家用冰箱保鲜技术研究进展

姬翔 刘港帅 李泓利 贾雯 胡海梅 田慧琴 傅达奇

1.中国农业大学食品科学与营养工程学院 北京 100083；2.长虹美菱股份有限公司 安徽合肥 230601

1 引言

冰箱通过低温抑制食品的腐坏变质进程，但单纯的低温条件往往并不能达到良好的保鲜效果，许多有害微生物在低温环境中仍然会继续生长繁殖，食品对单一低温条件存在不适应性，这都使得食品的品质和安全性出现隐患。随着时代的发展，人们的健康意识逐步提升，冰箱作为家庭健康生活中的重要一环，人们对冰箱的保鲜效果[1]提出了更高的要求。目前，健康成为人们选择冰箱时首要关注的方面[2-3]，其次大容量、多分区和智能冰箱也深得消费者的青睐。在这个不断发展的时代，冰箱企业应当回归冰箱保鲜的本质，加快冰箱保鲜技术的创新与研发，提供更加健康、智能的保鲜方案，才能在市场上站稳脚跟[4]。

科技的发展为冰箱保鲜领域带来众多新技术。通过文献收集与市场调研，本文分类总结了现有的家用冰箱保鲜技术，旨在为今后研发冰箱保鲜技术与消费者选购冰箱提供方向与参考。

2 冰箱制冷方式对冰箱保鲜性能的影响

目前，冰箱主要有两种制冷方式[5]：直冷式与风冷式。直冷式冰箱采用冷凝器直接降低冰箱内温度，并通过冰箱内冷空气的自然循环使冰箱内温度趋于平衡，这样有利于食品的保湿保鲜，但是降温速度慢，容易造成箱内温度不均匀，且箱内容易结霜。风冷式冰箱则是通过电风扇强制内部冷空气循环，制冷速度快，箱内温度均匀，不容易结霜，但是由于箱内空气流速较快，容易造成食品的风干。

直冷式与风冷式各有优缺点，冰箱企业研发新产品时应该结合冰箱使用的实际情况去选择合适的冰箱制冷方式。也有一些冰箱企业生产出直冷、风冷双制冷方式的冰箱，可以利用各自的优点达到最优的食品保鲜方式。目前市场上也出现了各分区独立制冷的冰箱，例如海信“食神”系列中式对开门冰箱，冷藏室、冷冻室、变温室均采用独立制冷，使冰箱各区域获得适合不同种类食品的制冷效果和保鲜性能。

3 冰箱保鲜技术现状

3.1 传统冰箱保鲜技术

3.1.1 基于精准控温的保鲜技术

冰箱通过降低食品周围环境的温度，从而减缓食品中各种酶的生物化学反应，并抑制食品表面、内部微生物的生命活动，以此来达到食品保鲜的目的[6]。

精准控制温度的高低、波动范围以及降温速度是精准控温的三个主要方面。温度越低，并不意味着保鲜效果就越好，不适宜的冷藏温度会导致果蔬类食品发生冷害[7]，并且过低的冷冻温度会导致食品内部形成较大冰晶，从而刺破细胞，在解冻时造成大量营养成分流失，造成食品质量的严重损伤[8]。同时，冰箱内部温度的大范围波动也会导致食品内部形成较大冰晶，对食品品质造成损伤。其次，冰箱降温速度的快慢也与食品的保鲜效果密切相关[9-10]，食品在低温贮藏的过程中，如果冰箱可以做到让食品中心温度迅速越过最大冰晶生成区（使食品中近80%的水分冻结成冰的温度范围，通常为-1℃至-5℃），则可使食品内部的冰晶分布最大程度上接近于食品原有水分的分布，此时对食品内部细胞不会造成较大伤害[11-12]。综上所述，冰箱对其内部温度的控制，对食品保鲜起到至关重要的作用。

冰箱内部温度的改变主要通过变频器改变电源频率来实现，为达到精准控温的三个主要方面，就要求冰箱企业要深入研究冰箱变频技术。长虹美菱股份有限公司自主研发出的“0.1度变频”技术，在快速降温的同时，可以实现0.1℃精准控温。

其次，为了减少因过低的贮藏温度对食品品质造成的损伤，许多冰箱制造企业推出了“零度保鲜”、“微冻保鲜[13]”技术，即让冰箱保藏室的温度稳定在0℃附近，在这个温度下，可以达到“冰水共存”的状态。温度控制在0℃附近，可以在有效抑制微生物生长与减缓食品腐败变质的基础上，最大程度保持食品的原始风味与口感。2019年美的集团推出的“微晶”系列冰箱[14]，其微晶保鲜舱可以将温度维持在0℃附近，将新鲜牛肉放入微晶保鲜舱存放24小时后拿出，经食品专业技术人员评判，牛肉仍保持非常新鲜的状态。鲁礼明等[15]研究表明，猪肉在-3℃至-4℃贮藏时，可以实现长达18天的保鲜期。格力电器在2019年推出的“肉类保鲜行家”晶弘魔法冰箱[16]，可以实现-3℃嫩冻、-5℃瞬冻、-33℃深冻的多层次肉类保鲜需求，并且搭配晶弘的瞬冻技术，在最短的时间内达到指定温度，最大程度上降低食品品质损失。2017年博世公司推出的“维他保鲜”系列冰箱，设立独立“零度维他保鲜+”室，采用精准电脑控制，使温度处于接近但不低于0℃的状态[17]。松下电器的大部分冰箱产品，也都搭配了-3℃微冻功能，使用食材时无需解冻，可以在较长时间内保持食品新鲜。

冰箱对其内部温度的控制是冰箱最重要的保鲜基础。冰箱企业应当做好精准控温技术，使冰箱内部温度迅速达到指定温度，且不会产生较大波动。

3.1.2 基于分区贮藏的保鲜技术

由于每种食品都有其特有的最适贮藏温度区间与湿度区间，同时为了避免生熟食品交叉污染以及不同食品之间相互串味，分区贮藏可以更好地满足人们精准化储存不同种类食品的需求，因此，多分区大容量冰箱开始走进市场[18]，并获得了越来越多消费者的青睐。分区贮藏的关键在于多循环制冷系统，较早时期的冰箱采用单循环系统，即只有一套制冷系统，各贮藏区间温度不可单独控制，而多循环系统可以实现多温多控，各贮藏空间单独制冷，之间不受干扰，为食品的分区贮藏提供了良好的条件。

目前市场上推出了许多基于多分区贮藏，精准化保鲜的冰箱。2017年，海尔集团公司在中国家电及消费电子博览会（AWE）上发布的“全空间保鲜”系列冰箱[19]，能够解决湿度控制、食材串味等冰箱保鲜技术难题，冷藏室搭配精控干湿分区贮藏技术，划分为多个适应不同种类食品的存储空间，多种送风模式互相配合，实现对不同食品的精准化保鲜。海尔集团公司的其他产品，如2016年推出的“变频四门冰箱”（BCD-345WDGFU1）冰箱也实现了多分区“干湿精储”，其保鲜抽屉可以做到三档湿度调节，满足不同食品的保鲜需求。海信家电集团股份有限公司在2018年推出的“食神”系列冰箱，内部贮藏区域划分精细，不同贮藏空间的湿度与温度可独立精准控制，为不同种类的食品提供适宜的贮藏条件。长虹美菱股份有限公司在2021年最新发布“M鲜生二代全面薄冰箱”（BCD-656WQ3M/481WQ3M），冷藏室配置“全密封熟食贮藏盒”，实现对食品全密封、异味隔绝、杀菌的保鲜效果，并且，冰箱内部还搭载“暖藏变温室”，单间室实现-20℃至20℃的变温区间，进一步解决了食品多元化保鲜问题。

多门多分区贮藏已经成为冰箱发展中的一种主要趋势。基于多分区贮藏的保鲜技术有着很大的发展前景，其实现了不同食品对应不同贮藏条件的精准化保鲜，同时，还可以有效解决食品串味问题，更好地维护食品的感官和营养品质。

3.1.3 基于气体控制的保鲜技术

食品贮藏环境中的气体组成对食品的保鲜效果具有重要影响。影响食品腐败的两个最主要因素是食品本身的氧化反应与微生物的繁殖。而通过调节食品贮藏环境中的气体组成，可以有效抑制微生物生长繁殖[20]与食品本身的各种生物化学反应，从而延长食品的保鲜时长。在冰箱中基于气体控制的保鲜技术大致分为气调保鲜与真空保鲜。

气调保鲜技术的核心在于，通过气体发生和消减设备，在一个封闭的体系内得到不同于正常大气组成的气体环境，比如提升二氧化碳气体、氮气含量，降低氧气含量，配合低温冷藏，从而抑制食品本身与微生物的生化反应。郭慧媛等[21-22]研究了冰箱气调贮藏对水果和肉类的影响，结果表明，相比于传统冰箱（无气调功能），在气调冰箱（氧气含量18%～18.5%）中贮藏的果蔬，失重率显著降低，并且维生素C和花青素的保留率显著提高，有效维持了果蔬的品质；贮藏的肉类，汁液流失率、挥发性盐基氮（TVB-N）含量、硫代巴比妥酸反应物（TBARs）值和菌落总数显著降低，延缓了其在冷藏过程中的品质劣变。在2017年的AWE上，卡萨帝冰箱推出“F+自由嵌入”系列冰箱，通过“MSA气调储鲜技术”降低冰箱内氧气含量，有效延长了食品的保鲜时间。

真空保鲜技术是运用真空泵将一个贮藏空间的空气抽出，形成极低的氧气分压，在极大程度上抑制了微生物的生长繁殖以及食品本身的生理代谢与氧化反应。阚苗等[23]运用可移动式真空保鲜容器与冰箱结合，研究了真空减压技术对生菜和葡萄在贮藏期间的保鲜效果，结果表明，真空减压技术能有效降低生菜和葡萄在贮藏期间的失重率，减少维生素C的损失，可以有效延缓生菜和葡萄在贮藏期间的品质劣变。海信家电集团股份有限公司提出“真空才是真保鲜”，其在2020年推出的“真空保鲜”系列冰箱，搭载“真空头等舱”，可以在舱内实现0.8个大气压的真空冰温环境，可有效延缓食品营养流失，并减少食品受潮霉变以及细菌的滋生。然而，在较低的环境温度下，当环境压力低于水的三相点压力时，容易使冰直接升华成水蒸气，造成食品的水分流失。研发部门在研发真空保鲜技术时，应当优化真空压力条件，在能够达到食品保鲜效果的同时，减少食品的脱水问题。

3.2 新型冰箱保鲜技术

3.2.1 电、磁场保鲜技术

电、磁场保鲜技术主要通过冰箱内部搭载高压静电场装置、永磁体等来实现。张武杰等[24]研究发现，在果蔬贮藏的过程中，外加磁场可以降低果蔬的失水率，并且可以有效减少维生素C和Fe的损失。任猛等[25]认为，外加磁场可以影响果蔬内部带电离子的运动，从而抑制代谢酶的活性，进而降低果蔬的生理代谢速率。曲晓雷等[26]认为在冷藏条件下，较高的磁场强度可以在耗能较低的情况下更好地杀灭微生物，并且在冷冻条件下，静磁场可以有效防止大冰晶的形成，减少细胞损伤，有效提升冰箱的保鲜性能。王屋梁等[27]、钟明等[28]、费玲等[29]人的研究也都证实了适宜的外加电场或磁场对食品有着一定程度的保鲜效果。

目前市场上也出现了一些运用电、磁场保鲜技术的冰箱，如美的集团在2020年推出的“果润维C冰箱”（BCD-503WSPZM），配备“果润磁力鲜”保鲜技术，研发团队证实该磁力保鲜技术可以有效防止果蔬水分流失，充分维持维生素C含量，抑制细菌增长，并且可以钝化果蔬内部酶活性，更好地保持果蔬的贮藏品质。

综上所述，电、磁场保鲜技术是一种便于操作、环境友好的新型无接触食品保鲜方式[30]，而探索出适合每类食材的最佳电、磁场强度范围，以及电、磁场强度的智能化控制则是未来电、磁场冰箱保鲜技术研发过程中应当重点关注的问题。

3.2.2 光照保鲜技术

采后果蔬在光照条件下仍会进行光合作用，积累营养物质[31]，许多研究表明，光照对采后果蔬的品质维持有着正向的调控作用，可通过采后补光的方法来维持果蔬的新鲜度[32]。传统光源，如钨灯、白炽灯等有着耗电量和散热量较大等严重缺点，并不适合于果蔬的采后保鲜。但随着半导体光照技术的成熟，LED[33]逐渐引起了研究人员的关注，LED灯是一种半导体发光器件，具有散发热量少、耗电低、易于控制等诸多优点[34]。Huang等人[35]研究表明，蓝色发光二极管（light-emitting diode，LED）照射可以促进香蕉的成熟，此外，LED光照还促进了香蕉果实中抗坏血酸、总酚和总糖含量的积累，有效提升了香蕉果实的营养品质。MA等人[36]研究发现，红色LED光照显著延缓了采后西兰花中抗坏血酸（AsA）的降解，可有效延缓西兰花的采后衰老并保持其贮藏品质。Nájera等人[37]研究表明，通过LED光的照射，可以促进采后番茄果实中番茄红素的积累，提高番茄的商业价值，另外，与白色LED光相比，LED光中的红光与远红光的比值（R:FR）越高，则更有利于提升番茄红素的含量及果实的硬度。

目前，通过在冰箱内部增加LED等各种光源发生设备的光照保鲜技术[38]已成功应用于市场，但是研发人员还应当针对不同种类的果蔬食材，在光照波长、光照强度、光照周期等技术参数上做进一步的细化。容声冰箱在2020年推出的“WILL冰鲜箱”（BCD-558WKK1FPG），其中配备了“SUPL多频光照养鲜”技术，开创了“放在冰箱里，继续长七天”的食品冰箱贮藏保鲜新理念。

另外有研究表明短波蓝光LED[39]以及短波紫外线（UV-C）有着很好的灭菌效果[40]。在Ghate等人[41]的研究中，认为蓝色LED光（460 nm）对鲜切菠萝片上的沙门氏菌生长有潜在的抑制作用。周伟[42]研究发现，低剂量的UV-C照射可以有效维持上海青在采后贮藏过程中的叶绿素、可溶性固形物、还原糖含量，使其保持较好的感官品质，同时他认为低剂量的UV-C照射可以诱导果蔬产生抗菌物质，并延缓其衰老过程。美的集团在2019年推出的“果净”系列冰箱[43]，内部搭载了“果蔬净鲜仓”存储空间，仓内配有美的独家研发的“太空深紫外光除农残技术”，通过UV-C照射，实现92%的农残降解率。伊莱特斯在2020年推出的一款“法式多门冰箱”（EHE5209GD），内部搭载净味呼吸灯，可以实现去除冰箱内部异味、保持冰箱内部空气清新的功能。

3.2.3 等离子体保鲜技术

等离子体是一个宏观体系，由许多带电离子组成，被视为物质的“第四态”。等离子体是由气体放电产生的[44]，放电过程中产生的物质，如活性氧离子等，与细菌等微生物中的蛋白质、核酸类物质发生化学反应，从而杀灭各类微生物，有效提高食品品质并延长保质期[45]。

汪闯等[46]使用微弧等离子体发生器，在冰箱冷藏室的环境下进行除菌实验，结果表明等离子体除菌效果达到90%以上。Starek等[47]研究表明，用低温等离子体处理番茄汁后，显著降低了好氧细菌菌落总数、酵母菌和霉菌的菌落总数，有效延长了番茄汁的货架期。张勇等[48]用低温等离子体处理鲜切西兰花，与对照组相比，经过低温等离子体处理的鲜切西兰花表面细菌数量显著降低，有效延缓了贮藏期间鲜切西兰花的衰老与品质劣变。

目前，通过在冰箱内部加设等离子体发生器的等离子体保鲜技术已经在冰箱市场上得到应用，容声冰箱（BCD-268YM、BCD-268PMB）、美的冰箱（BCD-630WKGPZV）、伊莱特斯冰箱（ESE4218GAN、ESE5319GAN、ESE6208GB）等冰箱产品都运用了等离子体保鲜技术。东芝公司在2008年研发了自身专利产品——光等离子发生器，通过光等离子电极的放电释放紫外线、臭氧、负离子，实现高效的杀菌效果从而延长果蔬的保鲜时间，同时具有显著的除味效果，此技术搭载在东芝公司GR-C203SE、GR-C232SE、GRC246SE型号的冰箱上。

等离子体保鲜技术在冰箱中可以同时实现保鲜、除菌、净味的效果，其在冰箱保鲜技术研发中具有良好的应用潜力。在今后的研发过程中，应当进一步优化其工作条件和在冰箱中的嵌入方式。

3.3 冰箱企业独特的冰箱保鲜技术

目前，有很多冰箱企业都推出了独家的冰箱保鲜技术，如松下电器研发的新一代弱酸性健康离子纳诺怡（nanoe），是一种纳米级的带电水离子，与自然负离子相比，更加适合在家庭环境中使用。该微粒的发生技术由Panasonic电工株式会社与广岛大学大学院工学研究科于2003年共同研发。研发实验结果表明，纳诺怡技术具有除菌、除味、保湿等多种功效，日常的家用电器都可以搭载此技术。松下电器将此技术搭载在冰箱中，可以起到明显的除菌、除味等对食品的保鲜功效。海尔集团在2014年推出的T.ABT健康杀菌技术，创新式地采用纯天然碧玺石除菌净化技术，该技术主要是利用碧玺石释放的负离子，配以纳米银离子，抑制细菌的生长与食品中的酶活力，打造绿色天然、健康安全的无菌储鲜环境。长虹美菱股份有限公司研发的“水分子激活保鲜技术”运用三个“力”（共振力、裂变力、穿透力），使食品中的水分子振动，从而实现快速降温、保护食品细胞、抑菌等功能，达到良好的食品保鲜效果，随着此技术的诞生，美菱于2019年2月发布了“M鲜生”系列冰箱[49]。

3.4 冰箱保鲜技术智能化

随着5G信息技术时代的到来，人工智能[50]、物联网、传感器[51]等技术不断发展，全行业智能化已发展成为一种趋势。冰箱行业发展至今，在智能化方面也取得了一定的进展。

冰箱的智能化应该体现“食品保鲜”的本质，美的公司表示“人机交互的智能新时代已经来临”，美的智能冰箱搭载AI智能控湿技术，通过借助控湿舱中的各种传感器，智能匹配不同食品所需要的不同湿度，充分满足了消费者的精准化个性保鲜。

2018年，海尔智家展示了“食联生态”智能平台，以智慧冰箱为核心，为用户定制健康美食解决方案[52]，其推出的“风冷变频十字对开门冰箱”（BCD-658WDIBU1）搭配智能人感交互，实现智慧食品管理、营养菜谱推荐、一键网购食品。海尔集团旗下的高端家电品牌卡萨帝在2019年推出的“物联网双屏冰箱”（BCD-659WISSU1），实现全面生态管理家庭饮食，并搭配AI技术，主动识别用户身份，检测健康数据，专属定制一周营养膳食计划。

目前智能化家电往往是单一、独立的，独立的产品有其独立的控制平台，未来企业可以联合第三方平台，让不同品牌、品类的家电实现“云云互联”[53]，可以用一个智能化平台完成不同品牌家电的智能控制，形成一体化的“智能家电”。冰箱作为家电中的主力产品，在“智能家电”中扮演了极其重要的角色。冰箱的智能化应当以食品的保鲜作为出发点，搭配各种智能化配件，与物联网技术联合起来，加强人机交互[54]，站在消费者的角度上设计智能化产品。

4 结束语

随着IEC冰箱保鲜国际标准的制定，客观评价冰箱的保鲜性能成为可能，但是由于各国各地区的气候环境、饮食习惯等有着很大的不同，并不能只依靠一个统一的国际标准来衡量冰箱的保鲜性能。目前，国内QB/T 5510-2020《家用冰箱保鲜性能试验方法》行业标准已处于发布公示阶段，此行业标准与国际标准接轨，并充分考虑中国特色[55]。各种冰箱保鲜标准的完善，为冰箱企业研发新型保鲜技术提供了很好的参考标准[56]。

在冰箱保鲜技术的不断升级换代中，研发部门应该始终以安全健康为出发点，做好市场调研，站在消费者的角度设计产品。随着生活质量的不断提高，人们需要贮藏在冰箱中的食品数量与种类增多，消费者更加需要大容量以及拥有多种分类存储空间的冰箱，因此，对食品的精准化保鲜已成为冰箱保鲜技术的主流发展趋势。冰箱保鲜技术在今后的发展中，应当在做好冰箱温度精准控制的基础上，搭配众多先进保鲜技术与人工智能技术，努力让冰箱实现更加人性化与智能化的保鲜效果。同时，还应该探索出每类食品的最适保鲜方式[57]，指导消费者在合适的环境下贮藏食品[58]，实现冰箱对食品保鲜效果的最大化。

本文通过文献收集与市场调研，综述各类传统冰箱保鲜技术与新型冰箱保鲜技术，旨在为未来家用冰箱保鲜技术的智能化研发和消费者的冰箱购买选择上提供依据与指导。