中國氣調保鮮技術的應用與發(fā)展

吳　齊

摘要氣調保鮮技術是當今世界上最先進的果蔬保鮮技術,發(fā)達國家已普遍運用,在中國的應用與發(fā)展尚處于初級階段。闡述了制約氣調保鮮技術在中國應用與發(fā)展的主要因素有技術問題、投資問題和成本問題,并對氣調保鮮技術的市場前景進行了展望,以期促進此技術在中國的發(fā)展。

關鍵詞氣調保鮮;應用;發(fā)展;中國

中圖分類號 S609+.3 文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)15-0350-03

保鮮貯運是制約果蔬生產種植、市場交易、產業(yè)發(fā)展的瓶頸所在,由于缺乏果蔬保鮮貯運能力,我國果蔬采收時的年自然損失達1 800億元。氣調保鮮技術的應用與發(fā)展是具有方向性的朝陽產業(yè),有利于改變我國果蔬生產中長期存在的“旺季爛、淡季斷”狀況,可以顯著增加果蔬附加值,擴大果蔬的對外出口,有效提高農業(yè)物質技術裝備水平?，F(xiàn)就氣調保鮮技術的應用概況、存在問題和市場前景作出介紹、分析和展望。

1氣調保鮮方式及應用概況

1.1氣調保鮮方式

果蔬保鮮方式的發(fā)展經歷了3個階段:一是自然保鮮方式,如土窖貯藏、通風庫等簡易方法;二是機械冷藏保鮮方式,如高溫冷庫、冷藏集裝箱;三是氣調冷藏保鮮方式,這是當今世界最先進的保鮮方式,業(yè)界稱之為21世紀的果蔬保鮮技術。氣調保鮮考慮到影響采后果蔬呼吸作用的2個最主要因素:貯藏環(huán)境的溫度和貯藏環(huán)境中氣體組成成分的濃度。氣調保鮮通過對環(huán)境溫度、氧氣濃度、二氧化碳濃度的合理配比及調控,可以在維持果蔬正常生理活動的前提下,最大限度地抑制果蔬的呼吸作用,延緩其組織代謝,使之處于近休眠狀態(tài),從而實現(xiàn)果蔬的長期保鮮貯藏,實現(xiàn)果蔬市場的反季節(jié)銷售。

與傳統(tǒng)的冷藏保鮮相比,氣調保鮮具有保鮮品質好、貯藏時間長、工作能耗較低等多方面優(yōu)點,可以延長果蔬貯藏時間5~10倍,還能保鮮貯藏一些因低溫冷害不宜冷藏的熱帶、亞熱帶果蔬品種。關于果蔬的長期貯藏保鮮,目前還沒有一致的說法,筆者認為:應該是對有較高保鮮附加值的果蔬品種保鮮3個月以上,對有一般保鮮附加值的果蔬品種保鮮6個月以上,保鮮效果應基本保持果蔬入藏前的原質、原狀、原味,保鮮貯藏損失率為5%~10%,能自然延長果蔬脫藏后的貨架期(為冷藏的3倍時間)。

氣調保鮮貯藏的工作載體不是單一的設備產品,而是集結構、氣調、制冷、加濕、滅菌、自動控制以及遠程監(jiān)控等為一體的產品總成,具有組裝式特點,用于再生產,提高果蔬附加值,稱之為氣調保鮮技術裝備較恰當。氣調保鮮技術裝備目前主要有氣調庫和氣調集裝箱兩大類產品,氣調庫用于固定貯藏,氣調集裝箱用于保鮮運輸。氣調庫一般以200~400t貯藏容量為1個完整的工作單元,在圍護結構內將多個工作單元現(xiàn)場拼裝,組成所需的總貯藏噸位容量。氣調集裝箱可采用6.1m或12.2m國際標準集裝箱外形尺寸和框架結構,箱體內分設備間和貯藏間,構成獨立的工作體。由于是多變量控制,氣調保鮮技術裝備的控制系統(tǒng)為多輸入、多輸出的計算機控制系統(tǒng),通常采用單片機或PLC,系統(tǒng)要求能夠使用有線網絡和無線通訊,用戶可以通過系統(tǒng)的菜單人工操作,現(xiàn)場查看工作模式、各項工況,裝備制造商可以對產品的使用狀況實施遠程監(jiān)視、記錄、分析和調控。

1.2國內外應用情況

20世紀60年代,發(fā)達國家開始研發(fā)和應用氣調保鮮技術裝備,70年代氣調保鮮技術的應用趨于廣泛,80年代大規(guī)模出現(xiàn)氣調庫。經過近50年的發(fā)展,現(xiàn)今歐美發(fā)達國家已經基本普及使用氣調庫貯藏保鮮果蔬,平均貯藏比重達到果蔬產量的60%,新建果蔬保鮮庫幾乎都是氣調庫,原有的果蔬冷藏庫也在陸續(xù)改造成氣調庫。氣調集裝箱方面,意大利是較早研制推出運輸用氣調保鮮箱的國家,美國、德國、英國相繼開發(fā)出氣調集裝箱也有多年。80年代初,國外開始利用氣調集裝箱進行陸上和海上長途保鮮運輸,一些水果出口大國使用氣調集裝箱遠程海運果蔬,擴大其在國際果蔬市場上的占有份額。但尚未有資料顯示氣調集裝箱在國際市場上大批量推出,國際保鮮海運的主要方式還是冷藏。

20世紀80年代,我國曾引進過示范性氣調庫,當時背景條件下,未進行普及推廣。90年代,國內開始研究氣調保鮮技術的應用,1994年,中國農業(yè)科學院建成我國第1個果蔬氣調庫,貯藏容量100t。15年過去了,氣調保鮮技術在我國的應用發(fā)展緩慢而艱難,完全自主研制開發(fā)的大型氣調庫(萬噸容量以上)幾乎沒有,已建成的氣調庫大多是國外引進或者是在主要設備引進基礎上做配套改裝。目前,氣調保鮮技術裝備所涉及的相關設備,國內已經完全有能力自我配套,但專業(yè)從事氣調保鮮技術并能夠承建氣調庫的企業(yè)很少,主要是北京、天津和山東煙臺的少數企業(yè),氣調集裝箱只有個別企業(yè)試制出,國內市場仍一片空白。我國已建成的氣調庫大都分布在果蔬產源地,如陜西、山東、河北、河南、新疆等省區(qū),東南沿海經濟發(fā)達地區(qū)不多,長江三角洲幾乎還沒有商用氣調庫。實際上,大中城市周邊的農產品批發(fā)大市場建氣調庫,經濟條件要好,更貼近消費。

與發(fā)達國家相比,中國果蔬產業(yè)最薄弱之處就是產后的保鮮貯藏(產后加工通常也離不開保鮮貯藏),貯藏量與產量之比,發(fā)達國家平均達到80%,而我國只有20%。果蔬產后進入氣調保鮮貯藏的比重則更低,許多文獻和資料報道,國內氣調貯藏的果蔬量不到果蔬總產量的1%,用國家農產品保鮮技術研究中心人士提到的有關數字來推測,已建成的包括已改造成的果蔬氣調庫中,大概僅有20%屬于真正意義上的氣調庫,也就是說,剔除那些自發(fā)氣調(Modified Atmosphere)貯藏、塑料薄膜大帳氣調貯藏等,實際上采取機械氣調(Contrlled Atm osphere)貯藏的果蔬量只占到果蔬產量1%的0.2%,即2‰。因此,我國氣調保鮮技術的應用與發(fā)展尚處于初級階段。

2應用發(fā)展存在的主要問題

保鮮貯藏和保鮮運輸是制約農產品生產種植、市場交易、產業(yè)發(fā)展的瓶頸。氣調保鮮及其技術裝備是符合國家產業(yè)政策導向且具發(fā)展方向性的朝陽產業(yè),但其在中國的應用與發(fā)展緩慢的原因主要是以下幾方面。

2.1技術問題

氣調保鮮技術裝備給人感覺不復雜,制冷加空氣分離,再配以自動控制,所以有人將氣調保鮮看成是冷藏基礎上做些氣體改良。然而,另一方面,國內自主開發(fā)的氣調保鮮技術裝備在使用中出現(xiàn)保鮮效果不佳,甚至保鮮失敗的案例卻不少,這又引起人們對氣調保鮮技術的疑問,有技術不成熟、產品不實用等說法。氣調保鮮技術不屬于“高、精、尖”范疇,但對比發(fā)達國家已經普及運用,我國的應用中問題不斷,說明國內運用氣調保鮮的過程中存在著技術問題。

由于抑制不同種類、不同品種的果蔬呼吸作用的氣體成分濃度參數有所不同,而果蔬貯藏環(huán)境中氣體成分的濃度配比又始終處在動態(tài)變化之中,氣調保鮮面對的技術問題遠比冷藏保鮮復雜。從冷藏保鮮到氣調保鮮絕不是簡單的技術改良,而是具有一定深度的技術進步、技術發(fā)展。開發(fā)氣調保鮮技術裝備需要多學科知識,涉及果蔬生理生化、結構設計、空氣分離、制冷、加濕、滅菌、計算機控制及遠程監(jiān)控等多項技術。雖然,所涉各項技術均屬于成熟技術的應用,不存在所謂科技攻關的難題,但要將多項技術有機結合在一起,共同實施、實現(xiàn)保鮮,是有難度的,重點在綜合技術能力。

氣調保鮮技術裝備的制作開發(fā)是一典型的理論指導實際案例,其理論基礎為果蔬生理生化。上述各項技術中,只有果蔬生理生化直接關系到果蔬保鮮,其他各項技術只是用來實施、實現(xiàn)保鮮的手段。因而,果蔬生理生化應處于技術主導地位,為產品設計提出總體技術要求,并指導其他各項技術的實施。倘若對果蔬生理生化不熟悉、不重視,不做深入分析和思考,即使產品制作出來,種種問題也會接踵而來,造成保鮮損失、產品損失,畢竟氣調保鮮技術裝備是以保鮮為前提的產品。當然,僅僅熟知果蔬生理生化是不夠的,還必須同時熟悉掌握其他各項技術,否則,無法起到正確的、可行的指導作用。

溫度和氣體組成成分的濃度是影響果蔬呼吸作用的主要因素,失水和菌害則是影響果蔬保鮮質量的重要因素。氣調保鮮要解決這四大問題,并最終落實在系統(tǒng)的控制實施過程之中?？刂茖嵤┻^程是在果蔬生理生化研究基礎上集其他所有技術相互磨合的結晶,并將其作為系統(tǒng)應用軟件寫入計算機芯片。拆卸、解剖引進裝備,可以了解到結構上的特點和尺寸,但控制過程的實施仍然不易弄清和把握。也正因此,在無法得到國外相應技術軟件的情況下,國內企業(yè)自主開發(fā)氣調保鮮技術裝備,結構上可能相似相近,而控制實施過程肯定有所不同,因為企業(yè)各自對果蔬生理生化的研究、理解、運用會有不同。因此,技術問題可以歸結為綜合技術能力、果蔬生理生化及控制實施過程。

2.2投資問題

學科常以研究為主題,技術常以制造作舞臺。氣調保鮮技術裝備則是跨學科、多技術的運用與結合,尤其是果蔬種類、品種在生理生化性質上存在著或大或小的差異,使得氣調保鮮的控制實施過程內涵豐富,開發(fā)氣調保鮮技術裝備伴有持續(xù)性的技術研發(fā),需要一定的人力資源條件和技術研究條件。于是,產生了其他的投資問題:一方面無論是制造業(yè)投資還是經營業(yè)投資,國內講究拿來主義,不愿涉足帶有技術研發(fā)性質的產品項目;另一方面,多數產品技術型企業(yè)包括制冷技術企業(yè),一般只是在某個技術領域或某個單項技術上具有專長、優(yōu)勢,不具備跨學科、多技術的綜合研發(fā)能力。

資本雄厚的成功企業(yè)理應求投資這樣的科技產品新項目。不過,中國絕大多數成功企業(yè)有著跳躍性的發(fā)展經歷和商業(yè)經驗,斐然業(yè)績容易使人淡忘機遇的由來,以至形成了機遇投資、機遇發(fā)展的慣性思維,“短、平、快”幾乎成了唯一正確的商業(yè)投資理念。技術綜合性、技術研發(fā)性為當今世界上科技產品推陳出新的主要特征,但這仍然是我國科技產品自主創(chuàng)新中的一處軟肋。百年一遇的世界金融危機擴散影響到國內實體經濟,從中不難看到,產能閑置、關門倒閉的大多是嚴重依賴國際市場需求或產品缺乏技術深度的企業(yè)。近幾年,國內創(chuàng)業(yè)風險投資如雨后春筍般涌現(xiàn),但風險投資總是將“技術是否成熟,產品是否成熟”作為投資與否的前提。所有的都成熟了,投資就沒有風險了。自20世紀中期美國興起創(chuàng)業(yè)投資基金到現(xiàn)今風靡全球的PE私企股權投資,投資目標均圍繞技術、產品尚未完全成熟但具有發(fā)展前景的高科技產品和新興產業(yè)項目。

我國強調大力發(fā)展農業(yè),以工業(yè)技術改造農業(yè),提高農業(yè)物質技術裝備水平,氣調保鮮技術的應用與發(fā)展當在此列。政府有能力打破國內科技產品自主創(chuàng)新中的投資僵局,但現(xiàn)在政府不應作為市場主體的說法演變成政府不應直接投資企業(yè),國有資本只能從企業(yè)退出而不宜進入。從凱恩斯年代到現(xiàn)時西方經濟,不再僅僅是宏觀經濟受國家干預、國家調節(jié),甚至出現(xiàn)了國家直接注資,插手企業(yè)經營,這并非因金融危機而偶然發(fā)生,馬克思早就揭示過傳統(tǒng)資本主義經濟模式的弊端,完全賴于企業(yè)自發(fā)的市場經濟也在與時蛻變。我國科技產品自主創(chuàng)新中,政府直接投資可能比扶持更具責任、更有實效。

2.3成本問題

成本問題來自與冷藏保鮮技術裝備的比較,氣調保鮮技術裝備造價高于冷藏保鮮技術裝備造價。由于配置設備及構件材料不同,國內市場價格較為混雜,就小噸位型的國產果蔬保鮮技術裝備來說,通常的價格范圍大致是:國產自建冷藏庫造價3 000~4 000元/t容量(包括土建),國產自建氣調庫造價7 000~9 000元/t容量(包括土建);國產冷藏集裝箱售價34~40萬元/只(帶發(fā)電機組),國產氣調集裝箱售價46~52萬元/只(帶發(fā)電機組)。現(xiàn)在完全從國外引進氣調庫,價格都在1.5萬元/t容量以上,甚至近2萬元/t容量。上述國產氣調集裝箱的價格是根據國內個別企業(yè)的產品開發(fā)和試用情況,推測今后國內市場上所應有的價格范圍。

果蔬保鮮既涉及生產行為又涉及經營行為,裝備制造企業(yè)要有產品生產利潤,市場用戶要有使用效益,因而氣調保鮮技術裝備的成本分別有生產成本和使用成本。生產成本高低乃至市場價格高低,對市場用戶并不構成實質性問題。當氣調保鮮技術裝備可以顯著延長果蔬貯藏時間,用其保鮮果蔬確實可以帶來較高的保鮮附加值時,市場用戶只要簡單測算得出產品使用可產生的商業(yè)收益及投資回收期,即可作出購買判斷。另一方面,生產成本關系到產品市場價位,關系到產品銷售利潤,生產企業(yè)會不斷努力降低產品的生產成本,特別是努力降低設備配套成本,追求規(guī)模經濟。

真正的成本問題是產品的使用成本,用戶于此敏感,國家要求“節(jié)能減排”。氣調保鮮技術裝備的運行是以空氣作“原料”,不使用任何防腐劑、保鮮劑,產品的生產和使用過程中幾乎沒有環(huán)境污染。但氣調保鮮同冷藏保鮮一樣,屬于連續(xù)工作模式,使用耗電大,使用成本應該是更加注重、更加投入的問題。在產品制造角度,降低氣調保鮮技術裝備的使用成本可以從2個方面考慮:一是結構設計上做改進,提高氣調保鮮技術裝備的氣密性,降低使用能耗。結構設計上還要考慮氣體、冷風、水霧的均勻分布及合理流動,減少不必要的電耗。二是系統(tǒng)設計上作文章,連續(xù)工作模式是高能耗的主因,設計合理的、適用的控制系統(tǒng)能夠改良連續(xù)工作模式,有效降低工作電耗。

3氣調保鮮的市場前景

中國是世界上最大的果蔬生產國,2007年,果蔬總產量達到7.4億噸,其中,水果產量約1.8億噸,占世界水果總產量的比重約30%;蔬菜產量約5.6億噸,占世界蔬菜總產量的比重約50%。但我國絕大部分果蔬是采后以初級產品形式產地鮮銷,附加值低,缺乏產后處理能力,產后加工比重僅10%,產后貯藏比重不足20%,果蔬采收時平均損耗25%~30%。中國也是世界上果蔬出口大國,水果出口量居世界第1位,蔬菜出口量居世界第4位,但鮮冷藏果蔬出口量占產量的比重低。2007年,我國鮮冷藏水果出口量約230萬噸(全年1~11月份累計出口量214.16萬噸,按月均出口量19.47萬噸作估算),占水果產量比重逾1%;鮮冷藏蔬菜出口量約410萬噸,占蔬菜產量比重不到1%。除貿易壁壘、綠色標準外,保鮮貯運能力是制約中國擴大果蔬出口的最重要原因。

長期以來,我國果蔬生產一直被“旺季爛、淡季斷”的現(xiàn)實困擾著,如果按果蔬采收時平均25%的損失率,自然產值平均1 000元/t(1元/kg)計算,2007年,國內果蔬采收時的損失高達1.85億噸,自然產值損失高達1 850億元,中國是一人口大國、農產品消費大國,氣調保鮮在國內有著巨大的市場空間和廣闊的發(fā)展前景。國家有關部門曾規(guī)劃到2010年國內農產品的產后處理率要達到產時的45%~55%。果蔬貯藏率應該從20%提高到30%~36%,增幅10%~16%。如果以2010年后我國果蔬年總產量為7億噸作估算,將新增0.7~1.1億噸的果蔬需要保鮮貯藏,按冷藏庫造價3 000元/t容量計算,新增市場份額2 100~3 300億元。如果我國氣調保鮮貯藏的比重能提高到發(fā)達國家平均水平60%的1/10,即6%,每年有4 200萬噸果蔬要進入氣調保鮮貯藏,按氣調庫造價7 000元/t容量,需配套的氣調保鮮技術裝備價值2 940億元。

氣調保鮮技術應用的范圍極為廣闊,不僅是果蔬,鮮花、茶葉、中藥材、苗木、種子及糧食等植物類種可以采用氣調保鮮、氣調貯藏,肉禽、海鮮以及淡水產品等也有著極為誘人的氣調保鮮貯藏研究前景。氣調保鮮技術裝備的開發(fā)也不會僅僅停留在氣調庫、氣調集裝箱這兩大類產品上,今后有可能進一步研發(fā)出食品超市所用的氣調儲藏柜以及家庭所用的氣調冰箱,屆時,果蔬的貯藏、運輸、銷售、消費等環(huán)節(jié)就能始終處于氣調保鮮過程中,形成完整的果蔬氣調保鮮市場營運鏈。此外,氣調保鮮技術裝備還有著潛在的軍用前途,作為配套裝備,有利于野戰(zhàn)的機動靈活性,有利于提高邊防守備、遠洋巡航的生活質量。

近兩年,國內氣調保鮮領域正悄然發(fā)生變化,欣欣跡象連連出現(xiàn):一是對氣調保鮮關注的市場人士增多,氣調保鮮可能帶來的種種商機讓不少果蔬種植主開始爭取立項,籌建氣調保鮮庫,不少果蔬經營主在果蔬箱裝上標注“氣調保鮮”,宣傳果蔬保鮮新概念;二是一些擬投資轉型以及欲進入高新技術領域的企業(yè),包括有上市公司在內,將氣調保鮮納入其視野,或者是已經出資收購股權,投資介入從事氣調保鮮技術的企業(yè),或者是正在進行項目可行性調研及論證;三是地方政府開始重視氣調保鮮,不少地方財政撥出專項資金嘗試開展氣調保鮮技術的應用,在國外引進的基礎上組織人力、財力研究自制,相關政府部門也在積極研究政策,考慮如何扶持和推廣。目前,國內已研制出應用各種塑料薄膜進行簡易氣調貯藏的應用系統(tǒng),已達到實用階段,并繼續(xù)向自動化氣調保鮮貯藏方向發(fā)展。不久的將來,氣調保鮮技術在中國的應用與發(fā)展就會步入嶄新的階段。

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