趙俊宏，陸華忠，魏鑫鈺，余喬?hào)|，周星星，李 斌

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所，廣東 廣州 510640；2.嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；3.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，廣東 廣州 510640；4.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642）

【研究意義】菜心由于其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、適口性好等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)廣泛種植，是亞洲重要的經(jīng)濟(jì)作物［1-2］。由于采后旺盛的呼吸和蒸騰作用，菜心會(huì)迅速失水和衰老，大大地縮短了保鮮期［3］，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，因此需通過(guò)保鮮的方式以降低菜心的失水速率并延長(zhǎng)其銷(xiāo)售時(shí)間。溫度和相對(duì)濕度是影響菜心銷(xiāo)售期的重要因素，而低溫則是確保采后品質(zhì)最有效的方法［4-5］。目前菜心的銷(xiāo)售方式主要有常溫銷(xiāo)售和冷藏陳列柜銷(xiāo)售，前者幾乎無(wú)保鮮作用，后者具有一定的保鮮效果但電耗高，且冷風(fēng)加速了菜心的失水速率，因此設(shè)計(jì)一種節(jié)能且能有效降低失水速率的保鮮裝備具有重大意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，低溫保鮮設(shè)備維持低溫的方式主要有壓縮機(jī)制冷［6-10］、相變蓄冷材料放冷［11-15］和自然冷源供冷［16-20］。采用壓縮機(jī)制冷的陳列柜具有便捷快速等優(yōu)點(diǎn)，但其也存在能耗偏高、柜內(nèi)溫度分布不均、融霜期間食品溫度回升和波動(dòng)以及占用空間較大等缺點(diǎn)［21］，影響食品品質(zhì)。敞開(kāi)式陳列柜等66%～77%的冷柜熱負(fù)荷通過(guò)風(fēng)幕卷吸周?chē)呐瘽窨諝鉂B透入柜內(nèi)，導(dǎo)致冷藏陳列柜在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)溫度分布不均勻和電耗高的問(wèn)題。相變蓄冷材料的出現(xiàn)，解決了壓縮機(jī)制冷所帶來(lái)的溫度分布不均和溫度波動(dòng)等問(wèn)題［7］。Lu 等［12］將水和硼砂作為復(fù)合相變蓄冷材料填充到擱架中，研究了在融霜期間相變材料對(duì)柜內(nèi)食品溫度波動(dòng)的影響，結(jié)果表明，融霜時(shí)食品溫度降低約1.5 ℃，并改善了食品溫度的均勻性。但相變蓄冷材料存在占用空間大、過(guò)冷和相變蓄冷材料泄露的問(wèn)題［21］。自然冷源型陳列柜在北方地區(qū)使用較多，且存在季節(jié)性，不適合在南方地區(qū)使用。

【本研究切入點(diǎn)】半導(dǎo)體制冷又稱熱電制冷，是建立在帕爾貼效應(yīng)原理上的一種制冷技術(shù)。隨著熱管技術(shù)在半導(dǎo)體制冷領(lǐng)域的應(yīng)用和CFCs（Chloro-Fluoro-Carbons，氯氟碳化物）的禁用，半導(dǎo)體制冷憑借其靜音、無(wú)制冷劑、無(wú)壓縮機(jī)、可控性好［22-23］的特點(diǎn)在家電領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用［24-29］。姜坪等［26］研究了熱端蒸發(fā)冷卻條件下半導(dǎo)體制冷裝置的制冷性能，發(fā)現(xiàn)增加強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)度、加裝超聲波加濕器和噴水器均可有效提高半導(dǎo)體制冷裝置的制冷量和COP（Coefficient of Performance，能效比）。張曉芳等［29］建立了水冷式半導(dǎo)體冰箱的制冷模型，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】基于菜心的儲(chǔ)存和銷(xiāo)售設(shè)計(jì)循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜，并建立菜心在銷(xiāo)售過(guò)程中的傳熱模型。通過(guò)對(duì)比3 種不同展銷(xiāo)方式對(duì)菜心品質(zhì)的影響，驗(yàn)證展示柜的保鮮效果。該研究對(duì)減少菜心萎焉、提高菜心品質(zhì)和延長(zhǎng)貨架期具有一定的意義。

1 循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜原理與結(jié)構(gòu)

1.1 保鮮原理

保持菜心展銷(xiāo)品質(zhì)的關(guān)鍵在于有效地減少菜心溫度波動(dòng)和表面的水蒸氣壓力分差。循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜通過(guò)循環(huán)風(fēng)幕結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體制冷變頻調(diào)控，形成與菜心溫度相近的低風(fēng)速冷風(fēng)，沿柜壁循環(huán)，減少菜心與環(huán)境因溫度差和壓力差發(fā)生的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象。同時(shí)，菜心生理活動(dòng)產(chǎn)生水蒸氣，為減少菜心表面與環(huán)境空氣中水蒸氣分壓力梯度，使菜心個(gè)體處于溫濕度相對(duì)穩(wěn)定的微環(huán)境中，從而延長(zhǎng)菜心貨架周期。循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜避免了因風(fēng)冷降溫造成菜心風(fēng)干、因開(kāi)關(guān)控制溫度波動(dòng)和結(jié)露等問(wèn)題，提高了展銷(xiāo)環(huán)境溫度、濕度穩(wěn)定性，維持菜心保鮮品質(zhì)、減少能耗。

根據(jù)菜心保鮮要求，循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜需滿足以下要求：（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控柜體內(nèi)溫度。（2）柜體菜心展銷(xiāo)區(qū)域風(fēng)速小，減少因空氣流動(dòng)造成的菜心間空氣水蒸氣分壓力波動(dòng)。（3）根據(jù)環(huán)境及貯藏溫度，變頻調(diào)控風(fēng)機(jī)，降低柜體整體能耗。（4）變頻控制半導(dǎo)體制冷片，防止冷端結(jié)霜，減少環(huán)境溫度波動(dòng)，減少相對(duì)濕度耦合影響，減少能耗，提高制冷片工作效率。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜由循環(huán)風(fēng)幕柜體、真空玻璃翻蓋、半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成，整體結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。循環(huán)風(fēng)幕柜體包括變速風(fēng)道、導(dǎo)風(fēng)槽，用于引導(dǎo)冷空氣沿柜壁循環(huán)形成風(fēng)幕，減小菜心與外界因溫度差發(fā)生的熱傳導(dǎo)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)菜心保鮮環(huán)境與外熱環(huán)境隔離。其中，變速風(fēng)道實(shí)現(xiàn)風(fēng)速調(diào)節(jié)，減小柜內(nèi)風(fēng)速，降低菜心表面因氣體流動(dòng)造成的水蒸氣分壓力變化。真空玻璃翻蓋方便用戶選購(gòu)菜心，并減少柜內(nèi)與外界傳熱。半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)共2 套，各包含2 個(gè)半導(dǎo)體制冷片、冷端換熱片、制冷風(fēng)機(jī)及水冷散熱系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)制冷。水冷散熱系統(tǒng)由水冷頭、水泵、冷卻液傳輸管、冷卻液、散熱器和散熱風(fēng)機(jī)組成?？刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)風(fēng)溫度、制冷片冷端溫度監(jiān)測(cè)，制冷片、冷端風(fēng)機(jī)、熱端風(fēng)機(jī)及水泵變頻控制。

圖1 循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of display cabinet with cyclic air curtain semiconductor refrigeration

柜體為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，俯視圖見(jiàn)圖2A。導(dǎo)風(fēng)槽與變速風(fēng)道組成風(fēng)幕區(qū)，柜體中心為菜心區(qū)。變速風(fēng)道結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2B，主要分為加速風(fēng)道、換熱風(fēng)道、減速風(fēng)道。

圖2 循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜柜體結(jié)構(gòu)Fig.2 Cabinet structure of display cabinet with cyclic air curtain semiconductor refrigeration

離心風(fēng)機(jī)工作時(shí)，入風(fēng)口形成低壓，高溫低壓低速空氣由入風(fēng)口進(jìn)入加速區(qū)，隨變速風(fēng)道腔體橫截面減小，氣流加速，再經(jīng)過(guò)離心風(fēng)機(jī)加速射入換熱區(qū)。在換熱器區(qū)，空氣與冷端換熱器進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)降溫，形成低溫高速高壓氣流并流入減速風(fēng)道。在減速風(fēng)道，隨變速風(fēng)道腔體橫截面增大，風(fēng)速減小，出風(fēng)口處變?yōu)楦邏旱退俚蜏乜諝狻Ｒ虼?，入風(fēng)口處形成低壓，出風(fēng)口處形成高壓，導(dǎo)風(fēng)槽兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，出風(fēng)口空氣沿壁面Y 軸流向入風(fēng)口，實(shí)現(xiàn)風(fēng)幕區(qū)空氣沿柜壁循環(huán)流動(dòng)。菜心和導(dǎo)風(fēng)槽組成風(fēng)道，形成低溫低速風(fēng)幕，部分氣體經(jīng)導(dǎo)流板吹向底面與翻蓋，實(shí)現(xiàn)底面與翻蓋降溫。循環(huán)風(fēng)幕結(jié)構(gòu)減少菜心與外界熱傳遞，減緩了由于溫差、風(fēng)機(jī)造成的空氣流動(dòng)，降低菜心表面菜心區(qū)水蒸氣分壓力變化，從而減少菜心失水。

1.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用STM32 控制芯片。系統(tǒng)分為人機(jī)交互模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊、傳感器變送模塊3 部分（圖3）。人機(jī)模塊由觸摸控制屏、LED 燈和蜂鳴器組成；執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊分為10路變頻控制電路，分別控制2 個(gè)散熱風(fēng)機(jī)、2 個(gè)冷端風(fēng)機(jī)、4 片半導(dǎo)體制冷片、2 個(gè)水泵；傳感器變送電路為5 路Pt100 變送電路，分別檢測(cè)冷端溫度、熱端溫度、變速風(fēng)道入風(fēng)口溫度、變速風(fēng)道出風(fēng)口處溫度和環(huán)境溫度?？刂葡到y(tǒng)采用多點(diǎn)測(cè)溫，綜合調(diào)控策略。箱內(nèi)溫度通過(guò)變速風(fēng)道出入口溫度權(quán)重融合獲取，半導(dǎo)體制冷片及水泵采用PID 控制實(shí)現(xiàn)變頻控制。根據(jù)環(huán)境溫度與熱端溫度溫差熱端風(fēng)機(jī)采用變頻控制。

圖3 控制系統(tǒng)框架Fig.3 Control system frame chart

2 循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜熱負(fù)荷計(jì)算與選型

菜心展銷(xiāo)過(guò)程中，為保持菜心貯藏溫度相對(duì)穩(wěn)定，半導(dǎo)體制冷片制冷量須與內(nèi)外熱負(fù)荷保持平衡（圖4）。通過(guò)建立保鮮柜體的傳熱模型，得到半導(dǎo)體制冷片冷負(fù)荷。系統(tǒng)中制冷片帶走柜體內(nèi)熱量，而通過(guò)菜心耗冷、開(kāi)門(mén)傳熱、縫隙漏熱、箱體傳熱、風(fēng)機(jī)產(chǎn)熱等方式增加系統(tǒng)內(nèi)能。柜體熱平衡公式為：

圖4 循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體菜心展示柜傳熱模型Fig.4 Heat transfer model of display cabinet with cyclic air curtain semiconductor refrigeration for flowering cabbage

式中，Q1 為制冷片制冷量（kJ），Q2 為柜體傳熱量（kJ），Q3 為開(kāi)門(mén)傳熱量（kJ），Q4 為縫隙漏熱量（kJ），Q5 為菜心耗冷量（kJ），Q6為風(fēng)機(jī)產(chǎn)熱量（kJ）。由于展示柜使用環(huán)境一般處于室內(nèi)，外界輻射能量較小故忽略不計(jì)。

2.1 制冷片制冷量

制冷片總制冷量為

式中，n1為制冷片個(gè)數(shù)，η1為半導(dǎo)體制冷片工作效率，P1為半導(dǎo)體制冷片功率（W），ts為工作時(shí)長(zhǎng)（h）。

2.2 柜體傳熱量

菜心展銷(xiāo)過(guò)程中柜體傳熱總量為5 個(gè)有機(jī)玻璃聚氨酯面?zhèn)鳠岷? 個(gè)真空玻璃門(mén)傳熱總和：

式中，K1為有機(jī)玻璃聚氨酯面總體傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；K2為真空玻璃面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·℃)；S1為有機(jī)玻璃聚氨酯面面積總和，m2；S2為真空玻璃門(mén)面積，m2；Tw為柜臺(tái)外部環(huán)境溫度，℃；Tn為菜心貯藏溫度，℃。

2.3 開(kāi)門(mén)傳熱量

開(kāi)門(mén)傳熱總量采用開(kāi)門(mén)頻度系數(shù)法計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中，f為開(kāi)門(mén)頻度系數(shù)，展銷(xiāo)過(guò)程中不開(kāi)門(mén)f取值0.25，開(kāi)門(mén)1～5 次取0.5，開(kāi)門(mén)6～10 次取0.75，開(kāi)門(mén)11～15 次取1。

2.4 縫隙漏熱量

縫隙漏熱總量計(jì)算公式為

2.5 菜心耗冷量

菜心耗冷包括菜心降溫耗冷總量和菜心呼吸耗冷總量。菜心降溫耗冷總量為菜心每次開(kāi)箱升溫后，降回設(shè)定溫度范圍所釋放的熱量總和，計(jì)算公式為：

式中，n2為開(kāi)門(mén)次數(shù)；mc為展銷(xiāo)菜心總質(zhì)量，kg；Cc為展銷(xiāo)菜心比熱容，kJ/(kg·℃)；Tc為菜心上升后溫度，℃；Tn為菜心貯藏溫度，℃。菜心呼吸耗冷總量為展銷(xiāo)過(guò)程中因菜心呼吸和蒸騰作用釋放的熱量總和，計(jì)算公式為：

式中，QB為菜心呼吸熱總量，kJ；qc為菜心呼吸熱，kJ/(K·kg·s)。

2.6 風(fēng)機(jī)產(chǎn)熱量

柜體內(nèi)兩個(gè)循環(huán)風(fēng)機(jī)產(chǎn)熱，風(fēng)機(jī)產(chǎn)熱總量為：

式中，η2為風(fēng)機(jī)工作效率；P2為風(fēng)機(jī)功率，W。

2.7 制冷片功率

根據(jù)上述各式聯(lián)立計(jì)算所需參數(shù)，柜體整體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，制冷片功率計(jì)算公式為：

表1 熱負(fù)荷模型設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design parameters of thermal load model

由此，可選用CP14.127.045 半導(dǎo)體制冷片（美國(guó)萊爾德科技集團(tuán)，額定工作電壓12 V、電流6 A，額定功率72 W，最大功率81.5 W）。

3 應(yīng)用效果研究

根據(jù)設(shè)計(jì)方案制作循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜樣機(jī)，并以菜心為物料，通過(guò)循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜與敞開(kāi)式制冷陳列柜和常溫陳列3 種展銷(xiāo)方式，進(jìn)行貨架期試驗(yàn)，對(duì)比3 種展銷(xiāo)方式對(duì)菜心保鮮品質(zhì)影響。

3.1 試驗(yàn)設(shè)置

3.1.1 試驗(yàn)平臺(tái) 循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，柜體采用有機(jī)玻璃制作，中間層用發(fā)泡劑填充作保溫層。敞開(kāi)式陳列柜（壓縮機(jī)功率1470 W，廣州市廣翔電器有限公司，圖5）自上而下依次分為第1、2、3、4 層，通風(fēng)系統(tǒng)冷空氣通過(guò)陳列柜背部隔板通風(fēng)口，將冷空氣吹入陳列區(qū)，出口處有自上向下的冷風(fēng)風(fēng)幕［30-31］。

圖5 敞開(kāi)式陳列柜Fig.5 Open display cabinet

3.1.2 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)物料選擇廣州本地菜心，清晨采摘，購(gòu)于廣州市長(zhǎng)湴市場(chǎng)。去除傷菜、病菜、折菜，選取根部直徑在6～10 mm 左右的菜心，放入冷庫(kù)（8～10 ℃）預(yù)冷3 h，將菜心預(yù)冷至8～10 ℃，擦干后備用。

3.1.3 試驗(yàn)方法 將菜心隨機(jī)放入9 個(gè)塑料筐（長(zhǎng)×寬×高為430 mm×300 mm×130 mm），每筐菜重1 000（±50）g。循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜內(nèi)分層放入3 筐，敞開(kāi)式陳列柜在第2、3、4層中間，分別放置1 筐，室內(nèi)分層陳列3 筐。通過(guò)空調(diào)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度為25（±2）℃。試驗(yàn)共進(jìn)行27 h，指標(biāo)檢測(cè)周期3 h。

3.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

3.2.1 質(zhì)量損失率 采用電子稱（量程0～8 200 g，精度0.1 g，北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司）稱量菜心的質(zhì)量。

質(zhì)量損失率（%）［32］=(儲(chǔ)藏前菜心質(zhì)量-儲(chǔ)藏后菜心質(zhì)量)/儲(chǔ)藏前菜心質(zhì)量×100

3.2.2 好菜率 稱重后隨機(jī)選取20 根菜心根據(jù)莖部切口腐爛程度進(jìn)行分級(jí)評(píng)定，重復(fù)3 次。莖部切口腐爛指刀口中央處失水引起凹陷、顏色較深，嚴(yán)重的有腐爛。莖部切口腐爛分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：1 級(jí)＜5%，2 級(jí)5%～10%，3 級(jí)10%～15%，4 級(jí)＞15%［33］。腐爛程度1～2 級(jí)評(píng)為好菜。

好菜率（%）=好菜質(zhì)量/總質(zhì)量×100

3.2.3 葉綠素SPAD 值 葉綠素相對(duì)含量通過(guò)葉綠素儀（柯尼卡美能達(dá)公司，SPAD-502 型）測(cè)定的SPAD 值表示。隨機(jī)選取5 株菜心，每株菜心選2 個(gè)葉片進(jìn)行SPAD 值測(cè)量，每個(gè)葉片測(cè)量2 次以上。測(cè)量數(shù)據(jù)取平均值作為該組試驗(yàn)菜心的葉綠素SPAD 值。

3.2.4 感官評(píng)定 主要對(duì)菜心的色澤、形態(tài)和氣味3 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，每項(xiàng)指標(biāo)以0～4 分評(píng)分，4 分最好，0 分最差，3 項(xiàng)指標(biāo)平均分作為感官評(píng)定值（表2）［32,34］。

表2 菜心感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standard of sensory evaluation for flowering cabbage

每組試驗(yàn)重復(fù)3 次，采用SPSS 21.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用Duncan法進(jìn)行處理間的差異顯著性分析。

3.3 結(jié)果與分析

3.3.1 菜心質(zhì)量損失率的變化 3 種展銷(xiāo)方式的菜心質(zhì)量損失率變化如表3 所示。隨展銷(xiāo)時(shí)間延長(zhǎng)，常溫及敞開(kāi)式陳列柜2 種方式展銷(xiāo)菜心質(zhì)量損失率變化速率先快后減緩，常溫變化速率大于敞開(kāi)式陳列柜。循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜，變化速率最小，近似線性，展銷(xiāo)3 h 后與另外兩種展銷(xiāo)方式差異顯著；展銷(xiāo)27 h 后質(zhì)量損失率為9.3%，低于敞開(kāi)式陳列柜展銷(xiāo)9 h 質(zhì)量損失率。展銷(xiāo)27 h 后3 種陳列方式的質(zhì)量損失率分別為34.8%、20.6%、9.3%，常溫展銷(xiāo)和敞開(kāi)式陳列柜菜心的質(zhì)量損失分別是循環(huán)風(fēng)幕式展示柜展銷(xiāo)的4.1 倍和2.2 倍，說(shuō)明循環(huán)風(fēng)幕式展示柜結(jié)構(gòu)減少了菜心失水。

表3 菜心質(zhì)量損失率（%）的變化Table 3 Change of mass loss rate (%) of flowering cabbage

3.3.2 菜心好菜率的變化 3 種展銷(xiāo)方式菜心好菜率的變化如圖6 所示。從圖6 可以看出，隨著展銷(xiāo)時(shí)間的延長(zhǎng)，3 種方式下的菜心好菜率均呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，但循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體展示柜好菜率變化速率最小，展銷(xiāo)27 h 好菜率仍有35.8%；展銷(xiāo)6 h 后，循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜與另外2 種陳列方式差異性顯著；循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體展示柜展銷(xiāo)9 h 好菜率92.0%，而敞開(kāi)式陳列柜和常溫陳列9 h 后好菜率分別為44.9%、10.6%；展示柜展銷(xiāo)27 h 菜心好菜率品質(zhì)和陳列柜展銷(xiāo)9 h 相當(dāng)，與常溫展銷(xiāo)6 h 相當(dāng)。常溫展銷(xiāo)變化最快，展銷(xiāo)18 h 后好菜率為0；敞開(kāi)式陳列柜次之，展銷(xiāo)27 h 好菜率為2%。試驗(yàn)3 h 循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜與另外兩種展銷(xiāo)方式差異顯著，說(shuō)明循環(huán)風(fēng)幕式展示柜可以有效延長(zhǎng)菜心貨架期，提高蔬菜好菜率。

圖6 不同展銷(xiāo)方式菜心好菜率變化Fig.6 Changes of good vegetable rates of flowering cabbage with different display modes

3.3.3 葉綠素SPAD 值 菜心展銷(xiāo)葉綠素SPAD值變化曲線如圖7 所示。3 種展銷(xiāo)方式葉綠素SPAD 值均呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，其原因可能是由于菜心貨架銷(xiāo)售期間，主要發(fā)生失水，菜葉萎蔫、卷曲和收縮，單位面積葉綠素含量增加，導(dǎo)致SPAD 值上升。3 種展銷(xiāo)方式在展銷(xiāo)0～27 h 期間，其SPAD 值變化區(qū)間范圍在46～54 之間，由于多次開(kāi)關(guān)門(mén)減少了乙烯含量，減輕菜心衰老，因此菜心沒(méi)有發(fā)生黃化。

圖7 不同展銷(xiāo)方式菜心葉綠素SPAD 值變化Fig.7 Changes of chlorophyll SPAD value of flowering cabbage with different display modes

3.3.4 菜心感官評(píng)定 菜心展銷(xiāo)27 h 后，感官評(píng)定分?jǐn)?shù)變化如圖8 所示。菜心貨架期品質(zhì)越好，其感官評(píng)定分?jǐn)?shù)越高。3 種展銷(xiāo)方式的感官評(píng)定平均分值整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，但下降速率不一，其中常溫陳列組下降最快，敞開(kāi)式陳列柜組次之，循環(huán)風(fēng)幕式展示柜最慢。3 種展銷(xiāo)方式在展銷(xiāo)6 h后差異顯著，其中敞開(kāi)式陳列柜及常溫陳列方式展銷(xiāo)3 h 后就發(fā)生萎蔫，而循環(huán)風(fēng)幕式菜心展示柜展銷(xiāo)9 h 后才發(fā)生萎蔫；常溫展銷(xiāo)菜心品質(zhì)劣變最快，展銷(xiāo)24 h 后常溫陳列感官評(píng)定分值為0，循環(huán)風(fēng)幕式菜心展示柜品質(zhì)變化最慢，展銷(xiāo)27 h常溫陳列感官評(píng)定分值為2.17。

圖8 不同展銷(xiāo)方式菜心感官評(píng)定值的變化Fig.8 Changes of sensory evaluation values of flowering cabbage with different display modes

從圖9 可以看出，菜心展銷(xiāo)27 h 后，常溫及陳列柜菜心失水嚴(yán)重，葉面萎蔫卷曲，失去光澤，莖部切口失水、凹陷嚴(yán)重，大量中空發(fā)白。循環(huán)風(fēng)幕式展示柜中菜心失水較少，顏色鮮綠富有光澤，莖部切口部分凹陷、中空發(fā)白。因此，展銷(xiāo)方式對(duì)菜心貨架期品質(zhì)影響較大，循環(huán)風(fēng)幕式展銷(xiāo)柜可以顯著提高菜心貨架期品質(zhì)。

圖9 不同展銷(xiāo)方式菜心對(duì)比（27 h）Fig.9 Comparison of flowering cabbage with different display modes (27 h)

4 討論

半導(dǎo)體制冷憑借其靜音、無(wú)制冷劑、無(wú)壓縮機(jī)、可控性好等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于家電領(lǐng)域［22］，是繼壓縮機(jī)制冷后的一大突破。本研究設(shè)計(jì)的循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜的空白，并建立了菜心在銷(xiāo)售過(guò)程中的傳熱模型。通過(guò)對(duì)比常溫陳列、敞開(kāi)式陳列柜和循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜3 種不同展銷(xiāo)方式對(duì)菜心品質(zhì)的影響，表明循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜對(duì)菜心質(zhì)量損失率、好菜率和菜心感官評(píng)價(jià)等指標(biāo)均有較好的提升效果，因?yàn)榈蜏刭A藏可以有效抑制菜心的呼吸強(qiáng)度，降低其新陳代謝，保持菜心的水分和硬度，但對(duì)于葉綠素含量的維持效果一般。李露露［35］研究了不同溫度對(duì)菜心失重率的影響，結(jié)果表明從貯藏1 d 開(kāi)始，不同貯藏溫度的菜心出現(xiàn)不同程度的失重現(xiàn)象，且隨著貨架期的延長(zhǎng)差異不斷增大，其中10、15、20、25 ℃貯藏溫度處理菜心貯藏1 d失重率分別為0.06%、0.16%、0.4%和0.6%，而本研究中展銷(xiāo)情況下的質(zhì)量損失率均高于李露露［35］的試驗(yàn)結(jié)果，可能是由于菜心的品種不同所致。菜心葉綠素的試驗(yàn)結(jié)果與徐桂燕等［1］的研究結(jié)果相似。徐桂燕等研究了不同溫度對(duì)菜心葉綠素含量的影響，結(jié)果表明，貯藏1 d 不同溫度處理間無(wú)差異，貯藏2～5 d 溫度對(duì)葉綠素的影響才有所顯現(xiàn)，即隨著溫度升高，葉綠素含量逐漸下降。

對(duì)比3 種不同展銷(xiāo)方式對(duì)菜心外觀的影響，可以看出用敞開(kāi)式陳列柜展銷(xiāo)時(shí)的表層菜心萎焉較嚴(yán)重，這一方面可能是由于陳列柜頻繁的溫度波動(dòng)，另一方面則可能是由于風(fēng)速較大，菜心表面的蒸騰作用更強(qiáng)，導(dǎo)致表層菜心的失水較嚴(yán)重，但整體失水率仍低于常溫展銷(xiāo)，具體原因還有待進(jìn)一步探明。本研究從宏觀上研究了不同展銷(xiāo)方式對(duì)菜心品質(zhì)的影響，但未從微觀上挖掘?qū)Σ诵钠焚|(zhì)影響最大的因素，未總結(jié)出適宜菜心不同展銷(xiāo)方式的適宜溫度和風(fēng)速，這將是課題組下一步的的工作計(jì)劃?；诖耍n題組還將進(jìn)一步優(yōu)化循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜的結(jié)構(gòu)參數(shù)以獲得更均勻的溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)和風(fēng)速場(chǎng)，以保證展銷(xiāo)期間柜內(nèi)各個(gè)位置菜心品質(zhì)的一致性，并降低制造和使用成本。循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜具有體積小、靈活性好等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)還將應(yīng)用于各類(lèi)農(nóng)產(chǎn)品保鮮展銷(xiāo)的應(yīng)用場(chǎng)景，如葡萄、荔枝、鮮肉等，提高農(nóng)產(chǎn)品的保鮮效果，滿足人們對(duì)更高質(zhì)量食品品質(zhì)的需求。

5 結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)了循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜，并建立了菜心在銷(xiāo)售過(guò)程中的傳熱模型。通過(guò)對(duì)比常溫陳列、敞開(kāi)式陳列柜和循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜3 種不同展銷(xiāo)方式對(duì)菜心品質(zhì)的影響，驗(yàn)證展示柜的保鮮效果，結(jié)果表明：（1）菜心采用常溫、敞開(kāi)式陳列柜及循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜3 種展銷(xiāo)方式，質(zhì)量損失率分別為37.8%、20.6%、9.3%，菜心質(zhì)量損失率最高可降低28.5 個(gè)百分點(diǎn)。（2）循環(huán)風(fēng)幕式展示柜可以減緩菜心貨架期品質(zhì)變化速率，循環(huán)風(fēng)幕式半導(dǎo)體制冷展示柜展銷(xiāo)27 h 后好菜率仍有35.8%，外觀較好，而其余兩種方式幾乎為0，葉面萎蔫卷曲。（3）菜心展銷(xiāo)過(guò)程中，葉綠素SPAD 值呈上升趨勢(shì)，但沒(méi)有發(fā)生黃化現(xiàn)象。

本研究對(duì)菜心展銷(xiāo)裝備設(shè)計(jì)及優(yōu)化、半導(dǎo)體制冷片選型和材料參數(shù)選擇具有一定的參考意義，保證菜心展銷(xiāo)期間的食品品質(zhì)。