气调保鲜冷库之构成及其应用

黄仲兴

(常州信息职业技术学院 江苏常州 213001)

气调保鲜冷库(以下简称气调库)是在普通冷藏库基础上，增加库内气体成分调节功能，因而既具有“冷藏”功能，又具有“气调”功能的新型冷库。目前在一些发达国家已基本普及，而我国近几年才得到推广应用。

1 气调库的构成

气调库由库体、气调系统、制冷系统、加湿系统、压力平衡系统以及自动检测控制系统构成。

1.1 库体［1］

常见气调库库体有装配式、砖混式和夹套式3种。装配式是目前国内外新建气调库最常用的类型。它由以金属轧制卷板为面板，硬质聚氨酯或苯乙烯泡沫作保温材料，经整体发泡或胶粘复合而成的隔热芯板组装而成。其隔热、防潮和气密性能优越，外形美观，建造时间短，但造价稍高。笔者曾从事此型库体生产及安装工作多年。砖混式和夹套式因施工复杂、建筑周期长而逐步被装配式替代。

气调库库体与普通果蔬冷库的最重要区别，是气密性和安全性。气调库建筑有别于普通冷藏库最重要的施工质量指标是库体的气密性。目前一般按试验压力294 Pa，半压降时间(压力下降到试验起始压力之一半所需要的时间)不小于20～30 min 为合格;为避免库温发生变化时库内外形成气压差威胁库体结构的安全，气调库必须设置压力平衡系统。气调库通常设计为单层结构，高度一般为6 m 左右。

1.2 气调系统

气调系统由气体调节设备、管道、阀门等组成，其功能是保证气调库内气体成分达到所需的要求并保持相对稳定。它包括如下设备或子系统。

1)制氮或脱氧设备。为了降低果蔬在库内的呼吸活动，使其进入近休眠状态，就必须降低库内气体中氧气的含量百分比。实现这一目的的途径有两条:充氮降氧或者降氧增氮。

①制氮机:目前制氮机主要有碳分子筛吸附式制氮机、膜分离式制氮机以及真空低压吸附(VSA)脱氧制氮机三种。碳分子筛吸附式制氮机是采用变压吸附(PSA)原理制氮，具有制氮纯度高、设备简单、价格低的特点，但设备中阀门多，切换频繁，设备噪声大，可靠性相对较低而使用受到一定限制，这种情况因近年来阀门质量及其可靠性的提高而有所改变。膜分离制氮机是利用氧气与氮气透膜速度的差异将氧气从空气中分离出来。氮气浓度可在95%～99%之间无级调节。它具有设备简单，投资小、占地少、易安装，使用方便，安全可靠，能耗相对较低等特点，是目前气调库中使用最广泛的设备。VSA 脱氧制氮机则采用CMS 活性碳吸附再生的原理来吸附氧气，并同时将经除氧后的高纯度氮气注入库内，从而使库内氧气浓度降低。因VSA 脱氧制氮机综合性能优良，因而逐步得到较广泛应用。

②脱氧机:脱氧机是用于快速降低气调库氧含量的一种降氧设备。它往往被误以为是真空回转吸附式(VSA)脱氧制氮机，因为脱氧机与VSA 脱氧制氮机都采用了真空解析方式。但由于脱氧机动力源采用了压力更低、耗电量更小的风机，且其取气方式不同于VSA 制氮机，后者采用的是开环式取气模式，而脱氧机采用效率更高的半开环取气模式，其循环风量是VSA 制氮机的5 倍以上。由于脱氧机具有较大节能性和可靠性，欧美的气调库从2000年开始广泛使用脱氧机，有逐步取代制氮机的趋势。

2)二氧化碳脱除装置。其作用是脱除库内因果蔬呼吸作用产生的过量的二氧化碳。目前，气调库普遍采用活性碳式脱除装置，因为活性碳有较强的吸附能力。而传统方法已基本被淘汰。该装置分单罐式和双罐式两种，前者只能间断式工作，而后者可以连续工作。其工作能力，应根据库内果蔬的品种、气调库的容量及自由空间体积、库内二氧化碳的浓度要求等因素来确定。

3)乙烯脱除设备。乙烯是果蔬在成熟和后熟过程中自身产生并释放出的一种植物激素，对果蔬有催熟作用。因此，储藏对乙烯敏感且自身排放乙烯量又高的果蔬，例如苹果、桃子、西兰花、甘蓝等，必须采取措施，抑制乙烯的产生并消除其在库内的累积。目前常用的方法有化学法和高温氧化法。

①化学法是利用吸附在多孔材料上的饱和高锰酸钾溶液吸收乙烯。库内乙烯与高锰酸钾接触而被氧化清除。这种方法简单廉价，但脱除效率低。故一般用于投资较少的小型或简易气调库。

②高温氧化法是在催化剂和局部高温条件下，乙烯与氧气反应生成二氧化碳和水，反应方程是C2H4+3O2=2CO2+2H2O。乙烯脱除机的中心反应温度可达250℃，但气体进出口温度不高于15～20℃，故可保证在不明显增加库内热负荷的前提下，达到脱除乙烯的目的。其脱除效率高，乙烯浓度可降到0.01 ppm 的数量级。同时，其还能对库内气体进行高温杀菌以及清除其他芳香气体，从而减少水果霉变和延缓水果熟化。但投资费用相对较高。

4)制冷系统。制冷系统一般由活塞式单级压缩制冷机、制冷管道、阀门、控制元件等所组成，是一个闭式循环系统。气调库的制冷压缩机大多用氟利昂或氨作制冷剂。

性能良好的气调库，要求传热温差为2～3℃，即蒸发温度和库温之差为2～3℃，这比普通冷库小得多。因为使蒸发温度和库温间的差值较小，能减少蒸发器的结霜，维持库内较高的相对湿度，从而减少所贮物品的干耗。所以，气调库冷风机选型设计中，多采用“大蒸发面积低传热温差”模式。

性能良好的气调库，还必须保证库内温度的均匀性。为此，一般选用高精度的电子控温仪作温控装置。温控器的传感器数量，根据库体大小确定，通常为3～6 个，其中必须有1 个用来探测自由空间的空气温度，其余的用以测量不同货物点的温度。

5)加湿设备。为减少果蔬的干耗，保持果蔬的鲜脆，必须使气调库内气体具有最佳的相对湿度，一般为90%～95%。气调库常见的加湿方法有喷雾、离心雾化和超声雾化加湿等，加湿效果均比较好。

6)测控系统。测控系统的功用，是按果蔬储存要求，测量和控制气调库气调参数，使果蔬处于最佳的气调环境中。它由中央控制计算机，控制器、样本或信息采集装置等组成。中央控制计算机可对整个系统进行远距离实时监控，可以自动获取各参数数据，显示运行曲线，打印记录，启动或关闭气调设备。操作人员可以方便直观地获取各方面的信息，还能根据储存果蔬品种和数量的不同，事先设定或根据需要调整控制参数。

1.3 压力平衡系统

压力平衡系统由气压平衡袋和安全阀组成。

①气压平衡袋的作用，是消除或缓解因库内温度变化等因素导致的微量压力失衡，使库内外的压差减小或接近于零。其工作原理是，库内压力升高时，部分气体进入平衡袋。反之，则平衡袋内气体进入库内。平衡袋一般放置于无阳光直射、环境温度波动相对较小之处。

②安全阀是当平衡袋调节能力不足以维持库内外压力平衡，压差大于规定的安全值时起保护作用的装置。目前多用水封式安全阀，设定安全压力一般采用国外推荐值:±190 Pa。

2 气调库的合理使用及管理

与其他保鲜方法一样，气调库储藏的果蔬通过控制“果蔬呼吸强度、腐败菌繁殖、环境湿度”三大要素来实现果蔬保鲜目的［2］。用气调库储藏，果蔬腐烂率和失水率低，能基本保持果蔬原有的形、色、香、味，硬度高于普通冷藏的果蔬;通常气调贮藏比普通冷藏可延长贮藏期2～3 倍。而且，由于果蔬在气调储存时处于近休眠状态，货物出库脱离气调环境后，需经较长时间才能“复苏”，故可延长销售货架期2～3 周。但是，要充分发挥气调库的优势，合理使用和加强管理至关重要。在管理人员必须经过专业培训，持证上岗，认真履行职责的前提下，还须注意以下几点:

1)及时有效的前处理［3］。被储存的果蔬，必须按相应的储存前处理要求，及时有效地做好前处理工作，包括果蔬采摘后尽快预冷、剔除病果病蔬、进行必要的杀菌消毒处理等。这对保持果蔬原有的新鲜质地、防止进库储存期间发生霉变腐烂将起到十分重要的作用。

2)合理选择气调参数［3］。不同果蔬的储藏条件、要求不尽相同，包括温度、湿度、气体成分等。即使同一种果蔬，若产地或品种不同，储存条件要求也不一定相同。因此，应根据储存物的储存条件、要求，合理选择气调参数。并且，同一间库内尽可能只储存同品名同品种同产地的货物，不宜将储存条件、要求不同的果蔬在同一气调间储存。否则将会影响储存效果，或缩短储存周期，甚至造成坏变损失。

3)合理有效的利用空间［1］。因气调库须通过提高装货密度来减小自由空间，以减小库内气体体量，最终降低气调设备负荷，保证果蔬尽快进入要求的气调环境;还因气调库不能像普通冷藏库那样通过快速周转提高利用率，气调库果蔬的装货密度应比普通冷藏库高，应遵循“满足储藏工艺和管理要求的前提下能装则装，尽量减少无效空间”的原则。

4)良好的空气循环。为保证库内各处气体温度和组分的均匀性，库内空气应维持一定的循环流动量。在果蔬入库初期，每小时循环流动量为空库容积之40 倍左右，当温度下降到起始值的一半后，每小时循环流动量可控制在空库容积之15 倍左右。

5)快进快调整出［1］。为避免采摘后因长时间高强度呼吸作用使果蔬质地下降，新鲜度降低，果蔬采摘后应尽快入库，尽快装满，并按被储藏果蔬的储藏工艺要求尽快调气。为避免库内外经常发生气体交换，破坏最佳气调状态，影响储藏效果，气调库一旦封门，便不允许随便开启。果蔬出库，也应以“批量尽可能大、时限尽可能短”为原则。

3 结束语

气调库是由气密库体、气调系统、压力平衡系统等组成的，它可为果蔬提供适宜的气调储藏环境，使果蔬进入近休眠状态，从而使之在基本保持原始品质的前提下得以长期保存。但是，气调库也只是一种“物”，要充分发挥它的优势，合理使用和加强管理至关重要，管理人员必须具有操作管理资质，管理工作必须贯穿从果蔬采摘入库到出库的全过程，任何环节的疏忽都会对正常使用带来负面影响。

［1］卢士勋，杨万枫.制冷技术及其工程应用［M］.上海:上海交通大学出版社，2010:293-296.

［2］王惠惠，王维民.鲜切叶菜保鲜技术研究进展［J］.保鲜与加工，2013(2):2-3.

［3］任小林，李倩倩.苹果储藏保鲜关键技术［J］.保鲜与加工，2013(1):4-8.