基于COMSOL Multiphysics的甜樱桃气调包装过程的呼吸数值模拟研究

以甜樱桃呼吸及其自发气调过程为研究对象,基于COMSOL Multiphysics软件建立其三维反应工程和传质扩散模型模拟,并优化其薄膜透气率参数.使用动态果蔬呼吸速率测定仪测定其呼吸速率,并与已有实验结果进行对比.基于酶动力学原理CO2作为O2的非竞争性抑制剂的米氏(Michaelis-Menten)呼吸的偏微分方程用来计算甜樱桃氧气的消耗和二氧化碳的产生,并用CO2作为O2的非竞争性抑制剂起到减缓呼吸的作用;Arrhenius表达式用于呼吸作用反应速率和反应级数的计算;可逆的反应工程表达式用于可逆反应的逆反应速率的计算;稀物质传递方程用O2、CO2的在罐体内、PE/LDPE薄膜内和空气中的气体扩散的计算;通过参数化扫描对薄膜气体透过率进行系列赋值,反向求解罐内的气体浓度以获得适合甜樱桃气体氛围的薄膜气体透过率.结果 证明,动态果蔬呼吸速率测定仪的测定结果、已有实验结果和模型仿真的气体氛围变化结果较为一致仿真构建的0～36 h的气体浓度分布和总通量分布,O2在36 h的浓度为0.39％ ～0.44％;CO2在36 h的浓度为19.06％ ～ 19.1％;O2和CO2浓度差在10 h最大,分别为888 mL/(m3·h)和959 mL/(m3·h).查看参数化扫描结果,氧气扩散系数超过8.7145×10-11 m2/s,二氧化碳扩散系数超过1.4815×10-11 m2/s时,气调保鲜效果较好. 下一步,将继续探索其他适宜使用气调的水果蔬菜的相关呼吸参数,可以依靠优化此模型较快的得出其最适透过率参数或扩散系数.