1 預(yù)冷技術(shù)工藝的研究

1.1 壓差預(yù)冷技術(shù)工藝的研究

壓差預(yù)冷具有冷卻速率快、處理量大、投資小等優(yōu)點(diǎn)。目前常見的壓差預(yù)冷的方式可分為隧道式、蛇形式和冷墻式三種[6]。隧道式壓差預(yù)冷如圖1所示[7]，它是把包裝箱整齊的排列在庫兩邊，中間形成開放式通道，并用苫布覆蓋通道的上方和末端，通過風(fēng)機(jī)的作用使中間通道部分產(chǎn)生壓差，迫使果蔬與冷空氣實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制對流換熱，達(dá)到快速冷卻的目的[8]。該預(yù)冷方式操作較為簡單且可以滿足大量貨物的使用。蛇形式壓差預(yù)冷需要在包裝箱的底部和側(cè)面都做出開孔處理，在擺放包裝箱時(shí)，要把其靠在透氣墻上，在堆疊時(shí)要將其堆疊成偶數(shù)層，并且要將開孔處對準(zhǔn)通風(fēng)孔，以便形成空氣進(jìn)出通道，冷空氣由于阻風(fēng)條的作用會僅從箱內(nèi)的上層通過，再由底部壓差風(fēng)機(jī)抽出。蛇形式壓差預(yù)冷可進(jìn)行批量操作，且空間利用率高。冷墻式壓差預(yù)冷方式一般適用于鮮花等無法完整棧板堆積的產(chǎn)品，使用時(shí)需操作者時(shí)刻觀察降溫情況，局限性較大，設(shè)備費(fèi)較高[9]。

針對目前壓差預(yù)冷存在局部預(yù)冷不均勻，對包裝箱體有較高要求，風(fēng)機(jī)能耗較高等問題[10]，近年來許多專家學(xué)者主要對壓差冷庫內(nèi)包裝箱開孔形式、開孔直徑等包裝箱參數(shù)進(jìn)行了研究。合理的包裝箱開孔形式影響著溫度均勻性和壓降等性能，為了提高果蔬的冷卻速率和溫度均勻性，賈斌廣[11]對標(biāo)準(zhǔn)箱體、迎風(fēng)面和背風(fēng)面無開孔的箱體、迎風(fēng)面和背風(fēng)面為小孔的箱體這三種開孔形式的包裝箱進(jìn)行數(shù)值模擬。經(jīng)過比較，在相同的風(fēng)速下，小孔箱體內(nèi)的藍(lán)莓預(yù)冷均勻度更高，相較于其它兩種箱體預(yù)冷密度系數(shù)較大，并且可以有效提高預(yù)冷庫的利用率。包裝箱開孔直徑也是影響壓差預(yù)冷效果的關(guān)鍵因素之一，開孔過小會影響預(yù)冷速度和溫度均勻性，而開孔過大不僅會增加壓差風(fēng)機(jī)的能耗，還會造成箱內(nèi)空氣流動不均勻。王達(dá)等人[12]利用CFD軟件模擬研究了包裝箱不同開孔直徑（20、30、40、50 mm）對蘋果壓差預(yù)冷效果的影響。研究表明，隨著開孔直徑增大，降溫速率隨之變快，在同時(shí)考慮能耗和溫度均勻性的情況下，蘋果壓差預(yù)冷的包裝箱最佳開孔尺寸應(yīng)為40 mm。

此外，送風(fēng)溫度過低會提高制冷系統(tǒng)的能耗，并造成預(yù)冷不均勻，送風(fēng)速度過快會使風(fēng)機(jī)的能耗增大，果蔬的干耗增加。因此運(yùn)用合理的庫內(nèi)送風(fēng)溫度、送風(fēng)速度和送風(fēng)方式等送風(fēng)參數(shù)可以顯著提高預(yù)冷速度和預(yù)冷效果，降低制冷系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)能耗。高治國等人[13]對壓差預(yù)冷番茄的最佳預(yù)冷送風(fēng)溫度進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在送風(fēng)溫度為0～3℃的時(shí)候，番茄的半冷時(shí)間、7/8冷卻時(shí)間均減小，番茄的失重現(xiàn)象有所減弱，溫度均勻性也有所提高。劉斌等人[14]對壓差預(yù)冷番茄的最佳壓差預(yù)冷風(fēng)速進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明適當(dāng)?shù)脑龃箫L(fēng)速會提高番茄的預(yù)冷速度，但隨著風(fēng)速的繼續(xù)增大番茄的預(yù)冷速度逐漸變緩慢；因此最佳的預(yù)冷風(fēng)速在0.9至1.5m/s之間。Wang等人[15]建立了如圖2所示的包裝箱體計(jì)算模型，分析了不同送風(fēng)速度對不同預(yù)冷階段和能耗的影響。結(jié)果表明，半冷時(shí)間受送風(fēng)速的影響較小，而對能耗的影響較為顯著。最后提出了一種新型的送風(fēng)策略，即采用變風(fēng)速壓差預(yù)冷，且在半冷時(shí)間前采用2 m/s的送風(fēng)速度，半冷時(shí)間后采用3m/s的送風(fēng)速度，預(yù)冷速度最快。

目前壓差預(yù)冷往往使用水平送風(fēng)的送風(fēng)方式，金滔等人[16]采用垂直送風(fēng)方式替代傳統(tǒng)的水平送風(fēng)方式，利用FLUENT軟件建立了預(yù)冷過程的數(shù)值模型，分析垂直送風(fēng)參數(shù)及包裝箱開孔率對預(yù)冷效果的影響。結(jié)果表明，隨著送風(fēng)速度的增加，蘋果的冷卻時(shí)間隨之減少，且在15%的開孔率下的最佳送風(fēng)速度為2 m/s，小于相同條件下水平送風(fēng)的最佳送風(fēng)速度。高玉平等人[17]提出了一種新型的雙向交替送風(fēng)的壓差預(yù)冷方式，并以番茄作為實(shí)驗(yàn)對象，發(fā)現(xiàn)交替送風(fēng)較單向送風(fēng)在預(yù)冷過程中番茄的溫度均勻性更高，且送風(fēng)方向各個(gè)位置的番茄失重率較小且保持穩(wěn)定，證明了雙向交替送風(fēng)方式的可行性。

1.2 水預(yù)冷技術(shù)工藝的研究

水預(yù)冷包括冷水預(yù)冷和冰水預(yù)冷兩種方式，具有設(shè)備簡單，操作簡便的特點(diǎn)，適用于耐水耐寒性好的果蔬，如甜玉米、西蘭花、荔枝等亞熱帶水果。冷水預(yù)冷又主要分為浸沒式、噴淋式和組合式這三種方式。浸沒式冷水預(yù)冷方式是將需要預(yù)冷處理的果蔬直接浸沒在冷水槽中，等待果蔬達(dá)到預(yù)冷要求的溫度后，把果蔬從冷水中撈出清洗再換另一批果蔬。浸沒式冷水預(yù)冷降溫速度快且均勻，但果蔬易發(fā)生冷害現(xiàn)象，冷水易滋生細(xì)菌。噴淋式冷水預(yù)冷結(jié)構(gòu)圖如圖3所示[18]，操作時(shí)將果蔬均勻鋪于傳送帶上送入果蔬冷卻間，果蔬冷卻間的噴淋系統(tǒng)能將冷水均勻噴淋在果蔬表面，從而達(dá)到預(yù)冷目的，噴淋結(jié)束后再由傳送帶送出，如此循環(huán)，完成果蔬預(yù)冷操作。噴淋式冷水預(yù)冷可流水線式操作，預(yù)冷時(shí)更節(jié)水，但整體預(yù)冷完成時(shí)間較長，易出現(xiàn)預(yù)冷不均勻的現(xiàn)象[19]。組合式冷水預(yù)冷是將浸沒式預(yù)冷和噴淋式預(yù)冷兩種預(yù)冷方式相結(jié)合，果蔬先在冷水中浸沒進(jìn)行冷卻，再進(jìn)行噴淋式冷卻，該種預(yù)冷方式結(jié)合兩種預(yù)冷方式的綜合優(yōu)點(diǎn)，但目前關(guān)于組合式冷水預(yù)冷的相關(guān)研究較少，還需進(jìn)一步的研究和討論。

研究表明，水預(yù)冷溫度過低、預(yù)冷時(shí)間過長會導(dǎo)致果蔬凍傷，發(fā)生冷害。水預(yù)冷溫度過高、預(yù)冷時(shí)間短則會使果蔬預(yù)冷不完全。因此采用合適的水預(yù)冷溫度和水預(yù)冷時(shí)間可以有效的提高預(yù)冷效果，保證果蔬品質(zhì)。李健等人[20]對芒果的最佳水預(yù)冷溫度進(jìn)行了研究，他們分別使用0℃、4℃、8℃、12℃的冷水對芒果進(jìn)行預(yù)冷處理，結(jié)果表明采用0℃的冷水對芒果進(jìn)行預(yù)冷處理能夠最大限度保證芒果的品質(zhì)且不會發(fā)生冷害。王廣海等人[21]分析冰水預(yù)冷處理下荔枝果肉的溫度變化，發(fā)現(xiàn)冰水處理時(shí)間過長會導(dǎo)致果蔬凍傷等問題，得出冰水預(yù)冷荔枝的時(shí)間為13～15 min為宜，且將荔枝在預(yù)冷后4～6 min內(nèi)放入冷庫保存，可延長荔枝的貨架期。

針對果蔬噴淋式冷水預(yù)冷時(shí)間較長，預(yù)冷不均勻的問題，研究果蔬預(yù)冷處理時(shí)的擺放方式、噴淋溫度、流量和噴淋角度是提高噴淋式冷水預(yù)冷效果的重要因素。呂恩利等人[22]通過建立噴淋式冷水預(yù)冷實(shí)驗(yàn)臺，得出單層擺放和多層擺放荔枝的最佳噴淋溫度和流量，且堆疊4層果實(shí)為較好的多層擺放選擇。甘玲等人[23]在5℃條件下采用不同預(yù)冷方式對荔枝果實(shí)進(jìn)行預(yù)冷，結(jié)果得出，在預(yù)冷各階段噴淋式冷水預(yù)冷的預(yù)冷速度最快，浸泡式冷水預(yù)冷較其略差，且得出了預(yù)冷效果最佳的噴淋式冷水預(yù)冷的噴頭角度和荔枝的碼垛方式。

流態(tài)冰預(yù)冷是一種新型的預(yù)冷方式，通過制冰機(jī)制出的流態(tài)冰對果蔬進(jìn)行預(yù)冷處理，由于流態(tài)冰具有較高的潛熱和流動性，在果蔬預(yù)冷領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用前景。孟維巖等人[24]對流態(tài)冰預(yù)冷甜玉米的排列方式和擺放余量對降溫均勻性和速率的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明豎直的排列方式可以使甜玉米的降溫速率較快且均勻。李淦等人[25]對流態(tài)冰預(yù)冷西蘭花的溫度場進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明流態(tài)冰可以滿足西蘭花預(yù)冷的溫度要求，且冰晶體積分?jǐn)?shù)越大，西蘭花的預(yù)冷效果越好。目前國內(nèi)關(guān)于流態(tài)冰預(yù)冷果蔬的研究處于剛起步的階段，因此，在未來可以繼續(xù)對流態(tài)冰預(yù)冷果蔬的工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，以進(jìn)一步提高流態(tài)冰預(yù)冷對果蔬的保鮮效果。

1.3 真空預(yù)冷技術(shù)工藝的研究

真空預(yù)冷是一種快速有效的果蔬預(yù)冷方法，且具有很好的殺菌效果。隨著國內(nèi)外專家學(xué)者對真空預(yù)冷工藝的研究，真空預(yù)冷技術(shù)也更加成熟。研究表明，針對不同果蔬采用合適的真空預(yù)冷工藝可大大提高預(yù)冷效果。陶菲等人[26]對白蘑菇真空預(yù)冷工藝進(jìn)行了研究，結(jié)果表明預(yù)冷溫度為5℃、補(bǔ)水量為5%和預(yù)冷壓力為250 Pa為真空預(yù)冷白蘑菇的最佳預(yù)冷參數(shù)。梁豪等人[27]通過對比七組不同的預(yù)冷壓力對杏鮑菇貯藏品質(zhì)的影響，得到在真空預(yù)冷壓力為1 000 Pa時(shí)能最大限度的保證杏鮑菇的品質(zhì)，并有效的延長了杏鮑菇的貯藏時(shí)間。為解決果蔬真空預(yù)冷處理時(shí)冷卻速率較慢等問題，Ozturk等人[28]利用真空預(yù)冷技術(shù)將卷心萵苣預(yù)冷保鮮，并研究了壓力對冷卻時(shí)間的影響，將真空預(yù)冷與傳統(tǒng)預(yù)冷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較，得出卷心萵苣在700 Pa下的真空預(yù)冷速度是常規(guī)預(yù)冷速度的6倍。為了提高楊梅的預(yù)冷效率，戚軍洋等人[29]研究了楊梅的最佳真空預(yù)冷工藝參數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)在真空預(yù)冷壓力為580 Pa、處理時(shí)間為15 min時(shí)預(yù)冷效果更佳。解新方等人[30]研究了不同真空預(yù)冷條件對菠菜預(yù)冷效果的影響，發(fā)現(xiàn)預(yù)冷終溫4℃，補(bǔ)水量為2%的條件下真空預(yù)冷處理菠菜的貯藏效果最優(yōu)。張曉娟等人[31]對真空預(yù)冷毛豆的預(yù)冷過程進(jìn)行了研究，確定了真空預(yù)冷毛豆的工藝參數(shù)，得出在預(yù)冷溫度為5℃，補(bǔ)水量為3%，處理量為2.5 kg時(shí)的毛豆降溫速率較快，貯藏品質(zhì)較好。由于傳統(tǒng)式真空預(yù)冷系統(tǒng)冷量消耗大、造價(jià)高，代燦麗[32]提出了蓄冷型真空預(yù)冷系統(tǒng)，蓄冷系統(tǒng)可在真空預(yù)冷系統(tǒng)間歇時(shí)間繼續(xù)工作，該系統(tǒng)可以有效降低整體設(shè)備的造價(jià)，更有利于真空預(yù)冷的推廣使用。

2 預(yù)冷技術(shù)對果蔬品質(zhì)影響的研究

2.1 壓差預(yù)冷對果蔬品質(zhì)影響的研究

壓差預(yù)冷適用于大多數(shù)果蔬的采后預(yù)冷，在草莓、甜瓜和番茄上的使用效果最佳，有時(shí)也可用于黃瓜、青椒和花椰菜等果蔬的預(yù)冷。鄧浩等人[33]對比研究了冰水預(yù)冷、壓差預(yù)冷對紅毛丹貯藏品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)壓差預(yù)冷后的紅毛丹的POD活性與可滴定酸含量明顯降低，貯藏品質(zhì)較其它兩種預(yù)冷方式更好。壓差預(yù)冷過程中果蔬的擺放方式對其品質(zhì)有著不同的影響，因此王軍艷等人[34]對黃瓜橫排擺放和豎排擺放方式進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)豎排擺放黃瓜的品質(zhì)更好，預(yù)冷均勻度小，失重率較低，可最大限度的保持了黃瓜的品質(zhì)。壓差預(yù)冷在抑制果蔬的呼吸作用和降低果蔬失重率等方面同樣發(fā)揮積極作用。張新憲等人[35]研究發(fā)現(xiàn)壓差預(yù)冷可抑制果蔬葉綠素的形成，降低失重率并且抑制過氧化物酶的活性，從而維持青椒貨架期品質(zhì)。

2.2 水預(yù)冷對果蔬品質(zhì)影響的研究

水預(yù)冷技術(shù)對一些特定的果蔬貯藏中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠最大限度的保證果蔬的品質(zhì)。西蘭花在采摘后呼吸旺盛，會發(fā)生萎蔫、開花和黃化等現(xiàn)象，喪失大量營養(yǎng)成分。針對此問題，王順玉等人[36]采用不同預(yù)冷方式處理西蘭花，通過分析得出水預(yù)冷可以有效降低西蘭花的黃化指數(shù)，并增強(qiáng)西蘭花的抗氧化能力，延長貨架期，且西蘭花采用水預(yù)冷的預(yù)冷時(shí)間遠(yuǎn)小于其它預(yù)冷方式。為了延長果蔬的貯藏期，保持果蔬品質(zhì)，杜娟等人[37]將冰水預(yù)冷與復(fù)合藥劑相結(jié)合對哈密瓜進(jìn)行預(yù)冷處理。結(jié)果表明，在冰水預(yù)冷溫度為0℃，采用氟硅唑和殼聚糖復(fù)合藥劑聯(lián)合處理的哈密瓜效果最好，可以有效抑制哈密瓜的軟化，保證了果實(shí)的品質(zhì)。劉瑤[38]研究了流態(tài)冰預(yù)冷方式對西蘭花品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)流態(tài)冰預(yù)冷處理可以有效維持西蘭花的維生素C等營養(yǎng)物質(zhì)含量和保持外觀品質(zhì)，且抗氧化能力較強(qiáng)，故流態(tài)冰預(yù)冷可以保證西蘭花的貯藏品質(zhì)。近年來也有一些學(xué)者將水預(yù)冷技術(shù)進(jìn)行改良，可以更好的保證果蔬品質(zhì)。韓聰?shù)热?span style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 11.745px; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; top: -0.5em;">[39]使用納他霉素結(jié)合冷水預(yù)冷對秋葵進(jìn)行預(yù)冷處理。結(jié)果表明，納他霉素結(jié)合冷水預(yù)冷的處理方式可以維持黃秋葵的抗氧化能力和較高的總酚含量，更好的保持黃秋葵的品質(zhì)，延長黃秋葵的貨架期。

2.3 真空預(yù)冷對果蔬品質(zhì)影響的研究

真空預(yù)冷對葉菜類蔬菜的采后預(yù)冷具有較好的效果，針對真空預(yù)冷處理果蔬失水率較高且搬運(yùn)過程易造成損傷的問題，申江等人[40]介紹了一款新型果蔬保鮮裝置，它是集“真空預(yù)冷、減壓貯藏、冰溫真空干燥”三個(gè)功能于一體的果蔬保鮮裝置，該裝置可使果蔬的失水率保持一個(gè)較低的水平，減少果蔬在搬運(yùn)過程中造成的機(jī)械損傷，并且縮短了冷鏈物流運(yùn)轉(zhuǎn)周期。Pratsanee等人[41]研究真空預(yù)冷在4℃貯藏過程中對萵苣品質(zhì)的影響，研究結(jié)果表明，在0.6 kPa壓力下真空預(yù)冷處理萵苣的預(yù)冷效果更佳，其總酚類物質(zhì)和抗氧化活性都顯著增加，可有效延長萵苣的貨架期。針對葉菜類蔬菜的采后預(yù)冷失重率高、貨架期短等問題，田全明等人[42]為了更好地保證果蔬真空預(yù)冷的品質(zhì)，在真空預(yù)冷過程中加入氮?dú)獾难糇饔?，并研究真空預(yù)冷結(jié)合氮?dú)鈱π“仔宇A(yù)冷效果的影響，結(jié)果表明該方法可以有效延緩果實(shí)硬度的下降、降低果實(shí)的腐損率，顯著降低了多種酶的活性。

3 結(jié)語

預(yù)冷技術(shù)可延長果蔬產(chǎn)品的貯藏時(shí)間，降低果蔬的腐損率，進(jìn)而廣泛應(yīng)用于冷鏈物流行業(yè)。壓差預(yù)冷技術(shù)、水預(yù)冷技術(shù)和真空預(yù)冷技術(shù)在果蔬預(yù)冷環(huán)節(jié)分別具有一定的優(yōu)勢，均能在預(yù)冷過程中快速降低果蔬的溫度，有效保證果蔬品質(zhì)。但隨著冷鏈物流的迅速發(fā)展，目前這幾種預(yù)冷技術(shù)仍然存在一些不足之處，未來可以從以下幾方面進(jìn)行研究。

(1）果蔬的壓差預(yù)冷有不同的碼垛方式，合理的碼垛方式可以達(dá)到良好的預(yù)冷效果，建議深入研究不同碼垛方式對各種果蔬預(yù)冷效果和后續(xù)冷鏈流通時(shí)品質(zhì)的影響；同時(shí)可將壓差預(yù)冷技術(shù)與新型節(jié)能技術(shù)相結(jié)合以改善能耗高等問題。

(2）果蔬的預(yù)冷效果受水預(yù)冷工藝參數(shù)的影響較大，且水在循環(huán)過程中易受到污染，在預(yù)冷過程中水的消耗量也比較大。為此，可對不同果蔬所適合的水預(yù)冷工藝參數(shù)和循環(huán)水的殺菌技術(shù)進(jìn)行深入研究，并對如何處理果蔬表面的水分殘留和提高水資源利用率進(jìn)行討論，進(jìn)一步完善水預(yù)冷技術(shù)。

(3）果蔬在真空預(yù)冷過程中的失水現(xiàn)象較為嚴(yán)重，未來需進(jìn)一步研究其對預(yù)冷產(chǎn)品的補(bǔ)水方式，并深入了解真空預(yù)冷過程中的水分遷移特性，以此來提升預(yù)冷效果。目前關(guān)于真空預(yù)冷載物量的分析研究甚少，因此未來可以對不同果蔬的真空預(yù)冷載物量進(jìn)行深入研究，對實(shí)際真空預(yù)冷的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。