苹果采后预冷技术研究进展

胡志芳 黄国嫣 马勉娣 张 丹 马 静 程安富

我国是苹果生产和出口大国， 根据《2021年度中国苹果产业发展报告》 统计数据，2021年我国苹果种植面积3 132.12 万亩， 产量4 597.34 万t，种植区域覆盖20 个省市自治区。在温带和寒冷地区，苹果采收是季节性的，必须将部分采收后的苹果贮存6 个月以上以供全年使用。 苹果是呼吸跃变型果实， 采收后果实新陈代谢仍未停止， 呼吸作用旺盛， 会导致果实品质持续下降、营养成分流失。 有研究表明，预冷处理可将损失率从25%～30%降低至5%～10%。 预冷是果蔬进入冷链的首要环节，通过预冷将果实由采收温度快速冷却至贮藏与运输温度， 可以延缓果实中各种酶的活性， 抑制生化反应。 预冷处理的方法有多种， 常用的有水预冷、 空气预冷、真空预冷。我们梳理总结了苹果采后几种常见预冷处理技术应用现状， 并展望了未来发展方向， 以期为苹果采后贮藏和保鲜提供参考。

1 水预冷

水预冷是一种简单有效的预冷处理方法，包括冷水预冷和冰水预冷， 其中冰水预冷主要用于渔业。 水预冷技术主要是利用水的高导热性和蒸发冷却效应快速降低农产品温度。 一方面水的导热性高，能够迅速传导热量，从农产品表面吸收热量，传导到水中，达到快速降低农产品温度的作用。 另一方面是利用水的蒸发冷却效应，将农产品浸入冷水中，水分子会蒸发成水蒸气，从而带走热量。将新鲜采摘的果蔬浸泡在冷水中，可以迅速降低果蔬的温度，从而抑制果蔬的呼吸作用和水分流失，有效延长保鲜期。从20 世纪40 年代开始， 水预冷技术逐渐在农产品采收和运输过程中被应用。

Vivaldi 等使用水预冷技术对金冠苹果进行预冷处理，发现水预冷可有效降低苹果的温度，减缓果实老化， 从而保持苹果的新鲜度和香气化合物的含量。孙燕霞等发现，“黄金富士”苹果采后入库前进行0 ℃低温水预冷， 可以延缓果实硬度降低， 延迟果皮失水皱褶时间。 研究人员采用水预冷技术对两个不同苹果品种进行处理研究， 结果表明： 水预冷可以延缓果实的老化和褪绿， 同时保持苹果中富含的抗氧化物质和维生素等成分。 Wijewardane 等研究发现，用冰水和氯化钙混合液对采后苹果预冷处理30分钟后，果实腐烂率降低至4.69%，优于冰水预冷效果（7.03%）。沈元枫等在苹果采后保鲜实践中设计了一个为小型气调库配套的简易水浸式预冷装置， 运用数学分析法确定了水预冷处理时间。

水预冷技术的主要优点是预冷速度快、装置结构相对简单， 可有效防止果实中水分的流失。 但水预冷技术需要在短时间内提供足够的冷量维持预冷水温度恒定， 因此会产生较高的能耗和水资源消耗。另外，苹果采摘后可能带有病菌，水的循环利用会导致病菌传播，而通过添加防腐剂或消毒剂虽然可以抑制部分病菌，但又会产生新的食品安全问题。

2 空气预冷

空气预冷是一种常见的果蔬采后保鲜技术。果蔬被放置在通风良好的预冷设备中，冷空气通过通风系统产生对流， 带走果蔬周围的温热空气，从而迅速降低果蔬温度。空气的高导热性使其能够快速吸收果蔬热量， 加速果蔬温度下降。同时，果蔬表面的水分在流动的冷空气下蒸发，也能带走一定的热量。

空气预冷包括冷库预冷和压差预冷。 有研究表明， 冷库预冷所需时间是压差预冷的10～14 倍，并且压差预冷处理的苹果在贮藏期间失重率较低，果实软化和PG 酶活性有效降低，贮藏过程中果实腐败率显著降低。 压差预冷是目前应用最广泛的一种果蔬预冷方式。

众多学者应用压差预冷技术对苹果进行了采后预处理研究， 通过优化送风温度、 送风速度、 送风方式、果箱开孔大小、周转箱间距等条件， 提高预冷均匀性、 预冷速率， 评估处理后苹果的硬度、 颜色、 可溶性固形物含量、 病害发生率等指标， 以研究压差预冷技术对苹果品质的影响。

2.1 送风温度 调整送风温度可影响苹果的冷却速度、蒸腾速率和贮藏品质。 有研究表明，送风温度对预冷速率的影响非常显著。Baranyai L. 等采用1 ℃和4 ℃的压差预冷处理以及施用1-甲基环丙烯（1-MCP）处理，6 个月内可有效减缓苹果在贮存期和货架期的软化率，并推荐在1 ℃下进行苹果预冷处理。不同的是， 杨培志等建议压差预冷的送风温度不宜低于2 ℃。一般来说，送风温度降低可以加快冷却速度，减缓果实呼吸作用和蒸腾速率，然而过低的温度可能导致果实冷害或冻害。因此，在实际应用中，需要根据苹果品种、成熟度、贮藏要求等因素选择合适的送风温度， 以实现最佳的压差预冷效果。

2.2 送风速度 送风速度对苹果预冷均匀度有显著影响。 一般认为提高送风速度可以加快冷却空气与苹果表面的热交换速度， 从而加快苹果冷却速度。 但陈存坤等研究了冷库内不同风速对富士苹果降温速率的影响， 发现从低风速到中风速降温速率提高幅度大， 但从中风速到高风速则提高降温幅度相对较小。 韩佳伟等的研究结果也用三维实体模型证实， 在对富士苹果压差预冷过程中， 送风速度超过2.5 m/s后，制冷时间、冷却速率、冷却均匀性均无显著改善。金滔等的研究结果却表明，最佳送风速度约为2 m/s。 可见，压差预冷过程中送风速度并非越高越好，适宜的送风速度需要根据品种、成熟度、贮藏条件等因素来调整。

2.3 送风方式 送风方式影响冷却速度和均匀性。常见送风方式包括水平送风和垂直送风。水平送风比较常见，可以实现较好的空气流动，使苹果表面和内部都能得到较为均匀的冷却。但金滔等认为， 垂直送风方式具有更好的冷却效果。王达等以红富士为研究对象，通过建立压差预冷数学模型， 研究双向交替送风方式对预冷效果的影响， 发现双向交替送风对预冷时间影响较小，但对预冷均匀性影响较大。

2.4 包装箱 包装箱的设计和材质会影响压差预冷的效果和苹果的保鲜品质。有研究发现，增大包装箱衬垫与箱壁间空隙宽度可以改善箱内气流分布， 增强预冷效果， 同时减低预冷能耗。 而且， 苹果周转箱间距越大， 预冷速度越快， 冷却均匀度越好。 王达等研究发现， 在包装箱进出口压差一致的前提下， 开孔直径与预冷时间呈负相关， 与预冷能耗呈正相关， 与预冷均匀程度没有明显的函数变化关系， 但随开孔直径变化， 最大的不均匀程度变化率达到17.37%。

2.5 热质交换模型的构建 何晖等针对苹果压差预冷问题， 建立了预冷过程包装箱的传热模型， 分别采用数值计算和实验的方法进行了研究。 宫亚芳通过构建包含包装箱体、内部衬垫和苹果的真实三维物理模型，利用流体力学方法对苹果预冷过程中冷空气的流动及其与苹果的传热过程进行了详细研究，分析了呼吸热及蒸发热对包装箱内苹果预冷效果的影响。 Gong Y F 等基于苹果冷链物流常用集装箱建立了三维模型，采用直接计算流体动力学（CFD）模拟方法对预冷过程进行了研究，结果表明在不改变箱体设计配置参数情况下，适当加宽间隙是提高预冷效果的有效途径，对于选定的双层封装，间隙宽度最佳增量约为0.01 m， 冷却时间可降低18.8%，冷却均匀性可提高16%， 同时能耗可降低21.6%。乔静等基于动态热平衡理论，通过建立降温过程中温度随时间变化的数学模型，研究苹果预冷过程中的降温规律，发现送风速度、果品初始温度对降温效果影响较大。

压差预冷的优点是降温速度快， 能够有效保持苹果品质，减缓果实软化、腐烂。 压差预冷设备可以实现自动化控制， 根据苹果的实时状态和环境条件调整冷却参数， 提高预冷的稳定性和一致性，但对于小规模生产企业来说，设备投资和维护成本较高。

3 真空预冷

真空预冷也称真空冷却或真空降温， 基本原理是将果蔬放置在真空室中， 将室内压力降至较低水平，使果蔬表面水分蒸发，带走热量，从而达到降温效果。 真空预冷技术广泛应用于水果、蔬菜和花卉等农产品保鲜，相比传统冷却方法降温速度更快， 同时能够减少果蔬表面失水，更好地保持果蔬的质量。

真空预冷技术的优点是冷却均匀、 快速高效、干净卫生，但适用范围相对较小，因为预冷过程会导致果蔬部分失水， 对水果预冷优势不明显， 目前还未见真空预冷在苹果上的应用报道。 另外，真空预冷设备投资和维护成本较高。

4 总结与展望

苹果采后预冷技术主要有水预冷、 压差预冷、真空预冷等，尽管预冷方式不同，但最终都需要达到快速降低果实温度， 减缓果实呼吸作用和生理代谢，抑制果实老化成熟，从而延长果实贮藏寿命的目的。 不同预冷方式本身并无优劣之分，但应用领域有差异，比如压差预冷在苹果采后预冷中具有明显优势。

预冷效果受多种因素影响，包括预冷温度、预冷时间、苹果品种及采收质量、设备性能等，通过优化预冷条件， 可以显著延长苹果的贮藏寿命，同时降低能耗。

苹果采后预冷具有重要研究价值和实际应用意义。在未来研究中，可结合苹果品种特性进一步优化预冷参数； 与其他果蔬保鲜技术相融合，提高果实贮藏寿命和保鲜效果；通过前期数据模型构建和实验数据验证，开发新型设备，实现智能化控制。