王信康， 尚夔櫟， 劉升

(1. 上海海事大學(xué)商船學(xué)院，上海 201306；2. 上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306；3. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蔬菜采后加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/北京市果蔬貯藏與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/北京市農(nóng)林科學(xué)院國(guó)家蔬菜工程技術(shù)研究中心，北京100097)

我國(guó)果蔬產(chǎn)量居世界第一，但由于果蔬高溫易腐，缺乏冷鏈每年造成高額經(jīng)濟(jì)損失[1]。 目前果蔬大多還是采用泡沫箱+冰瓶、泡沫箱+蓄冷劑的方法進(jìn)行配送[2]，“最后一公里”冷鏈斷鏈、控溫不精準(zhǔn)等問題亟待解決[3]，部分采用R404A 等制冷系統(tǒng)冷藏配送箱進(jìn)行配送，雖能精準(zhǔn)控溫但不綠色環(huán)保。 我國(guó)《“十四五”冷鏈物流發(fā)展規(guī)劃》指出：隨著冷鏈快遞、“生鮮電商+冷鏈宅配”、“中央廚房+食材冷鏈配送”配送新模式普及，需加快推進(jìn)數(shù)字化、綠色化冷鏈物流裝備研發(fā)，加強(qiáng)可再生能源、環(huán)保制冷劑應(yīng)用，聚焦產(chǎn)地“最先一公里”和城市“最后一公里”，補(bǔ)齊兩端冷鏈物流設(shè)施短板[4]。

張秋玉等研究了蓄冷保溫箱冷鏈配送效果，發(fā)現(xiàn)果蔬配送效果較好但保溫箱縫隙存在漏熱問題[5]，而半導(dǎo)體冷藏箱配送比蓄冷箱營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)保持更好。

普通制冷包含R22、R404A、半導(dǎo)體、丙烷等制冷方式，半導(dǎo)體制冷具有體積小、質(zhì)量輕、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)快速制冷和精確控溫[6]。 丙烷作為天然綠色制冷劑，對(duì)環(huán)境污染幾乎為零，且相同工況下較R134a、R404A 等HFCs 制冷劑單位質(zhì)量制冷量高[7-8]。 作者選用半導(dǎo)體和丙烷冷藏配送箱，符合國(guó)家雙碳政策和綠色冷鏈的目標(biāo)，也是國(guó)際冷鏈物流的發(fā)展趨勢(shì)。 半導(dǎo)體冷藏配送箱容積小適用于宅配，丙烷雙溫區(qū)冷藏物流箱容積較大適用于搭配電動(dòng)三輪車進(jìn)行城市“最后一公里”配送。

果蔬種類繁多，可分為冷敏性果蔬和非冷敏性果蔬兩大類， 非冷敏性果蔬適宜溫度為0~4 ℃，冷敏性果蔬適宜溫度為7~15 ℃。 作者研究了3 ℃和7 ℃果蔬壓差預(yù)冷后丙烷雙溫區(qū)冷藏物流箱和半導(dǎo)體冷藏配送箱冷藏配送的果蔬營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)變化及碳排放。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

結(jié)球生菜、黃瓜、葡萄、芒果：購(gòu)于北京市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；鉬酸銨、草酸、濃硫酸、偏磷酸-乙酸、丙酮、乙醇、考馬斯亮藍(lán)G-250：北京瀾盛達(dá)生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.2 儀器與設(shè)備

半導(dǎo)體冷藏配送箱、 丙烷雙溫區(qū)冷藏物流箱：北京市農(nóng)林科學(xué)院研制；CYYL-36 型壓差預(yù)冷裝備： 日本樽崎產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社產(chǎn)品；WZYWM-1 溫度自記儀： 北京天建華儀科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品；YDHI91610C 型多點(diǎn)測(cè)溫儀： 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司產(chǎn)品；UWA-K-015 型電子天平：北京華瑞京科商貿(mào)中心產(chǎn)品；D-37520 臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)：德國(guó)Thermo Fisher 公司產(chǎn)品；HWSY11-K 恒溫水浴鍋：北京市長(zhǎng)風(fēng)儀器儀表公司產(chǎn)品；UV-1800 紫外可見光分光光度計(jì)：日本島津公司產(chǎn)品。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

半導(dǎo)體制冷芯片的工作原理如下：當(dāng)一塊N 型半導(dǎo)體和一塊P 型半導(dǎo)體連結(jié)成電偶對(duì)時(shí)，在這個(gè)電路中接通直流電流后，會(huì)產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)移，電流由N型元件流向P 型元件接頭處吸收熱量，為冷端，由P型元件流向N 型元件接頭處釋放熱量，為熱端。 半導(dǎo)體冷藏箱配送箱采用2 個(gè)TEC1-12703 型號(hào)的半導(dǎo)體制冷芯片制冷，位置如圖1 所示。

圖1 半導(dǎo)體制冷片位置Fig. 1 Position of semiconductor refrigeration chips

將結(jié)球生菜、 葡萄、 黃瓜、 芒果分別從初溫18.9、19.9、19.1、19.3 ℃壓差預(yù)冷至3、3、13、13 ℃。丙烷雙溫區(qū)冷藏物流箱組將冷敏性果蔬黃瓜、芒果置入7 ℃溫區(qū)，非冷敏性果蔬結(jié)球生菜、葡萄置入3℃溫區(qū)；半導(dǎo)體冷藏配送箱組將冷敏性果蔬黃瓜、芒果和非冷敏性果蔬結(jié)球生菜、葡萄分別置入2 臺(tái)裝備中，設(shè)置7 ℃和3 ℃；常溫組不預(yù)冷放置于25 ℃庫(kù)模擬配送，均配送24 h，每8 h 取樣做感官評(píng)價(jià)并測(cè)定維生素C（VC）、葉綠素、可溶性固形物（TSS）和可溶性蛋白質(zhì)含量，配送過程測(cè)定果蔬中心溫度。

1.3.1 感官評(píng)價(jià)方法感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參考Cantwell的評(píng)價(jià)方法[9]，感官評(píng)分為1~ 9 分。

1.3.2 失重率測(cè)定失重率用稱量法測(cè)定，重復(fù)3 次。

1.3.3 維生素C 質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定[10]。

1.3.4 葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定采用丙酮-乙醇法測(cè)定[11]。

1.3.5 可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定取少量樣品研磨后經(jīng)紗布過濾取汁采用手持折光儀測(cè)定。

1.3.6 可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[12]。

1.3.7 碳足跡計(jì)算根據(jù)1 kW·h 的碳排放[13]計(jì)算。

1.3.8 數(shù)據(jù)分析采用Excel 2019 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，Origin 2018 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 果蔬配送溫度變化

常溫組果蔬溫度在24.6~25.6 ℃范圍內(nèi)波動(dòng)。

由圖2 和圖3 可得，外界環(huán)境溫度對(duì)箱內(nèi)果蔬溫度影響很小。 丙烷雙溫區(qū)冷藏物流箱果蔬溫度在2.7~3.3 ℃、7.1~7.9 ℃范圍波動(dòng)，半導(dǎo)體冷藏配送箱果蔬溫度在2.9~3.1 ℃、7.5~8.0 ℃范圍波動(dòng)，因?yàn)楸殡p溫區(qū)冷藏物流箱容積大，且丙烷物流箱采用間歇制冷， 即箱內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度值時(shí)停止制冷，高于設(shè)定值時(shí)又開始制冷，更節(jié)能。

圖2 半導(dǎo)體冷藏配送果蔬溫度變化Fig. 2 Temperature changes of fruits and vegetables distributed in semiconductor refrigerator

圖3 丙烷冷藏配送果蔬溫度變化Fig. 3 Temperature changes of fruits and vegetables distributed in propane refrigerator

2.2 果蔬感官評(píng)價(jià)

由圖4 可得丙烷冷藏配送、半導(dǎo)體冷藏配送24 h，果蔬感官評(píng)價(jià)均高于8.2，而常溫配送果蔬感官評(píng)價(jià)最高才為8.0。 丙烷冷藏、半導(dǎo)體冷藏、常溫配送24 h， 結(jié)球生菜、 黃瓜感官評(píng)分分別為8.3、8.2、7.6，8.5、8.3、7.1。 24 h 短時(shí)間冷藏配送和常溫配送差異較明顯，冷藏配送能有效保持果蔬感官品質(zhì)。

圖4 不同配送方式果蔬感官評(píng)價(jià)Fig. 4 Sensory evaluation of fruits and vegetables in different distribution methods

2.3 果蔬失重率

失重率作為衡量果蔬新鮮程度的判定依據(jù)，超過5%果蔬失鮮嚴(yán)重[14]。 由圖5 可知經(jīng)丙烷冷藏配送、半導(dǎo)體冷藏配送、常溫配送24 h，結(jié)球生菜、黃瓜、葡萄、芒果失重率分別為2.22%、2.21%、4.88%，2.1%、1.72%、4.75%，0.42%、0.51%、1.83%，0.22%、0.28%、1.47%。從圖5 可以看出，冷藏配送失重率顯著低于常溫配送，常溫配送結(jié)球生菜、黃瓜失重率已接近商品性界限。 丙烷和半導(dǎo)體冷藏配送失重率差異不明顯，丙烷冷藏配送青花菜和黃瓜失重率較半導(dǎo)體冷藏配送稍高，因?yàn)楸槔洳匚锪飨鋬?nèi)設(shè)有冷風(fēng)進(jìn)口，冷風(fēng)加劇了果蔬的失水，配送時(shí)結(jié)合包裝能更好地減緩果蔬失重。

圖5 果蔬不同配送方式失重率Fig. 5 Weight loss rate of fruits and vegetables in different distribution methods

2.4 果蔬VC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

VC 具有抗氧化作用，是重要的營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)。 由圖6 知，隨著配送時(shí)間增加，果蔬VC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈下降趨勢(shì)。 丙烷冷藏配送、半導(dǎo)體冷藏配送、常溫配送24 h，結(jié)球生菜、黃瓜、葡萄、芒果VC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 1.09、1.08、0.95，1.48、1.46、1.21，5.65、5.60、4.90，5.54、5.50、5.10 mg/hg，3 種配送方式保留率分別為87%~91%，86%~90%，73%~85%，冷藏配送果蔬VC質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于常溫配送， 丙烷和半導(dǎo)體冷藏配送VC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著。 冷鏈配送能有效抑制果蔬VC 的降解。

圖6 果蔬不同配送方式VC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig. 6 Changes of VC content of fruits and vegetables in different distribution methods

2.5 果蔬可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

可溶性蛋白質(zhì)是判定植物組織衰老程度的重要指標(biāo)，由圖7 可知，隨著配送時(shí)間的增加，果蔬可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈下降趨勢(shì)。 丙烷冷藏配送、半導(dǎo)體冷藏配送、常溫配送24 h，結(jié)球生菜、黃瓜、葡萄、 芒果可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.021、0.020、0.019，0.027、0.0265、0.023，0.091、0.090、0.080，0.110、0.100、0.098 mg/g， 保留率分別為87%~92%、87%~90%、74%~80%，冷藏配送中，果蔬可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于常溫配送，而丙烷和半導(dǎo)體冷藏配送中可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不明顯。

圖7 果蔬不同配送方式可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig. 7 Changes of soluble protein content of fruits and vegetables in different distribution methods

2.6 果蔬TSS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

可溶性固形物包含可溶性糖類、氨基酸、礦物質(zhì)等，是評(píng)價(jià)果蔬品質(zhì)的重要指標(biāo)，由圖8 可知，隨配送時(shí)間增加，果蔬TSS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈下降趨勢(shì)。 丙烷冷藏配送、半導(dǎo)體冷藏配送、常溫配送24 h，結(jié)球生菜、黃瓜、葡萄、芒果TSS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.40、3.36、3.01，4.17、4.10、3.60，16.20、16.00、14.30，15.44、15.41、14.83 mg/g， 保留率分別為87%~95%、86%~93%、76%~88%， 冷藏配送果蔬TSS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于常溫配送，丙烷和半導(dǎo)體冷藏配送果蔬TSS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不明顯。 冷鏈流通能抑制果蔬可溶性固形物的流失，保持果蔬品質(zhì)。

圖8 果蔬不同配送方式TSS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig. 8 Changes of TSS content of fruits and vegetables in different distribution methods

2.7 果蔬葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

葉綠素是衡量綠色果蔬品質(zhì)的最重要指標(biāo)之一。由圖9 可知，隨配送時(shí)間增加，果蔬葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈下降趨勢(shì)。 丙烷冷藏配送、半導(dǎo)體冷藏配送、常溫配送24 h，結(jié)球生菜、黃瓜葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.027、0.026、0.023，0.061、0.060、0.051 mg/g，保留率分別為84%~87%、83%~87%、73%~83%，冷藏配送果蔬葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于常溫配送，丙烷和半導(dǎo)體冷藏配送葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不明顯。 冷鏈流通能抑制結(jié)球生菜和黃瓜的葉綠素分解。

圖9 蔬菜不同配送方式葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig. 9 Changes of chlorophyll content of vegetables in different distribution methods

2.8 碳足跡計(jì)算

丙烷雙溫區(qū)冷藏物流箱載重36 kg 配送24 h用電量3 kW·h， 兩臺(tái)半導(dǎo)體冷藏配送箱滿載共15.7 kg 配送24 h 總用電量6 kW·h，配送1 kg 果蔬耗能分別為0.083、0.38 kW·h。 丙烷雙溫區(qū)冷藏物流箱和半導(dǎo)體冷藏配送箱單位配送碳排放為65.4、300 g/kg，常溫流通雖然沒耗能，但果蔬品質(zhì)降低，營(yíng)養(yǎng)流失，商品價(jià)值降低。 丙烷雙溫區(qū)冷藏物流箱若滿載可載重100 kg 果蔬，1 kg 果蔬冷藏配送碳排放僅23.55 g。

3 結(jié) 語

半導(dǎo)體冷藏箱和丙烷冷藏箱用于果蔬冷藏配送，不僅作為綠色制冷方式對(duì)環(huán)境無破壞，同時(shí)解決了果蔬控溫不精準(zhǔn)和冷鏈“斷鏈”問題。 用半導(dǎo)體和丙烷冷藏配送比常溫配送的果蔬感官品質(zhì)更好，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)保持更高，具有很高的商品價(jià)值。 因此，半導(dǎo)體冷藏箱和丙烷冷藏箱是非常理想的果蔬冷鏈物流配送裝備。 采用丙烷雙溫區(qū)冷藏物流箱冷藏配送果蔬感官評(píng)價(jià)最高，營(yíng)養(yǎng)損失最少，配送時(shí)結(jié)合包裝配送效果更佳；同時(shí)解決了冷敏性和非冷敏性果蔬的配送問題；配送1 kg 果蔬能耗0.083 kW·h，碳排放65.4 g，實(shí)現(xiàn)了冷藏配送綠色低碳“雙碳”的目標(biāo)。