2.2 冷加工

2.2.1 果蔬預冷

2.2.1.1 果蔬采后生理與預冷定義

1.果蔬采后生理

果蔬采收以后，失去了水和無機物的來源，同化作用基本停止，但仍然是活體，其主要代謝過程是呼吸作用。呼吸是呼吸底物在一系列酶參與的生物氧化下，經過許多中間環節，將生物體內復雜有機物分解為簡單物質，并釋放出化學鍵能的過程。呼吸底物在氧化分解中形成各種中間產物，其中一些是合成其他新物質的原料，而新物質的合成及細胞結構和功能維持所需要能量，可由呼吸作用中的高能化合物ATP隨時提供。由于呼吸作用同各種果蔬的生理生化過程有著密切的聯系，并制約著生理生化變化，因此必然會影響果蔬采后的品質、成熟、耐儲性、抗病性以及整個流通壽命。呼吸作用越旺盛，各種生理生化過程進行得越快，采后商品壽命就越短，因此在果蔬采后流通過程中要設法抑制呼吸，但又不可過分抑制，應該在維持產品正常的生命過程前提下，盡量使呼吸作用進行得緩慢一些。

果蔬有兩種呼吸類型，即有氧呼吸和無氧呼吸。以己糖作為呼吸底物時，兩種呼吸的總化學反應式為：

不同品種果蔬，在不同溫度時呼吸所產生的熱量是不一樣的。果蔬溫度越高，呼吸強度越高，其呼吸所產生的熱量就越高；反之，果蔬溫度越低，呼吸強度越低，其呼吸所產生的熱量就越低。到目前為止，還非常缺乏夏季不同品種的果蔬在實際流通過程中其品溫升高的數據。流通包括如下環節：果蔬采收后的處理、裝箱、集貨、運輸、批發市場批發、次日清晨整理及批發銷售。日本的石井先生1975年曾報道，夏季采收27℃品溫的豆角，沒有預冷，經上述流通環節流通，20h后其品溫升高到41℃。

果蔬品溫為32～40℃的高溫時，會使果蔬成熟和變軟，質地和顏色發生變化，從而導致果蔬加速衰老，果蔬水分蒸發引起萎蔫，細菌、真菌和酵母菌浸染引起腐爛，產生異味異臭，風味喪失，營養物質大量損失并導致果蔬品質降低。

2.果蔬預冷定義

果蔬預冷也稱為果蔬冷卻，是在運輸上市、貯藏或加工以前，將采收的新鮮果蔬盡可能早地迅速去除田間熱，冷卻到果蔬的中心溫度接近于適宜貯藏溫度的過程。大多數果蔬特別是易腐果蔬采后預冷非常重要，適當地預冷可以減少果蔬腐爛，保持其采前的新鮮度和品質。預冷是創造果蔬適宜保鮮溫度環境的第一步，在高溫下延長果蔬從采收到預冷的時間必定增加腐爛，及時將果蔬預冷到所需的溫度，可以抑制腐敗微生物的生長、酶的活性和呼吸作用，控制水分損失和減少果蔬釋放的乙烯。

預冷工藝的主要應用對象是園藝農產品，特別是果蔬、花卉和菌類，是冷鏈物流的第一個環節，稱為“最先一公里”，其突出特點是快速冷卻。大多數果蔬冷庫是專門設計用來貯藏果蔬商品，冷庫的制冷量和空氣流速均不足以快速預冷果蔬。因此，預冷通常需要獨立進行操作，并需要專業預冷裝備。

2.2.1.2 果蔬預冷方法

常用的預冷方法有以下幾種：空氣預冷（冷庫預冷、壓差預冷）、冷水預冷、蒸發預冷（真空預冷、水蒸發冷卻）、冰或冰漿預冷，方法雖然不同，但都可以迅速將果蔬中的熱量傳遞到冷卻介質如空氣、水或冰中，預冷所需要的時間一般為20min至24h。

果蔬的冷卻速度取決于以下四個因素：

1）果蔬和冷卻介質的對流換熱，特別是圍繞或通過果蔬或其包裝容器的冷卻介質流速和果蔬與冷卻介質的接觸程度。

2）果蔬和冷卻介質的溫差。

3）冷卻介質的種類和熱物性。

4）果蔬的熱導率。

半冷卻時間和八分之七冷卻時間是將果蔬和冷卻介質的溫差分別降低一半和八分之七時所需要的時間，八分之七冷卻時間相當于三個半冷卻時間的總和。從理論上講，半冷卻時間和八分之七冷卻時間是獨立的，與果蔬的初溫無關，而且在整個冷卻過程中保持不變。因此，一旦測定出某一果蔬在某一冷卻方式下的半冷卻時間，就可以估算出冷卻所需要的時間，而不用考慮果蔬和冷卻介質的溫度。對于非冷敏性果蔬，八分之七冷卻時間得到的預冷溫度結果更接近于果蔬貯藏和運輸所需要的溫度，因此常用于商業化果蔬預冷實踐中。

冷卻方法、包裝類型、包裝和碼垛方式都會影響果蔬的冷卻速率。

1.空氣預冷

空氣冷卻包括冷庫通風預冷和壓差通風冷卻。空氣冷卻時容易造成水果和蔬菜失水，但在高濕空氣條件下可以抑制失水，因此目前常使用95%或以上相對濕度的空氣預冷。

（1）冷庫通風預冷

冷庫通風預冷又稱普通冷卻或冷庫預冷，是將帶有包裝的果蔬放在冷庫中進行冷卻。像蘋果、柑橘和梨就可以在做短期或長期貯藏的冷庫中進行預冷，目前國內許多果蔬生產企業都是采用此方法進行果蔬預冷。使用此種方法時，配置足夠制冷量，并保證庫內各處冷卻均勻，且空氣以1～2m/s的流速在包裝容器周圍和包裝容器間循環，這時冷卻效果最好。必須注意包裝箱要堆碼合理，且留有風道，以保證氣流能從包裝箱外的風道穿過。冷卻間每天或每隔一天進出貨一次，高效冷卻需要18～24h或更長的時間。冷庫通風預冷的缺點是冷卻速度及效率都低。

（2）壓差通風預冷

壓差通風預冷是通過風機在包裝箱的兩側形成正壓和負壓所產生的壓力差進行的冷卻。使用此種方法時包裝箱必須開孔，每側開孔面積至少大于包裝箱側面積的5%，強制冷風穿過包裝箱內流動，空氣和果蔬直接強制對流換熱來加速果蔬的冷卻降溫。如果需要快速冷卻時須增大制冷系統的制冷量，并提高每個貨堆的風速和流量。壓差通風預冷比冷庫通風預冷的預冷速度快2～10倍，雖然比冷水預冷和真空預冷的預冷速度慢，但是解決了不適于用冷水預冷和真空預冷的果蔬預冷問題。壓差通風預冷幾乎適用于所有的果蔬，對草莓、葡萄、甜瓜和番茄等果蔬預冷效果最好，也適用于黃瓜、青椒和菜花的預冷。

2.冷水預冷

水是一種優異的冷卻介質，在同等條件下其冷卻效果大大優于空氣。果蔬冷水預冷是一種快速有效的預冷方法，但是果蔬的包裝容器要耐濕。冷水預冷可用冷水沖、冷水噴淋或將果蔬浸泡在冷水中來進行冷卻降溫。盡管在水冷開始時由于果蔬的溫度較高會使水溫發生變化，但制冷系統只要具有足夠的制冷能力就可將水溫保持在1℃左右。目前通常使用的冷水預冷方式是噴淋式冷水預冷和沉浸式冷水預冷兩種方式，兩種方式都包含水流動系統和傳送帶傳送果蔬系統。在傳送帶冷水預冷機中，果蔬產品經過預冷機時，用冷水噴淋或將產品浸泡在冷水中，可在包裝箱中放一層或多層果蔬產品，預冷機可以400～600L/（m2·min）的水流量從頂部噴淋冷水，對裝在托盤上盛滿果蔬的塑料箱或包裝箱進行冷卻，托盤可碼1～3層高，冷水從頂部的噴嘴中噴出。裝在托盤板條箱中的芹菜和甜玉米及塑料箱中的青花菜常用這種方式進行冷水預冷。裝在托盤板條箱中的果蔬冷水預冷速度比零散無包裝的單體果蔬產品冷水預冷速度要慢，因為板條部分阻擋水穿過它直接接觸包裝箱內的果蔬產品。

冷水預冷常出現的問題是冷水預冷機中的冷水溫度不夠低、水流速度不合適和果蔬在水中冷卻時間不足。直徑7.6cm的桃子在1.6℃水中停留30min，可將其溫度從32℃降到4℃，而同樣條件下，直徑為5.1cm的桃子在15min內可冷卻到同樣的溫度。冷水預冷機使用的水通常是循環使用的，這樣就會導致果蔬腐敗微生物的積累，存在污染隱患，因此冷水預冷機中常加入次氯酸鹽溶液作為殺菌劑，并且每天采用清水沖洗干凈。

適用于冷水預冷的常見果蔬有蘿卜、胡蘿卜和馬鈴薯等根菜類蔬菜，還有網紋甜瓜、蘋果、梨、櫻桃、荔枝、龍眼、蘆筍、青花菜、芹菜、菜豆、豌豆、甜玉米等果蔬。

3.真空預冷

真空預冷是一種蒸發式冷卻，將果蔬放在氣密的容器中，迅速抽出空氣和水蒸氣，使水分在真空容器的低壓下蒸發，果蔬產品因表面水分的蒸發而冷卻。當容器中的壓力下降時，蒸發可以連續進行，如果壓力下降到610.6Pa（或4.6mmHg），果蔬將蒸發冷卻到0℃。在一個標準大氣壓101.325kPa（或760mmHg）下，水的沸點是100℃，蒸發潛熱為2256.28kJ/kg；而當壓力下降到610.6Pa（或4.6mmHg），水的沸點近0℃，蒸發潛熱為2834.20kJ/kg。真空預冷過程中，溫度每降低5℃，失水為重量的1%。因此在真空預冷過程中允許果蔬的失水范圍為1.5%～5%，若失水超過5%，真空預冷裝備應增設噴霧加濕功能。

真空預冷所用真空罐的大小差異很大，小型移動真空預冷裝置只能裝幾個托盤，而大型固定的真空預冷裝置，一次可預冷數噸果蔬，通常是兩個大型的真空罐交替使用或同時使用。目前真空預冷裝置普遍使用旋轉真空泵來減壓。

真空預冷非常適用于表面積與體積之比較大的葉菜類蔬菜預冷，真空冷卻速度和終溫受蔬菜表面積和體積之比及蔬菜組織失水的難易度和容器抽真空速度的影響。蒸發面積大的葉菜類蔬菜如生菜、菠菜和歐芹預冷速度快，蔬菜溫度從20℃降到0℃只需要30min左右的時間。如果真空預冷機裝有預先加濕和噴霧裝置，就能防止果蔬組織失水。還有一些蔬菜也可使用真空冷卻，如蘆筍、青花菜、花椰菜、甘藍、芹菜、抱子甘藍、蔥、蘑菇。表面積與體積之比很小的產品如水果、果菜類和根莖類蔬菜不適于真空冷卻，可選用其他冷卻方法。采用真空預冷的適宜包裝方式是能夠適當通風、允許水分蒸發的纖維板箱或塑料薄膜。

4.加冰預冷和流態冰預冷

（1）加冰預冷

包裝中加冰預冷是一種古老傳統的預冷方法，就是在運輸容器或包裝箱中加入冰屑或細碎的冰塊。加冰預冷適用于那些與冰接觸不會產生傷害的水果和蔬菜，如菠菜、羽衣甘藍、青花菜、花椰菜、抱子甘藍、胡蘿卜、甜玉米和網紋甜瓜。要將果蔬從35℃降到2℃，需要融化占果蔬產品重量38%的冰。雪花冰或碎冰一般加在包裝箱的頂部，以降低果蔬溫度和在運輸過程中保證產品新鮮度。目前頂部加冰只是作為上述幾項基本預冷方法（壓差預冷、冷庫通風預冷、冷水預冷水、真空預冷）的輔助措施，常用于木板箱包裝的甜玉米、芹菜、其他葉菜和事先包裝在薄膜袋中的蘿卜和胡蘿卜及聚苯乙烯泡沫箱包裝的青花菜和蘆筍。

（2）流態冰預冷

流態冰是一種特殊的冰水混合物，比熱容大且流動性好，特別是流態冰中冰晶顆粒小、無尖銳表面，不損傷果蔬表面，果蔬外觀保持好。因此，流態冰既可以直接對果蔬進行預冷又可以制取低溫高濕空氣對果蔬進行預冷，更多的用于青花菜、甜玉米、櫻桃、芹菜等果蔬。根據果蔬與流態冰或與由流態冰降溫處理的低溫高濕空氣間傳熱傳質規律，得出流態冰的流速、含冰率、冰粒直徑等參數對預冷空氣的溫度分布、濕度分布、流場分布等參數的影響，強化預冷過程的傳熱傳質，提高果蔬預冷速度，降低流態冰消耗，降低預冷能耗。在保證實現果蔬預冷節能的同時，一方面通過流態冰蓄冷降低設備的裝機容量、降低能耗、降低初始投資，另一方面通過流態冰蓄冷實現電網的“削峰填谷”，降低流態冰預冷裝備的運行費用。

2.2.1.3 果蔬預冷的作用

果蔬預冷是使用設置在果蔬種植基地的果蔬預冷裝備或設施來實現的。預冷為新鮮果蔬特別是易腐果蔬上市流通提供了保障，只有種植生產者得到了實惠，才能吸引種植生產者引入果蔬預冷裝備和設施，果蔬產地預冷才能不斷得到發展和完善。除了種植生產者，果蔬預冷對市場銷售和消費者同樣能帶來益處。

1.種植生產者方面得到的益處

1）幾乎沒有不能銷售的果蔬產品及質量不符合要求的退換商品。

2）銷售的地域和范圍擴大。

3）銷售價格上升。

4）可以促進果蔬新品種引入。

2.市場銷售方面得到的益處

1）根據銷售能力，有計劃地按需采購果蔬產品。

2）減少流通中需要處理的果蔬垃圾。

3.消費者方面得到的益處

1）可以吃到新鮮、味美、有營養的高品質果蔬。

2）保障果蔬品質安全，有利于消費者的身體健康。

2.2.1.4 果蔬預冷行業現狀概述

我國是世界第一果蔬生產大國，2018年我國蔬菜和水果產量分別達7.03億t和2.57億t，由于采后處理和冷鏈裝備及技術缺乏，特別是專業化預冷設施嚴重匱乏，大約80%的果蔬是未經預冷而在高溫或常溫狀態下流通的，導致果蔬采后流通損失嚴重，目前水果流通腐損率為11%左右，蔬菜流通腐損率為20%以上，經濟損失巨大，果蔬品質和安全得不到保證，有效供給不足，無效供給過剩。在占比20%的預冷果蔬中，大部分的預冷是采用普通冷藏庫完成的，冷卻效率低，速度慢，效果差，能耗高，無法達到果蔬預冷工藝的要求，嚴重影響了果蔬在流通過程中的品質。目前出口的生鮮果蔬，預冷率100%，采用全程冷鏈來滿足出口果蔬品質要求。

麥當勞、肯德基等美國在我國的快餐食品公司，是我國最主要結球生菜的采購集團，隨著全球一體化，結球生菜的產品質量要求也與全球接軌。2002年開始，麥當勞的結球生菜鮮切加工供貨商要求其中國結球生菜種植者，必須提供的是產地及時預冷、低溫貯藏和低溫冷藏車運輸的冷鏈保鮮結球生菜，在鮮切蔬菜加工廠交貨時的結球生菜內部中心溫度低于4℃。在此背景下，北京市農林科學院蔬菜研究中心在張家口張北縣主持設計和建造了30t/d結球生菜壓差預冷庫和恒溫保鮮庫，2003年7月15日上午9點以后采收結球生菜總量8.8t，結球生菜品溫高達26～27℃，共504箱，平均每箱重約17.5kg，盡管結球生菜初始溫度較高，但經過4.5h預冷降溫，結球生菜品溫均低于3℃，最低為1.5℃，完善了結球生菜產地壓差預冷及冷鏈流通保鮮技術。北京結球生菜種植生產和流通企業提供品溫4℃低溫冷鏈物流結球生菜，冷鏈流通率達到100%，冷鏈流通腐損率低于3%，減少流通腐損率20%以上，年均提供冷鏈生菜2000t以上。并且，成功地采用壓差預冷技術替代真空預冷技術在產地進行葉菜類蔬菜預冷，為企業節省投資70%。

江蘇和天津產地預冷青花菜是在冷水池中加入大冰塊，用冰將井水降溫使其接近0℃，青花菜裝入塑料筐中，人工將塑料筐浸入冰水池中預冷青花菜；海南也采用同樣方法預冷豇豆。

自2013年到2015年，北京市農林科學院在“十二五”國家科技支撐計劃課題支持下，研發了接觸式冷水冷卻裝備，并在廣州市對荔枝進行產地冷水預冷和冷鏈流通，將荔枝從品溫21℃通過冷水預冷降至3℃，冷水預冷時間12min，預冷后的荔枝用冷藏集裝箱運往全國各地銷售和出口。通過冷水預冷保持了荔枝的新鮮品質，流通損耗低于5%。2013年山東省果樹研究所等單位聯合研制出1t/h噴淋式冷水預冷機，相繼在山東煙臺臺上村和北京通州區沙古堆聚隆農業合作聯合社進行了生產性實驗驗證，設備改進定型后在朝陽區張格莊鎮批發市場、煙臺芝罘區的蔚林農業、煙臺棲霞恩然莊園進行了示范應用，并推廣到五蓮、厲家寨、泰安等櫻桃產區，及河南、陜西、四川等省份的櫻桃產區。

2.2.1.5 果蔬預冷裝備現狀

我國果蔬預冷技術研究始于20世紀80年代中期。1986年北京市農林科學院蔬菜研究中心依托日本無償援助項目，建立了蔬菜采后示范體系，為在我國實現30種蔬菜周年供應提供配套的蔬菜采后處理分級、包裝、預冷、冷藏、冷藏運輸、中轉分配及上市流通等蔬菜采后商品標準化技術措施，以減少采后流通損耗。

在果蔬壓差預冷裝備方面，北京市農林科學院從1988年開始引進日本集裝箱式壓差預冷裝備至1998年，進行了蔬菜壓差預冷工藝的研究，1998年至2007年是消化吸收階段，1999年在北京市朝陽區王四營鄉主持設計建造了國內首座40t/d果蔬壓差預冷庫和恒溫保鮮庫；2002年在張家口市張北縣主持設計建造了30t/d結球生菜壓差預冷庫和恒溫保鮮庫；2007年在浙江省平湖市主持設計建造了20t/d蘆筍壓差預冷庫和恒溫保鮮庫。2008年至2019年在消化吸收的基礎上進入了集成創新階段，將原來引進的果蔬壓差預冷用通風裝置，增加了噴霧加濕系統，創制出一種果蔬蒸發式壓差預冷裝置和果蔬高濕壓差預冷用通風裝置（ZL 200920317005.1）；在蒸發式壓差預冷裝置基礎上配置蒸發器，創制出一種分體式果蔬高濕壓差預冷裝置（ZL 201020513098.8）；在分體式果蔬高濕壓差預冷裝置基礎上配置制冷壓縮冷凝機組，創制出一種一體機式果蔬壓差預冷裝置（ZL 201120203066.2）；通過對壓差預冷通風裝置的風機進行風速和風量調控，可以對果蔬壓差預冷過程的各個階段實現優化，提高預冷效率，降低壓差預冷過程的能耗，由此創制出一種高效節能型果蔬高濕壓差預冷用通風裝置（ZL 201020513238.1）和可移動雙壁面吸入式壓差預冷通風裝置（ZL 201320260024.1）。北京市農林科學院在壓差預冷裝置集成創新的基礎上，與大連冷凍機股份有限公司合作，設計創制出40ft車載移動式果蔬集裝箱壓差預冷裝置（ZL 201220426143.5）；與山東神州制冷設備有限公司、煙臺萬德嘉制冷空調設備有限公司合作，分別創制出20ft移動式果蔬集裝箱高濕變風量壓差預冷裝置（ZL 201520763070.2）和7m移動式果蔬集裝箱雙溫區壓差預冷裝備（ZL 201620578073.3）。

在果蔬冷水預冷裝備方面，北京市農林科學院在“十二五”國家科技支撐計劃課題支持下，與紹興高金冷凍空調設備有限公司合作，創制出新型節能型接觸式冷水冷卻裝置（ZL 201520763940.6），該裝置采用隔熱保溫結構，自動控制水溫和傳送帶速度，預冷效率高，節能效果顯著，實現了用機械冷水預冷裝置代替人工操作的傳統冰水池冷水預冷果蔬，提高了生產效率，同時開發了果蔬噴淋式冷水冷卻裝置（ZL 201620269474.0）。

2013年，山東省果樹研究所和山東龍口凱祥有限公司聯合研制出1t/h噴淋式冷水預冷機（ZL201620929150.5、ZL201620929201.4），2014年在煙臺市福山區張格莊鎮臺上村棒師傅櫻桃合作社進行了實際生產性實驗，冷水預冷裝入塑料周轉箱的櫻桃，水溫控制在5℃，頂層周轉箱中櫻桃果溫從25℃降低到7℃，只需要2.5min，最底層周轉箱果溫從25℃降低到7℃，只需要3.5min。

在果蔬真空預冷裝備方面，1990年廣州制冷設備研究所設計出我國第一臺真空冷卻設備；上海錦立保鮮科技有限公司開發了一系列果蔬真空預冷裝備，包括一體式真空預冷機、雙槽雙系統側滑門真空預冷機、雙槽雙層真空預冷機、雙槽真空預冷機、雙門貫通式真空預冷機、電動側滑單門真空預冷機、手動單門真空預冷機、雙程控制真空預冷機、真空預冷實驗機，形成了自主的知識產權和技術。

果蔬流態冰預冷裝備是采用過冷水動態制冰技術，利用水過冷不結冰特性，并在過冷解除裝置中消除過冷，不斷產生細小的球狀冰晶（直徑通常只有0.2～0.8mm），由于其冰體可流動，且冰晶細小圓滑，因此其冰晶可迅速全方位包裹蔬菜，從而達到快速均勻降溫的效果，預冷速率是普通冰的3～5倍，同時，由于其冰晶結構特性，填充蔬菜時可保護蔬菜免受機械損傷。現階段研究表明，流態冰預冷技術可以快速將西蘭花降溫至0.4℃，降溫時間縮短至4h，延長貯藏時間1～2d，同時有效延緩貯藏期間西蘭花的葉綠素、VC、硫代葡萄糖苷和TSS含量的下降，提高CAT、POD和APX活性；延長甜玉米貯藏期至28d，緩解甜玉米TSS、可溶性蛋白、可溶性淀粉、可溶性總糖和VC含量的降解，減緩甜玉米氣味和口感的變化，有效維持西蘭花和甜玉米的品質，延長貨架期。

2.2.1.6 果蔬預冷技術研究進展

1.不同規格對番茄預冷效果和失重率的影響

大、中、小三種不同規格番茄的壓差預冷時間分別為160min、140min、120min（圖2-2）。規格越小，預冷速度越快，預冷時間越短，失重率最少；規格越大，預冷時間越長，失重率越多（圖2-3）。在實際預冷操作中，為使果蔬預冷均勻，最好將其按不同規格大小分級，并分別預冷。

2.不同外包裝和預冷方式對結球生菜預冷效果和失重率的影響

塑料箱和紙箱外包裝的結球生菜壓差預冷時間分別為180min和210min，塑料箱和紙箱外包裝的結球生菜冷庫預冷時間分別為300min和390min（圖2-4）。塑料箱外包裝的結球生菜預冷速率明顯快于紙箱外包裝的結球生菜，壓差預冷明顯快于冷庫預冷。塑料箱外包裝并壓差預冷的結球生菜失重率為0.82%，紙箱外包裝并冷庫預冷的結球生菜失重率為1.04%，前者失重率明顯少于后者（圖2-5）。預冷方式對結球生菜預冷效果的影響明顯高于外包裝箱的影響。塑料箱外包裝結合壓差預冷的預冷方法效果最好。

3.不同的外包裝和開孔面積對甜玉米預冷效果的影響

開孔面積分別為2.3%和4%塑料箱外包裝的甜玉米半冷卻時間分別為101min和95min，開孔面積分別2.3%和4%紙箱外包裝的甜玉米半冷卻時間分別為105min和98min（圖2-6）。塑料箱外包裝的預冷效果好于紙箱外包裝，開孔面積較大的外包裝半冷卻時間短于開孔面積較小的外包裝。

開孔面積分別為2.3%和4%塑料箱外包裝的甜玉米八分之七冷卻時間分別為191min和173min，開孔面積分別為2.3%和4%紙箱外包裝的甜玉米八分之七冷卻時間分別為204min和182min（圖2-7）。塑料箱外包裝的甜玉米八分之七冷卻時間明顯短于紙箱外包裝，且外包裝開孔面積越大八分之七冷卻時間越短。

4.不同預冷方法對桃子預冷效果的影響

桃子由21℃初溫預冷至4.9℃，冷水預冷、壓差預冷和冷庫預冷的預冷時間分別為37min、140min和215min（圖2-8）。冷水預冷最快，壓差預冷其次，冷庫預冷最慢；冷水預冷預冷速度分別是壓差預冷和冷庫預冷的3.8倍和5.8倍，壓差預冷預冷速度是冷庫預冷的1.5倍。

5.不同預冷方法對青花菜和甜玉米預冷效果的影響

流態冰預冷青花菜時由25.6℃初溫降至0.4℃只需4h，而冷庫預冷青花菜10h后由25.6℃初溫才降低至5.6℃（圖2-9）。青花菜預冷過程中，流態冰預冷的效果遠好于冷庫預冷，既節省時間，又減少失重。

甜玉米經流態冰預冷，由初溫26.9℃降為0℃需要5h，而冷庫預冷16h后從初溫26.9℃才降至10.1℃（圖2-10）。因此，甜玉米流態冰預冷速率比冷庫預冷快得多，流態冰預冷甜玉米是一個比較適合的預冷方法。

6.雪青梨預冷效果數值分析

采用計算流體力學（CFD）軟件FLUENT，建立雪青梨的壓差預冷、冷庫預冷、冰水預冷仿真模型，并對其進行數值模擬，對比了三種預冷方式下冷卻效果的差異，并進行了實驗驗證。

（1）預冷仿真模型的建立

雪青梨壓差預冷和冷庫預冷仿真物理模型如圖2-11所示，冰水預冷仿真物理模型如圖2-12所示。

（2）數值計算與結果分析

模型區域網格劃分采用TGird非結構化網格，壓差預冷和冷庫預冷均采用κ-ε模型和SIMPLE算法，低湍流強度，冰水預冷采用導熱模型。

雪青梨的溫度從26℃初溫降至3℃，冰水預冷、壓差預冷、冷庫預冷的八分之七冷卻時間分別為1.33h、3.87h和6.8h，失重率分別為0%、0.25%和0.46%；冷卻均勻性系數分別為0.08、0.21和0.54。圖2-13所示的數值計算結果和試驗結果相吻合，驗證了理論模型的可靠性。

7.草莓壓差預冷研究及對其品質影響分析

（1）模型的建立與求解

壓差預冷CFD多尺度模擬仿真，針對草莓單體尺度，探討不同預冷條件下的傳熱分析，確定掠過草莓單體表面最佳冷風溫度、最佳冷風速度；針對外包裝箱尺度，對壓差預冷降溫效果進行分析及對箱體結構進行優化，確定包裝系統中的最佳開孔組合及開孔率和碼垛方式；針對壓差預冷箱體尺度，對溫度場以及能耗進行比較分析，確定壓差預冷最優箱體結構。

1）草莓壓差預冷多尺度模型和草莓單體預冷模型。草莓壓差預冷多尺度模型和草莓單體預冷模型如圖2-14所示。

2）草莓外包裝箱預冷模型。外包裝箱形狀為長方體，尺寸為400mm×250mm×200mm，標準托盤規格為1200mm×1000mm，每層可擺放12個外包裝箱。草莓內包裝塑料盒外形尺寸為190mm×110mm×90mm，每個外包裝箱恰好放置8個草莓內包裝塑料盒，草莓隨機排列在內包裝塑料盒內。外包裝箱命名為Box，外包裝箱開孔命名為B-vent，內包裝塑料盒命名為Clamshell，編號為1～8，內包裝塑料盒開孔命名為C-vent，單個草莓內包裝塑料盒分矩形開孔（圖2-15b）和圓形開孔（圖2-15c），外包裝箱內擺放8個內包裝塑料盒，由此形成草莓的商業化內外包裝體系，如圖2-15所示。

外包裝箱開孔（B-vent）形狀為圓形孔，前后各開六個孔，分別開30mm、40mm、50mm、60mm四種直徑規格的圓孔，開孔率分別為5.3%、9.4%、14.7%和21.2%。草莓內包裝塑料盒形狀為目前已商業化的翻蓋塑料盒形狀，塑料盒開孔（C-vent）有矩形和圓形兩種形狀，矩形孔尺寸長寬分別為15mm×12mm、20mm×15mm、30mm×15mm三種規格，前后各開三個孔；圓形孔尺寸直徑分別為15mm、20mm、25mm三種規格，前后各開三個孔。其中矩形的三種規格和圓形的三種規格分別對應的開孔率相同，開孔率分別為4.8%、8.5%和13.3%，如圖2-16所示。

（2）數值模擬

1）不同外包裝箱開孔（B-vent）面積對草莓預冷效果的影響。開孔率越大，降溫速度越快，當開孔率增加到一定值時，降溫速度的加快不太明顯，開孔過大，預冷后的草莓回升溫度更快，包裝箱強度也受到影響，需要優化最佳的開孔直徑和面積。草莓從25℃初溫預冷至3℃、外包裝箱開孔（B-vent）直徑分別為30mm、40mm、50mm和60mm時的草莓八分之七冷卻時間分別為180min、135min、108min和97min；開孔直徑從30mm增加到40mm，八分之七預冷時間縮短了45min，從40mm增加到50mm，八分之七預冷時間縮短了17min，從50mm增加到60mm，八分之七預冷時間縮短了11min；60mm比30mm開孔直徑的八分之七冷卻時間縮短了83min（圖2-17）。

2）不同內包裝塑料盒開孔（C-vent）面積對草莓預冷效果的影響。在外包裝箱開孔直徑40mm前提下，模擬了不同內包裝塑料盒開孔（C-vent）的開孔率分別為4.8%、8.5%和13.3%時的預冷效果。每種開孔率對應圓形和矩形兩種形狀，降溫曲線如圖2-18所示。

在外包裝箱開孔（B-vent）直徑確定為40mm的前提下，內包裝箱塑料盒開孔（C-vent）率越大，降溫速度越快，且在預冷初期降溫曲線比較陡，預冷的后期降溫曲線都趨于平緩。

（3）內外包裝開孔設計及結果分析

1）草莓紙箱的開孔設計。草莓紙箱尺寸為400mm×250mm×200mm，紙箱開孔形狀為圓形孔，前后各開六個孔，分別為30mm、40mm、50mm和60mm四種直徑規格的圓形孔，開孔率分別為5.3%、9.4%、14.7%、21.2%，具體如圖2-19所示。

2）草莓內包裝塑料盒的開孔設計。內包裝塑料盒開孔有矩形和圓形兩種形狀，矩形外形尺寸長寬為15mm×12mm、20mm×15mm、30mm×15mm三種規格，前后各開三個孔；圓形有直徑15mm、20mm、25mm三種規格，前后各開三個孔。其中矩形的三種規格和圓形的三種規格分別對應的開孔率相同，開孔率分別為4.8%、8.5%和13.3%，如圖2-20所示。

3）不同外包裝箱開孔（B-vent）直徑條件下的預冷效果。預冷前，將整個外包裝箱的環境溫度降溫至0℃，外包裝箱進風口側風速為1.5m/s，風溫為0℃；在草莓內包裝塑料盒開孔（C-vent）固定的情況下，當外包裝箱開孔（B-vent）直徑分別為30mm、40mm、50mm、60mm時的草莓預冷降溫曲線如圖2-21所示。

從圖2-21可知，開孔越大預冷降溫效果越好，當外包裝箱開孔（B-vent）直徑分別為30mm、40mm、50mm、60mm時的八分之七冷卻時間分別為190min、136min、120min和92min，外包裝箱開孔直徑60mm比開孔直徑30mm的預冷時間縮短了一半。

2.2.1.7 果蔬預冷行業發展存在的問題

1.缺乏科學合理的產地預冷統一規劃布局

果蔬產地預冷體系建設是一項涉及果蔬生物學、制冷技術、工程熱物理、自動控制等跨學科、技術復雜的系統工程，尤其面對我國果蔬產量巨大、品種繁多、預冷率很低等的具體情況，亟須有一個全國統一的科學合理的產地預冷規劃布局。

雖然國務院辦公廳的發文《國務院辦公廳關于加快發展冷鏈物流保障食品安全促進消費升級的意見》即國辦發〔2017〕29號中重點強調了聚焦農產品產地“最先一公里”等突出問題，但還缺少實施落地的具體法規和政策，短期內還無法突破產地預冷的瓶頸。

2.產地專業化預冷裝備與設施嚴重不足，自動化程度低

我國產地專業化預冷裝備與設施嚴重不足。國內果蔬預冷率約為20%，但是其中大部分果蔬預冷是通過普通冷庫實施的。比如海南省果蔬預冷都是冷庫預冷，所用冷庫基本都是氨制冷系統冷庫，設備陳舊老化，許多冷庫還是國內20世紀七八十年代的水平。冷庫的配置沒有按預冷庫的設計配置制冷系統，基本是按照普通果蔬冷庫建造，沒有專業化預冷設施。大多數冷庫建在批發市場內，需要一定的時間集貨，預冷不及時，預冷時間長達24h，預冷效率低，果蔬生產收獲旺季不能達到快速預冷及周轉目的，預冷果蔬質量不高。目前我國無論產地預冷裝備專業化程度還是數量都遠遠不能滿足果蔬產地預冷生產的需求。

預冷裝備與設施自動化程度低，導致不能精準控制預冷裝備或預冷庫內的溫度，也不能自動顯示庫內溫度和預冷蔬菜的中心溫度。預冷裝備與設施機械化程度低，預冷冷庫內搭架堆放蔬菜，且大多數冷庫蔬菜進出靠人工搬運，效率低。

3.預冷配套工藝不完善

預冷工藝不合理，同一間冷庫內蔬菜預冷和冷藏功能并用。由于大量蔬菜采收上市且周轉率低，前面預冷的蔬菜還沒有及時出庫運銷，后面急需預冷的蔬菜又進入冷庫預冷，從而導致預冷過的低溫蔬菜和剛采收的高溫蔬菜冷熱交換，造成已預冷過的蔬菜重新升溫。

蔬菜預冷周轉率低，例如海南省蔬菜預冷和冷藏周轉率平均為9天。由于蔬菜屬于高度易腐的鮮活農產品，加之海南氣溫高，因為采后不能及時預冷，預冷時間長等原因，嚴重影響蔬菜的新鮮品質。像歐洲、美國、日本等發達地區和國家的蔬菜基本是夏季當天采收，當天分級、包裝、預冷，預冷后直接用冷藏車運輸上市銷售，冷庫只是冷藏暫存，這樣就很好地保證了蔬菜品質。

不同品種的果蔬，對于具體的預冷方式、預冷速率、包裝以及碼垛方式等配套工藝有不同的要求，預冷后的品質也會受到上述因素的影響。國內雖然已有部分針對果蔬預冷工藝方面的研究，但是仍然缺乏預冷機理及預冷工藝等方面的系統性研究。

4.能耗大、成本高

首先，目前的果蔬預冷多采用冷庫預冷，能耗高，運行成本較高，不利于市場競爭和我國節約型社會的發展。其次，預冷設備末期由于冷卻介質溫度和被冷卻產品之間溫差已經很小，繼續大功率運行對于預冷效果改善不大，而且大大增加了能耗，然而現有的預冷設備大都是定頻，還不能很好地解決此問題。第三，預冷裝備的設計階段對于氣流組織、溫度控制、多溫區、變頻等技術的重視程度不夠，使得果蔬預冷裝備在能源利用率方面表現較差。

5.若干果蔬預冷關鍵技術需要完善

（1）預冷工藝研究

預冷工藝的研究，其目的是為了保證果蔬的品質和取得最大的經濟效益，這就要求預冷過程應滿足盡可能快地去除果蔬田間熱，從而有效降低果蔬的呼吸作用和新陳代謝，降低果蔬乙烯的釋放量，盡量滿足果蔬的自然屬性以及市場供需的要求，綜合考慮技術、成本、質量和能耗等因素，研究適宜的預冷工藝，以實現經濟效益的最大化。

（2）真空預冷

雖然我國真空預冷技術已有一定的研究基礎，能夠自主設計并制造真空預冷裝備，但是仍然有一些應用和研究的難題需要攻克。例如在應用方面，對于不同種類的果蔬，預冷目標溫度不同，蒸發特性要求也不同，選擇最佳的蒸發壓力、真空持續時間和預冷目標溫度是合理使用真空預冷技術的關鍵。在技術研究方面，果蔬內部的傳熱傳質規律是實現真空預冷裝備自動控制的基礎，需要對溫度隨時間的變化以及水分隨時間的變化進行深入研究。

（3）壓差預冷

對于壓差預冷風機風壓和風量的選擇、包裝箱開孔形狀和開孔面積優化、包裝箱的碼放方式、空氣溫度和風速、半冷卻時間和八分之七冷卻時間的影響因素、最優風量控制等壓差預冷技術，仍然需要系統深入的研究。

（4）流態冰預冷

通過典型果蔬的流態冰預冷研究，探索果蔬與流態冰或者低溫高濕空氣間的傳熱傳質規律及流態冰的流速、含冰率、冰粒直徑等參數對預冷空氣的溫度分布、濕度分布、流場分布等參數的影響，強化預冷過程的傳熱傳質，提高果蔬預冷速度，降低流態冰消耗，降低預冷過程的能耗。

6.果蔬產地預冷的信息化和標準化建設滯后

由于我國果蔬產地預冷裝備與基礎設施的缺失和技術薄弱，果蔬產地預冷的信息化建設幾乎是空白。產地預冷的標準化建設也剛剛起步，到目前為止只有真空預冷機的行業標準，其他果蔬專業化預冷裝備和操作規程都還是空白，無法滿足果蔬產地預冷的市場化要求。