การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อศึกษาผลของอุณหภูมิ ความชื้น และค่าความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซของฟิล์มพอลิเมอร์ต่อบรรยากาศดัดแปรภายในบรรจุภัณฑ์สำหรับผักและผลไม้สด
ยิ่งศักดิ์ บุญชำนาญ
วิทยานิพนธ์ (วศ.ม.) ภาควิชาวิศวกรรมเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2543. 187 หน้า.
2543
บทคัดย่อ
การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อศึกษาผลของอุณหภูมิ ความชื้น และค่าความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซของฟิล์มพอลิเมอร์ต่อบรรยากาศดัดแปรภายในบรรจุภัณฑ์สำหรับผักและผลไม้สด
แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของบรรจุภัณฑ์แบบบรรยากาศดัดแปร (Modified Atmosphere Packaging, MAP) ซึ้งประกอบด้วยสมการดุลมวลของ ก๊าซออกซิเจน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซไนโตรเจนและไอน้ำ ได้ถูกพัฒนาขึ้น สมการดุลมวล ประกอบไปด้วยพจน์อัตราการซึมผ่านเข้าออกชั้นฟิล์มพอลิเมอร์ของ ก๊าซและพจน์ของอัตราการผลิตหรือใช้ก๊าซเนื่องจากการหายใจหรือการคายน้ำของผัก และผลไม้สด ค่าความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซผ่านฟิล์มพอลิเมอร์ในสมการ เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิแบบอาเรเนียสและตามความชื้นสมพัทธ์ภายในบรรจุภัณฑ์แบบ เส้นตรง สมการอัตราการหายใจแบบไมเคิลลิสเมนเทนชนิดมีการยับยั้ง แบบอันคอมเพททิทีพ (Michaelis – Menten Uncompetitive Type) ซึ่งเปลี่ยน แปลงตามอุณหภูมิแบบอาเรเนียสถูกนำมาใช้ อัตราการคายน้ำในสม การเป็นฟังก์ชัน ของอุณหภูมิและเปลี่ยนแปลงความชื้นสัมพัทธ์ภายในบรรจุภัณฑ์แบบเส้นตรง โปรแกรม MAP 2000 ถูกเขียนขึ้นด้วยโปรแกรมไมโครซอฟต์วิชวลเบสิกเพื่อคำนวณ หาความดันย่อยของก๊าซต่าง ๆ ภายในบรรจุภัณฑ์ ณ เวลาใด ๆ จากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ด้วยวิธีคำนวณเชิงตัวเลขแบบรังกัตตากิลอันดับที่สี่โปรแกรม MAP2000 ที่พัฒนาขึ้นสามารถคำนวณค่าความดันย่อยของก๊าซต่าง ๆ ณ เวลาใด ๆ ภายในบรรจุภัณฑ์แบบบรรยายการดัดแปรได้อย่างถูกต้องและสอดคล้อง กับผลการทดลอง 4 ชุด ที่ได้รวบบวมจากงานวิจัยอื่น ๆ ที่ผ่านมา (ค่าสัมประสิทธิ์ การตัดสินใจ R > 0.90) และสำหรับกรณีตัวอย่างที่ได้ศึกษาพบว่า (ก) เมื่ออุณหภูมิในการเก็บรักษา (T) สูงขึ้น ความดันย่อยของก๊าซออกซิเจนที่ภาวะตัวมีแนวโน้ม ลดลงในขณะที่ความดันย่อยของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำที่ภาวะคงตัวมีแนวโน้ม เพิ่มขึ้น ส่วนเวลาในการเข้าสูภาวะคงตัวมีแนวโน้มลดลง โดยในช่วงอุณหภูมิต่ำจะมีอัตราการลดลงสูงกว่าช่วงอุณหภูมิสูง (ข) เมื่อความชื้นสัมพัทธ์ในการเก็บรักษา (%RH) สูงขึ้น (สำหรับพอลิเมอร์ที่ความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซเพิ่มสูงขึ้นตามความชื้นสัมพัทธ์) ความดันย่อยที่ภาวะคงตัวของก๊าซออกซิเจนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จะเพิ่มสูงขึ้น (ค) เมื่อความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซออกซิเจนของฟิล์มพอลิเมอร์ (PO
2) เพิ่มสูงขึ้น ความดันย่อยที่ภาวะคงตัวของก๊าซออกซิเจนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ของฟิล์มพอลิเมอร์ (PCO
2) เพิ่มสูงขึ้น ความดันย่อยที่ภาวะคงตัวของก๊าซออกซิเจนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีแนวโน้มลดลง (จ) สภาวะในการบรรจุมีผลกระทบต่อบรรยากาศดัดแปรที่เกิดขึ้นในบรรจุภัณฑ์ไม่มีผลกระทบต่อบรรยกาศดัดแปรที่ภาวะคงตัวและเวลาในการเข้าสูสภาวะคงตัว นอกจากนี้ยังได้แสดงแนวทางการคำนวณหาเงื่อนไขที่เหมาะสมของ PO
2 A/dW และ PCO
2 A/dW(A = พื้นที่ผิวของบรรจุภัณฑ์ที่สัมผัสกับบรรยากาศม d-ความหนาของฟิล์มที่ใช้ทำบรรจุภัณฑ์และ W=น้ำหนักของผักและผลไม้สดที่บรรจุ) ของบรรจุภัณฑ์แบบบรรยากาศ ดัดแปลงสำหรับบรอคโคลี่และกะหล่ำปลี