蘋(píng)果采后預(yù)冷技術(shù)研究進(jìn)展

胡志芳 黃國(guó)嫣 馬勉娣 張丹 馬靜 程安富

摘? ?要? ?蘋(píng)果是季產(chǎn)年銷(xiāo)水果，貯存保鮮是保證其流通品質(zhì)的必要手段。采后預(yù)冷是蘋(píng)果保鮮的首要環(huán)節(jié)，通過(guò)適宜的預(yù)冷處理可減緩果實(shí)呼吸代謝，抑制老化成熟，減少貯期腐爛和營(yíng)養(yǎng)流失，顯著延長(zhǎng)貯藏壽命。介紹了3種常見(jiàn)預(yù)冷技術(shù)（水預(yù)冷、壓差預(yù)冷和真空預(yù)冷），分析了其在蘋(píng)果采后預(yù)冷方面的研究現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)，展望了蘋(píng)果采后預(yù)冷技術(shù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞? ?蘋(píng)果；水預(yù)冷；壓差預(yù)冷；現(xiàn)狀；展望

我國(guó)是蘋(píng)果生產(chǎn)和出口大國(guó)，根據(jù)《2021年度中國(guó)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年我國(guó)蘋(píng)果種植面積3 132.12萬(wàn)畝，產(chǎn)量? ? ? ?4 597.34萬(wàn)t，種植區(qū)域覆蓋20個(gè)省市自治區(qū)。在溫帶和寒冷地區(qū)，蘋(píng)果采收是季節(jié)性的，必須將部分采收后的蘋(píng)果貯存6個(gè)月以上以供全年使用。蘋(píng)果是呼吸躍變型果實(shí)，采收后果實(shí)新陳代謝仍未停止，呼吸作用旺盛，會(huì)導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)持續(xù)下降、營(yíng)養(yǎng)成分流失。有研究表明，預(yù)冷處理可將損失率從25%～30%降低至5%～10%。預(yù)冷是果蔬進(jìn)入冷鏈的首要環(huán)節(jié)，通過(guò)預(yù)冷將果實(shí)由采收溫度快速冷卻至貯藏與運(yùn)輸溫度，可以延緩果實(shí)中各種酶的活性，抑制生化反應(yīng)。預(yù)冷處理的方法有多種，常用的有水預(yù)冷、空氣預(yù)冷、真空預(yù)冷。我們梳理總結(jié)了蘋(píng)果采后幾種常見(jiàn)預(yù)冷處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望了未來(lái)發(fā)展方向，以期為蘋(píng)果采后貯藏和保鮮提供參考。

1? ?水預(yù)冷

水預(yù)冷是一種簡(jiǎn)單有效的預(yù)冷處理方法，包括冷水預(yù)冷和冰水預(yù)冷，其中冰水預(yù)冷主要用于漁業(yè)。水預(yù)冷技術(shù)主要是利用水的高導(dǎo)熱性和蒸發(fā)冷卻效應(yīng)快速降低農(nóng)產(chǎn)品溫度。一方面水的導(dǎo)熱性高，能夠迅速傳導(dǎo)熱量，從農(nóng)產(chǎn)品表面吸收熱量，傳導(dǎo)到水中，達(dá)到快速降低農(nóng)產(chǎn)品溫度的作用。另一方面是利用水的蒸發(fā)冷卻效應(yīng)，將農(nóng)產(chǎn)品浸入冷水中，水分子會(huì)蒸發(fā)成水蒸氣，從而帶走熱量。將新鮮采摘的果蔬浸泡在冷水中，可以迅速降低果蔬的溫度，從而抑制果蔬的呼吸作用和水分流失，有效延長(zhǎng)保鮮期。從20世紀(jì)40年代開(kāi)始，水預(yù)冷技術(shù)逐漸在農(nóng)產(chǎn)品采收和運(yùn)輸過(guò)程中被應(yīng)用。

Vivaldi等使用水預(yù)冷技術(shù)對(duì)金冠蘋(píng)果進(jìn)行預(yù)冷處理，發(fā)現(xiàn)水預(yù)冷可有效降低蘋(píng)果的溫度，減緩果實(shí)老化，從而保持蘋(píng)果的新鮮度和香氣化合物的含量。孫燕霞等發(fā)現(xiàn)，“黃金富士”蘋(píng)果采后入庫(kù)前進(jìn)行0 ℃低溫水預(yù)冷，可以延緩果實(shí)硬度降低，延遲果皮失水皺褶時(shí)間。研究人員采用水預(yù)冷技術(shù)對(duì)兩個(gè)不同蘋(píng)果品種進(jìn)行處理研究，結(jié)果表明：水預(yù)冷可以延緩果實(shí)的老化和褪綠，同時(shí)保持蘋(píng)果中富含的抗氧化物質(zhì)和維生素等成分。Wijewardane等研究發(fā)現(xiàn)，用冰水和氯化鈣混合液對(duì)采后蘋(píng)果預(yù)冷處理30分鐘后，果實(shí)腐爛率降低至4.69%，優(yōu)于冰水預(yù)冷效果（7.03%）。沈元楓等在蘋(píng)果采后保鮮實(shí)踐中設(shè)計(jì)了一個(gè)為小型氣調(diào)庫(kù)配套的簡(jiǎn)易水浸式預(yù)冷裝置，運(yùn)用數(shù)學(xué)分析法確定了水預(yù)冷處理時(shí)間。

水預(yù)冷技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是預(yù)冷速度快、裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可有效防止果實(shí)中水分的流失。但水預(yù)冷技術(shù)需要在短時(shí)間內(nèi)提供足夠的冷量維持預(yù)冷水溫度恒定，因此會(huì)產(chǎn)生較高的能耗和水資源消耗。另外，蘋(píng)果采摘后可能帶有病菌，水的循環(huán)利用會(huì)導(dǎo)致病菌傳播，而通過(guò)添加防腐劑或消毒劑雖然可以抑制部分病菌，但又會(huì)產(chǎn)生新的食品安全問(wèn)題。

2? ?空氣預(yù)冷

空氣預(yù)冷是一種常見(jiàn)的果蔬采后保鮮技術(shù)。果蔬被放置在通風(fēng)良好的預(yù)冷設(shè)備中，冷空氣通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生對(duì)流，帶走果蔬周?chē)臏責(zé)峥諝?，從而迅速降低果蔬溫度。空氣的高?dǎo)熱性使其能夠快速吸收果蔬熱量，加速果蔬溫度下降。同時(shí)，果蔬表面的水分在流動(dòng)的冷空氣下蒸發(fā)，也能帶走一定的熱量。

空氣預(yù)冷包括冷庫(kù)預(yù)冷和壓差預(yù)冷。有研究表明，冷庫(kù)預(yù)冷所需時(shí)間是壓差預(yù)冷的10～14倍，并且壓差預(yù)冷處理的蘋(píng)果在貯藏期間失重率較低，果實(shí)軟化和PG酶活性有效降低，貯藏過(guò)程中果實(shí)腐敗率顯著降低。壓差預(yù)冷是目前應(yīng)用最廣泛的一種果蔬預(yù)冷方式。

眾多學(xué)者應(yīng)用壓差預(yù)冷技術(shù)對(duì)蘋(píng)果進(jìn)行了采后預(yù)處理研究，通過(guò)優(yōu)化送風(fēng)溫度、送風(fēng)速度、送風(fēng)方式、果箱開(kāi)孔大小、周轉(zhuǎn)箱間距等條件，提高預(yù)冷均勻性、預(yù)冷速率，評(píng)估處理后蘋(píng)果的硬度、顏色、可溶性固形物含量、病害發(fā)生率等指標(biāo)，以研究壓差預(yù)冷技術(shù)對(duì)蘋(píng)果品質(zhì)的影響。

2.1? ?送風(fēng)溫度? ?調(diào)整送風(fēng)溫度可影響蘋(píng)果的冷卻速度、蒸騰速率和貯藏品質(zhì)。有研究表明，送風(fēng)溫度對(duì)預(yù)冷速率的影響非常顯著。Baranyai L.等采用1 ℃和4 ℃的壓差預(yù)冷處理以及施用1-甲基環(huán)丙烯（1-MCP）處理，6個(gè)月內(nèi)可有效減緩蘋(píng)果在貯存期和貨架期的軟化率，并推薦在1 ℃下進(jìn)行蘋(píng)果預(yù)冷處理。不同的是，楊培志等建議壓差預(yù)冷的送風(fēng)溫度不宜低于2 ℃。一般來(lái)說(shuō)，送風(fēng)溫度降低可以加快冷卻速度，減緩果實(shí)呼吸作用和蒸騰速率，然而過(guò)低的溫度可能導(dǎo)致果實(shí)冷害或凍害。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)蘋(píng)果品種、成熟度、貯藏要求等因素選擇合適的送風(fēng)溫度，以實(shí)現(xiàn)最佳的壓差預(yù)冷效果。

2.2? ?送風(fēng)速度? ?送風(fēng)速度對(duì)蘋(píng)果預(yù)冷均勻度有顯著影響。一般認(rèn)為提高送風(fēng)速度可以加快冷卻空氣與蘋(píng)果表面的熱交換速度，從而加快蘋(píng)果冷卻速度。但陳存坤等研究了冷庫(kù)內(nèi)不同風(fēng)速對(duì)富士蘋(píng)果降溫速率的影響，發(fā)現(xiàn)從低風(fēng)速到中風(fēng)速降溫速率提高幅度大，但從中風(fēng)速到高風(fēng)速則提高降溫幅度相對(duì)較小。韓佳偉等的研究結(jié)果也用三維實(shí)體模型證實(shí)，在對(duì)富士蘋(píng)果壓差預(yù)冷過(guò)程中，送風(fēng)速度超過(guò)2.5 m/s后，制冷時(shí)間、冷卻速率、冷卻均勻性均無(wú)顯著改善。金滔等的研究結(jié)果卻表明，最佳送風(fēng)速度約為2 m/s?？梢?jiàn)，壓差預(yù)冷過(guò)程中送風(fēng)速度并非越高越好，適宜的送風(fēng)速度需要根據(jù)品種、成熟度、貯藏條件等因素來(lái)調(diào)整。

2.3? ?送風(fēng)方式? ?送風(fēng)方式影響冷卻速度和均勻性。常見(jiàn)送風(fēng)方式包括水平送風(fēng)和垂直送風(fēng)。水平送風(fēng)比較常見(jiàn)，可以實(shí)現(xiàn)較好的空氣流動(dòng)，使蘋(píng)果表面和內(nèi)部都能得到較為均勻的冷卻。但金滔等認(rèn)為，垂直送風(fēng)方式具有更好的冷卻效果。王達(dá)等以紅富士為研究對(duì)象，通過(guò)建立壓差預(yù)冷數(shù)學(xué)模型，研究雙向交替送風(fēng)方式對(duì)預(yù)冷效果的影響，發(fā)現(xiàn)雙向交替送風(fēng)對(duì)預(yù)冷時(shí)間影響較小，但對(duì)預(yù)冷均勻性影響較大。

2.4? ?包裝箱? ?包裝箱的設(shè)計(jì)和材質(zhì)會(huì)影響壓差預(yù)冷的效果和蘋(píng)果的保鮮品質(zhì)。有研究發(fā)現(xiàn)，增大包裝箱襯墊與箱壁間空隙寬度可以改善箱內(nèi)氣流分布，增強(qiáng)預(yù)冷效果，同時(shí)減低預(yù)冷能耗。而且，蘋(píng)果周轉(zhuǎn)箱間距越大，預(yù)冷速度越快，冷卻均勻度越好。王達(dá)等研究發(fā)現(xiàn)，在包裝箱進(jìn)出口壓差一致的前提下，開(kāi)孔直徑與預(yù)冷時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，與預(yù)冷能耗呈正相關(guān)，與預(yù)冷均勻程度沒(méi)有明顯的函數(shù)變化關(guān)系，但隨開(kāi)孔直徑變化，最大的不均勻程度變化率達(dá)到17.37%。

2.5? ?熱質(zhì)交換模型的構(gòu)建? ?何暉等針對(duì)蘋(píng)果壓差預(yù)冷問(wèn)題，建立了預(yù)冷過(guò)程包裝箱的傳熱模型，分別采用數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了研究。宮亞芳通過(guò)構(gòu)建包含包裝箱體、內(nèi)部襯墊和蘋(píng)果的真實(shí)三維物理模型，利用流體力學(xué)方法對(duì)蘋(píng)果預(yù)冷過(guò)程中冷空氣的流動(dòng)及其與蘋(píng)果的傳熱過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)研究，分析了呼吸熱及蒸發(fā)熱對(duì)包裝箱內(nèi)蘋(píng)果預(yù)冷效果的影響。Gong Y F等基于蘋(píng)果冷鏈物流常用集裝箱建立了三維模型，采用直接計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模擬方法對(duì)預(yù)冷過(guò)程進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在不改變箱體設(shè)計(jì)配置參數(shù)情況下，適當(dāng)加寬間隙是提高預(yù)冷效果的有效途徑，對(duì)于選定的雙層封裝，間隙寬度最佳增量約為0.01 m，冷卻時(shí)間可降低18.8%，冷卻均勻性可提高16%，同時(shí)能耗可降低21.6%。喬靜等基于動(dòng)態(tài)熱平衡理論，通過(guò)建立降溫過(guò)程中溫度隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)模型，研究蘋(píng)果預(yù)冷過(guò)程中的降溫規(guī)律，發(fā)現(xiàn)送風(fēng)速度、果品初始溫度對(duì)降溫效果影響較大。

壓差預(yù)冷的優(yōu)點(diǎn)是降溫速度快，能夠有效保持蘋(píng)果品質(zhì)，減緩果實(shí)軟化、腐爛。壓差預(yù)冷設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，根據(jù)蘋(píng)果的實(shí)時(shí)狀態(tài)和環(huán)境條件調(diào)整冷卻參數(shù)，提高預(yù)冷的穩(wěn)定性和一致性，但對(duì)于小規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，設(shè)備投資和維護(hù)成本較高。

3? ?真空預(yù)冷

真空預(yù)冷也稱(chēng)真空冷卻或真空降溫，基本原理是將果蔬放置在真空室中，將室內(nèi)壓力降至較低水平，使果蔬表面水分蒸發(fā)，帶走熱量，從而達(dá)到降溫效果。真空預(yù)冷技術(shù)廣泛應(yīng)用于水果、蔬菜和花卉等農(nóng)產(chǎn)品保鮮，相比傳統(tǒng)冷卻方法降溫速度更快，同時(shí)能夠減少果蔬表面失水，更好地保持果蔬的質(zhì)量。

真空預(yù)冷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是冷卻均勻、快速高效、干凈衛(wèi)生，但適用范圍相對(duì)較小，因?yàn)轭A(yù)冷過(guò)程會(huì)導(dǎo)致果蔬部分失水，對(duì)水果預(yù)冷優(yōu)勢(shì)不明顯，目前還未見(jiàn)真空預(yù)冷在蘋(píng)果上的應(yīng)用報(bào)道。另外，真空預(yù)冷設(shè)備投資和維護(hù)成本較高。

4? ?總結(jié)與展望

蘋(píng)果采后預(yù)冷技術(shù)主要有水預(yù)冷、壓差預(yù)冷、真空預(yù)冷等，盡管預(yù)冷方式不同，但最終都需要達(dá)到快速降低果實(shí)溫度，減緩果實(shí)呼吸作用和生理代謝，抑制果實(shí)老化成熟，從而延長(zhǎng)果實(shí)貯藏壽命的目的。不同預(yù)冷方式本身并無(wú)優(yōu)劣之分，但應(yīng)用領(lǐng)域有差異，比如壓差預(yù)冷在蘋(píng)果采后預(yù)冷中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

預(yù)冷效果受多種因素影響，包括預(yù)冷溫度、預(yù)冷時(shí)間、蘋(píng)果品種及采收質(zhì)量、設(shè)備性能等，通過(guò)優(yōu)化預(yù)冷條件，可以顯著延長(zhǎng)蘋(píng)果的貯藏壽命，同時(shí)降低能耗。

蘋(píng)果采后預(yù)冷具有重要研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。在未來(lái)研究中，可結(jié)合蘋(píng)果品種特性進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)冷參數(shù)；與其他果蔬保鮮技術(shù)相融合，提高果實(shí)貯藏壽命和保鮮效果；通過(guò)前期數(shù)據(jù)模型構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，開(kāi)發(fā)新型設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能化控制。

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