хранения.
Со значением общей проницаемости мембраны связаны значения безразмерного параметра о — селективности, который представляет собой отношение фильтрации одного газа к величине фильтрации другого газа при одном и том же давлении и служит мерой избирательности мембраны по отношению к соответствующим газам. Для большинства полимерных материалов мембранного типа с уменьшением проницаемости возрастает селективность (СО2/О2), и наоборот.
В таблице 12 приведены данные характеристики проницаемости полимеров для некоторых газов при комнатной температуре (Дубяга, 1981). Обычно газоселективные мембраны классифицируют по методу их получения, геометрической форме, назначению, структурным особенностям и материалу, из которого они изготовлены.
Таблица 12. Газопроницаемость различных материалов
ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ЦВЕТОЧНОЙ ПРОДУКЦИИ
Если в герметизированном контейнере с ГСЭМТ находится свежая цветочная продукция, то через некоторое время внутри контейнера вследствие дыхательных процессов и диффузии газов сквозь мембрану сформируется атмосфера, газовый состав которой можно регулировать, подбирая площадь мембраны, ее проницаемость и селективность.
Зная характеристики мембран и параметры дыхания цветочной продукции, можно рассчитать оптимальную для данного количества цветов упаковку или контейнер с ГСЭМТ.
Саморегулируемая МГС в загруженной продукцией упаковке или контейнере с пониженным по сравнению с атмосферным содержанием кислорода и повышенным — углекислого газа представляет собой сумму балансируемых концентраций кислорода и углекислого газа, проникающих как снаружи внутрь, так и изнутри наружу через газоселективную мембрану. Вследствие снижения давления кислорода внутри упаковки, вызываемого расходом его на дыхание продукции, создаются благоприятные условия дальнейшей диффузии кислорода из атмосферы внутрь упаковки. Это способствует поддержанию на заторможенном уровне метаболических процессов в цветочной продукции. Выделяемый при этом избыток углекислого газа диффундирует в атмосферу.
Положительный эффект действия модифицированной газовой среды на сохраняемость цветочной продукции обусловлен рядом факторов. Снижается интенсивность дыхания, замедляются биохимические процессы старения растительных клеток и тканей, повышается устойчивость против физиологических и фитопатогенных заболеваний, сокращаются расход питательных веществ и испарение влаги. В результате этого продлеваются сроки хранения, увеличивается выход качественной продукции после хранения, до минимума сокращаются потери массы цветов, лучше сохраняются в них биологически активные вещества.
Для стеблевых черенков сочетание благоприятных факторов хранения способствует образованию у них кал-люса и корневых зачатков. Это, в свою очередь, приводит к активному укоренению черенков и сокращению их потерь после хранения (Рукавишников, 1982).
Процесс создания и поддержания модифицированной газовой среды описывается рядом уравнений, применение которых в практике позволяет значительно сократить время отработки оптимальных режимов и разработки новых средств хранения в МГС. В этой связи теоретическое обоснование метода хранения в МГС представляет практический интерес для цветоводства.
При хранении растительной, в том числе и цветочной, продукции в МГС уменьшение объема кислорода в контейнере или упаковке пропорционально массе заложенной на хранение продукции и интенсивности ее дыхания. Последняя, в свою очередь, будет пропорциональна произведению значения первоначальной интенсивности дыхания на концентрацию кислорода, выражаемую отношением текущего объема кислорода к первоначальному его объему. Поступление кислорода в контейнер извне пропорционально площади мембраны S, разности парциальных давлений этого газа вне и внутри контейнера и проницаемости мембраны по кислороду Р. Процессы поступления и поглощения кислорода в соответствии с этим определяются следующим образом:
dV1 = —K(V1/V)mdt(Уменьшение содержания О2) + p1P1S[V–V1]dt(Поступление О2), (5)
Где V первоначальный объем кислорода, м3, m — масса цветочной продукции внутри контейнера, кг; р — парциальное начальное давление кислорода, Па; К — см. формулу (1).
Решением дифференциального уравнения (5) будет
V1 = V(1 + mKe-t/tP1P1S)(1+mK/p1P1S). (6) В выражении (6) τ—постоянная времени, характеризующая скорость установления стационарного режима:
τ = V/(p1P1S + mK). (7)
Если p1 = 0, то через время t = τ содержание кислорода в контейнере уменьшится в е раз, а через t=4τ упадет ниже предельно допустимого значения—2 %. Это справедливо для замкнутого герметичного объема в отсутствие мембраны, поскольку ее наличие обеспечивает возможность поступления определенного количества кислорода извне.
При дыхании продукции, заложенной на хранение, выделяется количество углекислого газа, пропорциональное объему поглощаемого кислорода (с поправкой на дыхательный коэффициент 6). Количество углекислого газа, проходящего через мембрану dV2, пропорционально площади мембраны S, парциальному давлению углекислого газа в контейнере (давлением углекислого газа во внешней среде вследствие его малости можно пренебречь), а также проницаемости мембраны по углекислому газу σР1. С учетом этого для баланса по углекислому газу получим
dV2 = δ(V1/V)mKdt-p1{V2/V)δP1Sdt. (8)
Решение уравнений (5) и (8) можно представить в следующем виде (Стрельцов, 1983):
ξ1 — ξ0(1+mK/pP0S); (9)
ξ2 = δξ0(σ + p1P2S/mK) = δ(ξ0 — ξ1)/δ, (10)
где ξ1 концентрация кислорода; ξ2 — концентрация углекислого газа; ξ0 — начальная концентрация кислорода (21 %); δ — селективность.
Рассмотрим некоторые частные случаи, характеризующиеся выражениями (6), (7), (9) и (10).
1. Начало закладки продукции на хранение соответствует значению t = 0. Очевидно, что концентрации кислорода и углекислого газа в контейнере находятся на уровне концентраций в окружающей среде.
2. Мембрана с дефектом (разрыв, перфорация и т. п.). Внутреннее пространство контейнера сообщается с внешней средой. Этому соответствует Р → ∞ при времени выхода на стационарный режим f → ∞, и выражение t>3τ соответствует ситуации, при которой концентрации кислорода и углекислого газа в контейнере совпадают с их концентрациями в окружающей среде.
3. Условиям сохранения герметичности контейнера с продукцией, снабженного ГСЭМТ, при достаточно большом времени с момента закладки на хранение (t>3τ) соответствуют уравнения (9) и (10), которые справедливы для стационарного режима хранения.
На практике при известных характеристиках мембраны (проницаемости, селективности и площади), а также параметрах дыхания закладываемой на хранение продукции и ее массе, воспользовавшись уравнениями (9) и (10), можно определить режим хранения, обеспечиваемый той или иной мембраной. Обычно соотношение концентраций кислорода и углекислого газа для определенной продукции известно хотя бы по типу газовой смеси (нормальная, субнормальная и т. п.). Выражения (9) и (10) помогают рассчитать контейнеры с мембранами для хранения растительной продукции, что в значительной степени сокращает время на проведение поисковых экспериментов.
Для упрощения расчетных соотношений введем параметр