移動式預(yù)冷在果蔬保鮮中的應(yīng)用

移動式預(yù)冷在果蔬保鮮中的應(yīng)用

1冷鏈物流發(fā)展現(xiàn)狀水果是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡谋匦杵?。中國是水果生產(chǎn)的主要國家機(jī)密。2008年，全國蔬菜產(chǎn)量比例5924.3萬噸，水果產(chǎn)量比例11338.9萬噸，排名世界第一。但是,我國果蔬產(chǎn)后損失嚴(yán)重,腐損率高達(dá)20%～30%,每年損失的果蔬價值達(dá)到1000億元以上。果蔬保鮮中冷鏈流通是極其重要的,但目前我國果蔬冷鏈流通率僅為5%,遠(yuǎn)低于歐美發(fā)達(dá)國家果蔬冷鏈流通率95%的水平,同時,由于冷鏈發(fā)展滯后,我國蔬菜、水果出口量僅占總產(chǎn)量的1%～2%,且其中80%是初級產(chǎn)品,在國際市場上缺乏競爭力。為加快發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流,促進(jìn)農(nóng)民持續(xù)增收和保障消費安全,國家發(fā)改委于2011年7月發(fā)布了《農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流發(fā)展規(guī)劃》,規(guī)劃中明確指出,到2015年,我國果蔬冷鏈流通率要提高到20%以上,冷藏運輸率提高到30%左右,流通環(huán)節(jié)產(chǎn)品腐損率降至15%以下,這就要求整個冷鏈的所有環(huán)節(jié)都必須從技術(shù)和設(shè)備上予以保證并有新的發(fā)展。冷鏈系統(tǒng)基本流程為產(chǎn)地采集及產(chǎn)后處理、預(yù)冷→冷加工→產(chǎn)地集貨、冷藏→產(chǎn)地批發(fā)→冷藏運輸→銷地集貨→銷地加工、批發(fā)、配送→零售、消費,對應(yīng)的制冷設(shè)施主要有預(yù)冷設(shè)備、冷庫、冷藏車、超市冷柜及家庭消費冰箱等,其中,預(yù)冷技術(shù)是整個低溫冷藏鏈技術(shù)的前提。預(yù)冷是指采收后的果蔬易腐產(chǎn)品,在運輸儲藏之前,迅速除去產(chǎn)地?zé)?使其溫度降低到規(guī)定溫度的操作過程。研究表明,經(jīng)過預(yù)冷的產(chǎn)品可以迅速去除田間熱,減緩失水率,降低呼吸率,抑制病原菌繁殖,減少乙烯釋放量,降低營養(yǎng)成分的消耗,延長貯藏時間和貨架期,而且可以有效地降低冷藏庫和冷藏車船的冷負(fù)荷,實現(xiàn)冷藏貯運裝置的節(jié)能運行。目前常用的預(yù)冷方法有冰水預(yù)冷、冰預(yù)冷、冷庫空氣預(yù)冷、差壓預(yù)冷、真空預(yù)冷等。雖然預(yù)冷的重要性已為國內(nèi)外學(xué)者廣泛認(rèn)識,且在發(fā)達(dá)國家預(yù)冷已成為采摘后必不可少的第一道工序得到了廣泛的使用,但在我國,預(yù)冷技術(shù)的應(yīng)用還較少,預(yù)冷設(shè)備尤其是移動式預(yù)冷設(shè)備的研究開發(fā)有著廣闊的應(yīng)用前景。2預(yù)冷貯藏時間我國地域遼闊,果蔬生產(chǎn)存在地區(qū)性不平衡,運輸量大、運輸時間長,因此果蔬預(yù)冷對延長保鮮期,減少損失尤為重要。預(yù)冷的關(guān)鍵在于一個“快”字,如果果蔬在采摘之后放置較長時間再進(jìn)行預(yù)冷處理已無意義,因為此時蔬菜品質(zhì)已經(jīng)下降。有研究表明,黃瓜采收后經(jīng)24小時再進(jìn)行預(yù)冷貯藏基本起不到保鮮效果,菠菜在25℃環(huán)境下還原性維生素C含量一天就下降50%～60%,而在1℃環(huán)境下兩天下降不到10%?？梢?要想實現(xiàn)從采收到銷售各環(huán)節(jié)果蔬的保鮮,就必須在產(chǎn)地及時、快速地進(jìn)行預(yù)冷處理,但是,我國目前在產(chǎn)地?fù)碛蓄A(yù)冷設(shè)備的還很少,果蔬的生產(chǎn)方式主要是以單體農(nóng)戶為主,同時伴有少數(shù)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)企業(yè),針對這種狀況,預(yù)冷技術(shù)的推廣應(yīng)用應(yīng)和生產(chǎn)方式相結(jié)合。對單體農(nóng)戶而言,小型的預(yù)冷設(shè)備較為適合,而對于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)而言,生產(chǎn)產(chǎn)量大,質(zhì)量要求高,一次處理量較大的預(yù)冷方式更為適用。由于果蔬生產(chǎn)季節(jié)性強(qiáng),固定的預(yù)冷裝置利用率不高,而將預(yù)冷設(shè)備做成移動式,可以提高設(shè)備的使用效率,減少資源上的浪費,縮短投資回收期。因此,積極研究開發(fā)和推廣可移動的果蔬預(yù)冷設(shè)備對我國果蔬產(chǎn)品的保鮮具有重要的意義。3大型食品預(yù)冷設(shè)備3.1設(shè)置預(yù)冷系統(tǒng)冷水預(yù)冷設(shè)備可分為浸泡式和噴淋式兩種。最簡單的浸泡式預(yù)冷就是將水和冰一起放置在一個大容器中,讓水和冰充分混合,得到溫度接近0℃的冰水混合物,直接將果蔬箱放入冰水中浸泡一段時間,待果蔬溫度降低后取出。浸泡式預(yù)冷也可采用圖1所示的裝置進(jìn)行,在冰水槽中設(shè)有傳送帶,使果蔬在通過傳送帶的過程中被冷卻,傳送帶的速度可根據(jù)果蔬要求達(dá)到的預(yù)冷溫度決定。冰水槽內(nèi)可設(shè)置制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器以對水進(jìn)行冷卻,將產(chǎn)品熱負(fù)荷帶走,也可不設(shè)置蒸發(fā)器,通過加入冰塊保證冰水槽中的溫度。在實際操作中,經(jīng)常在冰水中加入消毒殺菌劑或保鮮劑對果蔬進(jìn)行化學(xué)處理以延長保鮮期。噴淋式預(yù)冷設(shè)備則可分為連續(xù)式與批次式兩種。連續(xù)式噴淋預(yù)冷裝置主要由冷卻隧道、傳送帶、噴淋水系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)組成,在隧道內(nèi)噴淋0～1℃的水,果蔬在隧道內(nèi)的傳送帶上走25～30分鐘,溫度可從30℃降到5℃左右。傳送裝置可以選用不同的速率,以適應(yīng)不同的冷卻需要。在批次式水預(yù)冷裝置中,產(chǎn)品一批批地放入冷卻空間,大量的冷水連續(xù)噴淋到產(chǎn)品表面,然后匯集到底部的水箱,經(jīng)過濾冷卻后循環(huán)使用。許多產(chǎn)品采用水預(yù)冷可以達(dá)到很好的冷卻效果,類似玉米、蘋果、哈密瓜和桃子等體積與表面比率大,并且表面無孔的產(chǎn)品非常適合這種預(yù)冷方法。體積小的產(chǎn)品,如櫻桃,也可以很好地使用水預(yù)冷,但噴淋水的力度不應(yīng)對產(chǎn)品造成物理傷害。產(chǎn)品裝箱的設(shè)計和堆放形式是提高水預(yù)冷系統(tǒng)運作效率的重要因素,會影響到冷卻過程中的熱交換,如果冷水只是流經(jīng)包裝箱外部而無法進(jìn)入包裝箱內(nèi),不僅耗費時間長而且冷卻效果不佳。在設(shè)備制造材料方面,與水接觸的裝置內(nèi)表面最好全部以不銹鋼制成,以安全有效的保證保鮮期的延長。3.2冰液冷卻注冰冰預(yù)冷是較容易實現(xiàn)的產(chǎn)地預(yù)冷方法之一,大多數(shù)果蔬產(chǎn)地都可以在附近方便地購買到冰塊,對于產(chǎn)量不是很大的果蔬,碎冰及加冰預(yù)冷可以由農(nóng)民手動完成,對于處理量大的果蔬,冰預(yù)冷可以由可移動的注冰機(jī)來完成,注冰機(jī)如圖2所示。注冰預(yù)冷時必須要有碎冰設(shè)備,將塊冰或板狀冰研磨成直徑不大于5mm的冰粒,并與水混合成高濃度的冰水混合物,注冰機(jī)將冰水混合物通過軟管導(dǎo)入紙箱或其他容器內(nèi),直接覆蓋在產(chǎn)品表面。采取這種方法可以大大提高冷卻效率。堆積在貨盤上的貨物放置在艙門之間的導(dǎo)軌上,然后將艙門緊閉。使用泵將注冰機(jī)底部存儲箱中的冰水混合物吸至設(shè)備的頂部,通過門上的注冰管道并借助上部液壓夾具,從貨物四周流入包裝的開口,進(jìn)入產(chǎn)品包裝箱內(nèi)。目前在美國加利福尼亞州,超過90%的西蘭花使用這種冷卻方式。冰的熔解熱為355kJ/kg,而預(yù)冷果蔬所需的用冰量主要取決于預(yù)冷果蔬的量和果蔬預(yù)冷前后溫差以及設(shè)備與外部少量熱交換而引起的冷負(fù)荷,因此用冰量可以很容易計算出來。在美國容納一個貨盤的注冰機(jī)的注冰泵設(shè)計流量一般為24m3/h,電機(jī)功率為1.50～2.25kW。冰水混合物存儲箱的容積約為1.2m,攪拌器轉(zhuǎn)速在300r/min左右,注冰倉液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力不大于200kPa。3.3可移動的小型制冷在普通小型保溫庫的基礎(chǔ)上加上機(jī)械制冷裝置也可以組成一移動式冷庫用于果蔬預(yù)冷,圖3是美國農(nóng)業(yè)部一個研究團(tuán)隊開發(fā)的移動式冷卻裝置,它使用了110V,制冷量為3.5kW的窗式空調(diào)器安裝在保溫庫側(cè)面的庫板上,設(shè)備投資為1200美元,對空調(diào)器的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了改裝,以達(dá)到15℃以下的溫度。這種可移動的小型冷庫經(jīng)過發(fā)展現(xiàn)在已開始實用化,用戶只需購買普通的窗式空調(diào)器和一個現(xiàn)成的CoolBot控制器連接上即可方便地進(jìn)行溫度控制,控制溫度最低可達(dá)0℃,空氣的相對濕度也維持在一個較高的水平,自2006年以來CoolBot已售出了幾千套用于此類項目的建設(shè)與改造。類似的小型可移動式機(jī)械制冷冷庫在我國也有應(yīng)用,圖4和圖5所示為山東省果樹研究所和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)開發(fā)的移動式多功能智能化冷藏庫,制冷裝置由制冷機(jī)組、冷風(fēng)機(jī)等組成,制冷機(jī)組固定在庫體的外側(cè),冷風(fēng)機(jī)設(shè)置在庫體內(nèi)側(cè)壁上,制冷機(jī)組通過管道與冷風(fēng)機(jī)連通。電氣自動控制裝置設(shè)置在庫體外側(cè),其傳感器設(shè)置在庫體內(nèi)。使用時,接通電源,由電氣自動控制裝置根據(jù)庫內(nèi)的溫度自動調(diào)控制冷裝置運行,冷風(fēng)機(jī)向庫內(nèi)提供冷量,可通過電氣自動控制裝置實現(xiàn)高、低溫冷藏保鮮,預(yù)冷,速凍及化霜等功能,該裝置用于櫻桃的保鮮實驗研究取得了很好的效果。3.4帶冷源的鞣壓式差壓預(yù)冷機(jī)移動式差壓預(yù)冷設(shè)備有兩類,一類不帶冷源,只是制造果蔬兩側(cè)的壓差,組織氣流流動,需放置在冷庫內(nèi),利用冷庫的冷量使產(chǎn)品冷卻;另一類是自帶冷源,利用冷藏集裝箱或類似的保溫箱體設(shè)計而成的移動式預(yù)冷設(shè)備,可以移動至果蔬產(chǎn)地使用。由差壓通風(fēng)預(yù)冷原理可以知道,在普通冷庫的基礎(chǔ)上增加一個靜壓箱和一個差壓風(fēng)機(jī)即可實現(xiàn)差壓預(yù)冷,這種裝置結(jié)構(gòu)簡單,由靜壓箱、風(fēng)機(jī)和控制系統(tǒng)組成。我國不少果蔬主產(chǎn)區(qū)都建造了不同規(guī)模的保鮮冷庫。利用這些保鮮庫的冷源,結(jié)合移動式差壓預(yù)冷設(shè)備可對各種果蔬進(jìn)行采后預(yù)冷,在技術(shù)、成本投入和經(jīng)濟(jì)效益等方面都具有優(yōu)勢。北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心研制的移動式差壓預(yù)冷機(jī)機(jī)殼由鍍鋅鋼板焊接、鉚釘固定在鋼骨架上,重量約為300kg,外形尺寸2.4m×1.8m×0.5m。軸流風(fēng)機(jī)安裝在上方中央部位,功率1.5～2kW,風(fēng)量2000～2500m3/h,采用220V電源。機(jī)箱進(jìn)風(fēng)口為鋁合金百葉窗。碼垛頂部覆蓋材料為結(jié)實、不透氣、柔軟帆布。預(yù)冷時將差壓預(yù)冷機(jī)擺放在冷庫蒸發(fā)器下方。將裝好蔬菜的包裝箱橫向擺碼在機(jī)箱進(jìn)風(fēng)口百葉窗兩側(cè),將覆蓋帆布放下,緊密覆蓋碼垛,只留碼垛兩側(cè)不覆蓋。風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)時在兩個包裝箱堆碼之間形成一個負(fù)壓通道,迫使冷空氣通過包裝箱進(jìn)入此負(fù)壓通道,再通過風(fēng)機(jī)送往冷庫蒸發(fā)器,見圖6。自帶冷源的移動式差壓預(yù)冷裝置的設(shè)計分為移動差壓預(yù)冷室和移動式冷源兩部分,移動差壓預(yù)冷室按差壓預(yù)冷的設(shè)計原理,結(jié)合貨架車尺寸進(jìn)行平面布置;移動式冷源采用風(fēng)冷式冷凝器,將機(jī)器、風(fēng)冷式冷凝器及電控裝在一個車架上,這兩部分可以是獨立的兩部分,預(yù)冷時將冷源車?yán)疆a(chǎn)地接上電源后與移動式差壓預(yù)冷室對接上進(jìn)行制冷,也可以裝在一起,成為一個整體,如圖7所示。移動式差壓預(yù)冷設(shè)備中差壓系統(tǒng)密封問題是影響其能否有效工作的關(guān)鍵問題,當(dāng)密封不嚴(yán)時,冷空氣就會從縫隙中直接穿過而不流經(jīng)果蔬,使預(yù)冷速度大大降低。預(yù)冷設(shè)備送風(fēng)氣流射流長度應(yīng)滿足果蔬沿送風(fēng)氣流方向的堆放長度要求,如果送風(fēng)口風(fēng)速太小,射流不能達(dá)到貨物堆放的尾端,則尾端的果蔬將很難得到冷卻。預(yù)冷風(fēng)機(jī)的壓頭主要由制冷系統(tǒng)蒸發(fā)盤管的空氣阻力和空氣穿過回風(fēng)隧道兩側(cè)堆排的果蔬時所受阻力確定,制冷系統(tǒng)蒸發(fā)盤管的空氣阻力可在設(shè)計蒸發(fā)盤管時計算得到,而空氣穿過果蔬時所受阻力,可大概按空氣沿垂直于回風(fēng)隧道方向穿過1mm長度果蔬所受阻力0.1mmH20進(jìn)行取值。對于自帶冷源的移動式差壓預(yù)冷機(jī),因預(yù)冷設(shè)備一般不會只用來預(yù)冷固定品種和固定質(zhì)量的果蔬,且隨著預(yù)冷過程的進(jìn)行,制冷負(fù)荷會越來越小,因此在設(shè)計時應(yīng)考慮壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)方式。此外,差壓預(yù)冷器中一般都配有加濕器以減少水果、蔬菜預(yù)冷時的水分蒸發(fā),避免果蔬出現(xiàn)凋萎現(xiàn)象。加濕器通?？砂醇訚衲芰楣咴跓o加濕預(yù)冷過程中2%～3%的失水率進(jìn)行選配。3.5預(yù)冷車配套電導(dǎo)冷系統(tǒng)的設(shè)計蓄冷板冷藏車是冷藏車輛發(fā)展的一種新的方式,具有運輸溫度恒定、運輸溫度較低、運輸成本較低的特點,在國外發(fā)達(dá)國家已普遍應(yīng)用于冰淇淋冷飲行業(yè),它是利用蓄冷板中的蓄冷劑液體冷卻凝固成共晶冰而蓄存大量冷量并用于貨物的冷卻。將蓄冷板與移動式差壓預(yù)冷車配套,可實現(xiàn)果蔬等易腐產(chǎn)品的產(chǎn)地預(yù)冷。蓄冷板一般用鋁合金做成50～100mm厚的中空殼體,內(nèi)裝蓄冷劑,常用的蓄冷劑為低熔點的無機(jī)鹽混合溶液。在蓄冷板中設(shè)有制冷蒸發(fā)盤管,蓄冷劑直接與盤管接觸,借助制冷盤管內(nèi)的制冷劑吸熱凍結(jié)而貯存冷量。通常蓄冷板安裝在保溫廂體的頂板內(nèi)表面,蓄冷板的蓄冷能力根據(jù)預(yù)冷一箱果蔬所需制冷量的大小而定。預(yù)冷前,先用蓄冷制冷機(jī)組接通地面交流電源對蓄冷板中的蓄冷劑進(jìn)行蓄冷,即冷卻凍結(jié);預(yù)冷時,利用蓄冷劑的融化吸熱,對保溫廂體內(nèi)不斷放冷。采用蓄冷板移動式預(yù)冷裝置的預(yù)冷方式容易實現(xiàn),可以在有電源供應(yīng)的產(chǎn)地實現(xiàn)蓄冷放冷過程,而對于無電源供應(yīng)的果蔬產(chǎn)地,可以先在產(chǎn)地外有電源的地方將蓄冷板蓄冷,再將裝置移動至產(chǎn)地對果蔬進(jìn)行預(yù)冷,很好地解決了產(chǎn)地能源供應(yīng)困難的問題。3.6真空預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)置的確定依據(jù)移動式真空預(yù)冷設(shè)備與固定式真空預(yù)冷設(shè)備的基本構(gòu)成相同,主要包括真空貨倉、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)(含捕水器)、水噴淋系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等。在電源易于獲得的場所使用的移動式真空預(yù)冷裝置可以直接接入電源,在無電力供應(yīng)的場所需自配發(fā)電機(jī)。真空系統(tǒng)是實現(xiàn)真空快速預(yù)冷的核心系統(tǒng),其關(guān)鍵部件為真空泵,需根據(jù)真空貨倉的容積、預(yù)冷果蔬的量以及貨倉漏風(fēng)率等計算而定。從理論上說,蒸發(fā)的水蒸汽可全部由真空泵抽吸排空,但在常壓下1mL的水,當(dāng)壓力變?yōu)?073Pa(8℃)時,體積要增大12萬倍,如果所有的水蒸汽只靠真空泵抽吸,不僅消耗很多電能,而且也不能使真空箱內(nèi)壓力快速降下來,因此,在真空預(yù)冷設(shè)備中設(shè)置有制冷系統(tǒng),制冷系統(tǒng)不是用于直接冷卻果蔬的,而是將制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)盤管用作捕水器,使真空箱內(nèi)蔬菜在減壓過程中產(chǎn)生的大量水蒸氣重新凝結(jié)成水,極大地減輕了真空系統(tǒng)抽氣負(fù)荷,使真空箱內(nèi)快速達(dá)到所需的真空度并保持穩(wěn)定。捕水器可放置于真空箱內(nèi),也可外置于真空箱體,通過管道與真空箱體相連。由于預(yù)冷產(chǎn)品多樣,使用地點變化,移動式真空預(yù)冷裝置一般配有水噴淋系統(tǒng),一方面可以保證溫度要求,另一方面也可以使果蔬保持更好的新鮮度和良好的外觀色澤。由于移動式真空預(yù)冷設(shè)備所有部件都做在一個底板上,而底板的大小是固定的,如果其他部件加大將減小真空室的容積,從而減少有效裝貨量,影響