|
Systemy regulacji w zakresie sterowania parametrami atmosfery najczęściej monitorują oraz ustalają poziom wilgotności i temperatury, w szczególnych wypadkach również wartość ciśnienia, poziom promieniowania słonecznego, i składu chemicznego.
Kontrola atmosfery nie tylko jest realizowana w przechowalnictwie – lecz również w pomieszczeniach laboratoryjnych, czy szpitalnych, gdzie wpływ parametrów otoczenia ma bezpośrednie przełożenie na dokładność wykonywanych procesów. Dość ciekawymi przypadkami atmosfery kontrolowanej są komory: hiperbaryczna i kriogeniczna – gdzie w pierwszej kontrolowane jest ciśnienie, a w drugiej temperatura.
Jednak pojęcie atmosfery kontrolowanej utarło się w odniesieniu do procesów przechowalniczych realizowanych w zamkniętej przestrzeni komór, w których zachodzi zmiana składu chemicznego w powietrzu.
Rys. 1. System monitoringu fotosyntezy oraz fluorescencji produktów [3]
Monitoring i sterowanie parametrami atmosfery kontrolowanej
Pomieszczenia, w których atmosfera jest kontrolowana wyposażone są w układy monitoringu jej parametrów, jak również w systemy regulacji, które pozwalają na szybką reakcję w celu utrzymania zadanych parametrów otoczenia. W zależności od oczekiwań systemu monitoringu i sterowania parametrami atmosferycznymi mogą być złożone lub proste. Dobór tych urządzeń uwarunkowany jest ich przeznaczeniem.
W przechowalnictwie pojęcie atmosfery kontrolowanej obejmuje atmosferę, w której sterujemy parametrami związanymi z temperaturą, wilgotnością oraz składem chemicznym powietrza (z uwagi na zawartość CO2).
Przyjmuje się, iż parametry powietrza w warunkach atmosfery kontrolowanej powinny znajdować się na poziomie:
- temperatura – bliska 0°C,
- tlen – 1÷5%,
- dwutlenek wegla – 3÷5%,
- etylen – mozliwie bliski zeru,
- wilgotnosc wzgledna w zaleznosci od przechowywanego produktu nawet do 98%.
Problem etylenu w atmosferze kontrolowanej
Etylen (C2H4) jest gazem wydzielanym podczas przechowywania owoców, warzyw, kwiatów i funkcjonuje jako hormon przyspieszajacy dojrzewanie. Jedna z dosc ciekawych metod na eliminacje etylenu z atmosfery kontrolowanej moze byc tzw. utlenianie katalityczne wg reakcji:
C2H4 + 3O2 -->> 2CO2 + 2H2O
Ta metoda wraz z polaczeniem systemów absorpcji CO2 umozliwia uzyskanie dobrych warunków przechowalniczych (straty w masie owoców i warzyw ograniczone sa do 2÷5% – w systemach bez eliminacji etylenu straty siegac moga nawet do 20%). [1]
Rys. 2. System monitoringu CO2 oraz zawartości wilgoci w warunkach atmosfery kontrolowanej [3]
Nawilżanie w atmosferze kontrolowanej
Nowoczesna technologia przechowywania produktów zywnosciowych, a zwlaszcza owoców, majaca na celu zapewnienie dlugotrwalego zachowania swiezosci i walorów smakowych wymaga odpowiedniej wilgotnosci na wysokim poziomie. Wówczas nie zachodzi proces odparowania wody z produktów spozywczych co zapobiega ich wysuszaniu.
W tym wypadku stosowane sa najczesciej systemy wytwarzajace mgle wodna na sposób mechaniczny, która moze byc szybko absorbowana przez powietrze. Ten rodzaj nawilzania odbywa sie kosztem pobierania ciepla z nawilzanego powietrza, tak wiec nie tylko nie wprowadza ciepla wraz z para wodna, ale obniza temperature w nawilzanym pomieszczeniu skladowym.
Zawartość CO2 w atmosferze kontrolowanej – pojęcie atmosfery kontrolowanej dynamicznie
Dynamicznie kontrolowana atmosfera jest jedną z nowocześniejszych metod przechowywania, polegającą na takim regulowaniu stężenia tlenu na podstawie częstych pomiarów (co 2÷3 godziny), aby nie przekroczyć granicy oddychania beztlenowego. Jeśli stężenie tlenu (min. 0,5%) obniży się poniżej tej granicy, zachodzą procesy oddychania beztlenowego, w wyniku którego pogarsza się jakość żywności. Jedną z technik kontroli poziomu CO2 jest monitoring fluorescencji za pomocą odpowiednich sensorów, co ma zastosowanie w przechowalnictwie jabłek. W przypadku niedostatecznej ilości tlenu system sterowania dynamicznie uzupełnia wymaganą ilość tlenu w atmosferze. W tym wypadku system monitorujący mierzy nie tyle zawartość CO2 w atmosferze co raczej tzw. beztlenowy stres jabłek. [2]
Podsumowanie
W pracy przedstawiono opis nowszych rozwiązań w zakresie monitoringu i sterowania w atmosferze kontrolowanej. Monitoring i sterowanie stężania etylenu oraz CO2 w atmosfery kontrolowanej może być realizowany na różne sposoby. Przy czym metody monitoringu zawartości CO2 mogą bazować na zjawiskach fizycznych występujących w produkcie (fluorescencja), lub na bezpośrednim pomiarze zawartości CO2 w atmosferze. W przypadku wilgoci do monitorowania parametrów stosowane są klasyczne termohigrometry. Dla redukcji poziomu etylenu w atmosferze kontrolowanej stosuje się układy utleniania katalitycznego. W przypadku sterowania parametrami atmosfery kontrolowanej istnieje kilka parametrów, które są zależne od siebie tzn produkcja CO2 oraz etylenu zależą od stężania tlenu w atmosferze. Mała zawartość wilgoci, oraz duża zawartość CO2 i etylenu przyczynia się do pogorszenia jakości produktu. Te trzy parametry stanu powinny być monitorowane i w zależności od ich wartości powinny być dynamicznie poprawiane. Poprawa dynamiczna parametrów atmosfery kontrolowanej realizowana może być za pomocą układów sterowania, gdzie dobór ich parametrów może być wykonany np. poprzez wykorzystanie dynamicznych modeli matematycznych zjawisk zachodzących w komorach przechowalniczych. Propozycję takiego modelu przedstawiono w tej pracy.
LITERATURA
[1] www.swingtherm.com.pl
[2] http://www.chlodnictwo.waw.pl/41401.html
[3] www.hansatech-instruments.com
[4] CHAPONA J. F., BLANC C., VAROQUAUX P.: A modified atmosphere system using a nitrogen generator. Postharvest Biology and Technology. 31 (2004). ss.21–28.
AUTOR :dr inż. Robert MATYSKO
– IMP-PAN w Gdańsku, Zakład Termodynamiki |
