利用自然冷源的蔬菜貯藏裝置設(shè)計(jì)與適用區(qū)域

王喆，臧潤清，張秋玉，王歡

（1.天津市中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，天津 300193；2.天津商業(yè)大學(xué)天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134）

利用自然冷源的蔬菜貯藏裝置設(shè)計(jì)與適用區(qū)域

王喆1，臧潤清2，張秋玉2，王歡2

（1.天津市中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，天津 300193；2.天津商業(yè)大學(xué)天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134）

在我國的華北、東北和西北地區(qū)春冬季氣溫較低且持續(xù)時(shí)間長，有著很大的自然冷源蘊(yùn)藏量，可以用于蔬菜的貯藏。本文介紹了利用自然冷源貯藏蔬菜的裝置及其適用區(qū)域，主要包括適用于家庭的小型蔬菜貯藏裝置和與冷庫結(jié)合使用的大型蔬菜貯藏裝置。分析表明：小型蔬菜貯藏裝置通風(fēng)效果好，利用室外冷源或室內(nèi)熱源，節(jié)約能源，提高蔬菜貯藏品質(zhì)；大型蔬菜貯藏裝置與冷庫結(jié)合使用，在我國東北、西北地區(qū)氣溫較低、冬季較長的區(qū)域，可利用室外空氣循環(huán)降溫的時(shí)段較長，節(jié)能與環(huán)保效果顯著。

自然冷源；蔬菜貯藏；裝置設(shè)計(jì)；適用區(qū)域；優(yōu)點(diǎn)

自然降溫貯藏是一種既簡易又傳統(tǒng)的食品貯藏方法，常用的方法有堆藏、溝藏、凍藏和通風(fēng)窖藏，貯藏原理都是利用外界的自然低溫調(diào)節(jié)貯藏環(huán)境的溫濕度。雖然這些方法經(jīng)常受地區(qū)或季節(jié)限制，且很多時(shí)候不能將貯藏溫度控制到一個理想水平。但因儲藏設(shè)施結(jié)構(gòu)簡單，所需建筑材料少，費(fèi)用低廉，對于緩解蔬菜供需矛盾起到了一定作用，所以這些簡易貯藏方式在我國的許多水果和蔬菜產(chǎn)區(qū)都有非常普遍的應(yīng)用，占我國水果和蔬菜的總貯藏量的比重較大。雖然自然降溫貯藏的壽命一般不太長，但對于某些果蔬卻有較經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用價(jià)值，如用溝藏的方法貯藏蘿卜，用微凍貯藏的方法貯藏菠菜，用假植貯藏的方式貯藏芹菜、萵筍、菜花等，大白菜、蘋果、梨等可以使用窖藏，白菜、洋蔥可以利用堆藏或者垛藏的方法。這些自然貯藏方法大多在北方的冬季和早春使用，因此時(shí)氣溫偏低，貯藏產(chǎn)品的溫度大多在0℃左右。我國其它有特殊地理環(huán)境的地區(qū)，冬季和早春能夠形成較低氣溫的可以使用自然降溫貯藏的方法貯藏果蔬，例如柑橘使用地窖貯藏也可以起到良好的效果。

自然冷源是指寒冷的空氣、水、永久凍土等自然資源。我國處在歐亞大陸的最南部，冬季氣溫較低，是同緯度氣溫年相差最大的國家。因?yàn)樗l(fā)生相變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是0℃，氣溫低于0℃的時(shí)間和范圍可以作為評價(jià)能否利用自然冷源的一項(xiàng)指標(biāo)。我國的領(lǐng)土中氣溫在0～10℃的地域范圍很大且延續(xù)時(shí)間長，自然冷源蘊(yùn)藏量很大。由此可知，我國具備利用自然冷源的基本條件，而且，近年來隨著世界范圍能源短缺問題的加劇，自然冷源將得到更為廣泛的利用。

1 蔬菜需要的貯藏條件

在影響果蔬貯藏的眾多因素中，溫度是影響果蔬保鮮的一個重要因素。大量研究結(jié)果表明，在低溫環(huán)境下貯藏果蔬是保持果蔬品質(zhì)的最有效辦法之一。新鮮食品在常溫下放置一段時(shí)間，腐敗變質(zhì)的原因主要是食品中的酶與微生物作用。因此，控制酶的活性，從而抑制微生物的活動能力，就能較好地保持食品質(zhì)量。低溫能降低食品中酶的活性，所以可以很好地保持食品的色、香、味及營養(yǎng)價(jià)值。

我國北方冬季的主流蔬菜卷心菜、胡蘿卜、芹菜、韭菜、蘑菇、洋蔥、菠菜、蘿卜、大白菜等，最佳的貯藏溫度是0℃，相對濕度在95%～100%，貯藏期也比較理想。需要貯藏溫度較高的蔬菜有黃瓜7.2～10℃、濕度95%，茄子7.2～12.2℃、濕度90%～95%，番茄7.2～10℃、濕度90%～95%。蔬菜貯藏過程中，溫度不能低于冰點(diǎn)，溫度低于冰點(diǎn)時(shí)，發(fā)生凍害。組織結(jié)冰，細(xì)胞脫水收縮，細(xì)胞膜受損，通常表現(xiàn)為果皮變褐或皺縮，出現(xiàn)不規(guī)則水浸狀斑塊。不同蔬菜對凍害敏感性不同，例如菠菜的敏感性就低于其它蔬菜。對于某些植物來說，溫度不能降到冰點(diǎn)附近，以免產(chǎn)生冷害。發(fā)生冷害后，果蔬的細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，電解質(zhì)向外滲透，氨基酸、無機(jī)鹽以及糖會從細(xì)胞中流出。癥狀為表面呈現(xiàn)水浸斑、凹陷斑或燙傷狀，褐變甚至內(nèi)部組織變壞，有異味，表面潰爛。冷害造成果蔬生理代謝失調(diào)，還伴隨明顯的外觀品質(zhì)劣變，冷害的發(fā)生不易察覺，常常會造成嚴(yán)重?fù)p失。

2 我國適宜自然冷源貯藏的區(qū)域

在當(dāng)今的環(huán)境問題中，臭氧層破壞和氣候變暖是與制冷行業(yè)的發(fā)展有關(guān)系的兩大問題。由于在制冷中常用的氟利昂類制冷劑不同程度地破壞臭氧層、增強(qiáng)地球溫室效應(yīng)，同時(shí)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行主要依靠電力或化工原料的支持，煤、石油、天然氣轉(zhuǎn)化成電力時(shí)放出CO2，更加增強(qiáng)了溫室效應(yīng)。鑒于制冷系統(tǒng)對環(huán)境的影響，利用自然條件降溫的冷藏裝置可以提高資源利用效率，以較少耗電量實(shí)現(xiàn)果蔬的保鮮，不需要氟利昂等對環(huán)境有害的物質(zhì)，不會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響，符合資源節(jié)約和環(huán)境友好的社會發(fā)展趨勢。我國華北、東北、西北等地年日均氣溫穩(wěn)定，≦5℃的天數(shù)大于或等于90d的區(qū)域，界定為適宜發(fā)展利用自然冷源進(jìn)行貯藏的地區(qū)，詳見圖1。

圖1 我國冬春季氣溫等于或低于5℃的地區(qū)劃分圖

我國的華北地區(qū)，包括北京市、天津市、河北省、山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)（中部）。地理意義上，華北地區(qū)一般指秦嶺——淮河線以北，長城以南的中國廣大區(qū)域；華北與東北地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)相接的區(qū)域。華北地區(qū)的氣候?yàn)椤芭瘻貛О霛駶櫞箨懶詺夂颉?，四季分明，光照充足；冬季寒冷干燥且較長，但氣溫遠(yuǎn)高于東北和西北地區(qū)，一般只要建立良好的保溫體，通過引入室外冷空氣并進(jìn)行一定的加濕，就可以滿足蔬菜的貯藏要求；東北和西北氣溫偏低，在環(huán)境溫度較低的時(shí)候需要對保溫體內(nèi)空氣進(jìn)行加熱與加濕，并結(jié)合室外氣溫的變化引入環(huán)境空氣就可以滿足溫濕度要求。

3 貯藏裝置設(shè)計(jì)探討

3.1 適用于家庭的小型蔬菜貯藏裝置

3.1.1 設(shè)計(jì)背景

小型蔬菜貯藏裝置適用于我國所有冬季需要采暖的區(qū)域。按照我國對采暖地區(qū)室內(nèi)溫度最低為18℃的要求，可知這個溫度遠(yuǎn)高于大部分蔬菜最佳貯藏溫度，這種天然的熱源如果能被加以利用，與外界環(huán)境的冷空氣在一定大小的保溫容器內(nèi)達(dá)到平衡，不但可以方便地貯藏蔬菜，還可以節(jié)省不少能源。蔬菜的存放需要合適的溫度，而在我國北方，冬季貯藏蔬菜類食品是眾多家庭的生活習(xí)慣，也是必須的一個環(huán)節(jié)，尤其在春節(jié)期間更需要大量貯存，否則市場的供給不能滿足需求。電冰箱貯藏的缺點(diǎn)：一是，空間有限，尤其是體積較大的水果蔬菜，電冰箱就沒有足夠的空間了；二是，電冰箱內(nèi)結(jié)冰的析濕作用會加速蔬菜的水分蒸發(fā)，使干耗加快，降低了貯藏質(zhì)量；三是，冰箱內(nèi)沒有通風(fēng)換氣裝置，內(nèi)部的污濁空氣不易排放，果蔬之間相互影響，導(dǎo)致病害的發(fā)生；四是，電冰箱中多種食物混放，導(dǎo)致串味嚴(yán)重，使各種食品獨(dú)有的色香味改變。3.1.2 設(shè)計(jì)方案及優(yōu)勢

本設(shè)計(jì)裝置是利用自然冷熱源作為工作介質(zhì)進(jìn)行換熱的蔬菜貯藏系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 適用于家庭的小型蔬菜貯藏裝置

該冷藏裝置的保溫箱體可以是硬質(zhì)材料，如硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料，內(nèi)外皮可使用工程塑料或金屬材料；柔性保溫材料可使用中空纖維，面料使用PVC涂塑帆布、防雨綢布料（聚丙烯、聚乙烯等）。柔性材料制作的保溫箱體可以折疊或裝入真空袋中縮小體積收納。這種冷藏箱可以置于室外，也可以放在室內(nèi)。放在室外需要引入室內(nèi)熱空氣，放在室內(nèi)需要從室外引入冷空氣。為了避免蔬菜過多的失水，貯藏蔬菜時(shí)需要在蔬菜外面包裝兩層紙。

該冷藏裝置與傳統(tǒng)電冰箱相比，優(yōu)勢明顯。

（1）利用自然冷源，節(jié)約成本，保護(hù)環(huán)境

自然冷熱源對環(huán)境沒有任何危害，且在大自然中廣泛存在，取之不盡，用之不竭。自然恒溫冷藏箱利用自然冷熱源作為貯藏環(huán)境的主要能源，摒棄了大量電能和其他不可再生能源的使用，既節(jié)省了使用成本又保護(hù)了環(huán)境。（2）裝置可以折疊和收縮，存放方便

在使用方面，由于材料和結(jié)構(gòu)簡單，在蔬菜生產(chǎn)旺季不使用時(shí)，可以通過折疊和收縮等方式進(jìn)行收納存放，不僅可以避免箱體老化，而且較少占用空間，為普通家庭用戶增添了更多便捷（僅適用于柔性保溫箱體材料）。

（3）利用家庭室內(nèi)的熱空氣，保證箱內(nèi)濕度

該裝置由于把家庭室內(nèi)的熱空氣供給到箱體內(nèi)，與箱內(nèi)空氣混合溫度降低，相對濕度增加，能夠確保箱內(nèi)空氣具有較高的相對濕度，減少蔬菜干耗，保持蔬菜新鮮。（4）通風(fēng)效果好，避免串味

冷藏箱內(nèi)的生鮮蔬菜由于被箱體包裹，通風(fēng)效果好，再加之一般選擇特性相近的蔬菜一起保存，避免了因冰箱內(nèi)放置多種食品引起的串味和互相影響的問題。

（5）及時(shí)排除有害氣體，確保蔬菜正常呼吸作用

與傳統(tǒng)電冰箱的區(qū)別在于冷藏箱可以保證充足的新鮮空氣供給，及時(shí)排除箱內(nèi)蔬菜代謝產(chǎn)生的乙烯等有害氣體，同時(shí)供給足夠的新鮮空氣，確保蔬菜的正常呼吸。（6）投資小，能耗低

冷藏箱不使用常規(guī)的制冷設(shè)備，僅使用一臺溫度控制器和小風(fēng)扇，投資小能耗低，維護(hù)管理簡便，使用壽命很長。與普通利冷藏箱相比節(jié)省了因電機(jī)等能源消耗，最重要的是避免了制冷劑泄漏等問題帶來的環(huán)境污染。

（7）自動化程度高

冷藏箱使用過程中，只要將溫度控制器設(shè)定到需要溫度，溫度控制器將通過自帶的感溫探頭感知箱內(nèi)空氣溫度，并通過風(fēng)扇等裝置自動調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量，無需人為監(jiān)控。（8）市場前景好

從市場價(jià)值來看，冷藏箱材料普通，結(jié)構(gòu)簡單，且成本低廉，制作十分方便，有很大市場發(fā)展空間和價(jià)格優(yōu)勢。

3.2 與冷庫結(jié)合的大型蔬菜貯藏裝置

3.2.1 裝置設(shè)計(jì)

大型蔬菜貯藏裝置與小型裝置并沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是需要考慮冷庫的常年使用，所以，需要增設(shè)機(jī)械制冷裝置。能夠全年使用且具有自然貯藏功能的大型蔬菜貯藏冷庫原理如圖3所示。室外安裝有溫度傳感器，當(dāng)室外環(huán)境溫度低于0℃（根據(jù)貯藏的蔬菜品種可升高或降低）停止機(jī)械制冷裝置運(yùn)行，關(guān)閉電動風(fēng)閥②，啟動室外空氣循環(huán)降溫模式。當(dāng)庫溫高于溫度上限開啟電動風(fēng)閥①和電動風(fēng)閥③，運(yùn)行送風(fēng)機(jī)，室外冷空氣被均勻送入庫房，與蔬菜換熱升溫后從排風(fēng)道排出。待庫房溫度降至庫溫下限關(guān)閉電動風(fēng)閥①、電動風(fēng)閥③和送風(fēng)機(jī)。當(dāng)室外溫度升高至不足以使得庫房溫度降至下限，則轉(zhuǎn)入機(jī)械制冷模式，關(guān)閉電動風(fēng)閥①、電動風(fēng)閥③和送風(fēng)機(jī)，開啟電動風(fēng)閥②，制冷機(jī)根據(jù)庫溫上、下限啟動和停止運(yùn)行。無論是室外空氣循環(huán)降溫模式還是機(jī)械制冷模式，加濕裝置始終根據(jù)庫內(nèi)空氣濕度要求進(jìn)行加濕。大型蔬菜貯藏裝置，同樣存在蔬菜的失水現(xiàn)象，因此，蔬菜貯藏時(shí)也需要防止水分揮發(fā)的包裝，但這種包裝必須具有一定的透氣性。另外，對于寒冷地區(qū)，當(dāng)庫外環(huán)境溫度過低時(shí)需要啟動加熱模式，防止蔬菜凍結(jié)。

圖3 與冷庫結(jié)合的大型蔬菜貯藏裝置

3.2.2 裝置的適用范圍和優(yōu)點(diǎn)

（1）適用范圍廣

利用自然條件貯藏蔬菜是一種傳統(tǒng)方法，我國的華北地區(qū)（包括北京市、天津市、河北省、山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)中部）、東北和西北地區(qū)都可以應(yīng)用這種方法貯藏蔬菜。東北、西北地區(qū)寒冷，需要在冷藏庫中增設(shè)加熱設(shè)施，避免蔬菜凍結(jié)。

（2）模式切換簡便

利用自然條件貯藏蔬菜裝置控制結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械制冷模式與室外空氣循環(huán)降溫模式的相互切換，可通過采集庫房溫度和室外環(huán)境溫度兩個參數(shù)給予實(shí)現(xiàn)。

（3）加濕裝置具有通用性

大型蔬菜貯藏裝置必須安裝加濕裝置，在室外空氣循環(huán)降溫模式下啟動加濕，以保證冷庫內(nèi)有較高的濕度，減少蔬菜的失水量。在機(jī)械制冷模式下該加濕裝置亦可根據(jù)庫內(nèi)濕度狀況啟動，可以提供更加完善的蔬菜貯藏條件。

（4）通風(fēng)換氣可實(shí)現(xiàn)自動控制

在機(jī)械制冷模式下仍然可以使用室外空氣循環(huán)模式定時(shí)引入室外新鮮空氣，排出庫內(nèi)污濁空氣。該過程可通過時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)自動控制。

[1]張建強(qiáng),吳茜.淺談食品的低溫處理與保藏[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技,2011,22(07)∶45-47.

[2]李里特,王領(lǐng),丹陽,等.我國果品蔬菜貯藏保鮮的現(xiàn)狀和新技術(shù)田[J].無錫∶無錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào),2003,(2)∶106-109.

[3]紀(jì)濱,喬振先.高新技術(shù)在保鮮貯藏領(lǐng)域中的運(yùn)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2003,31(2)∶238-240.

[4]滕斌,王俊.果蔬貯藏保鮮技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].糧油加工與食品機(jī)械,2001,(4)∶5-8.

[5]張憨,范柳萍,王秀偉.國內(nèi)外水果保鮮技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢分析田[J].保鮮與加工,2003,3(1)∶6-9.

[6]張小海,楊學(xué)田,曲金麗.果蔬保鮮技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[[J].石河子科技,2000,(6)∶33-34.

[7]引袁惠新,陸振曦,呂季章.食品加工與保藏技術(shù) [M].北京∶化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[8]馬麗.利用自然冷源保鮮貯藏果蔬的技術(shù) [J].農(nóng)產(chǎn)品加工, 2003∶21.

[9]張名安,蒲傳奮,張巖,等.自然冷源在果蔬貯藏保鮮中的應(yīng)用效果研究[J].食品科技,2010,35(3)∶44-47.

[10]劉澤鑫.我國食品冷藏鏈技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].運(yùn)城學(xué)院學(xué)報(bào),2012,(5)∶37-40.

[11]舒建國,王曉梅,吳玉麒.食品冷藏鏈關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用前景[J].冷飲與速凍食品工業(yè),2004,(3)∶38-41.

[12]沈月新.食品冷凍冷藏新工藝[C].中國食品冷藏鏈新設(shè)備、新技術(shù)論壇論文集,2003,11.

Design and Applicable Region of Vegetable Storage Device Using Natural Cold Source

WANG Zhe1,ZANG Run-qing2,ZHANG Qiu-yu2,WANG Huan2
(1.The First Affiliated Hospital of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300139,China; 2.Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134,China)

A lot of natural cold energy,which was appropriate cold resource for storing vegetables,reserved in the north, northeast and northwest regions of china,because the temperature in spring and winter was lower and lasted longer than other regions.Emphasis was put on two kinds of equipment of storing vegetables by natural conditions in the article,one was small vegetable storage equipment suitable for family and the other was large vegetable storage equipment.Analysis showed that small vegetable storage equipment which used indoor heat to prevent freezing ventilated effectively,saved energy and improved the quality of the storing vegetable.Large vegetable storage equipment combined with cold storage. As a result of the low temperature in northeast and northwest regions,it was necessary to add heating facility to cold storage.The winter was long in these districts,then the period of using outdoor air to cool down was long,the effect of energy saving and environmental protection was still considerable.

Natural cold source;vegetable storage;device design;applicable region;advantages

S609+.3 TU267+.5

A

1008-1038(2017)04-0009-04

2016-12-26

王喆（1982—），男，工程師，主要從事空調(diào)與果蔬保鮮技術(shù)研究