果蔬气调包装设计专家系统

摘要

本发明涉及保鲜技术领域，尤其涉及一种气调包装系统。果蔬气调包装设计专家系统，包括信息输入模块，信息输入模块连接微型处理器系统，微型处理器系统连接显示器；信息输入模块输入薄膜袋的尺寸参数；微型处理器系统计算薄膜袋的容积，进而确定薄膜袋的最大充气体积；信息输入模块输入包装重量和初始气体体积；微型处理器系统判断出果蔬主体的体积与初始气体体积之和不大于最大充气体积时，确定包装重量和初始气体体积。由于采用上述技术方案，本发明本克服了实验工作量大、耗时多、费用大的缺陷，通过用户自主输入已知包装参数，模拟包装效果，对果蔬气调包装进行判断，确定适合的包装重量和初始气体体积。

说明书

技术领域

本发明涉及保鲜技术领域，尤其涉及一种气调包装系统。

背景技术

气调包装技术(MAP)是当今先进的果蔬保鲜包装方法，其原理是通过采用人工或自然积累方式，利用包装内果蔬的呼吸作用与包装薄膜的透气性，改变包装环境内的气氛以形成一种低O₂、高CO₂的微环境，以达到抑制果蔬呼吸作用，延缓果蔬新陈代谢过程，延长其贮藏期的目的。

近年来，气调包装技术被广泛地应用于果蔬的保鲜技术中，并积累了一定的经验。但是这些研究主要是根据研究者的经验和估计来初步选择包装薄膜，再进行气调包装实验，最终确定适宜的包装方式，这样使得气调包装条件的确立耗时多、费用大，研究的分散性很大，而且贮藏效果的重现性差，缺乏统一的理论指导，因此造成果蔬的气调包装不能很好的推广和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种果蔬气调包装设计专家系统，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

果蔬气调包装设计专家系统，其特征在于，包括一信息输入模块，所述信息输入模块连接一微型处理器系统，所述微型处理器系统连接一显示器；

所述信息输入模块用以输入包装果蔬主体的薄膜袋的尺寸参数；所述微型处理器系统计算所述薄膜袋的容积，进而确定所述薄膜袋的最大充气体积；

所述信息输入模块还用以输入所述果蔬主体中需要气调包装的包装重量和初始气体体积；所述微型处理器系统将所述包装重量除以果蔬主体的平均密度得到所述果蔬主体的体积；

所述微型处理器系统判断出所述果蔬主体的体积与所述初始气体体积之和大于所述最大充气体积时，通过所述显示器进行提示，并要求重新通过所述信息输入模块输入所述包装重量和初始气体体积；

所述微型处理器系统判断出所述果蔬主体的体积与所述初始气体体积之和不大于所述最大充气体积时，确定包装重量和初始气体体积。

本发明克服了在果蔬MAP设计过程中，实验工作量大、耗时多、费用大的缺陷，本发明可利用Matlab语言程序，建立专家系统，利用果蔬呼吸速率模型，通过用户自主输入已知包装参数，模拟包装效果，对果蔬气调包装进行判断，确定适合的包装重量和初始气体体积。本发明具有操作简单、无需实验，省时省力等显著优点。

所述薄膜袋的尺寸参数包括所述薄膜袋的长、宽、厚度、透气系数。

所述果蔬主体可以采用双孢蘑菇主体。双孢蘑菇是常用的一种用于气调包装的果蔬。

所述信息输入模块还用以输入贮藏时间和贮藏温度。

所述微型处理器系统将所述薄膜袋内的O₂体积分数、CO₂体积分数和气体总体积随时间变化曲线以图的形式，通过所述显示器进行显示。

所述薄膜袋内的O₂体积分数、CO₂体积分数和气体总体积通过解下列微分方程组获得：

$\frac{{\mathrm{dy}}_{O_2}}{\mathrm{dt}}=-\frac{y_{O_2}^t}{V_S^t}[\frac{A}{L}\Sigma p_i(x_i{P}_0-y_{i}P)+(r_{{\mathrm{CO}}_2}-r_{O_2})W]+\frac{A}{{\mathrm{LV}}_S^t}{P}_{O_2}(x_{O_2}{P}_0-y_{O_2}P)-\frac{r_{O_2}W}{V_S^t};$

$\frac{{\mathrm{dy}}_{{\mathrm{CO}}_2}}{\mathrm{dt}}=-\frac{y_{{\mathrm{CO}}_2}^t}{V_S^t}[\frac{A}{L}\Sigma p_i(x_i{P}_0-y_{i}P)+(r_{{\mathrm{CO}}_2}-r_{O_2})W]+\frac{A}{{\mathrm{LV}}_S^t}{p}_{O_2}(x_{{\mathrm{CO}}_2}{P}_0-y_{{\mathrm{CO}}_2}P)+\frac{r_{{\mathrm{CO}}_2}W}{V_S^t};$

$\frac{{\mathrm{dy}}_{N_2}}{\mathrm{dt}}=-\frac{y_{N_2}^t}{V_S^t}[\frac{A}{L}\Sigma p_i(x_i{P}_0-y_{i}P)+(r_{{\mathrm{CO}}_2}-r_{O_2})W]+\frac{A}{{\mathrm{LV}}_S^t}{p}_{N_2}(x_{N_2}{P}_0-y_{N_2}P);$

$\frac{{\mathrm{dV}}_S}{\mathrm{dt}}=\frac{A}{L}\Sigma p_i(x_i{P}_0-y_{i}P)+(r_{{\mathrm{CO}}_2}-r_{O_2})W;$

其中，$r_{O_2}=\frac{\exp (16.705-3325.9/T)y_{O_2}}{1.92+(1+y_{{\mathrm{CO}}_2}/21.16)y_{O_2}};$$r_{{\mathrm{CO}}_2}=\frac{\exp (16.812-3402.2/T)y_{O_2}}{0.99+(1+y_{{\mathrm{CO}}_2}/27.11)y_{O_2}};$

式中，为t时刻薄膜袋内O₂、CO₂、N₂的体积分数；为O₂、CO₂、N₂的气体透过系数；为贮藏环境中O₂、CO₂、N₂的体积分数；t为时间间隔；V_S为薄膜袋的气体总体积；L为薄膜袋的厚度；A为薄膜袋的的表面积；i为表示下标O₂、CO₂、N₂；P、P0为薄膜袋内外气体压强；W为包装质量；为果蔬主体的O₂的呼吸速率；为果蔬主体的CO₂生成率；T为贮藏温度。

若薄膜袋内的气体体积变小，会使得O₂含量过少，以致使双孢蘑菇发生无氧呼吸，因此双孢蘑菇主体的体积与所述贮藏时间后的气体体积之和还需与最小气体体积进行比较。

所述微型处理器系统计算所述最小气体体积，计算方程式如下：

Vmin＝r×W×t/y_O2；

式中，Vmin为所述最小气体体积；r为双孢蘑菇的呼吸速率；W为所述包装重量；t为所述贮藏时间；y_O2为所述O₂体积分数；

假设双孢蘑菇呼吸速率为100mLkg^-1h^-1，O₂体积分数为10％时，薄膜袋内的O₂体积可供双孢蘑菇呼吸消耗1h的气体体积为最小气体体积，即r＝100mLkg^-1h^-1，y_O2＝10％，t＝1h时，Vmin＝1000W；

所述双孢蘑菇主体的体积与所述贮藏时间后的气体体积之和小于所述最小气体体积时，所述微型处理器系统通过所述显示器进行提示，并要求重新通过所述信息输入模块输入所述包装重量和初始气体体积，以再次确定包装重量和初始气体体积；

当所述双孢蘑菇主体的体积与所述贮藏时间后的气体体积之和不小于所述最小气体体积时，所述微型处理器系统确定包装重量和初始气体体积。

所述微型处理器系统判断参数中的O₂体积分数，当所述O₂体积分数小于5％时，所述微型处理器系统通过所述显示器进行提示，并要求重新通过所述信息输入模块输入所述包装重量和初始气体体积，以再次确定包装重量和初始气体体积；

当所述O₂体积分数不小于5％时，所述微型处理器系统将所述包装重量、初始气体体积和所述贮藏时间后的O₂体积分数显示在所述显示器上。

在果蔬气调包装过程中，可通过提高包装重量、减少薄膜袋的表面积、提高贮藏温度、降低薄膜透气系统等方式，使薄膜袋内得到低O₂高CO₂的气体体积分数。在贮藏期间，O₂体积分数不能过低，需达到5％以上，以免发生无氧呼吸。本发明采用了包装重量和初始气体体积相互调节，得到低O₂高CO₂的气体体积分数，以便达到最佳的贮藏环境。

所述微型处理器系统还连接一语音提示模块。通过语音提示的方式结合显示器提示的方式，双重提示以便使用者及时输入包装重量和初始气体体积。

有益效果：由于采用上述技术方案，本发明本克服了在果蔬MAP设计过程中，实验工作量大、耗时多、费用大的缺陷，利用果蔬呼吸速率模型，通过用户自主输入已知包装参数，模拟包装效果，对果蔬气调包装进行判断，确定适合的包装重量和初始气体体积。本发明具有操作简单、无需实验，省时省力等显著优点。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的电路示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、图2，果蔬气调包装设计专家系统，包括信息输入模块1，信息输入模块1连接微型处理器系统2，微型处理器系统2连接显示器3；信息输入模块1用以输入包装果蔬主体的薄膜袋的尺寸参数，信息输入模块1还可以根据需要输入贮藏时间和贮藏温度等其他信息，薄膜袋的尺寸参数包括薄膜袋的长、宽、厚度、透气系数。微型处理器系统2计算薄膜袋的容积，进而确定薄膜袋的最大充气体积Vmax；信息输入模块1还用以输入果蔬主体中需要气调包装的包装重量W和初始气体体积V；微型处理器系统2将包装重量W除以果蔬主体的平均密度ρ得到果蔬主体的体积；微型处理器系统2判断出果蔬主体的体积与初始气体体积V之和大于最大充气体积Vmax时，通过显示器3行提示，并要求重新通过信息输入模块1输入包装重量W和初始气体体积V；微型处理器系统2判断出果蔬主体的体积与初始气体体积V之和不大于最大充气体积Vmax时，确定包装重量W和初始气体体积V。本发明克服了在MAP设计过程中，实验工作量大、耗时多、费用大的缺陷，本发明可利用Matlab语言程序，建立专家系统，利用果蔬呼吸速率模型，通过用户自主输入已知包装参数，模拟包装效果，对果蔬气调包装进行判断，确定适合的包装重量W和初始气体体积V。本发明具有操作简单、无需实验，省时省力等显著优点。微型处理器系统2还连接语音提示模块4。通过语音提示的方式结合显示器3提示的方式，双重提示以便使用者及时输入包装重量W和初始气体体积V。

微型处理器系统2将薄膜袋内的O₂体积分数、CO₂体积分数和气体总体积随时间变化曲线以图的形式，通过显示器3进行显示。在贮藏时间之前，薄膜袋内的O₂体积分数、CO₂体积分数和气体总体积通过解下列微分方程组获得：

$\frac{{\mathrm{dy}}_{O_2}}{\mathrm{dt}}=-\frac{y_{O_2}^t}{V_S^t}[\frac{A}{L}\Sigma p_i(x_i{P}_0-y_{i}P)+(r_{{\mathrm{CO}}_2}-r_{O_2})W]+\frac{A}{{\mathrm{LV}}_S^t}{P}_{O_2}(x_{O_2}{P}_0-y_{O_2}P)-\frac{r_{O_2}W}{V_S^t};$

$\frac{{\mathrm{dy}}_{{\mathrm{CO}}_2}}{\mathrm{dt}}=-\frac{y_{{\mathrm{CO}}_2}^t}{V_S^t}[\frac{A}{L}\Sigma p_i(x_i{P}_0-y_{i}P)+(r_{{\mathrm{CO}}_2}-r_{O_2})W]+\frac{A}{{\mathrm{LV}}_S^t}{p}_{O_2}(x_{{\mathrm{CO}}_2}{P}_0-y_{{\mathrm{CO}}_2}P)+\frac{r_{{\mathrm{CO}}_2}W}{V_S^t};$

$\frac{{\mathrm{dy}}_{N_2}}{\mathrm{dt}}=-\frac{y_{N_2}^t}{V_S^t}[\frac{A}{L}\Sigma p_i(x_i{P}_0-y_{i}P)+(r_{{\mathrm{CO}}_2}-r_{O_2})W]+\frac{A}{{\mathrm{LV}}_S^t}{p}_{N_2}(x_{N_2}{P}_0-y_{N_2}P);$

$\frac{{\mathrm{dV}}_S}{\mathrm{dt}}=\frac{A}{L}\Sigma p_i(x_i{P}_0-y_{i}P)+(r_{{\mathrm{CO}}_2}-r_{O_2})W;$

其中，$r_{O_2}=\frac{\exp (16.705-3325.9/T)y_{O_2}}{1.92+(1+y_{{\mathrm{CO}}_2}/21.16)y_{O_2}};$$r_{{\mathrm{CO}}_2}=\frac{\exp (16.812-3402.2/T)y_{O_2}}{0.99+(1+y_{{\mathrm{CO}}_2}/27.11)y_{O_2}};$

式中，为t时刻薄膜袋内O₂、CO₂、N₂的体积分数；为O₂、CO₂、N₂的气体透过系数；为贮藏环境中O₂、CO₂、N₂的体积分数；t为时间间隔；V_S为薄膜袋的气体体积；L为薄膜袋的厚度；A为薄膜袋的的表面积；i为表示下标O₂、CO₂、N₂；P、P0为薄膜袋内外气体压强；W为包装质量；为果蔬主体的O₂的呼吸速率；为果蔬主体的CO₂生成率；T为贮藏温度。

果蔬主体可以采用双孢蘑菇主体。微型处理器系统2将包装重量W除以双孢蘑菇主体的平均密度ρ，计算出双孢蘑菇主体的体积。微型处理器系统2计算最小气体体积，计算方程式如下：

Vmin＝r×W×t/y_O2

式中，Vmin为最小气体体积；

r为双孢蘑菇的呼吸速率；

W为包装重量；

t为贮藏时间；

y_O2为O₂体积分数。

假设双孢蘑菇呼吸速率为100mLkg^-1h^-1，O₂体积分数为10％时，薄膜袋内的O₂体积可供双孢蘑菇呼吸消耗1h的气体体积为最小气体体积，即r＝100mLkg^-1h^-1，y_O2＝10％，t＝1h时，Vmin＝1000W。

若薄膜袋内的气体体积变小，会使得O₂含量过少，以致使双孢蘑菇发生无氧呼吸，因此双孢蘑菇主体的体积与贮藏时间后的气体体积之和还需与最小气体体积进行比较：双孢蘑菇主体的体积与贮藏时间后的气体体积V_t之和小于最小气体体积时，微型处理器系统2通过显示器3进行提示，并要求重新通过信息输入模块1输入包装重量W和初始气体体积V，以再次确定包装重量W和初始气体体积V；当双孢蘑菇主体的体积与贮藏时间后的气体体积V_t之和不小于最小气体体积Vmin时，微型处理器系统2确定包装重量W和初始气体体积V，微型处理器系统2可以将包装重量W和初始气体体积V显示在显示器3上，供查看。

微型处理器系统2判断参数中O₂体积分数，当O₂体积分数小于5％时，微型处理器系统2通过显示器3进行提示，并要求重新通过信息输入模块1输入包装重量W和初始气体体积V，以再次确定包装重量W和初始气体体积V；当O₂体积分数不小于5％时，微型处理器系统2将包装重量W、初始气体体积V和贮藏时间后的O₂体积分数y_O2显示在显示器3上。本发明采用了包装重量W和初始气体体积V相互调节，得到低氧气高二氧化碳的气体体积分数，以便达到最佳的贮藏环境。

参照图1，本发明可采用Matlab语言程序，建立双孢蘑菇气调包装的专家系统，本发明可采用如下步骤实现正确选择包装重量W和初始气体体积V。

1)输入已知参数：通过信息输入模块1输入薄膜袋的参数，如薄膜袋的长宽，以便计算薄膜袋的体积；薄膜袋的厚度、透气系数，以便计算薄膜袋的透气量；贮藏时间t和贮藏温度T。

2)计算薄膜袋最大充气体积Vmax。

3)输入假想参数：输入一组包装重量W和初始气体体积V。

4)判断是否W/ρ+V＞Vmax；

当W/ρ+V＞Vmax时，提示语句，返回步骤3)，重新输入一组假想参数；

当W/ρ+V＜＝Vmax时，继续下一步骤。

5)获取气体体积分数及气体总体积，通过解一微分方程组获取贮藏时间t后，薄膜袋内O₂、CO₂、N₂的气体体积分数y_O2、y_CO2、y_N2，气体体积V_t。

6)输出仿真结果，即薄膜袋内O₂、CO₂体积分数及气体体积随贮藏时间的变化曲线。

7)判断是否W/ρ+V_t＜Vmin；

当W/ρ+V_t＜Vmin时，提示语句，返回步骤3)，重新输入一组假想参数；

当W/ρ+V_t＞＝Vmin时，继续下一步骤。

8)判断是否y_O2＜5％；

当y_O2＜5％时，提示语句，返回步骤3)，重新输入一组假想参数；

当y_O2＞＝5％时，继续下一步骤。

9)确定最终的包装重量W和初始气体体积V，并输出结果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。