半導體冷藏箱和丙烷冷藏箱在果蔬配送中的冷藏效果

王信康， 尚夔櫟， 劉升

(1. 上海海事大學商船學院，上海 201306；2. 上海海洋大學食品學院，上海 201306；3. 農業農村部蔬菜采后加工重點實驗室/北京市果蔬貯藏與加工重點實驗室/北京市農林科學院國家蔬菜工程技術研究中心，北京100097)

我國果蔬產量居世界第一，但由于果蔬高溫易腐，缺乏冷鏈每年造成高額經濟損失[1]。 目前果蔬大多還是采用泡沫箱+冰瓶、泡沫箱+蓄冷劑的方法進行配送[2]，“最后一公里”冷鏈斷鏈、控溫不精準等問題亟待解決[3]，部分采用R404A 等制冷系統冷藏配送箱進行配送，雖能精準控溫但不綠色環保。 我國《“十四五”冷鏈物流發展規劃》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，需加快推進數字化、綠色化冷鏈物流裝備研發，加強可再生能源、環保制冷劑應用，聚焦產地“最先一公里”和城市“最后一公里”，補齊兩端冷鏈物流設施短板[4]。

張秋玉等研究了蓄冷保溫箱冷鏈配送效果，發現果蔬配送效果較好但保溫箱縫隙存在漏熱問題[5]，而半導體冷藏箱配送比蓄冷箱營養品質保持更好。

普通制冷包含R22、R404A、半導體、丙烷等制冷方式，半導體制冷具有體積小、質量輕、綠色環保等優點，可實現快速制冷和精確控溫[6]。 丙烷作為天然綠色制冷劑，對環境污染幾乎為零，且相同工況下較R134a、R404A 等HFCs 制冷劑單位質量制冷量高[7-8]。 作者選用半導體和丙烷冷藏配送箱，符合國家雙碳政策和綠色冷鏈的目標，也是國際冷鏈物流的發展趨勢。 半導體冷藏配送箱容積小適用于宅配，丙烷雙溫區冷藏物流箱容積較大適用于搭配電動三輪車進行城市“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 ℃果蔬壓差預冷后丙烷雙溫區冷藏物流箱和半導體冷藏配送箱冷藏配送的果蔬營養品質變化及碳排放。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

結球生菜、黃瓜、葡萄、芒果：購于北京市農貿市場；鉬酸銨、草酸、濃硫酸、偏磷酸-乙酸、丙酮、乙醇、考馬斯亮藍G-250：北京瀾盛達生物技術有限公司產品。

1.2 儀器與設備

半導體冷藏配送箱、 丙烷雙溫區冷藏物流箱：北京市農林科學院研制；CYYL-36 型壓差預冷裝備： 日本樽崎產業株式會社產品；WZYWM-1 溫度自記儀： 北京天建華儀科技發展有限公司產品；YDHI91610C 型多點測溫儀： 北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司產品；UWA-K-015 型電子天平：北京華瑞京科商貿中心產品；D-37520 臺式高速冷凍離心機：德國Thermo Fisher 公司產品；HWSY11-K 恒溫水浴鍋：北京市長風儀器儀表公司產品；UV-1800 紫外可見光分光光度計：日本島津公司產品。

1.3 實驗方法

半導體制冷芯片的工作原理如下：當一塊N 型半導體和一塊P 型半導體連結成電偶對時，在這個電路中接通直流電流后，會產生能量轉移，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。 半導體冷藏箱配送箱采用2 個TEC1-12703 型號的半導體制冷芯片制冷，位置如圖1 所示。

圖1 半導體制冷片位置Fig. 1 Position of semiconductor refrigeration chips

將結球生菜、 葡萄、 黃瓜、 芒果分別從初溫18.9、19.9、19.1、19.3 ℃壓差預冷至3、3、13、13 ℃。丙烷雙溫區冷藏物流箱組將冷敏性果蔬黃瓜、芒果置入7 ℃溫區，非冷敏性果蔬結球生菜、葡萄置入3℃溫區；半導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球生菜、葡萄分別置入2 臺裝備中，設置7 ℃和3 ℃；常溫組不預冷放置于25 ℃庫模擬配送，均配送24 h，每8 h 取樣做感官評價并測定維生素C（VC）、葉綠素、可溶性固形物（TSS）和可溶性蛋白質含量，配送過程測定果蔬中心溫度。

1.3.1 感官評價方法感官評價標準參考Cantwell的評價方法[9]，感官評分為1~ 9 分。

1.3.2 失重率測定失重率用稱量法測定，重復3 次。

1.3.3 維生素C 質量分數測定采用鉬藍比色法測定[10]。

1.3.4 葉綠素質量分數測定采用丙酮-乙醇法測定[11]。

1.3.5 可溶性固形物質量分數測定取少量樣品研磨后經紗布過濾取汁采用手持折光儀測定。

1.3.6 可溶性蛋白質質量分數測定采用考馬斯亮藍法測定[12]。

1.3.7 碳足跡計算根據1 kW·h 的碳排放[13]計算。

1.3.8 數據分析采用Excel 2019 對數據進行處理，Origin 2018 作圖。

2 結果與分析

2.1 果蔬配送溫度變化

常溫組果蔬溫度在24.6~25.6 ℃范圍內波動。

由圖2 和圖3 可得，外界環境溫度對箱內果蔬溫度影響很小。 丙烷雙溫區冷藏物流箱果蔬溫度在2.7~3.3 ℃、7.1~7.9 ℃范圍波動，半導體冷藏配送箱果蔬溫度在2.9~3.1 ℃、7.5~8.0 ℃范圍波動，因為丙烷雙溫區冷藏物流箱容積大，且丙烷物流箱采用間歇制冷， 即箱內溫度達到設定溫度值時停止制冷，高于設定值時又開始制冷，更節能。

圖2 半導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 果蔬感官評價

由圖4 可得丙烷冷藏配送、半導體冷藏配送24 h，果蔬感官評價均高于8.2，而常溫配送果蔬感官評價最高才為8.0。 丙烷冷藏、半導體冷藏、常溫配送24 h， 結球生菜、 黃瓜感官評分分別為8.3、8.2、7.6，8.5、8.3、7.1。 24 h 短時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。

圖4 不同配送方式果蔬感官評價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，超過5%果蔬失鮮嚴重[14]。 由圖5 可知經丙烷冷藏配送、半導體冷藏配送、常溫配送24 h，結球生菜、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，常溫配送結球生菜、黃瓜失重率已接近商品性界限。 丙烷和半導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體冷藏配送稍高，因為丙烷冷藏物流箱內設有冷風進口，冷風加劇了果蔬的失水，配送時結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 質量分數變化

VC 具有抗氧化作用，是重要的營養指標。 由圖6 知，隨著配送時間增加，果蔬VC 質量分數呈下降趨勢。 丙烷冷藏配送、半導體冷藏配送、常溫配送24 h，結球生菜、黃瓜、葡萄、芒果VC 質量分數分別為 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質量分數高于常溫配送， 丙烷和半導體冷藏配送VC 質量分數差異不顯著。 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 質量分數變化Fig. 6 Changes of VC content of fruits and vegetables in different distribution methods

2.5 果蔬可溶性蛋白質質量分數變化

可溶性蛋白質是判定植物組織衰老程度的重要指標，由圖7 可知，隨著配送時間的增加，果蔬可溶性蛋白質質量分數呈下降趨勢。 丙烷冷藏配送、半導體冷藏配送、常溫配送24 h，結球生菜、黃瓜、葡萄、 芒果可溶性蛋白質質量分數分別為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，果蔬可溶性蛋白質質量分數明顯高于常溫配送，而丙烷和半導體冷藏配送中可溶性蛋白質質量分數差異不明顯。

圖7 果蔬不同配送方式可溶性蛋白質質量分數變化Fig. 7 Changes of soluble protein content of fruits and vegetables in different distribution methods

2.6 果蔬TSS 質量分數變化

可溶性固形物包含可溶性糖類、氨基酸、礦物質等，是評價果蔬品質的重要指標，由圖8 可知，隨配送時間增加，果蔬TSS 質量分數呈下降趨勢。 丙烷冷藏配送、半導體冷藏配送、常溫配送24 h，結球生菜、黃瓜、葡萄、芒果TSS 質量分數分別為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 質量分數明顯高于常溫配送，丙烷和半導體冷藏配送果蔬TSS 質量分數差異不明顯。 冷鏈流通能抑制果蔬可溶性固形物的流失，保持果蔬品質。

圖8 果蔬不同配送方式TSS 質量分數變化Fig. 8 Changes of TSS content of fruits and vegetables in different distribution methods

2.7 果蔬葉綠素質量分數變化

葉綠素是衡量綠色果蔬品質的最重要指標之一。由圖9 可知，隨配送時間增加，果蔬葉綠素質量分數呈下降趨勢。 丙烷冷藏配送、半導體冷藏配送、常溫配送24 h，結球生菜、黃瓜葉綠素質量分數分別為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量分數高于常溫配送，丙烷和半導體冷藏配送葉綠素質量分數差異不明顯。 冷鏈流通能抑制結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量分數變化Fig. 9 Changes of chlorophyll content of vegetables in different distribution methods

2.8 碳足跡計算

丙烷雙溫區冷藏物流箱載重36 kg 配送24 h用電量3 kW·h， 兩臺半導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。 丙烷雙溫區冷藏物流箱和半導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，但果蔬品質降低，營養流失，商品價值降低。 丙烷雙溫區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 語

半導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環境無破壞，同時解決了果蔬控溫不精準和冷鏈“斷鏈”問題。 用半導體和丙烷冷藏配送比常溫配送的果蔬感官品質更好，營養物質保持更高，具有很高的商品價值。 因此，半導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。 采用丙烷雙溫區冷藏物流箱冷藏配送果蔬感官評價最高，營養損失最少，配送時結合包裝配送效果更佳；同時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，實現了冷藏配送綠色低碳“雙碳”的目標。