真空预冷技术及其在果蔬方面的应用和发展前景*

梁 豪，田怀文，杨文哲

（1.西南交通大学可视化研究中心，四川 成都 610031；2.天津商业大学天津市制冷技术重点实验室，天津 300134）

1 果蔬应用真空预冷技术的研究背景及意义

在合适的时间对果蔬进行真空预冷可以更好地保持采摘后的品质，从而延长新鲜时间。真空预冷采用真空室气压吸收水分汽化潜热的原理，除去田间热和呼吸热，快速冷却，从而抑制呼吸作用，用于提高果蔬贮藏品质，在最佳时间进行预冷可以延长采摘后果蔬的品质和新鲜度。同时保证果蔬的营养，降低产品的成本，减少损失浪费，起到一定的环保作用。可见，真空预冷是果蔬产品贮藏、运输过程中极其重要的一道工序。

果蔬色泽艳丽、口感鲜美，含有大量的维生素C、维生素A 等，营养极其丰富，有利于维持人体正常的生理功能，对人体健康有着至关重要的作用。近些年来，全球果蔬产品的贸易额大幅增加。无论是美国、日本、欧盟等发达国家和地区，还是中国、印度等发展中人口大国及东南亚盛产果蔬的国家，对果蔬需求量及果蔬品质要求都越来越高。采摘后的果蔬仍然是活的生命体，如果不经任何加工处理，则果蔬将还继续进行呼吸作用、蒸腾作用等生理代谢，从而造成大量水分散失，加速果蔬衰老，使果蔬品质下降，最终变质腐烂[1]。因此果蔬采摘后进行真空预冷是很有必要的，经过大量的实验及研究，在后续贮藏方面，真空预冷后的果蔬品质远远高于非处理的果蔬品质。果蔬中含有大量的水分，水分既是维持果蔬生命的重要成分，同时又起到保鲜、延缓果蔬衰老等重要作用。在真空预冷过程中，造成果蔬内部水分质量分数的大幅变化及水分迁移。

2 常用预冷方法介绍

预冷是冷链的首要环节，利用制冷技术，在短时间内将果蔬从初始温度 （25 ℃左右）迅速降至所需要的最终温度，快速去除果蔬采摘后的田间热。预冷方法[2]目前主要有空气预冷、冷水预冷、冰水预冷、冷库预冷和真空预冷。预冷方法的选择主要取决于产品大小与形状、采摘后的温度、成本价格、贮藏时间等因素[3]。

2.1 空气预冷

空气预冷包括强制通风预冷和差压预冷，具有简单、造价低的特点，易造成果蔬表面干缩失水，其冷却速度较慢。控制失水需用高湿度空气，同时具有果蔬保鲜及冷却的功能。

2.2 冷水预冷

冷水预冷有洒水式、喷雾式和浸泡式。洒水式冷水预冷是通过上悬罐筒对果蔬洒水来实现冷却；喷雾式冷水预冷是加压喷洒雾化冷水对果蔬预冷，该方法的不足之处是会出现果蔬冷却不均匀现象；浸泡式冷水预冷是将需要预冷的果蔬放入冷水槽中，使其直接与冷水接触，适用于大部分果蔬产品，此方法冷却较为均匀，并且降温速度快，但长时间由水浸泡，果蔬易变质。

2.3 冰水预冷

冰水预冷是冷却方法中最简单的一种，由冰预冷发展而来。冰预冷是在果蔬包装箱内放入冰块，通过冰融化吸热的原理去除果蔬的田间热，从而达到冷却。但存在如下不足： 一方面，果蔬不可能与冰块充分接触，导致受热不均匀，达不到理想的降温效果； 另一方面，与冰接触的部分有很大可能出现冻伤。为改善这种情况，可以把冰预冷改进为冰水预冷，在包装箱内加入冰水混合物，使果蔬与冰水接触充分。

2.4 冷库预冷

冷库预冷就是把果蔬直接放入冷库中进行降温。冷库容量大，一次预冷量大，适用于大批量果蔬产品。可通过调节冷库的温度，达到想要的预冷效果。但是冷库预冷的初期投资大，预冷速度较慢，还需考虑冷库建筑、设备和选址等问题。

2.5 真空预冷

真空预冷就是将果蔬放入真空室内，开启真空预冷机。气压快速下降，果蔬内部的水分开始蒸发，从自身吸收热量，果蔬快速冷却。真空预冷使用广泛，果蔬、肉类等产品的实际应用较多。

3 真空预冷技术简介

3.1 真空预冷技术原理

果蔬中含有大量的水分，水分是维持果蔬生命的重要成分，同时也起到了保鲜等重要作用。水是果蔬内部最多的组成成分，在1 个标准大气压下，水的沸点为100 ℃； 气压降低时，沸点也随之降低，当气压下降到613.28 Pa 时，水的沸点为0 ℃；沸点下降时，蒸发潜热升高，水的蒸发潜热由2 256.69 kJ/kg 升高至2 499.52 kJ/kg。

真空预冷机工作时，随着真空泵不断抽气，真空室内的气压急速下降。当气压下降到某一程度，果蔬里面的大量水分开始蒸发，吸收自身的热量，导致果蔬的温度降低。

3.2 真空预冷的优点与缺点

1）优点： 冷却速度快，一般20 min 左右达到冷却的效果； 冷却均匀，真空室内各点的压强相对均衡，果蔬表面自由水蒸发带走自身热量，从而降温较为均匀； 清洁卫生，在真空环境下，可抑制细菌滋生并杀菌[4-5]； 保鲜效果好，保有果蔬原来的品质，贮藏期得以延长[6]； 环保和方便，不受产品类型和包装的影响，使用能耗低、成本小，十分环保和方便。

2）缺点： 不适用于水分较少或表皮太厚的果蔬，真空预冷主要是果蔬自身的内部水分蒸发，水分较少、皮太厚都不利于内部水分蒸发； 质量损失，由于水分蒸发，因此果蔬的质量会有一定的损失； 设备成本高，由于真空预冷装置造价高，因此不太适用于一般小型农产品用户[7]。

4 真空预冷技术研究及其应用和发展前景

欧盟、美国、日本等国家和地区早已开展了真空预冷技术的研究，且其设备和技术现已十分成熟。真空预冷技术不仅在理论研究方面取得了突破，而且在实践方面也得到了广泛的应用。美国早就把真空预冷技术用于园艺方面[8]，已超过50 多年。目前为止，真空预冷技术在果蔬、肉类、鲜花等领域应用较为广泛。随着真空预冷技术的不断发展，全球相关学者进行了大量的实验探究，并取得了丰硕的研究成果，大大促进了真空预冷技术的快速发展。中国是农业生产大国，同时也是农产品消费大国，我国对真空预冷技术的相关研究工作起步虽晚，始于20 世纪80 年代，但发展十分迅速，短短数十年的研究已取得了巨大的进步。但与欧盟、美国、日本等发达国家和地区相比，仍存在着较大的差距[9]。

真空预冷技术主要应用于果蔬采摘后快速冷却。将果蔬放入真空室内，迅速抽走空气。当气压降低到一定的程度，果蔬体内的水分开始蒸发，从果蔬自身吸收热量，使得温度降低。真空预冷是迄今为止最快的制冷方法，它能较为迅速且均匀地去除采摘后的果蔬或鲜花带有的田间热[10]。一方面，在宏观研究方向，陶菲等[11]研究白蘑菇在真空预冷条件下的品质变化，通过实验研究，结果表明： 白蘑菇在真空预冷后，其呼吸速率下降，减少了其自身的能量消耗，达到保鲜的效果，防止其短时间内发生变质，保持产品品质，有利于延长白蘑菇的寿命及贮藏时间。另一方面，在微观研究方向，金听祥等[12]研究在真空条件下温度分布、内部和表面的水分流失及变化趋势，并用显微镜观察过程中内部的变化，真空预冷导致水分减少，发生水分迁移，建立了数学模型并对仿真结果进行了验证，但是其他位置的含水量、气压及温度变化不能在其模型中完全反映出来； 于是，李改莲等[13-14]研究不同位置的含水量、气压和温度变化，并建立了相关水分迁移的二维数学模型，进一步研究真空预冷水分迁移的特性。

现如今，国内外的真空预冷技术研究已经相当成熟。但在实验研究中真空预冷技术仍存在一些问题： 一是在国内外的真空预冷技术研究中，真空预冷过程数学模型的建立没有引起多少关注，对空气侧或水蒸气侧的变化研究较少，缺少复杂或不规则形状果蔬的数学模型； 二是真空预冷前期所需投入经费高，运行能耗高且后期维护成本高； 三是降低真空预冷后果蔬失重率的研究不足。可见，真空预冷技术的研究空间仍然非常广泛。

针对现有问题提供若干建议： 一是阅读并消化果蔬真空预冷及其数学模型的相关文献，学会建立其数学模型，对模型求解； 二是真空预冷技术设备机械化、智能化迫在眉睫，避免人为操作误差，加大对真空预冷技术人员的培训，提高真空预冷工艺水平，对现有设备进行改建，减少前期费用和后期维护成本； 三是研究并探索降低真空预冷后果蔬失重率的方法，加深对果蔬内部水分迁移的研究，降低其质量损失。

5 结束语

真空预冷技术不仅可以延长果蔬在运输和贮藏过程中的保鲜时间，还能提高我国果蔬产品冷链物流行业的发展。此技术极大地保证了果蔬内部的营养成分，而且可以减少相关设备的能耗，对环境保护做出了一定的贡献。在一定程度上，对提高果农、菜农对果蔬产品的预冷意识有着积极作用。可见，真空预冷作为一种快速、干净又环保的冷却方式，对冷藏链技术与应用及新时代中国经济发展具有现实意义，有着广阔的应用前景。