真空預(yù)冷技術(shù)及其在果蔬方面的應(yīng)用和發(fā)展前景*

梁 豪，田懷文，楊文哲

（1.西南交通大學(xué)可視化研究中心，四川 成都 610031；2.天津商業(yè)大學(xué)天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134）

1 果蔬應(yīng)用真空預(yù)冷技術(shù)的研究背景及意義

在合適的時(shí)間對(duì)果蔬進(jìn)行真空預(yù)冷可以更好地保持采摘后的品質(zhì)，從而延長新鮮時(shí)間。真空預(yù)冷采用真空室氣壓吸收水分汽化潛熱的原理，除去田間熱和呼吸熱，快速冷卻，從而抑制呼吸作用，用于提高果蔬貯藏品質(zhì)，在最佳時(shí)間進(jìn)行預(yù)冷可以延長采摘后果蔬的品質(zhì)和新鮮度。同時(shí)保證果蔬的營養(yǎng)，降低產(chǎn)品的成本，減少損失浪費(fèi)，起到一定的環(huán)保作用?？梢?，真空預(yù)冷是果蔬產(chǎn)品貯藏、運(yùn)輸過程中極其重要的一道工序。

果蔬色澤艷麗、口感鮮美，含有大量的維生素C、維生素A 等，營養(yǎng)極其豐富，有利于維持人體正常的生理功能，對(duì)人體健康有著至關(guān)重要的作用。近些年來，全球果蔬產(chǎn)品的貿(mào)易額大幅增加。無論是美國、日本、歐盟等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，還是中國、印度等發(fā)展中人口大國及東南亞盛產(chǎn)果蔬的國家，對(duì)果蔬需求量及果蔬品質(zhì)要求都越來越高。采摘后的果蔬仍然是活的生命體，如果不經(jīng)任何加工處理，則果蔬將還繼續(xù)進(jìn)行呼吸作用、蒸騰作用等生理代謝，從而造成大量水分散失，加速果蔬衰老，使果蔬品質(zhì)下降，最終變質(zhì)腐爛[1]。因此果蔬采摘后進(jìn)行真空預(yù)冷是很有必要的，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)及研究，在后續(xù)貯藏方面，真空預(yù)冷后的果蔬品質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非處理的果蔬品質(zhì)。果蔬中含有大量的水分，水分既是維持果蔬生命的重要成分，同時(shí)又起到保鮮、延緩果蔬衰老等重要作用。在真空預(yù)冷過程中，造成果蔬內(nèi)部水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大幅變化及水分遷移。

2 常用預(yù)冷方法介紹

預(yù)冷是冷鏈的首要環(huán)節(jié)，利用制冷技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)將果蔬從初始溫度 （25 ℃左右）迅速降至所需要的最終溫度，快速去除果蔬采摘后的田間熱。預(yù)冷方法[2]目前主要有空氣預(yù)冷、冷水預(yù)冷、冰水預(yù)冷、冷庫預(yù)冷和真空預(yù)冷。預(yù)冷方法的選擇主要取決于產(chǎn)品大小與形狀、采摘后的溫度、成本價(jià)格、貯藏時(shí)間等因素[3]。

2.1 空氣預(yù)冷

空氣預(yù)冷包括強(qiáng)制通風(fēng)預(yù)冷和差壓預(yù)冷，具有簡單、造價(jià)低的特點(diǎn)，易造成果蔬表面干縮失水，其冷卻速度較慢?？刂剖栌酶邼穸瓤諝?，同時(shí)具有果蔬保鮮及冷卻的功能。

2.2 冷水預(yù)冷

冷水預(yù)冷有灑水式、噴霧式和浸泡式。灑水式冷水預(yù)冷是通過上懸罐筒對(duì)果蔬灑水來實(shí)現(xiàn)冷卻；噴霧式冷水預(yù)冷是加壓噴灑霧化冷水對(duì)果蔬預(yù)冷，該方法的不足之處是會(huì)出現(xiàn)果蔬冷卻不均勻現(xiàn)象；浸泡式冷水預(yù)冷是將需要預(yù)冷的果蔬放入冷水槽中，使其直接與冷水接觸，適用于大部分果蔬產(chǎn)品，此方法冷卻較為均勻，并且降溫速度快，但長時(shí)間由水浸泡，果蔬易變質(zhì)。

2.3 冰水預(yù)冷

冰水預(yù)冷是冷卻方法中最簡單的一種，由冰預(yù)冷發(fā)展而來。冰預(yù)冷是在果蔬包裝箱內(nèi)放入冰塊，通過冰融化吸熱的原理去除果蔬的田間熱，從而達(dá)到冷卻。但存在如下不足： 一方面，果蔬不可能與冰塊充分接觸，導(dǎo)致受熱不均勻，達(dá)不到理想的降溫效果； 另一方面，與冰接觸的部分有很大可能出現(xiàn)凍傷。為改善這種情況，可以把冰預(yù)冷改進(jìn)為冰水預(yù)冷，在包裝箱內(nèi)加入冰水混合物，使果蔬與冰水接觸充分。

2.4 冷庫預(yù)冷

冷庫預(yù)冷就是把果蔬直接放入冷庫中進(jìn)行降溫。冷庫容量大，一次預(yù)冷量大，適用于大批量果蔬產(chǎn)品?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)冷庫的溫度，達(dá)到想要的預(yù)冷效果。但是冷庫預(yù)冷的初期投資大，預(yù)冷速度較慢，還需考慮冷庫建筑、設(shè)備和選址等問題。

2.5 真空預(yù)冷

真空預(yù)冷就是將果蔬放入真空室內(nèi)，開啟真空預(yù)冷機(jī)。氣壓快速下降，果蔬內(nèi)部的水分開始蒸發(fā)，從自身吸收熱量，果蔬快速冷卻。真空預(yù)冷使用廣泛，果蔬、肉類等產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用較多。

3 真空預(yù)冷技術(shù)簡介

3.1 真空預(yù)冷技術(shù)原理

果蔬中含有大量的水分，水分是維持果蔬生命的重要成分，同時(shí)也起到了保鮮等重要作用。水是果蔬內(nèi)部最多的組成成分，在1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的沸點(diǎn)為100 ℃； 氣壓降低時(shí)，沸點(diǎn)也隨之降低，當(dāng)氣壓下降到613.28 Pa 時(shí)，水的沸點(diǎn)為0 ℃；沸點(diǎn)下降時(shí)，蒸發(fā)潛熱升高，水的蒸發(fā)潛熱由2 256.69 kJ/kg 升高至2 499.52 kJ/kg。

真空預(yù)冷機(jī)工作時(shí)，隨著真空泵不斷抽氣，真空室內(nèi)的氣壓急速下降。當(dāng)氣壓下降到某一程度，果蔬里面的大量水分開始蒸發(fā)，吸收自身的熱量，導(dǎo)致果蔬的溫度降低。

3.2 真空預(yù)冷的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)： 冷卻速度快，一般20 min 左右達(dá)到冷卻的效果； 冷卻均勻，真空室內(nèi)各點(diǎn)的壓強(qiáng)相對(duì)均衡，果蔬表面自由水蒸發(fā)帶走自身熱量，從而降溫較為均勻； 清潔衛(wèi)生，在真空環(huán)境下，可抑制細(xì)菌滋生并殺菌[4-5]； 保鮮效果好，保有果蔬原來的品質(zhì)，貯藏期得以延長[6]； 環(huán)保和方便，不受產(chǎn)品類型和包裝的影響，使用能耗低、成本小，十分環(huán)保和方便。

2）缺點(diǎn)： 不適用于水分較少或表皮太厚的果蔬，真空預(yù)冷主要是果蔬自身的內(nèi)部水分蒸發(fā)，水分較少、皮太厚都不利于內(nèi)部水分蒸發(fā)； 質(zhì)量損失，由于水分蒸發(fā)，因此果蔬的質(zhì)量會(huì)有一定的損失； 設(shè)備成本高，由于真空預(yù)冷裝置造價(jià)高，因此不太適用于一般小型農(nóng)產(chǎn)品用戶[7]。

4 真空預(yù)冷技術(shù)研究及其應(yīng)用和發(fā)展前景

歐盟、美國、日本等國家和地區(qū)早已開展了真空預(yù)冷技術(shù)的研究，且其設(shè)備和技術(shù)現(xiàn)已十分成熟。真空預(yù)冷技術(shù)不僅在理論研究方面取得了突破，而且在實(shí)踐方面也得到了廣泛的應(yīng)用。美國早就把真空預(yù)冷技術(shù)用于園藝方面[8]，已超過50 多年。目前為止，真空預(yù)冷技術(shù)在果蔬、肉類、鮮花等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。隨著真空預(yù)冷技術(shù)的不斷發(fā)展，全球相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)探究，并取得了豐碩的研究成果，大大促進(jìn)了真空預(yù)冷技術(shù)的快速發(fā)展。中國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，同時(shí)也是農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)大國，我國對(duì)真空預(yù)冷技術(shù)的相關(guān)研究工作起步雖晚，始于20 世紀(jì)80 年代，但發(fā)展十分迅速，短短數(shù)十年的研究已取得了巨大的進(jìn)步。但與歐盟、美國、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比，仍存在著較大的差距[9]。

真空預(yù)冷技術(shù)主要應(yīng)用于果蔬采摘后快速冷卻。將果蔬放入真空室內(nèi)，迅速抽走空氣。當(dāng)氣壓降低到一定的程度，果蔬體內(nèi)的水分開始蒸發(fā)，從果蔬自身吸收熱量，使得溫度降低。真空預(yù)冷是迄今為止最快的制冷方法，它能較為迅速且均勻地去除采摘后的果蔬或鮮花帶有的田間熱[10]。一方面，在宏觀研究方向，陶菲等[11]研究白蘑菇在真空預(yù)冷條件下的品質(zhì)變化，通過實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明： 白蘑菇在真空預(yù)冷后，其呼吸速率下降，減少了其自身的能量消耗，達(dá)到保鮮的效果，防止其短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變質(zhì)，保持產(chǎn)品品質(zhì)，有利于延長白蘑菇的壽命及貯藏時(shí)間。另一方面，在微觀研究方向，金聽祥等[12]研究在真空條件下溫度分布、內(nèi)部和表面的水分流失及變化趨勢(shì)，并用顯微鏡觀察過程中內(nèi)部的變化，真空預(yù)冷導(dǎo)致水分減少，發(fā)生水分遷移，建立了數(shù)學(xué)模型并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，但是其他位置的含水量、氣壓及溫度變化不能在其模型中完全反映出來； 于是，李改蓮等[13-14]研究不同位置的含水量、氣壓和溫度變化，并建立了相關(guān)水分遷移的二維數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步研究真空預(yù)冷水分遷移的特性。

現(xiàn)如今，國內(nèi)外的真空預(yù)冷技術(shù)研究已經(jīng)相當(dāng)成熟。但在實(shí)驗(yàn)研究中真空預(yù)冷技術(shù)仍存在一些問題： 一是在國內(nèi)外的真空預(yù)冷技術(shù)研究中，真空預(yù)冷過程數(shù)學(xué)模型的建立沒有引起多少關(guān)注，對(duì)空氣側(cè)或水蒸氣側(cè)的變化研究較少，缺少復(fù)雜或不規(guī)則形狀果蔬的數(shù)學(xué)模型； 二是真空預(yù)冷前期所需投入經(jīng)費(fèi)高，運(yùn)行能耗高且后期維護(hù)成本高； 三是降低真空預(yù)冷后果蔬失重率的研究不足?？梢?，真空預(yù)冷技術(shù)的研究空間仍然非常廣泛。

針對(duì)現(xiàn)有問題提供若干建議： 一是閱讀并消化果蔬真空預(yù)冷及其數(shù)學(xué)模型的相關(guān)文獻(xiàn)，學(xué)會(huì)建立其數(shù)學(xué)模型，對(duì)模型求解； 二是真空預(yù)冷技術(shù)設(shè)備機(jī)械化、智能化迫在眉睫，避免人為操作誤差，加大對(duì)真空預(yù)冷技術(shù)人員的培訓(xùn)，提高真空預(yù)冷工藝水平，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改建，減少前期費(fèi)用和后期維護(hù)成本； 三是研究并探索降低真空預(yù)冷后果蔬失重率的方法，加深對(duì)果蔬內(nèi)部水分遷移的研究，降低其質(zhì)量損失。

5 結(jié)束語

真空預(yù)冷技術(shù)不僅可以延長果蔬在運(yùn)輸和貯藏過程中的保鮮時(shí)間，還能提高我國果蔬產(chǎn)品冷鏈物流行業(yè)的發(fā)展。此技術(shù)極大地保證了果蔬內(nèi)部的營養(yǎng)成分，而且可以減少相關(guān)設(shè)備的能耗，對(duì)環(huán)境保護(hù)做出了一定的貢獻(xiàn)。在一定程度上，對(duì)提高果農(nóng)、菜農(nóng)對(duì)果蔬產(chǎn)品的預(yù)冷意識(shí)有著積極作用?？梢姡婵疹A(yù)冷作為一種快速、干凈又環(huán)保的冷卻方式，對(duì)冷藏鏈技術(shù)與應(yīng)用及新時(shí)代中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義，有著廣闊的應(yīng)用前景。