我国蔬菜清洗技术研究现状

2016-03-26吕伟健高庆生陈永生管春松杨雅婷

蔬菜 2016年4期

胡桧，吕伟健，高庆生，陈永生，管春松，杨雅婷

（农业部南京农业机械化研究所，江苏南京 210014）

中国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国。2013年全国蔬菜播种面积2 000万hm2，总产量达7亿t，人均占有量超过500 kg，位居世界第一[1]，蔬菜生产水平和生产规模已进入了一个新的阶段。随之而来的是，全国农产品供应形势发生了根本性的转变，由前期的供不应求和供求平衡进入到现在的供大于求，农产品价格不断下降，采后损失率不断上升，农民收入减少，甚至出现负增长[2]。为解决当前难题，应该大力发展蔬菜的产后深加工产业，以延长蔬菜贮藏期，增加产品附加值。而蔬菜清洗作为蔬菜深加工的初始环节也是关键环节，对提高蔬菜深加工水平和质量具有至关重要的作用。

蔬菜清洗主要是清除蔬菜表面的泥沙、寄生虫卵等杂质，以及对蔬菜农药残留进行降解消毒。当前，国内蔬菜清洗机的自动化、智能化程度低，很多工作需要人工辅助完成，劳动强度高、清洗效率低、耗水量大且清洗分散，难以满足目前蔬菜加工高效生产的需求[3]。因此，对蔬菜机械化清洗技术与设备进行系统性分析与总结，有利于后期研制出高效、节能、节水的蔬菜清洗装置，对满足人们对新鲜、高营养蔬菜的需求具有重要的现实意义。

1 蔬菜清洗设备分类

近年来，蔬菜清洗机已成为蔬菜产业发展中倍受关注的热点之一，但对蔬菜清洗机的分类并没有统一标准，而根据目前市场上的主要蔬菜清洗机型，大致可有以下几种分类方式：

1.1 按清洗的蔬菜品种分类

有叶菜清洗机、果菜清洗机和根菜清洗机。

1.2 按采用的清洗技术分类

有巴氏杀菌流水线清洗机、超声波蔬菜清洗机和传统清洗机。其中传统清洗机主要包括振动清洗机、滚筒清洗机，螺旋清洗机、气泡清洗机、高压清洗机等。

1.3 按清洗机功能分类

分单一功能清洗机和多功能清洗机，多功能清洗机是指在一次清洗作业过程中可完成清洗、杀菌、消毒和冷却等多道工艺。

2 国内清洗技术及清洗机研究现状

2.1 传统清洗机

传统清洗机主要通过浸泡、物理清洗和喷淋作用完成清洗目的，物理清洗环节有毛刷清洗、机械振动清洗和桨叶清洗等方式。水槽中的清洗水可以利用蒸汽加热，进一步提高清洗效果。该类清洗机械主要适用于土豆、番茄、胡萝卜等果菜清洗，对叶菜损伤较大。

此类清洗机械最早出现的是1996年华中农业大学工程系袁巧霞等研制的GL-I型根茎类蔬菜清洗机，利用横向板条焊接而成的六边形滚筒回转时与物料的撞击作用达到清洗的目的，同时在沿滚筒长度方向设有喷水管，使进料口至出料口以同样大小的水量喷洗，但清洗过程中需不断换水，耗水量较大[4]。在此原理的基础上，后期又研发出刷淋式清洗机、滚筒式清洗机以及桨叶式清洗机等。

2000年湖南农业大学高英武等研制的振动喷淋式蔬菜清洗机是此类蔬菜物理清洗机的典型代表。该机器通过往复振动发生器与振动床相连，使振动床带动盛菜篮在清洗液中往复振动，清洗前期使用循环水，后期使用净水。机架轨道上的菜篮从喷淋罩的一端进去，另一端排出，实现流水作业[5]。该机器同样存在耗水量大的问题，但降低了对蔬菜的破坏程度。

气泡清洗机通常采用底部给气的方式，利用气泵在流动或静止的水槽中加入具有一定正压力的气体（空气）。加入的正压力气体产生正压气泡，气泡在上升过程中破裂，引起的压强变化会对蔬菜表面的杂质进行不断的吸附与冲击，从而实现清洗的目的。与传统清洗机相比，气泡清洗机可用于叶菜的清洗，且损伤较小。2007农业部规划设计研究院丁小明以叶菜类蔬菜为研究对象，以自来水为清洗介质，以气泵为气泡发生源，在自制的由玻璃和不锈钢板搭建的试验台上进行模拟试验，研究了给定气泡式清洗槽中的蔬菜损伤率与气泡强度的关系、最大清洗体积比与蔬菜密度的关系、洗净率和浊度与清洗时间的关系、清洗液浊度与清洗量和洗净率的关系等。试验结果表明：气泡式清洗机可用于叶菜清洗，清洗损伤率与气泡强度正相关，清洗的理想时间为3 min，最大清洗体积比与蔬菜的密度、清洗液浊度、清洗量呈正线性相关，清洗液在浊度允许范围内可以连续使用，洗净率可在70%以上[6]。该研究一定程度上给出了气泡清洗高效、节能、节水的相关参数，但需要进一步作业实践。

2.2 超声波清洗机

超声清洗开始于20世纪50年代初，初期主要用于电子、光学和医药等领域，作为一项实用性很强的技术，其应用相当广泛，涉及大型机械零部件、小型半导体器件的清洗等，常称作“无刷清洗”。超声波清洗的主要特点是速度快、效果好、容易实现工业控制等，应用于蔬菜、瓜果等食品清洗时，可清洗根茎类、叶菜类等各种蔬菜和瓜果，普通清洗方法很难实现上述目标。随着声化学的出现与应用，再配合使用适当的溶液，调节清洗液酸碱度等，清洗效果更好。

2012年塔里木大学机械电气化工程学院马少辉设计制造了以超声波为清洗动力的红枣清洗机，同时分析了超声波清洗红枣的机理。以预先试验为基础，确定了清洗机的参数及范围，通过超声波对制干红枣的清洗进行了正交试验，对试验数据进行的极差与方差分析表明：当清洗机超声波功率为550 W，清洗水温60 ℃，清洗时间4 min时，清洗效果最好。在该条件下进行清洗制干红枣原料，洗净率大于96.2%，破损率为0.8%。研究结果可为果菜类、根茎类蔬菜清洗提供技术参考[7]。

为进一步提高清洗质量和清洗效率，后期又研发出超声波组合型蔬菜清洗机，主要有超声波气泡清洗机和超声波臭氧清洗机等。

2003年南京农业大学食品科技学院的高翔等，利用超声波气泡清洗设备清洗鲜切的西洋芹[8]，研究结果表明：超声波频率50 kHz，温度25 ℃，处理10 min，鲜切西洋芹除菌率达80%，霉的活性降低了50%，呼吸作用受到抑制，无机械损伤，感官品质优良，有利于鲜切菜保鲜。但该清洗方式只对清洗或半清洗以后的蔬菜实现第2次清洗有较大的效果，不适合对蔬菜的初次清洗。

2011年，农业部南京农业机械化研究所王海鸥进行了超声波臭氧组合果蔬清洗机的设计与实验，该机设计了自动清洗控制程序，制定自动清洗工艺，设有喷淋漂洗、超声臭氧清洗和二次喷淋3个清洗过程，可完成果蔬全自动清洗。采用相向错位配置喷淋装置，结合程序控制，清洗过程中可使果蔬等发生间断性扰动和翻滚，实现换位清洗，提高清洗均匀性，增强臭氧混合效果。并以草莓作为清洗对象进行试验，结果表明：该机对草莓品质无影响，灭菌率超过90%，对敌敌畏、乙酰甲胺磷和乐果等农药的降解率均为85%左右，灭菌、去污、降解农药残留效果显著[9]。

2.3 巴氏杀菌流水线清洗机

在蔬菜初步清洗包装完成后，需要利用巴氏杀菌流水线清洗机对包装完成的产品进行进一步的水浴清洗杀菌，其加工工艺为：杀菌—冷却—风干沥水。巴氏杀菌流水线是在吸收、消化国外样机的基础上设计而成，采用循环温水预热，循环热水杀菌，循环温水预冷，再用冷却水喷淋冷却4段处理形式。具有杀菌温度自动控制，杀菌时间无级调速等优点，能广泛应用于加工各种蔬菜的袋装及罐装产品，如野菜、水煮菜等。

巴氏杀菌流水线杀菌的原理是：在一定温度范围内，温度越低，细菌繁殖越慢；温度越高，繁殖越快，但温度太高，细菌就会死亡。不同的细菌有不同的最适生长温度和耐热、耐冷能力，巴氏消毒其实就是利用病原体不是很耐热的特点，用适当的温度和时间处理，将其全部杀灭。但经巴氏消毒后，仍保留了小部分无害或有益、较耐热的细菌或细菌芽孢，从而实现杀灭霉菌、延长蔬菜产品保质期。