王子安 唐丹萍 蔣培雷 宋延勇

（1.上海儀器儀表自控系統(tǒng)檢驗(yàn)測(cè)試所有限公司，上海 200233；2.上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 201114）

“預(yù)冷”一詞最早是在1904 年，由Powell[1]及其團(tuán)隊(duì)首次提出。預(yù)冷的定義是采用專(zhuān)門(mén)設(shè)施將采后果蔬從初始溫度快速降低至適宜貯藏溫度的過(guò)程[2]。通常，完整的果蔬冷鏈物流（如圖1 所示）是指田間果蔬經(jīng)過(guò)各個(gè)必要的處理環(huán)節(jié)，最終到達(dá)客戶手中的過(guò)程。當(dāng)下，發(fā)達(dá)國(guó)家已將預(yù)冷作為果蔬冷鏈必要的第一環(huán)節(jié)，而我國(guó)預(yù)冷相關(guān)的裝備和技術(shù)尚不完善，但由于預(yù)冷環(huán)節(jié)對(duì)于農(nóng)業(yè)的重要經(jīng)濟(jì)效益日益顯現(xiàn)，受到人們廣泛關(guān)注[3]。

圖1 農(nóng)產(chǎn)品冷鏈框架

如圖1 所示，田間果蔬采摘后需要先放入預(yù)冷庫(kù)進(jìn)行預(yù)冷，完成預(yù)冷后再將果蔬放入貯藏冷庫(kù)進(jìn)行冷藏。常見(jiàn)的預(yù)冷技術(shù)有：真空預(yù)冷、水預(yù)冷、空氣預(yù)冷。

1 真空預(yù)冷

真空預(yù)冷設(shè)備（如圖2 所示）主要由真空系統(tǒng)、機(jī)械制冷系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四個(gè)部分組成。其主要的工作原理：將果蔬放入真空冷卻室，開(kāi)啟真空泵使預(yù)冷室內(nèi)壓力降低至一定值，此時(shí)果蔬表面及內(nèi)部的水分沸點(diǎn)被降低而直接汽化，水分汽化吸收了環(huán)境及果蔬的熱量，從而實(shí)現(xiàn)果蔬的快速冷卻。同時(shí)，將制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量通過(guò)載冷劑送至真空冷卻室內(nèi)的低溫捕水器，使室內(nèi)水蒸汽凝結(jié)成水流入底部積水盤(pán)，最后將積水盤(pán)內(nèi)水排放掉，并通過(guò)真空泵將除水后的空氣排出[4]。

圖2 果蔬真空預(yù)冷原理圖和設(shè)備實(shí)物圖

2 水預(yù)冷

水預(yù)冷一般分為兩種方式：加冰預(yù)冷和冷水預(yù)冷。

2.1 加冰預(yù)冷

加冰預(yù)冷（如圖3 所示）設(shè)備僅需要一臺(tái)制冰機(jī)，其主要工作原理：將制冰機(jī)制取的碎冰直接放于果蔬上或包裝箱內(nèi)部與果蔬直接接觸，通過(guò)碎冰的融化將果蔬的熱量帶走，而通常碎冰是一次性使用的[5]。

圖3 加冰預(yù)冷

2.2 冷水預(yù)冷

冷水預(yù)冷一般按接觸方式不同分為兩種方式：浸沒(méi)式和噴淋式。

浸沒(méi)式冷水預(yù)冷[6]（如圖4(a)所示）設(shè)備需要一臺(tái)冷水機(jī)組和一個(gè)水槽，其主要的工作原理：通常由人工將采收后的果蔬直接置于裝滿冷水的水槽中，待一批果蔬冷卻后取出換另外一批果蔬，如此循環(huán)操作。

噴淋式冷水預(yù)冷[7]（如圖4(b)所示）設(shè)備有噴霧式、灑水式等結(jié)構(gòu)形式，其主要的工作原理：果蔬均勻的放置于傳送帶，將其傳送至冷卻室，由霧化噴嘴或噴淋器將冷水均勻的淋在果蔬表面，預(yù)冷完成后由傳送帶將果蔬自動(dòng)輸送出冷卻室，如此連續(xù)運(yùn)行。

圖4 冷水預(yù)冷方式

3 空氣預(yù)冷

空氣預(yù)冷是采用獨(dú)立的制冷設(shè)備制取冷空氣，再以送冷風(fēng)的形式帶走果蔬熱量的預(yù)冷方式。通?？諝忸A(yù)冷根據(jù)不同送風(fēng)形式可分為以下三種預(yù)冷方式。

3.1 強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷[8]

強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷（如圖5 所示）即冷庫(kù)預(yù)冷，其主要的工作原理：首先由冷庫(kù)的機(jī)械制冷系統(tǒng)制取冷量；預(yù)冷時(shí)，將裝有果蔬的貨筐堆放入庫(kù)中，庫(kù)內(nèi)冷風(fēng)通過(guò)冷風(fēng)機(jī)強(qiáng)制循環(huán)，使得果蔬快速降溫。

圖5 強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷實(shí)物圖

3.2 壓差預(yù)冷[9]

壓差預(yù)冷（如圖6 所示）也需要一套獨(dú)立的制冷冷庫(kù)，但其在冷庫(kù)預(yù)冷的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些優(yōu)化改造，其主要的工作原理：在冷庫(kù)的基礎(chǔ)上，將裝有果蔬的貨筐有規(guī)律地碼放在冷風(fēng)機(jī)兩側(cè)，貨筐中間設(shè)計(jì)了多孔式空氣流道。采用苫布蓋在按一定方式擺放好的貨筐上，在壓差風(fēng)機(jī)的作用下，兩排貨筐內(nèi)側(cè)形成低壓、外側(cè)變成高壓，由此實(shí)現(xiàn)冷空氣自發(fā)地由貨筐外側(cè)向貨筐內(nèi)側(cè)的流動(dòng)，冷空氣穿過(guò)裝有果蔬的貨筐時(shí)，帶走果蔬的熱量。

圖6 壓差預(yù)冷實(shí)物圖

3.3 濕冷預(yù)冷[10]

濕冷預(yù)冷需要的設(shè)備與強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷和壓差預(yù)冷兩類(lèi)空氣預(yù)冷相似，但在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和功能優(yōu)化。其主要的工作原理：通過(guò)采用低消耗的制冷方式，蓄積冷量獲得低溫的載冷介質(zhì)，再將載冷介質(zhì)通入其系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備中—“熱濕交換器”，進(jìn)行空氣與載冷介質(zhì)的熱濕交換，使空氣快速降溫并增濕，獲得的低溫高濕空氣再經(jīng)庫(kù)內(nèi)風(fēng)機(jī)不斷循環(huán)，快速冷卻果蔬的同時(shí)抑制其水分損失，達(dá)到高效預(yù)冷的效果。

4 幾種預(yù)冷方式的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 真空預(yù)冷

真空預(yù)冷的優(yōu)點(diǎn)主要有：快速降壓，使得預(yù)冷速度快；真空室內(nèi)處處壓力一致，使得預(yù)冷均勻；過(guò)程避免果蔬交叉接觸，且真空室內(nèi)可以加設(shè)殺菌抑菌功能，保證預(yù)冷潔凈衛(wèi)生；達(dá)到預(yù)冷溫度時(shí)間最短，保鮮效果較好。真空預(yù)冷的缺點(diǎn)是：適用范圍有限，適用于菌菇、葉菜類(lèi)，而不適用于厚度、直徑大的果蔬；依靠水分的汽化實(shí)現(xiàn)快速降溫，使得果蔬的干耗嚴(yán)重；裝置系統(tǒng)復(fù)雜，控制系統(tǒng)繁瑣；裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用極高，大大增加了果蔬的成本，導(dǎo)致其不利于推廣[11]。

4.2 水預(yù)冷

4.2.1 加冰預(yù)冷

加冰預(yù)冷的優(yōu)點(diǎn)主要有：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便；用凈水制取的一次性碎冰，保證預(yù)冷潔凈衛(wèi)生。加冰預(yù)冷也有缺點(diǎn)：碎冰與果蔬接觸不均勻，導(dǎo)致降溫不均，可能造成果蔬局部?jī)龊ΜF(xiàn)象；碎冰的一次性使用，造成大量?jī)羲速M(fèi)；預(yù)冷時(shí)間慢，預(yù)冷效果不佳。

4.2.2 冷水預(yù)冷

（1）浸沒(méi)式冷水預(yù)冷

浸沒(méi)式冷水預(yù)冷的優(yōu)點(diǎn)主要有：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便；預(yù)冷的過(guò)程兼有清洗果蔬的功能；果蔬沾水可直接保持其水分；與冷水接觸更加充分，降溫速度較快，也相對(duì)均勻。浸沒(méi)式冷水預(yù)冷的缺點(diǎn)是：適用范圍有限，部分果蔬沾水后更容易發(fā)生腐爛；冷卻水的多次利用易滋長(zhǎng)病菌，造成污染；冷水量需求大，不節(jié)能也不節(jié)水。

（2）噴淋式冷水預(yù)冷

噴淋式冷水預(yù)冷的優(yōu)點(diǎn)主要有：流水線程序，操作簡(jiǎn)便；同樣在預(yù)冷過(guò)程中對(duì)果蔬有一定的清洗功能，且較浸沒(méi)式冷水預(yù)冷方式節(jié)水。噴淋式冷水預(yù)冷的缺點(diǎn)是：適用范圍亦有限，部分果蔬不宜淋水；淋水不均會(huì)產(chǎn)生果蔬“熱斑點(diǎn)”現(xiàn)象；分批預(yù)冷，單次預(yù)冷果蔬量少，整體預(yù)冷完成時(shí)間較長(zhǎng)；為保證噴淋裝置正常工作，噴淋冷水一次性使用，亦不節(jié)能也不節(jié)水。

4.3 空氣預(yù)冷

4.3.1 強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷

強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷的優(yōu)點(diǎn)主要有：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便；適用于各類(lèi)果蔬，預(yù)冷范圍廣。強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷的缺點(diǎn)是：冷庫(kù)占地面積大，造價(jià)高；冷風(fēng)循環(huán)不均勻，導(dǎo)致果蔬預(yù)冷不均勻；冷庫(kù)制冷系統(tǒng)工作間歇性（需額外化霜過(guò)程），導(dǎo)致果蔬預(yù)冷時(shí)間長(zhǎng)和能耗嚴(yán)重；庫(kù)內(nèi)冷風(fēng)機(jī)具有空氣除濕效果，造成果蔬干耗嚴(yán)重。

4.3.2 壓差預(yù)冷

壓差預(yù)冷的主要優(yōu)點(diǎn)有：空氣流動(dòng)穩(wěn)定，預(yù)冷較均勻；庫(kù)內(nèi)冷量利用效率高，較強(qiáng)制通風(fēng)節(jié)能；庫(kù)型小，占地面積較小。壓差預(yù)冷的缺點(diǎn)是：貨筐堆碼方式要求較高，增長(zhǎng)碼垛時(shí)間；庫(kù)體收容能力較為有限，需控制單次預(yù)冷貨物量；庫(kù)內(nèi)建設(shè)較為復(fù)雜，增加成本；冷空氣循環(huán)快，造成果蔬干耗嚴(yán)重。

4.3.3 濕冷預(yù)冷

濕冷預(yù)冷的主要優(yōu)點(diǎn)有：設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低；載冷介質(zhì)不直接接觸果蔬，且可循環(huán)利用，環(huán)保安全；合理地蓄積冷量，節(jié)約電費(fèi)；尤其適用含水量大、水分易損失的果蔬，適用范圍廣；維持低溫高濕環(huán)境，冷卻更快、保鮮更佳。濕冷預(yù)冷的缺點(diǎn)是：需要額外的蓄冷設(shè)備；濕冷預(yù)冷應(yīng)用技術(shù)尚不成熟。具體如表1 所示。

表1 幾種預(yù)冷方式優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)表

5 結(jié)論與展望

綜上所述，比較以上預(yù)冷方式可以得出：真空預(yù)冷雖然可以實(shí)現(xiàn)果蔬快速冷卻，但其造成的果蔬干耗和高昂的設(shè)備費(fèi)用限制了其發(fā)展和推廣；雖然加冰、冷水預(yù)冷技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)便，但適用領(lǐng)域受預(yù)冷對(duì)象本身限定，且造成的巨大水資源浪費(fèi)不能滿足當(dāng)下資源節(jié)約發(fā)展趨勢(shì)；強(qiáng)制通風(fēng)、壓差預(yù)冷雖然較以上預(yù)冷方式在適用范圍、冷卻速度、資源節(jié)約等方面有所優(yōu)化提升，但是在風(fēng)冷模塊結(jié)霜和果蔬干耗方面仍存在解決難度；濕冷預(yù)冷除了兼具空氣預(yù)冷投資成本低、適用范圍廣、冷卻速度快、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)之外，還同時(shí)實(shí)現(xiàn)了保濕保鮮效果，且隨著近年來(lái)蓄冷技術(shù)的成熟和各類(lèi)載冷介質(zhì)的研究，推動(dòng)了濕冷預(yù)冷方式發(fā)展成為未來(lái)果蔬預(yù)冷的主流方向之一。