果蔬预冷文献综述

果蔬预冷文献综述我国是农业生产和农产品消费大国，2014年我国水果总产量达26142.2万吨，蔬菜总产量更是超过7亿吨[1]。研究表明，不经预冷处理的蔬菜在流通中损失约为25％～30％，每年因此造成的经济损失高达数千亿元人民币。果蔬采后预冷是指将采收的新鲜水果和蔬菜在运输、贮藏或加工以前低温条件下迅速除去田间热和呼吸热的过程。收获后的果蔬是活的生命有机体，继续进行正常的生理代谢，产生不可逆的成熟衰老变化，果蔬品质极易下降，甚至发生腐烂，而快速预冷能够抑制果蔬生理代谢，延缓果蔬采后品质变化，是果蔬贮运过程中最基本也是最重要的保鲜措施。经过预冷处理果蔬的损失率仅为5％～10％，可大大降低经济损失[2]。为最大限度的降低因果蔬在采后流通过程的中的损失，同时保证果蔬的品质和安全，国家大力提倡和租金果蔬采后冷链物流。经过几十年的发展，我国在果蔬预冷的技术、设备等方面取得了巨大的进步，但与欧美等农业发达国家和地区相比仍存在较大的差距。因此，开展果蔬预冷技术方面的研究具有重大实际意义。一、果蔬预冷技术的发展现状及发展趋势近年来，许多学者和工程技术人员对果蔬预冷技术进行了深入的研究，取得了长足的技术进步，并对果蔬预冷技术的发展趋势进行了深入的探讨，取得了很多有意义的成果。宁波市农业科学院的尚海涛、凌建刚等人（2013）通过大量的数据对比对我国果蔬冷却及冷链物流的发展现状进行了分析，并对预冷技术的现状和发展趋势进行了梳理。结果表明，我国的果蔬预冷及冷链物流与发达国家仍存在较大差距，整体发展落后且发展不平衡，尚未形成完整的果蔬低温流通体系。当下应以果蔬预冷为出发点，逐步建立起冷链物流体系，推动我国现代冷链物流体系的发展。华南农业大学的吕盛坪、吕恩利等人（2013）对现有的预冷技术进行了分类，分析了冷水预冷、冰水预冷、冷库预冷、差压预冷以及真空预冷技术的研究与应用现状，同时结合冷链物流发展特点，对各种预冷技术可能发展方向进行了阐述，展望了预冷技术研究总体发展趋势。在此基础上提出了预冷技术的发展方向：(1)改进各种预冷装置的关键部件、降低能耗，研究开发基于新能源的预冷装置；(2)开发参数可调、能满足不同果蔬预冷需求的便携式预冷设备；(3)在线检测预冷相关参数，基于参数对预冷过程进行精准控制，提高预冷效率与效果；(4)研发预冷与后续冷链贮运接口；(5)提高预冷意识，制定相应规范和标注。北京工商大学的李健、姜微波(2012)对预冷在果蔬流通中的作用进行了详尽的综述，并对常用的几种预冷方式进行了分析对比。其认为预冷过程是复杂的传热过程，在对产品预冷规律进行研究时，应通过实验和数学模拟的方法，确定果蔬预冷过程的传热规律；另外，影响预冷的因素很多，包括预冷介质的温度和速度、产品的堆码方式、包装箱的开口率和开口形状等，应结合预冷效率、产品质量和预冷能耗确定预冷过程的最佳工艺参数，设计出合理的预冷装置。国家农产品保鲜中心的王文生、陈存坤等人（2014）在阐述果蔬采后预冷概念以及生产实践现状，对压差预冷、真空预冷、冷水预冷和普通冷库预冷进行了概括比较与分析，提出在我国目前的经济技术及果蔬采后预冷的现状下，应率先普及易腐难藏果蔬的预冷，综合考虑预冷设施的选择。FRCFT集团和Dublin大学的TadhgBrosnan、Da-WenSun等人（2001）对果蔬预冷的必要性、原理、部分相关理论及目前常用的果蔬预冷技术及其适用范围、优缺点等进行了较为全面的梳理和综述，通过Brosnan等人的总结可以较快较全面的了解截至本世纪初果蔬预冷的大致趋势和技术水平。此外，北京建筑工程学院的高金龙、江苏经贸职业学院的马骞、华南农业大学工程学院的杨洲、黄燕娟等人分别从压差预冷技术、真空预冷技术、通风预冷技术等角度对果蔬预冷进行了总结性的分析和阐述。综合各位学者的研究可以发现，我国在果蔬预冷方面还存在较大的不足和发展空间，应加大在此方面的研究和投入，尽快建立起完善的果蔬预冷体系和冷链物流体系，缩小与发达国家的差距。二、果蔬预冷技术的理论分析和数学模型深入的理论研究和精确的数学模型是提高预冷技术的必要条件，为此国内许多学者进行了大量的研究，取得了许多有益的成果。上海海事大学的阚安康、韩厚德（2010）建立了热质迁移数学模型，并用实验方法对该数学模型加以验证。在设定真空压力状况下，分别对模拟和实验中的真空室内压力变化、白菜自身温度变化、真空室内相对湿度变化以及白菜质量损失等情况进行分析和对比。结果表明，虽然在计算和实验中存在部分近似假设，但模拟与实验的结果数据接近，该模型对果蔬的冷藏集装箱运输和柱状蔬菜真空预冷的理论研究具有较强的参考价值。天津商学院的苗玉涛、邹同华等人（2006）通过将表面蒸发、呼吸热作为内热源加入到传热数学模型中，对单体球形果蔬压差预冷过程建立数学模型，并对边界条件进行了合理简化，提出一种计算预冷所需时间的简便方法，并用自行研制的压差预冷试验台进行了实验验证。结果表明，这种数学模型可以较好反映箱体内果蔬的平均温度变化。上海交通大学的贺素艳、李云飞（2003）基本理论和定义出发建立了描述球形果蔬在真空冷却中传热、传质的数学模型。通过数值解算得到系统总压、产品温度(表面温度、中心温度、质量平均温度)、产品质量随时间的变化曲线等参数，并与Hass和Barger的实验数据进行了对比，结果显示其如果已知泵速、真空室容积、真空冷却器中产品和空气的初始温度和传质系数，那么该数学模型可用来预测真空冷却球形产品的压力、温度和质量的变化过程，模型可用来检验真空泵和真空容器改变时对冷却率和产品最后温度的影响，并充分利用了有效排气速度的概念。只要真空室是理想容器(泄漏很小)，并且冷凝器能够冷凝所有蒸发的蒸气时，则该数学模型是正确的，但在具体指导实践时需要对理想的假设加以修正。此外，辽宁石油化工大学的吴志勇、天津商学院的何晖等人也分别对垂直通风差压球形果蔬预冷的数学模型、球状果蔬在压差预冷过程中的数学模型等方面进行了有意义的探索。通过各种理论分析和数学模型的探讨，更加有利于果蔬预冷技术的不断提高和发展。三、果蔬预冷技术在工程中的应用随着我国现代化农业的稳步发展，果蔬预冷技术得到了大量的实践和应用，在此过程中许多工程技术人员和学者取得了丰硕的研究成果。北京市农林科学院蔬菜研究中心高丽朴、郑淑芳等人（2003）借鉴国外发达国家在差压预冷方面的成功经验，通过对引进差压预冷库的研究、测试、消化、吸收，研究出可在冷库中使用的3种不同预冷量的差压预冷通风设备，并建成一次预冷量12吨的差压预冷库，并用此预冷库对果蔬进行了预冷实验，结果显示一般蔬菜预冷时间在4-6h，仅为同等条件下冷库预冷时间的1/4—1/10，预冷过程失水可控制在2%以下，取得了良好的效果。大连理工大学与天津商学院的郭亚丽、刘斌等人（2005）过测试，得出了在单一风机、一拖二风机及夹套式三种不同送风方式下的90m3微型冷库内离地面1．5m处的温度场分布，得出夹套式送风方式的微型预冷库具有最好的温度场分布的结论。在此基础上根据实验结果建立了果蔬预冷时温度降速率、压力降速率及温度变化率的相关耦合式，提出了在夹套式库内的最佳预冷风速。其研究结果对采用微型冷库进行果蔬预冷具有极大的借鉴意义。华中科技大学和山东建筑大学的王强、陈焕新等人（2008）根据压差通风预冷流动传热机理，建立了黄金梨预冷仿真模型，并利用CFD技术对包装箱内直排和叉排两种摆放形式黄金梨预冷过程进行了仿真模拟。分析了不同风速、开孔形式和开孔大小等参数对黄金梨遇冷过程的影响，获得了丰富的数据，深入、细致的了解了果蔬在预冷过程中的各个环节。并对黄金梨的预冷提出了建设性的建议。其采用CFD分析进行预冷研究的思路值得借鉴。吉林农业机械研究院的王蔚、徐峰、孙卓等人从力学角度出发，根据果蔬真空预冷装置的原理、特性及优点；结合课题给出了预冷装置关键部件基本设计参数的确定方法及计算公式并给出实例。其基于弹性稳定性理论及压力容器理论的计算方法为相关装置的设计提供了较为精确的计算方法。天津商学院的刘斌、申江、邹同华等人（2005）通过对风机能耗和预冷效果与预冷风速之间的分析，分别建立了风机能耗和预冷终止温度与预冷风速关系的模型。在这基础上分别进行了预冷风速为1m/s和2m/s以及它们之间3种不同组合的苹果预冷实验。通过对大量理论计算数据及实验数据对比发现，在预冷过程中，进行变风速预冷能取得较好的节能效果，同时可以达到相似的预冷效果。在实验中，基于2m/s的实验数据，最小的节能率达到12%，而预冷效果相差2℃。同事，其开发出一种新型除霜方式—显热除霜，并深入分析了显热除霜方式的机理和作用过程，并研制出试验样机。对该除霜方法的优缺点进行了探讨，取得了十分有益的成果。加拿大Alberta大学的Edeogu、Feddes和Leonard等人对垂直入风预冷（VFC）、水平入风预冷（HFC）及可控整体式预冷（CRC）三种方法分别对萝卜、生菜、草莓等果蔬进行预冷研究，并对结果进行了分析对比。Edeogu等人对不同预冷方法对不同果蔬预冷的结果进行了详尽的探讨，分别对三种方法的适用情况进行了研究和总结，具有较高的借鉴意义。除上述成果外还有诸多学者或工程技术人员对果蔬预冷的工程技术问题进行了探讨和研究，取得了很多有益的成果。随着我国果蔬预冷技术的不断提高和产业链的逐步完善，越来越多的相关人员投入到对此项技术的研究之中，也必将取得更为丰富的研究成果。[1]数据引自中国蔬菜网2014年年报。[2]数据引自杨洲、黄燕娟、赵春娥.果蔬预冷通风技术进展[J].中国农学通报，2006，（22）：471-474