浅谈果蔬的几种预冷方式

王子安 唐丹萍 蒋培雷 宋延勇

（1.上海仪器仪表自控系统检验测试所有限公司，上海 200233；2.上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114）

“预冷”一词最早是在1904 年，由Powell[1]及其团队首次提出。预冷的定义是采用专门设施将采后果蔬从初始温度快速降低至适宜贮藏温度的过程[2]。通常，完整的果蔬冷链物流（如图1 所示）是指田间果蔬经过各个必要的处理环节，最终到达客户手中的过程。当下，发达国家已将预冷作为果蔬冷链必要的第一环节，而我国预冷相关的装备和技术尚不完善，但由于预冷环节对于农业的重要经济效益日益显现，受到人们广泛关注[3]。

图1 农产品冷链框架

如图1 所示，田间果蔬采摘后需要先放入预冷库进行预冷，完成预冷后再将果蔬放入贮藏冷库进行冷藏。常见的预冷技术有：真空预冷、水预冷、空气预冷。

1 真空预冷

真空预冷设备（如图2 所示）主要由真空系统、机械制冷系统、排水系统、控制系统四个部分组成。其主要的工作原理：将果蔬放入真空冷却室，开启真空泵使预冷室内压力降低至一定值，此时果蔬表面及内部的水分沸点被降低而直接汽化，水分汽化吸收了环境及果蔬的热量，从而实现果蔬的快速冷却。同时，将制冷系统产生的冷量通过载冷剂送至真空冷却室内的低温捕水器，使室内水蒸汽凝结成水流入底部积水盘，最后将积水盘内水排放掉，并通过真空泵将除水后的空气排出[4]。

图2 果蔬真空预冷原理图和设备实物图

2 水预冷

水预冷一般分为两种方式：加冰预冷和冷水预冷。

2.1 加冰预冷

加冰预冷（如图3 所示）设备仅需要一台制冰机，其主要工作原理：将制冰机制取的碎冰直接放于果蔬上或包装箱内部与果蔬直接接触，通过碎冰的融化将果蔬的热量带走，而通常碎冰是一次性使用的[5]。

图3 加冰预冷

2.2 冷水预冷

冷水预冷一般按接触方式不同分为两种方式：浸没式和喷淋式。

浸没式冷水预冷[6]（如图4(a)所示）设备需要一台冷水机组和一个水槽，其主要的工作原理：通常由人工将采收后的果蔬直接置于装满冷水的水槽中，待一批果蔬冷却后取出换另外一批果蔬，如此循环操作。

喷淋式冷水预冷[7]（如图4(b)所示）设备有喷雾式、洒水式等结构形式，其主要的工作原理：果蔬均匀的放置于传送带，将其传送至冷却室，由雾化喷嘴或喷淋器将冷水均匀的淋在果蔬表面，预冷完成后由传送带将果蔬自动输送出冷却室，如此连续运行。

图4 冷水预冷方式

3 空气预冷

空气预冷是采用独立的制冷设备制取冷空气，再以送冷风的形式带走果蔬热量的预冷方式。通常空气预冷根据不同送风形式可分为以下三种预冷方式。

3.1 强制通风预冷[8]

强制通风预冷（如图5 所示）即冷库预冷，其主要的工作原理：首先由冷库的机械制冷系统制取冷量；预冷时，将装有果蔬的货筐堆放入库中，库内冷风通过冷风机强制循环，使得果蔬快速降温。

图5 强制通风预冷实物图

3.2 压差预冷[9]

压差预冷（如图6 所示）也需要一套独立的制冷冷库，但其在冷库预冷的基础上进行了一些优化改造，其主要的工作原理：在冷库的基础上，将装有果蔬的货筐有规律地码放在冷风机两侧，货筐中间设计了多孔式空气流道。采用苫布盖在按一定方式摆放好的货筐上，在压差风机的作用下，两排货筐内侧形成低压、外侧变成高压，由此实现冷空气自发地由货筐外侧向货筐内侧的流动，冷空气穿过装有果蔬的货筐时，带走果蔬的热量。

图6 压差预冷实物图

3.3 湿冷预冷[10]

湿冷预冷需要的设备与强制通风预冷和压差预冷两类空气预冷相似，但在其基础上进行了一些结构简化和功能优化。其主要的工作原理：通过采用低消耗的制冷方式，蓄积冷量获得低温的载冷介质，再将载冷介质通入其系统的关键设备中—“热湿交换器”，进行空气与载冷介质的热湿交换，使空气快速降温并增湿，获得的低温高湿空气再经库内风机不断循环，快速冷却果蔬的同时抑制其水分损失，达到高效预冷的效果。

4 几种预冷方式的优缺点

4.1 真空预冷

真空预冷的优点主要有：快速降压，使得预冷速度快；真空室内处处压力一致，使得预冷均匀；过程避免果蔬交叉接触，且真空室内可以加设杀菌抑菌功能，保证预冷洁净卫生；达到预冷温度时间最短，保鲜效果较好。真空预冷的缺点是：适用范围有限，适用于菌菇、叶菜类，而不适用于厚度、直径大的果蔬；依靠水分的汽化实现快速降温，使得果蔬的干耗严重；装置系统复杂，控制系统繁琐；装置投资和运行费用极高，大大增加了果蔬的成本，导致其不利于推广[11]。

4.2 水预冷

4.2.1 加冰预冷

加冰预冷的优点主要有：设备简单，操作简便；用净水制取的一次性碎冰，保证预冷洁净卫生。加冰预冷也有缺点：碎冰与果蔬接触不均匀，导致降温不均，可能造成果蔬局部冻害现象；碎冰的一次性使用，造成大量净水浪费；预冷时间慢，预冷效果不佳。

4.2.2 冷水预冷

（1）浸没式冷水预冷

浸没式冷水预冷的优点主要有：设备简单，操作简便；预冷的过程兼有清洗果蔬的功能；果蔬沾水可直接保持其水分；与冷水接触更加充分，降温速度较快，也相对均匀。浸没式冷水预冷的缺点是：适用范围有限，部分果蔬沾水后更容易发生腐烂；冷却水的多次利用易滋长病菌，造成污染；冷水量需求大，不节能也不节水。

（2）喷淋式冷水预冷

喷淋式冷水预冷的优点主要有：流水线程序，操作简便；同样在预冷过程中对果蔬有一定的清洗功能，且较浸没式冷水预冷方式节水。喷淋式冷水预冷的缺点是：适用范围亦有限，部分果蔬不宜淋水；淋水不均会产生果蔬“热斑点”现象；分批预冷，单次预冷果蔬量少，整体预冷完成时间较长；为保证喷淋装置正常工作，喷淋冷水一次性使用，亦不节能也不节水。

4.3 空气预冷

4.3.1 强制通风预冷

强制通风预冷的优点主要有：设备简单，操作简便；适用于各类果蔬，预冷范围广。强制通风预冷的缺点是：冷库占地面积大，造价高；冷风循环不均匀，导致果蔬预冷不均匀；冷库制冷系统工作间歇性（需额外化霜过程），导致果蔬预冷时间长和能耗严重；库内冷风机具有空气除湿效果，造成果蔬干耗严重。

4.3.2 压差预冷

压差预冷的主要优点有：空气流动稳定，预冷较均匀；库内冷量利用效率高，较强制通风节能；库型小，占地面积较小。压差预冷的缺点是：货筐堆码方式要求较高，增长码垛时间；库体收容能力较为有限，需控制单次预冷货物量；库内建设较为复杂，增加成本；冷空气循环快，造成果蔬干耗严重。

4.3.3 湿冷预冷

湿冷预冷的主要优点有：设备简单，成本较低；载冷介质不直接接触果蔬，且可循环利用，环保安全；合理地蓄积冷量，节约电费；尤其适用含水量大、水分易损失的果蔬，适用范围广；维持低温高湿环境，冷却更快、保鲜更佳。湿冷预冷的缺点是：需要额外的蓄冷设备；湿冷预冷应用技术尚不成熟。具体如表1 所示。

表1 几种预冷方式优缺点简表

5 结论与展望

综上所述，比较以上预冷方式可以得出：真空预冷虽然可以实现果蔬快速冷却，但其造成的果蔬干耗和高昂的设备费用限制了其发展和推广；虽然加冰、冷水预冷技术成熟、操作简便，但适用领域受预冷对象本身限定，且造成的巨大水资源浪费不能满足当下资源节约发展趋势；强制通风、压差预冷虽然较以上预冷方式在适用范围、冷却速度、资源节约等方面有所优化提升，但是在风冷模块结霜和果蔬干耗方面仍存在解决难度；湿冷预冷除了兼具空气预冷投资成本低、适用范围广、冷却速度快、节能环保等优势之外，还同时实现了保湿保鲜效果，且随着近年来蓄冷技术的成熟和各类载冷介质的研究，推动了湿冷预冷方式发展成为未来果蔬预冷的主流方向之一。