数据驱动的活性可降解芒果包装微穿孔设计：模型构建、性能验证与货架期优化研究

本研究创新性地采用逆向工程方法，结合数学模型精准预测微穿孔数量，成功开发出基于聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的活性抗菌包装（含1%木质素纳米颗粒（LNPs）与10%百里香酚），实现了芒果气调包装（MAP）中5% O2/15% CO2的理想平衡气氛（EMA），为高呼吸强度果蔬的保鲜提供了可量化设计范式。

　　

¹数学模型预测最佳微穿孔数量

数学模型在理解复杂过程中发挥着重要作用，但对非专业人士可能存在理解门槛。本研究旨在开发连非工程专业背景人员也能轻松应用的简化模型——特别针对激光微穿孔系统的包装膜设计。图1展示了该模型的示意图解。首先明确芒果所需的目标EMA条件（5% O₂...

²数学模型预测最佳微穿孔数量（续）

首次实验的模型计算结果汇总于表2，展示了在给定条件下为实现目标EMA（5% O₂和15% CO₂，含容差范围）所需的预测微穿孔数量。采用密闭系统测得的呼吸速率（RRO₂ = 1964.76 mL O₂ kg^-1 d^-1，RRCO₂ = 1552.16 mL CO₂ kg^-1 d^-1，12°C环境），模型初步显示氧气和二氧化碳的控制需求略有差异：在1964.76 mL O₂ kg^-1 d^-1的RRO₂条件下...

³结论

本研究开发并验证了一种基于逆向工程质量平衡的模型，可精准预测PBS基抗菌薄膜（PBS+1% LNPs+10% thymol）中微穿孔的最佳数量，用于“Nam Dok Mai Si Thong”芒果的气调包装（MAP）。该模型基于呼吸速率（RR）与包装参数，有效确定25个微穿孔可实现目标平衡气调环境（EMA）（约5% O₂和约15% CO₂），同时将气体浓度维持在芒果耐受阈值内（O₂不低于2.5%，CO₂不高于20%）。通过密闭系统测得的RR数据成功预测穿孔数量，而透气系统实验数据进一步验证了模型的可靠性。25孔包装在12±2°C条件下储存35天期间保持了最佳果实品质。本研究凸显了将预测模型与功能性包装材料相结合的巨大潜力——单一活性包装往往不足以延长鲜果货架期，而微穿孔调控MAP与抗菌包装的协同设计提供了突破性解决方案。