胡 佳 ，李艷華 ，羅 杰

（1.銅仁職業(yè)技術(shù)學院，貴州銅仁 554300；2.銅仁市特種水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展與提升工程技術(shù)研究中心，貴州銅仁 554300）

聚苯乙烯泡沫塑料（EPS，Expandable Polystyrene）是一種熱塑性材料，經(jīng)加熱發(fā)泡以后，每立方分米體積內(nèi)含有300～600萬個獨立密閉蜂窩氣泡，平均密度在0.015～0.03 g/cm3，是目前使用最普遍的保溫隔熱材料之一[1]，具有易于溶解和粉碎、價格便宜、可回收利用等優(yōu)點。EPS廣泛應用于各種生化試劑、錫膏、獸藥、血漿、疫苗、水產(chǎn)、觀賞魚、奶制品、肉制品、農(nóng)產(chǎn)品、花卉、蔬菜、水果等長距離?；畋ｕr冷鏈運輸中。

蓄冷介質(zhì)用途則更廣泛，除了配合泡沫箱實現(xiàn)上述功用外，還可以用于高燒退熱、消炎止痛、冷敷美容、扭傷、止血、化膿、護膚等輔助理療和食品及藥品保鮮。但是，目前蓄冷介質(zhì)不斷推陳出新，對蓄冷介質(zhì)冷藏效果的比較研究不多[2-5]，對商用冷凍介質(zhì)的冷藏對比效果的研究更是寥寥，目前僅見于文遠蓉等人[6]在醫(yī)學上進行了簡單研究。雖然冷鏈運輸已蓬勃發(fā)展，但是基于泡沫箱結(jié)合冷凍介質(zhì)的方便易得、低成本及環(huán)保特性，泡沫箱結(jié)合冷凍介質(zhì)在農(nóng)產(chǎn)品冷藏運輸?shù)氖袌稣加新噬线€是占有相對優(yōu)勢[5，7-8]?；诖耍x取泡沫箱運輸中常用的生物冰袋、注水冰袋、保鮮冰袋、干冰袋，結(jié)合自制的水冰袋、3%NaCl冰袋、1.5%NaCl冰袋比較其蓄冷性能，研究不同冰袋在特定條件下的冷凍保溫時間與能力，從而為各種物品，特別是水產(chǎn)品在特定情況下的泡沫箱冷藏保鮮運輸提供科學依據(jù)與指導。

1 材料與方法

1.1 材料

不同型號EPS保溫箱和生物冰袋、注水冰袋、保鮮冰袋、干冰袋等各類商用冷凍介質(zhì)，均為網(wǎng)購；水冰瓶、3%NaCl冰瓶、1.5%NaCl冰瓶；瓶裝自來水，自制獲得。

1.2 儀器與設(shè)備

JBY型智能控溫加熱棒，中山市藍海電器有限公司產(chǎn)品；U23-001型HOBO ware溫度自動記錄儀，美國Onset公司產(chǎn)品；溫控保溫箱，自制。

1.3 試驗方法

試驗共有3個設(shè)計，試驗Ⅰ設(shè)置10，15，20，25，30，35℃和室溫7種不同溫度處理，研究同一冷凍介質(zhì)（保鮮冰袋）在同一EPS保溫箱、不同溫度下的保溫效果。其中，室溫為環(huán)境氣溫，其他溫度組通過可調(diào)加熱泵加熱水浴箱來控制恒定溫度。

特定EPS保溫箱和特定冷凍介質(zhì)在不同環(huán)境溫度下的保溫效果試驗設(shè)置見表1。

表1 特定EPS保溫箱和特定冷凍介質(zhì)在不同環(huán)境溫度下的保溫效果試驗設(shè)置

試驗Ⅱ研究不同內(nèi)表面積和厚度的EPS保溫箱，在同一溫度和同一干冰袋下的保溫效果，干冰袋總體積按照泡沫箱內(nèi)表面大小同等比例放置，保證散熱速率和散熱表面積比例一致。各處理的環(huán)境氣溫、氣壓、泡沫箱材質(zhì)相同。

不同EPS保溫箱在特定冷凍介質(zhì)和特定環(huán)境溫度下的保溫效果試驗設(shè)置見表2。

表2 不同EPS保溫箱在特定冷凍介質(zhì)和特定環(huán)境溫度下的保溫效果試驗設(shè)置

試驗Ⅲ研究6種不同冷凍介質(zhì)在同一溫度、同一EPS保溫箱下的保溫效果。

不同冷凍介質(zhì)在特定EPS保溫箱和特定環(huán)境溫度下的保溫效果試驗設(shè)置見表3，試驗用冷凍介質(zhì)信息見表4。

表3 不同冷凍介質(zhì)在特定EPS保溫箱和特定環(huán)境溫度下的保溫效果試驗設(shè)置

3組試驗中每個處理設(shè)置3個重復，每個重復的溫度采用HOBO ware溫度自動記錄儀記錄，設(shè)置記錄時間間隔為1 h，每個溫度記錄儀均用透明膠粘在泡沫箱蓋內(nèi)面中部，每個EPS保溫箱用蓋子蓋好并用透明膠密封好。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進行統(tǒng)計，對處理Ⅲ的數(shù)據(jù)進行F檢驗，對比不同冷凍介質(zhì)的保溫效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 同一冷凍介質(zhì)在相同EPS保溫箱、不同環(huán)境溫度下的保溫效果

同一冷凍介質(zhì)在相同EPS保溫箱、不同環(huán)境溫度下的保溫時長見圖1。

由圖1可知，35℃外界溫度下，1 h后泡沫箱內(nèi)溫度達到26.2℃，9 h后箱內(nèi)外溫度達到一致；10℃外界溫度下，1 h后泡沫箱內(nèi)溫度達到4.8℃，41 h后箱內(nèi)外溫度達到一致；即外界溫度越高，EPS保溫箱升溫速度越快，達到和外界溫度一致的溫度所需時間越短。

表4 試驗用冷凍介質(zhì)信息

對箱外溫度和對應保溫箱內(nèi)達到外界溫度所需時間兩者之間的數(shù)據(jù)進行擬合發(fā)現(xiàn)，外界溫度和保溫時間兩者之間存在明顯的負相關(guān)。

環(huán)境溫度和保溫時長的關(guān)系見圖2。

由圖2可知，擬合方程為：Y=73.788e-0.299X，R2=0.997 3。

2.2 同一冷凍介質(zhì)在同一溫度下、不同EPS保溫箱中的保溫效果

根據(jù)散熱速率和散熱表面積成正比的關(guān)系，冷凍介質(zhì)體積按照EPS保溫箱內(nèi)表面積的大小按比例放置，試驗的外界條件均保持一致。

同一冷凍介質(zhì)在不同泡沫箱、同一環(huán)境溫度中的保溫效果見圖3。

由圖3可知，雖然冷凍介質(zhì)是按照泡沫箱內(nèi)表面積大小比例放置的，但是泡沫箱內(nèi)起始溫度卻是不一致的，呈現(xiàn)內(nèi)表面積越小，起始溫度越低的趨勢。并且隨著溫度的上升，內(nèi)表面積越大的EPS泡沫箱，溫度上升得越快。從溫度的變化趨勢來看，1#，2#，3#的變化趨勢一致；6#，7#的變化趨勢一致；4#，5#，8#分別有各自的變化趨勢。1#，2#，3#泡沫箱的厚度相近，起始溫度隨內(nèi)表面積的增大而增大；6#和7#泡沫箱的厚度相近，內(nèi)表面積也相近，圖示2條曲線非常相似；4#和5#泡沫箱的內(nèi)表面積相近，泡沫箱內(nèi)起始溫度相近。但隨著時間的推移，5#比4#泡沫箱溫度上升快一些，推測與泡沫箱的厚度有關(guān)；8#內(nèi)表面積最大，也是整個試驗中初始溫度最高且升溫速度最快的一個泡沫箱。

EPS泡沫塑料屬于高效保溫材料，導熱系數(shù)≤0.003 8 W/(m·k)[9-10]，根據(jù)傅力葉方程式：

式中：Q——熱量；

λ——導熱系數(shù)；

A——接觸面積；

△T——溫度差；

d——材料厚度；

R——熱阻值。

2個公式綜合后，得到λ=d/R。因為λ和材料的成分有關(guān)，是不變的，那么熱阻R與材料厚度d成正比。依據(jù)傅力葉方程式，散熱速率與散熱面積成正相關(guān)的關(guān)系，按內(nèi)表面積大小確定EPS泡沫箱內(nèi)冷凍介質(zhì)的體積，按照此理論，8個泡沫箱的初始溫度或升溫曲線趨勢應該一致。但是，由于泡沫箱內(nèi)表面積不同，溫度記錄初期的初始溫度并不一致，泡沫箱的厚度不一，各自冷耗也不一，以及溫度升高后期冷凍介質(zhì)蓄冷能力下降，導致各泡沫箱內(nèi)溫度變化趨勢并不和厚度呈現(xiàn)線性相關(guān)。表現(xiàn)為1#，2#，3#泡沫箱的溫度變化趨勢一致，3個泡沫箱的厚度分別為18，20，20 mm；6#，7#泡沫箱的溫度變化一致，2個泡沫箱的厚度分別為26，25 mm。在泡沫箱內(nèi)溫度未達到7℃時，5個泡沫箱內(nèi)溫度上升趨勢一致。在泡沫箱內(nèi)溫度達到7℃時，6#、7#泡沫箱后期的溫度升高速率大于1#、2#和3#泡沫箱。說明在這2組的保溫試驗中，泡沫箱厚度不是影響溫度曲線的唯一因素，后期在接近室溫時，冷凍介質(zhì)蓄冷能力下降，因為6#、7#泡沫箱內(nèi)表面積顯著大于1#、2#和3#泡沫箱內(nèi)表面積，導致溫度散失越快；4#和5#泡沫箱的內(nèi)表面積相近，初始溫度相近；在升溫過程中，由于5#泡沫箱的厚度小于4#，所以5#泡沫箱溫度升高快一些；8#泡沫箱的內(nèi)表面積最大，起始溫度最高，在接近室溫的情況下，雖然8#泡沫箱的厚度有30 mm，但是已不足以抵御內(nèi)表面積大且初始溫度高帶來的溫度急劇升高。

由此可見，內(nèi)表面積影響泡沫箱初始溫度，內(nèi)表面積越大，初始溫度越高。泡沫箱厚度影響溫度上升的速率，泡沫箱越厚，保溫能力越強。值得強調(diào)的是，冷凍介質(zhì)的蓄冷能力在一定程度上可以抵消泡沫箱內(nèi)表面積的影響，但是在泡沫箱內(nèi)溫度上升的中后期，由于冰袋的蓄冷能力下降，對泡沫箱內(nèi)溫度調(diào)控的主要因素還是內(nèi)表面積。因此，泡沫箱的內(nèi)表面積、泡沫箱厚度及冰袋的蓄冷能力均能綜合影響保溫時長。

2.3 不同冷凍介質(zhì)在同一EPS保溫箱、同一溫度下的保溫效果

不同冷凍介質(zhì)在同一EPS保溫箱、同一環(huán)境溫度下的保溫效果見圖4。

由圖4可知，不同類型冷凍介質(zhì)在試驗初期階段的降溫能力是不同的，3%NaCl冰瓶效果最好，可達到4℃以下；其次是保鮮冰袋、1.5%NaCl冰瓶，最后是干冰袋。從保溫時長來看，3%NaCl冰瓶在經(jīng)過大約32 h后喪失保溫能力，1.5%NaCl冰瓶在36 h后喪失保溫能力，其余冰袋在40～43 h喪失保溫能力。每條曲線和室溫曲線圍成的面積反映的是蓄冷介質(zhì)的持續(xù)釋冷能力，從這一角度來看，保鮮冰袋釋冷能力最優(yōu)，達203.4 h·℃；水冰瓶釋冷能力次之，達166.8 h·℃；隨后依次是1.5%NaCl冰瓶、3%NaCl冰瓶、注水冰袋、生物冰袋、干冰袋，分別達到162.9，159，146.1，133.9，117.5 h·℃。對各組溫度數(shù)據(jù)進行F檢驗，得到p=0.006 7（p＜0.01），新復極SSR法多重比較顯示，3%NaCl冰瓶組和1.5%NaCl冰瓶組與其余各組呈極顯著差異，其余各組之間無差異。

3 結(jié)論

研究表明，特定冷凍介質(zhì)在特定EPS泡沫箱和的保溫效果（時長）與外界溫度存在明顯的負相關(guān)，其擬合方程為：Y=73.788e-0.299X（X為箱外溫度/℃，Y為保溫時長/h；R2=0.997 3）。外界溫度越高，EPS保溫箱的起始保溫作用越弱，升溫過程越快，升溫時長與外界溫度呈明顯的負相關(guān)。因此，無論使用何種冷凍介質(zhì)或者EPS泡沫箱，在長距離保鮮運輸中，應盡量避開高溫天氣。如果無法避開高溫天氣，對運輸物品進行冷藏后再包裝運輸，并加大冷凍介質(zhì)的使用是提高運輸距離與保鮮時間的較好辦法[11]。

同一冷凍介質(zhì)在特定溫度和不同EPS保溫箱中的保溫效果受EPS保溫箱的表面積、厚度的綜合影響，符合傅立葉方程式，但是保溫時長與二者并不成簡單的線性關(guān)系，保溫過程中冷損的存在使得其線性關(guān)系并不明朗，這與王剛[5]對不同體積的蓄冷劑的保溫研究結(jié)果有相似之處。

綜合初始降溫效果、保溫時長、溫度上升趨勢3個條件來看，保鮮冰袋的綜合蓄冷能力最強，其次為水冰瓶和注水冰袋，3%NaCl冰瓶和干冰袋的綜合蓄冷能力相對較差。保鮮冰袋在初始降溫和保溫前期的蓄冷效果較好，注水冰袋在保溫后期的蓄冷效果較好。故推薦冷凍介質(zhì)首選保鮮冰袋，其次為水冰瓶和注水冰袋。

因此，在進行生物制品及鮮活農(nóng)產(chǎn)品等的保鮮保活運輸當中，需要綜合考慮季節(jié)、運輸距離與時間、冷凍介質(zhì)的蓄冷能力、泡沫箱表面積和厚度。根據(jù)試驗結(jié)果，建議盡量選擇厚度大、表面積小的泡沫箱在陰冷天進行運輸，冷凍介質(zhì)推薦保鮮冰袋和注水冰袋混合搭配使用，冷凍介質(zhì)不易獲取或者環(huán)境溫度較低情況下，推薦直接使用水冰瓶。在運輸前最好對運輸物品進行預冷處理，運輸包裝中還可以覆蓋一層保溫棉，減少溫度的散失。值得一提的是，針對非即食水產(chǎn)品的活體運輸，除了可以在運輸過程中適當降溫以降低魚體應激和新陳代謝，保證存活率之外，也可使用MS-222和丁香酚這2種效果和安全性都較好的麻醉劑來減少水產(chǎn)品的基礎(chǔ)代謝，提高水產(chǎn)品的?；盥逝c毛色[12-15]。另外，還有研究表明，在活體水產(chǎn)品運輸過程中加入一定量的氯化鈉、抗生素、益生菌、抗菌劑等添加劑，可以維持水產(chǎn)品皮膚黏膜的穩(wěn)態(tài)和水質(zhì)清新，對提高運輸存活率大有裨益[16-17]。