Zamów w naszym sklepie
  • 12-636-18-51
  • wydawnictwo@plantpress.pl
ogrodinfo.pl
sad24.pl
warzywa.pl
Numer 07/2005

KONTROLOWANA ATMOSFERA

Długotrwałe przechowywanie owoców i warzyw różnych gatunków wymaga odpowiednich technologii.
Za najlepszą technologię przechowywania tych produktów uznaje się kontrolowaną atmosferę (KA) z możliwością stosowania wersji ULO (ultra low oxygen — bardzo niskie stężenie tlenu). Wymaga ona zastosowania obniżonej temperatury, która dla większości gatunków i odmian zawiera się w granicach od –1°C do 3°C. Skład atmosfery w technologii KA to stężenie tlenu (O2) obniżone do 3% objętościowo lub mniej — do około 1% w technologii ULO, stężenie dwutlenku węgla (CO2) w zakresie od 0,5% do około 5% objętościowo (najczęstsze w ULO to 1–2%), reszta do 100% objętości to azot (N2). Pamiętajmy, główne składniki powietrza atmosferycznego to: 21% O2, 78% N2, 0,03% CO2 i około 1% inne gazy.

Zalety KA

Korzyści wynikające z kontrolowanej atmosfery, w stosunku do obniżonej tylko temperatury produktów, to potencjalne wydłużenie okresu przechowywania owoców lub warzyw, przy zachowaniu ich wysokiej jakości handlowej. Osiąga się to przez zmniejszenie tempa procesów biochemicznych i fizjologicznych prowadzących do dojrzewania i przejrzewania produktów, obniżenie poziomu czułości na działanie etylenu oraz spadek wrażliwości na niektóre choroby fizjologiczne. Innym efektem może być zmniejszenie aktywności patogenów i kontrola obecności insektów i gryzoni w komorach chłodniczych. Mankamentem technologii KA, a zwłaszcza ULO, bywa niekiedy niezdolność do wykształcenia prawidłowej barwy oraz typowego aromatu po długim okresie przechowywania. Technologia KA w ogrodnictwie wymaga precyzyjnego określenia terminu zbioru.

Należy zwrócić uwagę, iż niewłaściwe stosowanie technologii KA może doprowadzić do poważnych uszkodzeń owoców lub warzyw i dużych strat wynikających zarówno z niedoboru tlenu (oddychanie anaerobowe), jak i nadmiaru dwutlenku węgla (oparzenia powierzchniowe, uszkodzenia wewnętrzne (fot. 1). Poza tym, znaczny deficyt O2 i nadmiar CO2 jest niebezpieczny dla zdrowia i życia człowieka przy nieumiejętnej lub nieodpowiedzialnej obsłudze komór z KA.


Fot. 1. Zbyt wysokie stężenie CO2 jest przyczyną uszkodzenia miąższu jabłek

Dla technologii KA niezbędne są gazoszczelne komory chłodnicze, to znaczy takie, dla których niekontrolowana wymiana gazów między wnętrzem komory a atmosferą zewnętrzną jest niemożliwa. Konstrukcja ścian, sufitu, posadzki i drzwi komór musi zapewniać spełnienie testu gazoszczelności komory dla potrzeb technologii KA. Dotyczy to również przejść przez przegrody wszelkich elementów konstrukcyjnych komory (wieszaki chłodnic) oraz urządzeń wykonawczych i sterujących pracą komory (rury, kable, kształtowniki, itp.) oraz framug drzwi i okien inspekcyjnych. Posadzki w komorach powinny być bezpoślizgowe, niepylące, odporne na wodę, najlepiej powierzchniowo wodo- i gazoszczelne (np. zatarte durobetem) oraz równe i starannie wypoziomowane, w celu zapewnienia możliwości pionowego, stabilnego ustawienia skrzyniopalet.

Separator azotu

Technologia KA wymaga obniżenia stężenia tlenu w komorze zaraz po wychłodzeniu produktów ogrodniczych do temperatury przechowywania. Stężenie tlenu w komorze z KA na początku sezonu przechowalniczego można obniżyć montując separatory azotu z powietrza atmosferycznego. Dostępne są różne typy tych urządzeń, na przykład separator membranowy (fot. 2) typu HFM (hollow fiber membrane), lub oparte na sitach molekularnych (fot. 3) typu PSA (pressure swing adsorption), typu VSA (vacuum swing adsorption) lub VPSA (vacuum pressure swing adsorption). Można również stosować czysty azot, sprężony lub ciekły, dostarczany do chłodni w butlach stalowych lub izolowanych termicznie cysternach. Ostatnie z wymienionych źródeł (ciekły azot) staje się coraz bardziej popularne w Polsce w małych obiektach przechowalniczych, z uwagi na łat­wość stosowania i stosunkowo niską cenę. W większych obiektach można wykorzystywać stacjonarną instalację ciekłego azotu. Dla średnich i dużych obiektów przechowalniczych poleca się wykorzystanie separatorów azotu. Przyjmuje się stosowanie strumienia azotu z separatorów o czystości około 97% N2 (3% O2) i obniżenie stężenia tlenu w komorach do poziomu co najmniej 6–7% objętościowo lub niższej.
W obiektach wielokomorowych separator najczęściej pracuje ze wspólnym kolektorem, łączącym obsługiwane komory szczelnymi rurociągami z tworzywa sztucznego. Są to z reguły rury PCV o średnicy do 100 mm, z trójnikami i zaworami ręcznymi lub pneumatycznymi.


Fot. 2. Membranowy separator azotu


Fot. 3. Separator azotu pracuje z wykorzystaniem sit moleku­larnych

Separator azotu w miejscu pracy wymaga bezpośredniego połączenia z powietrzem atmosferycznym dwiema rurami, ssącą powietrze do separacji i zwrotną dla strumienia gazu wzbogaconego w tlen. Może pracować w systemie recyrkulacji gazu z komory z KA oraz sterowania automatycznego po połączeniu z komputerem nadzorującym pracę obiektu.

Ciśnieniowe zawory bezpieczeństwa

Niezależnie od źródła azotu, komora chłodnicza z KA musi być wyposażona w ciśnieniowy zawór bezpieczeństwa, tak zwany syfon, oraz zawór umożliwiający doprowadzenie azotu do wnętrza komory. Ważne, aby wlot azotu (z reguły zawór w drzwiach) i wylot gazu z komory (najczęściej jest nim syfon) nie były umieszczone zbyt blisko siebie. Może to doprowadzić do skróconego obiegu azotu w komorze na drodze wlot-wylot i w konsekwencji do braku efektywności obniżania stężenia tlenu. Wlot azotu do komory powinien być skierowany lub wyprowadzony bezpośrednio na stronę ssącą chłodnicy powietrza. Umożliwia to dokładne wymieszanie azotu z powietrzem w komorze i szybkie wypieranie tlenu z całej objętości komory. Jest to szczególnie ważne przy stosowaniu ciekłego azotu, który może mieć jeszcze bardzo niską temperaturę po odparowaniu i stanowić zagrożenie dla przechowywanych produktów. Przy "wydmuchiwaniu" tlenu z komory ciek­łym azotem należy wyłączyć sprężarkę chłodniczą pozostawiając pracujące wentylatory chłodnicy i bardzo uważnie śledzić temperaturę gazu w komorze, aby nie dopuścić do przemrożenia produktów. Nie można stosować zbyt silnego strumienia azotu, bowiem może to doprowadzić do nadmiernego wzrostu ciśnienia w komorze, i w rezultacie, do uszkodzenia lub zniszczenia struktury budynku.

Zawory bezpieczeństwa w komorze z KA pracują przy ciśnieniu otwarcia około 200 Pa (Paskali), co odpowiada ciśnieniu około 20 mm słupa wody. Stosowane są zawory cieczowe i pneumatyczne (suche — fot. 4), pracujące w obu kierunkach, to znaczy nad- i podciśnienia. Zabezpieczają konstrukcję komory przed niekorzystnymi skutkami, jakie może wywrzeć duża różnica ciśnień między wnętrzem komory i powietrzem atmosferycznym. Dla wyrównania różnicy ciśnień dopuszczają wymianę gazu między komorą i powietrzem atmosferycznym ograniczoną do momentu wyrównania (zbliżenia) się obu ciśnień. Wymagają połączenia z wnętrzem komory rurą o średnicy nie mniejszej niż 100 mm. Praktycznym rozwiązaniem może być stosowanie zaworów wyposażonych w U-rurki do przeprowadzania testu gazoszczelności komory.


Fot. 4. Zawór pneumatyczny

Worki kompensacyjne

Zwane są również płucami komory, niwelują niewielkie różnice ciśnień pomiędzy wnętrzem komory z KA a zewnętrznym powietrzem atmosferycznym, bez zmiany składu kontrolowanej atmosfery(fot. 5). Niewielkie zmiany ciśnienia w komorze mogą być skutkiem usuwania dwutlenku węgla z atmosfery, załączania i wyłączania urządzenia chłodniczego, procesu odszraniania chłodnicy czy też wpływu wiatru i zmian ciśnienia atmosferycznego. Zadaniem worka kompensacyjnego jest niedopuszczenie do zassania bogatego w tlen powietrza atmosferycznego z zewnątrz i wzrostu stężenia tlenu w atmosferze komory, co jest szczególnie niekorzystne w technologii ULO. Aby worek poprawnie i szybko kompensował zmiany ciśnienia, musi być podłączony do komory rurą o odpowiednio dużej średnicy (100-150 mm), wyprowadzoną w miejscu o stosunkowo stabilnym ciśnieniu w polu komory. Takim miejscem jest sufit przy narożniku ściany przeciwległej do chłodnicy powietrza. Pojemność worka wynosi około od 0,5 do 1% objętoś­ci pustej komory z KA. Może być zblokowany na jednym rurociągu z pneumatycznym zaworem bezpieczeństwa.


Fot. 5. Worki kompensacyjne

Płuczki dwutlenku węgla

Do obniżenia stężenia dwutlenku węgla wydzielanego przez owoce w procesie oddychania najczęściej stosuje się płuczki z węglem aktywowanym jako substancją czynną. Można stosować indywidualne płuczki dla każdej komory (fot. 6) lub zbiorcze, obsługujące kilka komór (fot. 7). Płuczki mogą być sterowane ręcznie lub pracować w cyklu automatycznym, sterowane komputerowo. Można również stosować wapno hydratyzowane w workach papierowych umieszczonych bezpośrednio w komorze z KA. Zaleca się stosowanie płuczek z węglem aktywowanym indywidualnie dla każdej komory lub ewentualnie jedną płuczkę dla dwóch albo trzech komór, pracujących w cyklu automatycznym. W zależności od wybranej konfiguracji, moc zainstalowanych płuczek wynosi od 8 kW do 10 kW. Płuczki połączone są z komorami dwoma rurociągami z PCV o średnicy około 50 mm (ssanie-tłoczenie), przy długości całkowitej nieprzekraczającej 50 metrów. Przy większych odległościach zaleca się zwiększenie średnicy rurociągów do 75 mm lub 100 mm. Rurociągi ssący i tłoczący płuczki najlepiej wprowadzić w przeciwległych (po przekątnej) narożnikach komory KA, przy czym rurę ssącą najlepiej umieścić pod chłodnicą sprowadzając rurociąg na odległość 1–2 m nad posadzkę. Wylot rury tłoczącej należy pozostawić w pobliżu sufitu. Rurociągi należy prowadzić ze spadkiem w kierunku komory, unikając tworzenia syfonów, w których może gromadzić się woda. Konieczne jest bezpośrednie połączenie płuczki z powietrzem dwoma rurociągami. Wykorzystywane są w czasie cyklu desorpcji węgla aktywnego powietrzem atmosferycznym. Temperatura otoczenia płuczki nie powinna być niższa niż temperatura w komorze. Zabezpiecza to płuczkę przed kondensacją wilgoci na złożu i, w konsekwencji, zmniejszeniem wydajności pracy. Większość płuczek wymaga zastosowania małego kompresora powietrza (zbiorczego) do napędu zaworów pneumatycznych sterujących pracą płuczki i komór. Płuczki mogą pracować w cyklu całkowicie automatycznym po połączeniu z komputerem sterującym. Umożliwiają również automatyczne uzupełnianie naturalnych ubytków tlenu w komorze. Możliwe jest opcjonalne wykorzystanie tych samych rurociągów dla płuczek dwutlenku węgla i generatora azotu.


Fot. 6. Płuczka CO2 indywidualna dla każdej komory


Fot. 7. Płuczka CO2 wielokomorowa

Kontrolowanie warunków przechowywania

Analizatory stężenia tlenu i dwutlenku węgla (fot. 8) kontrolowanych atmosfer powinny charakteryzować się rozdzielczością 0,1%. Możliwa jest praca w cyklu automatycznym (polecana) z rejestracją wyników i sterowaniem pracą komór lub opcjonalnie w cyklu ręcznym (niepolecana). Sprzężenie z automatyką sterującą utrzymaniem właściwych stężeń O2 i CO2 (odchylenia nieprzekraczające 0,2%) jest szczególnie istotne w technologii ULO. Zaleca się zastosowanie analizatora tlenu z czujnikiem paramagnetycznym i analizatora dwutlenku węgla z detektorem promieniowania podczerwonego.


Fot. 8. Analizator O2 i CO2

Nowoczesne, mikroprocesorowe sterowniki komór chłodni z KA (fot. 9) umożliwiają automatyczne sterowanie pracą płuczki CO2, wentylacją komory, kalibracją analizatorów, pracą nawilżaczy oraz pomiarami stężeń gazów, wilgotności względnej i temperatury w komorach. Sterownik z reguły współpracuje z komputerem typu PC umożliwiając wizualizację pracy obiektu na monitorze oraz archiwizację danych na dysku i/lub za pomocą drukarki. Możliwy jest zdalny nadzór nad systemem sterowania przy wykorzystaniu modemu i linii telefonicznej lub sieci telefonii komórkowej, ewentualnie sieci komputerowej internet. Sterownik sprzężony z analizatorami wymaga połączenia z komorami drogami gazowymi (rurki PCV około 6 mm średnicy), a także przewodami elektrycznymi ze wszystkimi czujnikami oraz urządzeniami wykonawczymi. Opcjonalnie dokonuje również pomiaru i rejestracji temperatury, i wilgotności względnej atmosfery w komorach.


Fot. 9. Analizator składu gazowego komór chłodniczych z elektronicznym sterowaniem

Istnieje możliwość instalacji w komorach sensorów wilgotności względnej atmosfer przechowalniczych oraz ultradźwiękowych lub odśrodkowych nawilżaczy uzupełniających poziom wilgotności w komorach, pracujących w systemie automatycznego utrzymywania wilgotności względnej na zadanym poziomie. Nawilżacze wymagają zastosowania systemu uzdatniania wody do rozpylania mikrokroplowego.

Zdjęcia zamieszczone w artykułach "Wyposażenie techniczne chłodni i komór z KA" i "Kontrolowana atmosfera" służą wyłącznie do celów ilustracyjnych i nie są formą reklamy firm, których wyroby są na nich prezentowane. (red.)