香蕉催熟庫制冷系統(tǒng)設(shè)計及實驗研究

周　丹，李　爽，哈紅霞，田　峰

[松下壓縮機(大連)有限公司，遼寧 大連 116033]

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·低溫與制冷·

香蕉催熟庫制冷系統(tǒng)設(shè)計及實驗研究

周丹，李爽，哈紅霞，田峰

[松下壓縮機(大連)有限公司，遼寧 大連 116033]

摘要:催熟工藝對香蕉品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響?？偨Y(jié)了香蕉催熟庫溫度、濕度、催熟劑濃度等設(shè)計參數(shù)，針對催熟庫規(guī)劃布局、貨物擺放方式、送風(fēng)方式、制冷系統(tǒng)設(shè)計、新風(fēng)換氣系統(tǒng)設(shè)計提出了解決方案，并結(jié)合實驗測試，對溫度均勻性和香蕉催熟品質(zhì)進行了分析。

關(guān)鍵詞:香蕉；催熟；溫度控制；制冷系統(tǒng)

田間自然成熟的香蕉保鮮時間很短，僅為2～3 d，長期貯藏及長途運輸?shù)南憬兑话阍谄甙顺沙墒鞎r采收，出售前再進行人工催熟。催熟處理是香蕉貯藏保鮮過程中的一個重要環(huán)節(jié)，直接影響香蕉的品質(zhì)[1]。

催熟方法有很多種，包括乙烯催熟法、乙烯利催熟法、熏香催熟法、混果催熟法等。催熟效果與催熟庫的環(huán)境狀況密切相關(guān)，取決于溫度、濕度、催熟劑濃度、氧氣濃度、二氧化碳濃度、氣流組織等因素。大量研究資料顯示溫度和濕度是主要影響因素，在催熟的不同階段，必須進行合理的溫濕度控制，才能取得良好的催熟效果[2]。

筆者參與了國內(nèi)多個香蕉催熟庫項目制冷系統(tǒng)設(shè)計工作，針對其規(guī)劃布局、貨物擺放方式、送風(fēng)方式、制冷系統(tǒng)和新風(fēng)換氣系統(tǒng)設(shè)計等方面提出了解決方案。本文總結(jié)了香蕉催熟庫工藝設(shè)計參數(shù)、制冷系統(tǒng)設(shè)計要點，并進行了相關(guān)實驗研究。

1香蕉催熟庫工藝設(shè)計參數(shù)

香蕉冷庫整體布局由香蕉收發(fā)貨暫存區(qū)、生蕉保鮮庫和香蕉催熟庫三個功能區(qū)組成，如圖1所示。

第一部分是香蕉收發(fā)貨暫存區(qū)，靠近月臺，寬度為8～10 m，用于對運輸來的生蕉進行分級整理。

第二部分是生蕉保鮮庫，用于對生蕉進行預(yù)冷及貯存，設(shè)計溫度為12～15 ℃，面積和數(shù)量可根據(jù)項目規(guī)模和每日進貨量來確定，庫高5～6 m，墻體和頂板一般采用75～100 mm厚聚氨酯保溫板，地面保溫采用100 mm厚XPS擠塑板，分層錯縫鋪設(shè)。

圖1　香蕉冷庫建筑平面布局圖

第三部分是香蕉催熟庫，用于對生蕉進行人工催熟處理，單間面積范圍從幾十平方米到幾百平方米，需要根據(jù)市場變化特點和銷售能力確定，可以不同面積冷間進行組合設(shè)計，這樣使用起來比較靈活，考慮到催熟周期較長，為了保證每日都可以出貨，數(shù)量至少為催熟周期的2～3倍。

溫度是影響香蕉催熟效果的關(guān)鍵性因素之一，最低臨界溫度為13 ℃，最高臨界溫度為27 ℃。催熟時間與溫度的關(guān)系見圖2中的曲線[3]，溫度低，催熟時間較長，催熟庫利用率較低，溫度高，香蕉會很快變軟，葉綠素不能及時分解，葉黃素和胡蘿卜素顯現(xiàn)不出來，香蕉雖已變軟，但果皮顏色難以轉(zhuǎn)黃，香甜味也差，俗稱“青皮熟”，商品價值較低，因此可以通過調(diào)節(jié)催熟溫度來控制催熟時間長短。

圖2　香蕉催熟時間隨溫度變化曲線

催熟過程中采用的是高溫催熟和低溫轉(zhuǎn)色兩階段溫度控制，庫溫控制在15～25 ℃，其中0～24 h，庫溫控制在23～25 ℃，溫度較高，可以加快香蕉成熟變色，使葉綠素及時分解，葉黃素和胡蘿卜素出現(xiàn)，24～48 h，溫度降至13～15℃，48 h至催熟結(jié)束，溫度維持在13～15℃，溫度降低后有利于上色均勻，可延長貨架期。香蕉催熟周期長短還取決于生蕉的品種、品質(zhì)等因素，一般大蕉類催熟時間為5～6 d，小蕉類催熟時間為3～4 d。

保持催熟環(huán)境的高濕度，是獲得優(yōu)質(zhì)高檔香蕉的關(guān)鍵。試驗證明，催熟的前階段(果皮退綠前)，要求保持相對濕度達90%～95%，否則果皮不退綠或退色不均勻，且足夠高的濕度，可抑制香蕉炭疽病的發(fā)生。濕度低，還會引起果皮皺縮，果皮色澤發(fā)暗。但后階段(果皮從微黃開始后)濕度應(yīng)稍低，以80%～85%為宜，否則，果實香氣減少，易斷果指，果肉偏軟，影響搬運和銷售?？偨Y(jié)一下，即高濕度催熟，低濕度轉(zhuǎn)色。

乙烯或乙烯利溶液均可作為香蕉催熟劑。催熟劑濃度低，催熟時間長；濃度高，后熟快，但果肉易軟化，果皮易斷，貨架期較短。催熟劑濃度對催熟時間的影響不如溫度大。采用乙烯時要求濃度控制在1000×10-6以下，催熟開始時密封24 h。

香蕉催熟過程中呼吸強度很大，尤其是呼吸高峰期，需要大量的氧氣，并放出大量二氧化碳。氧氣不足或二氧化碳濃度過高，會抑制延遲香蕉的黃熟，嚴(yán)重缺氧和二氧化碳中毒時，香蕉會產(chǎn)生異味，因此香蕉催熟庫應(yīng)設(shè)計新風(fēng)換氣系統(tǒng)。國外先進的催熟房，裝有抽氣機及乙烯氣體進氣機，恒定供給乙烯量和氧氣量，并抽出房內(nèi)的二氧化碳等。

另外香蕉的包裝方式和擺放方式也會影響催熟效果，盡可能選擇透氣性好的包裝材料，一方面可以減少水分損失，同時也能防止過分密封造成腐爛。采用“品”字形錯位擺放方法，留出足夠的通風(fēng)換氣空間。堆放高度不能阻擋送風(fēng)氣流，距風(fēng)口下側(cè)大約0.2～0.3 m。

2香蕉催熟庫制冷系統(tǒng)設(shè)計

2.1冷負荷計算

香蕉催熟庫冷負荷由四部分組成，圍護結(jié)構(gòu)熱流量、貨物熱流量、電動機運轉(zhuǎn)熱流量和操作熱流量，其中操作熱流量包括開門、照明和操作人員熱流量。計算香蕉催熟庫冷負荷時需要注意以下三點：1. 關(guān)于貨物熱流量計算，如果有生蕉保鮮庫進行預(yù)冷，則不需要再進行貨物熱流量計算；2. 通風(fēng)換氣次數(shù)比常規(guī)果蔬冷藏間取值大；3. 不需要計算操作熱流量。

2.2制冷設(shè)備選擇

由于香蕉催熟庫一般采用滿庫催熟方式，并且催熟過程中不同階段對溫度要求不一樣，因此適合采用一對一供冷系統(tǒng)，便于管理與控制。

選擇制冷壓縮機首先要考慮能效比，同時要考慮當(dāng)冬季室外溫度低于庫溫時，需要采用加熱方式保證15～25 ℃的庫溫，南方地區(qū)適合采用熱泵機組，北方地區(qū)可以采用電加熱絲等輔助加熱方案。在香蕉催熟設(shè)計的溫度范圍內(nèi)，渦旋壓縮機的能效比在4.5左右，活塞式和螺桿式壓縮機的能效比在3.6左右，并且渦旋壓縮機采用全封閉式結(jié)構(gòu)，相比于半封閉式和開啟式結(jié)構(gòu)，其可靠性和價格優(yōu)勢都比較明顯，因此香蕉催熟庫適合采用渦旋壓縮機。

末端冷卻設(shè)備適合采用吊頂式直接送風(fēng)空氣冷卻器，熱力膨脹閥或者電子膨脹閥進行流量調(diào)節(jié)。

香蕉催熟庫制冷系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3　香蕉催熟庫制冷系統(tǒng)原理圖

3香蕉催熟庫實驗研究

在重慶某大型超市物流冷庫中進行了香蕉催熟過程的實驗研究，該項目設(shè)計了60間香蕉催熟庫，每間庫體尺寸為6.2 m×4.2 m×2.4 m，庫體保溫采用100 mm厚聚氨酯雙面彩鋼板，設(shè)計溫度為13～28 ℃，每間香蕉催熟庫采用獨立制冷系統(tǒng)，需求冷負荷為8.1 kW，采用松下4 HP渦旋熱泵冷凝機組，庫內(nèi)采用單側(cè)出風(fēng)空氣冷卻器，設(shè)計濕度控制和新風(fēng)換氣系統(tǒng)，采用乙烯氣體催熟法。本次實驗?zāi)康氖沁M行庫內(nèi)溫度均勻性分析和香蕉催熟效果研究。

實驗方法：催熟開始前將庫溫維持在23 ℃，濕度控制在90%～95%，在催熟庫內(nèi)放置一臺乙烯發(fā)生器，將500 mL 95%濃度的醫(yī)用酒精和乙烯顆粒加入到乙烯發(fā)生器中，調(diào)節(jié)好各種參數(shù)。把打開包裝的香蕉用錯位法整齊地堆放在催熟庫兩邊，堆碼高度為6～9層。催熟過程中開啟乙烯發(fā)生器3～4 h，密封24 h后，進行通風(fēng)換氣20～30 min，24 h后將庫溫降至14 ℃，預(yù)計催熟時間為3～4 d。

在催熟庫內(nèi)設(shè)置了12個數(shù)據(jù)采集點，如圖4所示，在香蕉入庫后0 h、24 h、48 h、72 h 4個時期，記錄各采集點的溫度、風(fēng)速、濕度、香蕉品質(zhì)等實驗數(shù)據(jù)。

圖4　香蕉催熟庫數(shù)據(jù)采集點

入庫時間h溫 度/℃Aa1Aa2Aa3Aa4Aa5Aa6Ab1Ab2Ab3Ab4Ab5Ab6023.923.723.523.323.923.823.223.323.223.823.323.22423.723.623.32423.723.824.224.324.324.424.224.34814.114.314.114.514.414.314.814.714.915.215.315.27214.114.314.114.514.414.314.814.714.915.115.215.2

【】【】

測得的溫度數(shù)據(jù)見表格1，剛?cè)霂鞎r庫內(nèi)各點溫差在0.7 ℃，與設(shè)定值最大偏差為0.9℃，庫溫比較均勻，幾乎沒有送風(fēng)死角，入庫24 h后，在距離冷風(fēng)機較遠區(qū)域，溫度有所回升，最大超過設(shè)定值1.3 ℃，同樣在入庫48 h和72 h后，靠近冷風(fēng)機區(qū)域溫度與設(shè)定值偏差不大，遠離冷風(fēng)機區(qū)域溫度與設(shè)定值偏差相對大一些，但也在適宜的催熟溫度范圍內(nèi)，整體庫溫的均勻性較好，能夠滿足催熟工藝要求。

可以通過果皮顏色來判斷香蕉成熟度。香蕉成熟度分級標(biāo)準(zhǔn)如下：1級，果皮顏色為綠色，果實硬；2級，果皮綠色開始轉(zhuǎn)黃，果實較硬；3級，果皮黃色面積占全果表面積<10%，果實開始變軟；4級，果皮黃色面積占全果表面積10%～50%，果實較軟；5級，果皮黃色面積占全果表面積>50%，果實完全軟化；6級，為全黃色；7級，出現(xiàn)斑點，開始褐化。

經(jīng)實測，入庫72 h后蕉果品質(zhì)為4級，變色比較均勻，催熟效果較好，達到出貨標(biāo)準(zhǔn)，可以出貨。

4結(jié)論

筆者根據(jù)工程設(shè)計經(jīng)驗，對影響香蕉催熟效果的因素進行了分析，總結(jié)了香蕉催熟庫工藝設(shè)計參數(shù)及制冷系統(tǒng)設(shè)計要點。

1. 溫度和濕度是影響香蕉催熟效果的關(guān)鍵性因素，采用高溫高濕催熟和低溫低濕轉(zhuǎn)色兩階段控制方式比較合理，還要結(jié)合香蕉品種、生蕉成熟度等因素進行溫濕度和催熟周期設(shè)計。

2. 適合采用一對一獨立制冷系統(tǒng)設(shè)計，渦旋機組效率較高，同時要采取措施解決冬季加熱問題。

3. 貨物采用錯位法擺放，留出通風(fēng)換氣空間，保證庫內(nèi)溫濕度均勻。

4. 需要設(shè)計新風(fēng)換氣系統(tǒng)，并與制冷系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、催熟系統(tǒng)相結(jié)合，才能達到良好的催熟效果。

參考文獻：

[1] 林蘭清. 香蕉的貯藏保鮮與催熟 [J]. 廣西熱帶農(nóng)業(yè), 2004(4): 12-13.

[2] 彭埃天，王壁生，劉景梅，等. 香蕉采后處理技術(shù)規(guī)程研究 [J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2002(3): 43-45.

[3] 郭良才，岳平，段桂云. 香蕉催熟過程中的溫濕度效應(yīng)分析及模擬控制[J]. 甘肅氣象，2003, 21(2): 31-33.

周丹(1977)，女，高級工程師，碩士研究生。研究方向：冷凍冷藏應(yīng)用技術(shù)。聯(lián)系地址：大連市甘井子區(qū)東海路78號。聯(lián)系電話：13700098947。E-mail: 13700098947@ 139.com。

Refrigeration System Design and Experimental Research of Banana Ripening Cold Storage

ZHOU Dan, LI Shuang, HA Hongxia, TIAN Feng

[Panasonic Appliances Compressor (Dalian) Co., Ltd., Dalian 116033, China]

Abstract:Ripening process on banana quality has a crucial impact, this paper summarizes the banana ripening parameters, such as temperature, humidity and ripening agents concentration, and proposes the solutions of cold storage layout, goods arrangement mode, air supply mode, refrigeration system design and ventilation system design, and combining with experimental testing, analyzes the temperature uniformity and ripening banana quality.

Key words:banana; ripening; temperature control; refrigeration system

作者簡介：

doi:10.3969/j.issn.1007-7804.2016.02.004

中圖分類號：TB657.1

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7804(2016)02-0015-04

收稿日期：2016-01-07