王子安 唐丹萍 蔣培雷 宋延勇

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

“預(yù)冷”一詞最早是在1904 年，由Powell[1]及其團隊首次提出。預(yù)冷的定義是采用專門設(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)過各個必要的處理環(huán)節(jié)，最終到達客戶手中的過程。當(dāng)下，發(fā)達國家已將預(yù)冷作為果蔬冷鏈必要的第一環(huán)節(jié)，而我國預(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)對于農(nóng)業(yè)的重要經(jīng)濟效益日益顯現(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)冷庫進行預(yù)冷，完成預(yù)冷后再將果蔬放入貯藏冷庫進行冷藏。常見的預(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)、機械制冷系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四個部分組成。其主要的工作原理：將果蔬放入真空冷卻室，開啟真空泵使預(yù)冷室內(nèi)壓力降低至一定值，此時果蔬表面及內(nèi)部的水分沸點被降低而直接汽化，水分汽化吸收了環(huán)境及果蔬的熱量，從而實現(xiàn)果蔬的快速冷卻。同時，將制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量通過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，最后將積水盤內(nèi)水排放掉，并通過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)備僅需要一臺制冰機，其主要工作原理：將制冰機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：浸沒式和噴淋式。

浸沒式冷水預(yù)冷[6]（如圖4(a)所示）設(shè)備需要一臺冷水機組和一個水槽，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輸送出冷卻室，如此連續(xù)運行。

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 強制通風(fēng)預(yù)冷[8]

強制通風(fēng)預(yù)冷（如圖5 所示）即冷庫預(yù)冷，其主要的工作原理：首先由冷庫的機械制冷系統(tǒng)制取冷量；預(yù)冷時，將裝有果蔬的貨筐堆放入庫中，庫內(nèi)冷風(fēng)通過冷風(fēng)機強制循環(huán)，使得果蔬快速降溫。

圖5 強制通風(fēng)預(yù)冷實物圖

3.2 壓差預(yù)冷[9]

壓差預(yù)冷（如圖6 所示）也需要一套獨立的制冷冷庫，但其在冷庫預(yù)冷的基礎(chǔ)上進行了一些優(yōu)化改造，其主要的工作原理：在冷庫的基礎(chǔ)上，將裝有果蔬的貨筐有規(guī)律地碼放在冷風(fēng)機兩側(cè)，貨筐中間設(shè)計了多孔式空氣流道。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，冷空氣穿過裝有果蔬的貨筐時，帶走果蔬的熱量。

圖6 壓差預(yù)冷實物圖

3.3 濕冷預(yù)冷[10]

濕冷預(yù)冷需要的設(shè)備與強制通風(fēng)預(yù)冷和壓差預(yù)冷兩類空氣預(yù)冷相似，但在其基礎(chǔ)上進行了一些結(jié)構(gòu)簡化和功能優(yōu)化。其主要的工作原理：通過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)庫內(nèi)風(fēng)機不斷循環(huán)，快速冷卻果蔬的同時抑制其水分損失，達到高效預(yù)冷的效果。

4 幾種預(yù)冷方式的優(yōu)缺點

4.1 真空預(yù)冷

真空預(yù)冷的優(yōu)點主要有：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；達到預(yù)冷溫度時間最短，保鮮效果較好。真空預(yù)冷的缺點是：適用范圍有限，適用于菌菇、葉菜類，而不適用于厚度、直徑大的果蔬；依靠水分的汽化實現(xiàn)快速降溫，使得果蔬的干耗嚴重；裝置系統(tǒng)復(fù)雜，控制系統(tǒng)繁瑣；裝置投資和運行費用極高，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)點主要有：設(shè)備簡單，操作簡便；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：碎冰與果蔬接觸不均勻，導(dǎo)致降溫不均，可能造成果蔬局部凍害現(xiàn)象；碎冰的一次性使用，造成大量凈水浪費；預(yù)冷時間慢，預(yù)冷效果不佳。

4.2.2 冷水預(yù)冷

（1）浸沒式冷水預(yù)冷

浸沒式冷水預(yù)冷的優(yōu)點主要有：設(shè)備簡單，操作簡便；預(yù)冷的過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，也相對均勻。浸沒式冷水預(yù)冷的缺點是：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)點主要有：流水線程序，操作簡便；同樣在預(yù)冷過程中對果蔬有一定的清洗功能，且較浸沒式冷水預(yù)冷方式節(jié)水。噴淋式冷水預(yù)冷的缺點是：適用范圍亦有限，部分果蔬不宜淋水；淋水不均會產(chǎn)生果蔬“熱斑點”現(xiàn)象；分批預(yù)冷，單次預(yù)冷果蔬量少，整體預(yù)冷完成時間較長；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 強制通風(fēng)預(yù)冷

強制通風(fēng)預(yù)冷的優(yōu)點主要有：設(shè)備簡單，操作簡便；適用于各類果蔬，預(yù)冷范圍廣。強制通風(fēng)預(yù)冷的缺點是：冷庫占地面積大，造價高；冷風(fēng)循環(huán)不均勻，導(dǎo)致果蔬預(yù)冷不均勻；冷庫制冷系統(tǒng)工作間歇性（需額外化霜過程），導(dǎo)致果蔬預(yù)冷時間長和能耗嚴重；庫內(nèi)冷風(fēng)機具有空氣除濕效果，造成果蔬干耗嚴重。

4.3.2 壓差預(yù)冷

壓差預(yù)冷的主要優(yōu)點有：空氣流動穩(wěn)定，預(yù)冷較均勻；庫內(nèi)冷量利用效率高，較強制通風(fēng)節(jié)能；庫型小，占地面積較小。壓差預(yù)冷的缺點是：貨筐堆碼方式要求較高，增長碼垛時間；庫體收容能力較為有限，需控制單次預(yù)冷貨物量；庫內(nèi)建設(shè)較為復(fù)雜，增加成本；冷空氣循環(huán)快，造成果蔬干耗嚴重。

4.3.3 濕冷預(yù)冷

濕冷預(yù)冷的主要優(yōu)點有：設(shè)備簡單，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；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)缺點簡表

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、操作簡便，但適用領(lǐng)域受預(yù)冷對象本身限定，且造成的巨大水資源浪費不能滿足當(dāng)下資源節(jié)約發(fā)展趨勢；強制通風(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)勢之外，還同時實現(xiàn)了保濕保鮮效果，且隨著近年來蓄冷技術(shù)的成熟和各類載冷介質(zhì)的研究，推動了濕冷預(yù)冷方式發(fā)展成為未來果蔬預(yù)冷的主流方向之一。