การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อการศึกษาผลของอุณหภูมิ ความชื้นและค่าความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซของฟิล์มพอลิเมอร์ ต่อบรรยากาศดัดแปรภายในบรรจุภัณฑ์สำหรับผักและผลไม้สด

Abstract

แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของบรรจุภัณฑ์แบบบรรยากาศดัดแปร (Modified Atmosphere Packaging, MAP) ซึ่งประกอบด้วยสมการดุลมวลของก๊าซออกซิเจน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซไนโตรเจน และไอนํ้า ได้ถูกพัฒนาขึ้น สมการดุลมวล ประกอบไปด้วยพจน์อัตราการซึมผ่านเข้าออกชั้นฟิล์มพอลิเมอร์ของก๊าซและพจน์ของอัตราการผลิตหรือใช้ก๊าซเนื่องจากการหายใจหรือการคายนํ้าของผักและผลไม้สด ค่าความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซผ่านฟิล์มพอลิเมอร์ในสมการเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิแบบอาเรเนียสและตามความชื้นสัมพัทธ์ภายในบรรจุภัณฑ์แบบเส้นตรง สมการอัตราการหายใจแบบไมเคิลลิสเมนเทน ชนิดมีการยับยั้งแบบอันคอมเพททิทีฟ (Michaelis-Menten Uncompetitive Type) ซึ่งเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิแบบอาเรเนียสถูกนำมาใช้ อัตราการคายนํ้าในสมการเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิและเปลี่ยนแปลงตามความชื้นสัมพัทธ์ภายในบรรจุภัณฑ์แบบเส้นตรงโปรแกรม MAP 2000 ถูกเขียนขึ้นด้วยโปรแกรมไมโครซอฟต์วิชวลเบสิกเพื่อคำนวณหาความดันย่อยของก๊าซต่าง ๆ ภายในบรรจุภัณฑ์ ณ เวลาใด ๆ จากแบบจำลองทางคณิศาสตร์ด้วยวิธีคำนวณเชิงตัวเลขแบบรังกัตตากิลอันดับที่ลี่ โปรแกรม MAP 2000 ที่พัฒนาชื้นสามารถคำนวณค่าความดันย่อยของก๊าซต่าง ๆ ณ เวลาใด ๆ ภายในบรรจุภัณฑ์แบบบรรยากาศดัดแปรไต้อย่างถูกต้องและสอดคล้องกับผลการทดลอง 4 ชุดที่ได้รวบรวมจากงานวิจัยอื่น ๆ ที่ผ่านมา (ค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ R2>0.90) และสำหรับกรณีตัวอย่างที่ได้ศึกษาพบว่า (ก) เมื่ออุณหภูมิในการเก็บรักษา (T) สูงขึ้น ความดันย่อยของก๊าซออกซิเจนที่ภาวะคงตัวมีแนวโน้มลดลง ในขณะที่ความดันย่อยของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไอนํ้าที่ภาวะคงตัวมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น ส่วนเวลาในการเข้าสภาวะคงตัวมีแนวโน้มลดลง โดยในช่วงอุณหภูมิตํ่าจะมีอัตราการลดลงสูงกว่าช่วงอุณหภูมิสูง (ข) เมื่อ ความชื้นสัมพัทธ์ในการเก็บรักษา (%RH) สูงขึ้น (สำหรับพอลิเมอร์ที่ความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซเพิ่มสูงขึ้นตามความชื้นสัมพัทธ์) ความดันย่อยที่ภาวะคงตัวของก๊าซออกซิเจนและก๊าชคาร์บอนไดออกไซด์จะเพิ่มสูงชื้น (ค) เมื่อความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซออกซิเจนของฟิล์มพอลิเมอร์ (P₀₂) เพิ่มสูงขึ้น ความดันย่อยที่ภาวะคงตัวของก๊าชออกซิเจนและก๊าช คาร์บอนไดออกไซด์มิแนวโน้มเพิ่มชื้น (ง) เมื่อความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซก๊าชคาร์บอนไดออกไซด์ของฟิล์มพอลิเมอร์ (Pc₀₂) เพิ่มสูงขึ้น ความดันย่อยที่ภาวะคงตัวของก๊าชออกซิเจนและก๊าชคาร์บอนไดออกไซด์มีแนวโน้มลดลง (จ) สภาวะในการบรรจุ มีผลกระทบต่อบรรยากาศดัดแปรที่เกิดขึ้นในบรรจุภัณฑ์น้อยกว่าสภาวะในการเก็บรักษา (ฉ) ความเข้มข้นเริ่มต้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ภายในบรรจุภัณฑ์ไม่มีผลกระทบต่อบรรยากาศดัดแปรที่ภาวะคงตัวและเวลาในการเข้าสู่ภาวะคงตัว นอกจากนี้ยังได้แสดงแนวทางการคำนวณหาเงื่อนไขที่เหมาะสมของ P₀₂A/dW และ Pc₀₂A/dW (A=พื้นที่ผิวของบรรจุภัณฑ์ที่สัมผัสกับบรรยากาศ, d=ความหนาของฟิล์มที่ใช้ทำบรรจุภัณฑ์ และ w=นํ้าหนักของผักและผลผลไม้สดที่บรรจุ) ของบรรจุภัณฑ์แบบบรรยากาศดัด แปรสำหรับบรอคโคลี่ และกะหลํ่าปลี