淺談果蔬的幾種預冷方式

王子安 唐丹萍 蔣培雷 宋延勇

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

“預冷”一詞最早是在1904 年，由Powell[1]及其團隊首次提出。預冷的定義是采用專門設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）是指田間果蔬經過各個必要的處理環節，最終到達客戶手中的過程。當下，發達國家已將預冷作為果蔬冷鏈必要的第一環節，而我國預冷相關的裝備和技術尚不完善，但由于預冷環節對于農業的重要經濟效益日益顯現，受到人們廣泛關注[3]。

圖1 農產品冷鏈框架

如圖1 所示，田間果蔬采摘后需要先放入預冷庫進行預冷，完成預冷后再將果蔬放入貯藏冷庫進行冷藏。常見的預冷技術有：真空預冷、水預冷、空氣預冷。

1 真空預冷

真空預冷設備（如圖2 所示）主要由真空系統、機械制冷系統、排水系統、控制系統四個部分組成。其主要的工作原理：將果蔬放入真空冷卻室，開啟真空泵使預冷室內壓力降低至一定值，此時果蔬表面及內部的水分沸點被降低而直接汽化，水分汽化吸收了環境及果蔬的熱量，從而實現果蔬的快速冷卻。同時，將制冷系統產生的冷量通過載冷劑送至真空冷卻室內的低溫捕水器，使室內水蒸汽凝結成水流入底部積水盤，最后將積水盤內水排放掉，并通過真空泵將除水后的空氣排出[4]。

圖2 果蔬真空預冷原理圖和設備實物圖

2 水預冷

水預冷一般分為兩種方式：加冰預冷和冷水預冷。

2.1 加冰預冷

加冰預冷（如圖3 所示）設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 加冰預冷

2.2 冷水預冷

冷水預冷一般按接觸方式不同分為兩種方式：浸沒式和噴淋式。

浸沒式冷水預冷[6]（如圖4(a)所示）設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，如此循環操作。

噴淋式冷水預冷[7]（如圖4(b)所示）設備有噴霧式、灑水式等結構形式，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，預冷完成后由傳送帶將果蔬自動輸送出冷卻室，如此連續運行。

圖4 冷水預冷方式

3 空氣預冷

空氣預冷是采用獨立的制冷設備制取冷空氣，再以送冷風的形式帶走果蔬熱量的預冷方式。通常空氣預冷根據不同送風形式可分為以下三種預冷方式。

3.1 強制通風預冷[8]

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

圖5 強制通風預冷實物圖

3.2 壓差預冷[9]

壓差預冷（如圖6 所示）也需要一套獨立的制冷冷庫，但其在冷庫預冷的基礎上進行了一些優化改造，其主要的工作原理：在冷庫的基礎上，將裝有果蔬的貨筐有規律地碼放在冷風機兩側，貨筐中間設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，在壓差風機的作用下，兩排貨筐內側形成低壓、外側變成高壓，由此實現冷空氣自發地由貨筐外側向貨筐內側的流動，冷空氣穿過裝有果蔬的貨筐時，帶走果蔬的熱量。

圖6 壓差預冷實物圖

3.3 濕冷預冷[10]

濕冷預冷需要的設備與強制通風預冷和壓差預冷兩類空氣預冷相似，但在其基礎上進行了一些結構簡化和功能優化。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，再將載冷介質通入其系統的關鍵設備中—“熱濕交換器”，進行空氣與載冷介質的熱濕交換，使空氣快速降溫并增濕，獲得的低溫高濕空氣再經庫內風機不斷循環，快速冷卻果蔬的同時抑制其水分損失，達到高效預冷的效果。

4 幾種預冷方式的優缺點

4.1 真空預冷

真空預冷的優點主要有：快速降壓，使得預冷速度快；真空室內處處壓力一致，使得預冷均勻；過程避免果蔬交叉接觸，且真空室內可以加設殺菌抑菌功能，保證預冷潔凈衛生；達到預冷溫度時間最短，保鮮效果較好。真空預冷的缺點是：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快速降溫，使得果蔬的干耗嚴重；裝置系統復雜，控制系統繁瑣；裝置投資和運行費用極高，大大增加了果蔬的成本，導致其不利于推廣[11]。

4.2 水預冷

4.2.1 加冰預冷

加冰預冷的優點主要有：設備簡單，操作簡便；用凈水制取的一次性碎冰，保證預冷潔凈衛生。加冰預冷也有缺點：碎冰與果蔬接觸不均勻，導致降溫不均，可能造成果蔬局部凍害現象；碎冰的一次性使用，造成大量凈水浪費；預冷時間慢，預冷效果不佳。

4.2.2 冷水預冷

（1）浸沒式冷水預冷

浸沒式冷水預冷的優點主要有：設備簡單，操作簡便；預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。浸沒式冷水預冷的缺點是：適用范圍有限，部分果蔬沾水后更容易發生腐爛；冷卻水的多次利用易滋長病菌，造成污染；冷水量需求大，不節能也不節水。

（2）噴淋式冷水預冷

噴淋式冷水預冷的優點主要有：流水線程序，操作簡便；同樣在預冷過程中對果蔬有一定的清洗功能，且較浸沒式冷水預冷方式節水。噴淋式冷水預冷的缺點是：適用范圍亦有限，部分果蔬不宜淋水；淋水不均會產生果蔬“熱斑點”現象；分批預冷，單次預冷果蔬量少，整體預冷完成時間較長；為保證噴淋裝置正常工作，噴淋冷水一次性使用，亦不節能也不節水。

4.3 空氣預冷

4.3.1 強制通風預冷

強制通風預冷的優點主要有：設備簡單，操作簡便；適用于各類果蔬，預冷范圍廣。強制通風預冷的缺點是：冷庫占地面積大，造價高；冷風循環不均勻，導致果蔬預冷不均勻；冷庫制冷系統工作間歇性（需額外化霜過程），導致果蔬預冷時間長和能耗嚴重；庫內冷風機具有空氣除濕效果，造成果蔬干耗嚴重。

4.3.2 壓差預冷

壓差預冷的主要優點有：空氣流動穩定，預冷較均勻；庫內冷量利用效率高，較強制通風節能；庫型小，占地面積較小。壓差預冷的缺點是：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，需控制單次預冷貨物量；庫內建設較為復雜，增加成本；冷空氣循環快，造成果蔬干耗嚴重。

4.3.3 濕冷預冷

濕冷預冷的主要優點有：設備簡單，成本較低；載冷介質不直接接觸果蔬，且可循環利用，環保安全；合理地蓄積冷量，節約電費；尤其適用含水量大、水分易損失的果蔬，適用范圍廣；維持低溫高濕環境，冷卻更快、保鮮更佳。濕冷預冷的缺點是：需要額外的蓄冷設備；濕冷預冷應用技術尚不成熟。具體如表1 所示。

表1 幾種預冷方式優缺點簡表

5 結論與展望

綜上所述，比較以上預冷方式可以得出：真空預冷雖然可以實現果蔬快速冷卻，但其造成的果蔬干耗和高昂的設備費用限制了其發展和推廣；雖然加冰、冷水預冷技術成熟、操作簡便，但適用領域受預冷對象本身限定，且造成的巨大水資源浪費不能滿足當下資源節約發展趨勢；強制通風、壓差預冷雖然較以上預冷方式在適用范圍、冷卻速度、資源節約等方面有所優化提升，但是在風冷模塊結霜和果蔬干耗方面仍存在解決難度；濕冷預冷除了兼具空氣預冷投資成本低、適用范圍廣、冷卻速度快、節能環保等優勢之外，還同時實現了保濕保鮮效果，且隨著近年來蓄冷技術的成熟和各類載冷介質的研究，推動了濕冷預冷方式發展成為未來果蔬預冷的主流方向之一。