесью в зависимости от интенсивности дыхания БО в течение всего периода его хранения, например, из определенного газового баллона.

Основной недостаток способа - это необходимость постоянного создания газовой среды специального состава и большой расход ее, вытекающий из необходимости вытеснения из контейнера через определенный период времени как негодной.

А период обязательной смены этой газовой среды в контейнере, определяемый видом и сортом плодоовощной продукции, герметичностью контейнера и температурой хранения может меняться от 3 до 30 дн.

Цель предлагаемого изобретения - создание малозатратной технологии получения и поддержания нормальной газовой среды в контейнерах с хранимой плодоовощной продукцией.

Это достигается за счет того, что в способе регулирования газовой среды при хранении плодоовощной продукции (ПОП), основанном на удалении из контейнера содержащегося там углекислого газа, вначале контейнер с ПОП продувают до полного вытеснения из него воздуха азотно-кислородной смесью с концентрацией кислорода не выше максимально допустимой для нормальных газовых смесей (не более 13%), затем перекрывают контейнер и в процессе хранения ПОП осуществляют контроль с помощью датчика за содержанием O₂ в контейнере, а при его концентрации, близкой к минимально допустимой для нормальной газовой смеси (порядка 3%), производят откачку газовой среды из контейнера до давления в нем, определяемого из выражения: где P_н - давление окружающей среды;
- концентрация кислорода в воздухе;
- концентрация кислорода в контейнере перед перезарядкой;
- требуемая концентрация кислорода в контейнере после перезарядки;
а затем за счет разницы давления в контейнер подают воздух из окружающей среды до достижения в нем давления, равного давлению окружающей среды (P_к = P_н), снижая при этом концентрацию CO₂ и увеличивая концентрацию кислорода до требуемой его концентрации в контейнере перед перезарядкой, после чего регулирование состава газовой смеси производят аналогично, исключая операцию продувки азотно-кислородно смесью.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что вначале контейнер загруженный ПОП продувают до полного вытеснения из него воздуха азотно-кислородной смесью с концентрацией кислорода не выше максимально допустимой для нормальных газовых смесей, т.е. не более 13%, затем перекрывают контейнер и в процессе хранения ПОП осуществляют контроль с помощью датчика за содержанием O₂ в контейнере, а при его концентрации, близкой к минимально допустимой для нормальной газовой смеси, т. е. порядка 3%, производят откачку газовой смеси из контейнера до давления в нем, определяемого из выражения:

а затем, за счет разницы давления в контейнер подают воздух из окружающей среды до достижения в нем давления, равного давлению окружающей среды (P_к = P_н), снижая при этом концентрацию CO₂ и увеличивая концентрацию O₂ до требуемой ее концентрации в контейнере после перезарядки , после чего регулирование состава газовой смеси производят аналогично, исключая операцию продувки азотно-кислородной смесью. Поэтому данное техническое решение отвечает критерию "новизна".

Для определения соответствия предлагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен анализ признаков выявленных аналогов, заключающихся в том, что из хранилища удаляют содержащийся в воздухе излишний CO₂ пропусканием через адсорбент, причем в качестве адсорбента берут аморфный основной карбонат трехвалентного железа в виде гранул. Учитывая, что предлагаемое техническое решение обладает новой совокупностью признаков, которые для специалистов явным образом не следуют из существующего уровня техники, оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое изобретение является промышленно применимым, так как оно очень удобно для использования в современных условиях как в любом промышленном городе, так и непосредственно в сельском хозяйстве страны и фермерских хозяйствах, и садоводческих товариществах.

Итак, способ осуществляется следующим образом.

Для регулирования газовой среды при хранении ПОП используют установку, схема которой показана на чертеже. Установка включает контейнер 1 с герметичной крышкой 2, в котором размещают ПОП 3, вакуум-насос 4, дифференциальный манометр 5, баллон 6 с азотом, газовый эжектор 7, датчик 8 контроля концентрации кислорода в газовой смеси контейнера. Контейнер через свои вентили (В) связан в верхней части через крышку 2 и вентиль В₄ с вакуумнонасосом 4, через вентиль В₈ - с датчиком 8, через вентиль В₅ - с дифференциальным манометром 5, а в нижней части через вентиль В₇ с газовым эжектором 7, соединенным с баллоном 6 с азотом, имеющим свой вентиль В₆.

После заправки определенным плодоовощным продуктом очередного контейнера 1 его закрывают с помощью герметичной крышки 2, настраивают газовый эжектор 7 на получение азотно-кислородной смеси с концентрацией O₂ не выше максимально допустимой для нормальных газовых смесей, т.е. не более 13%, а азота = 87%, открывают вентили В₄, В₈, В₅ и В₇. Затем открывают баллон 6 через вентиль В₆ с азотом и продувают контейнер 1 азотно-кислородной смесью до полного вытеснения из него воздуха, контролируя при этом состав газовой среды с помощью датчика 8. После полного вытеснения воздуха из контейнера 1 закрывают вентили В₄, В₈, В₇ и В₆, отсоединяют датчики 8 и газовый эжектор 7 от контейнера и устанавливают его в хранилище. Затем идет процесс естественного формирования газовой среды в контейнере в результате дыхания плодов и выделения CO₂.

В процессе хранения ПОП в контейнере периодически производят контроль с помощью датчика 8 за содержанием кислорода, а при его концентрации, близкой к минимально допустимой для нормальной газовой среды, т.е. порядка 3%, а концентрации CO₂ равной 10%, производят откачку газовой среды из контейнера, для чего с помощью вентилей В₄ и В₅ присоединяют к контейнеру вакуум-насос 4 и дифференциальный манометр 5. Откачку газовой среды производят до давления, определяемого из выражения:

по которому давление газовой среды в контейнере P_к станет равным меньше P_н на заданную величину.

Эта величина давления в контейнере контролируется с помощью дифференциального манометра 5. Закончив откачку газовой среды, закрывают вентиль В₄ и отсоединяют вакуум-насос 4 от контейнера.

Далее за счет разницы давлений в контейнер через вентиль В₄ подают воздух из окружающей среды до достижения в нем давления, равного P_н - давлению окружающей среды. При этом концентрация CO₂ снижается до 5%, а концентрация O₂ увеличивается до 12%. Снова закрываются вентили В₄, В₈, В₅, отсоединяют датчик 8, дифференциальный манометр 5, и контейнер с ПОП снова готов для дальнейшего хранения. Снова идет процесс естественного формирования газовой среды в контейнере до того момента, когда концентрация CO₂ достигает 10%.

Дальнейшие операции по откачке газовой среды из контейнера вакуум-насосом, выравнивающие давление в нем путем подачи воздуха из окружающей среды могут быть многократно повторены в зависимости от потребного времени хранения ПОП.

Таким образом, предложенный способ создания и поддержания нормальной газовой среды позволяет свести заправку контейнера азотно-кислородной смесью лишь единожды при закладке ПОП на хранение. В дальнейшем требуется периодическая откачка газовой среды и последующая подача воздуха в контейнер из окружающей среды, что позволяет снизить расход азота в несколько раз.

Как показали практические исследования, при абсолютно герметичном контейнере в процессе естественного формирования нормальной газовой среды имеет место монотонное снижение концентрации кислорода и углекислого газа. Период, в течение которого концентрация кислорода и углекислого газа не выходит за допустимые пределы, исчисляется: для яблок и груш ≈28 суток, для сливы и вишни ≈20 суток, для земляники ≈12 суток.

Вся технологическая цепь легко обслуживается одним оператором общего профиля подготовки и вместе с тем четко поддается автоматизации.

Реализация предложенного способа намечается в Тульском регионе при хранении ПОП и отрабатывалась в одной из тем, проводимых организацией в расчетах ОКР по охране окружающей среды. По результатам отработки принято решение об изготовлении серии контейнеров различной вместимости и рекомендации по перспективному их использованию для хранения различных ПОП в различных регионах страны.

Учитывая перспективность предложенного способа, организация решила патентовать его в ряде зарубежных стран.

Формула изобретения

Способ регулирования газовой среды при хранении плодоовощной продукции, основанный на удалении из контейнера содержащегося там углекислого газа, отличающийся тем, что вначале контейнер с плодоовощной продукцией продувают до полного вытеснения из него воздуха азотно-кислородной смесью с концентрацией кислорода не выше 13% затем перекрывают контейнер и в процессе хранения плодоовощной продукции осуществляют контроль с помощью датчика содержания кислорода в контейнере, а при его концентрации меньше 3% производят откачку газовой смеси из контейнера до давления в нем, определяемого из выражения

где P_н давление окружающей среды;
концентрация кислорода в воздухе;
концентрация кислорода в контейнере перед перезарядкой;
требуемая концентрация кислорода в контейнере после перезарядки,
а затем за счет разницы давления в контейнер подают воздух из окружающей среды до достижения в нем давления, равного давлению окружающей среды, снижая при этом концентрацию углекислого газа и увеличивая концентрацию кислорода до требуемой концентрации его в контейнере после перезарядки, после чего регулирование состава газовой смеси производят аналогично, исключая операции продувки азотно-кислородной смесью.

РИСУНКИ

Рисунок 1