1 預冷技術工藝的研究

1.1 壓差預冷技術工藝的研究

壓差預冷具有冷卻速率快、處理量大、投資小等優點。目前常見的壓差預冷的方式可分為隧道式、蛇形式和冷墻式三種[6]。隧道式壓差預冷如圖1所示[7]，它是把包裝箱整齊的排列在庫兩邊，中間形成開放式通道，并用苫布覆蓋通道的上方和末端，通過風機的作用使中間通道部分產生壓差，迫使果蔬與冷空氣實現強制對流換熱，達到快速冷卻的目的[8]。該預冷方式操作較為簡單且可以滿足大量貨物的使用。蛇形式壓差預冷需要在包裝箱的底部和側面都做出開孔處理，在擺放包裝箱時，要把其靠在透氣墻上，在堆疊時要將其堆疊成偶數層，并且要將開孔處對準通風孔，以便形成空氣進出通道，冷空氣由于阻風條的作用會僅從箱內的上層通過，再由底部壓差風機抽出。蛇形式壓差預冷可進行批量操作，且空間利用率高。冷墻式壓差預冷方式一般適用于鮮花等無法完整棧板堆積的產品，使用時需操作者時刻觀察降溫情況，局限性較大，設備費較高[9]。

針對目前壓差預冷存在局部預冷不均勻，對包裝箱體有較高要求，風機能耗較高等問題[10]，近年來許多專家學者主要對壓差冷庫內包裝箱開孔形式、開孔直徑等包裝箱參數進行了研究。合理的包裝箱開孔形式影響著溫度均勻性和壓降等性能，為了提高果蔬的冷卻速率和溫度均勻性，賈斌廣[11]對標準箱體、迎風面和背風面無開孔的箱體、迎風面和背風面為小孔的箱體這三種開孔形式的包裝箱進行數值模擬。經過比較，在相同的風速下，小孔箱體內的藍莓預冷均勻度更高，相較于其它兩種箱體預冷密度系數較大，并且可以有效提高預冷庫的利用率。包裝箱開孔直徑也是影響壓差預冷效果的關鍵因素之一，開孔過小會影響預冷速度和溫度均勻性，而開孔過大不僅會增加壓差風機的能耗，還會造成箱內空氣流動不均勻。王達等人[12]利用CFD軟件模擬研究了包裝箱不同開孔直徑（20、30、40、50 mm）對蘋果壓差預冷效果的影響。研究表明，隨著開孔直徑增大，降溫速率隨之變快，在同時考慮能耗和溫度均勻性的情況下，蘋果壓差預冷的包裝箱最佳開孔尺寸應為40 mm。

此外，送風溫度過低會提高制冷系統的能耗，并造成預冷不均勻，送風速度過快會使風機的能耗增大，果蔬的干耗增加。因此運用合理的庫內送風溫度、送風速度和送風方式等送風參數可以顯著提高預冷速度和預冷效果，降低制冷系統和風機能耗。高治國等人[13]對壓差預冷番茄的最佳預冷送風溫度進行了研究，結果表明在送風溫度為0～3℃的時候，番茄的半冷時間、7/8冷卻時間均減小，番茄的失重現象有所減弱，溫度均勻性也有所提高。劉斌等人[14]對壓差預冷番茄的最佳壓差預冷風速進行了實驗研究，實驗結果表明適當的增大風速會提高番茄的預冷速度，但隨著風速的繼續增大番茄的預冷速度逐漸變緩慢；因此最佳的預冷風速在0.9至1.5m/s之間。Wang等人[15]建立了如圖2所示的包裝箱體計算模型，分析了不同送風速度對不同預冷階段和能耗的影響。結果表明，半冷時間受送風速的影響較小，而對能耗的影響較為顯著。最后提出了一種新型的送風策略，即采用變風速壓差預冷，且在半冷時間前采用2 m/s的送風速度，半冷時間后采用3m/s的送風速度，預冷速度最快。

目前壓差預冷往往使用水平送風的送風方式，金滔等人[16]采用垂直送風方式替代傳統的水平送風方式，利用FLUENT軟件建立了預冷過程的數值模型，分析垂直送風參數及包裝箱開孔率對預冷效果的影響。結果表明，隨著送風速度的增加，蘋果的冷卻時間隨之減少，且在15%的開孔率下的最佳送風速度為2 m/s，小于相同條件下水平送風的最佳送風速度。高玉平等人[17]提出了一種新型的雙向交替送風的壓差預冷方式，并以番茄作為實驗對象，發現交替送風較單向送風在預冷過程中番茄的溫度均勻性更高，且送風方向各個位置的番茄失重率較小且保持穩定，證明了雙向交替送風方式的可行性。

1.2 水預冷技術工藝的研究

水預冷包括冷水預冷和冰水預冷兩種方式，具有設備簡單，操作簡便的特點，適用于耐水耐寒性好的果蔬，如甜玉米、西蘭花、荔枝等亞熱帶水果。冷水預冷又主要分為浸沒式、噴淋式和組合式這三種方式。浸沒式冷水預冷方式是將需要預冷處理的果蔬直接浸沒在冷水槽中，等待果蔬達到預冷要求的溫度后，把果蔬從冷水中撈出清洗再換另一批果蔬。浸沒式冷水預冷降溫速度快且均勻，但果蔬易發生冷害現象，冷水易滋生細菌。噴淋式冷水預冷結構圖如圖3所示[18]，操作時將果蔬均勻鋪于傳送帶上送入果蔬冷卻間，果蔬冷卻間的噴淋系統能將冷水均勻噴淋在果蔬表面，從而達到預冷目的，噴淋結束后再由傳送帶送出，如此循環，完成果蔬預冷操作。噴淋式冷水預冷可流水線式操作，預冷時更節水，但整體預冷完成時間較長，易出現預冷不均勻的現象[19]。組合式冷水預冷是將浸沒式預冷和噴淋式預冷兩種預冷方式相結合，果蔬先在冷水中浸沒進行冷卻，再進行噴淋式冷卻，該種預冷方式結合兩種預冷方式的綜合優點，但目前關于組合式冷水預冷的相關研究較少，還需進一步的研究和討論。

研究表明，水預冷溫度過低、預冷時間過長會導致果蔬凍傷，發生冷害。水預冷溫度過高、預冷時間短則會使果蔬預冷不完全。因此采用合適的水預冷溫度和水預冷時間可以有效的提高預冷效果，保證果蔬品質。李健等人[20]對芒果的最佳水預冷溫度進行了研究，他們分別使用0℃、4℃、8℃、12℃的冷水對芒果進行預冷處理，結果表明采用0℃的冷水對芒果進行預冷處理能夠最大限度保證芒果的品質且不會發生冷害。王廣海等人[21]分析冰水預冷處理下荔枝果肉的溫度變化，發現冰水處理時間過長會導致果蔬凍傷等問題，得出冰水預冷荔枝的時間為13～15 min為宜，且將荔枝在預冷后4～6 min內放入冷庫保存，可延長荔枝的貨架期。

針對果蔬噴淋式冷水預冷時間較長，預冷不均勻的問題，研究果蔬預冷處理時的擺放方式、噴淋溫度、流量和噴淋角度是提高噴淋式冷水預冷效果的重要因素。呂恩利等人[22]通過建立噴淋式冷水預冷實驗臺，得出單層擺放和多層擺放荔枝的最佳噴淋溫度和流量，且堆疊4層果實為較好的多層擺放選擇。甘玲等人[23]在5℃條件下采用不同預冷方式對荔枝果實進行預冷，結果得出，在預冷各階段噴淋式冷水預冷的預冷速度最快，浸泡式冷水預冷較其略差，且得出了預冷效果最佳的噴淋式冷水預冷的噴頭角度和荔枝的碼垛方式。

流態冰預冷是一種新型的預冷方式，通過制冰機制出的流態冰對果蔬進行預冷處理，由于流態冰具有較高的潛熱和流動性，在果蔬預冷領域具有較大的應用前景。孟維巖等人[24]對流態冰預冷甜玉米的排列方式和擺放余量對降溫均勻性和速率的影響進行了研究，結果表明豎直的排列方式可以使甜玉米的降溫速率較快且均勻。李淦等人[25]對流態冰預冷西蘭花的溫度場進行了數值模擬，結果表明流態冰可以滿足西蘭花預冷的溫度要求，且冰晶體積分數越大，西蘭花的預冷效果越好。目前國內關于流態冰預冷果蔬的研究處于剛起步的階段，因此，在未來可以繼續對流態冰預冷果蔬的工藝進行優化研究，以進一步提高流態冰預冷對果蔬的保鮮效果。

1.3 真空預冷技術工藝的研究

真空預冷是一種快速有效的果蔬預冷方法，且具有很好的殺菌效果。隨著國內外專家學者對真空預冷工藝的研究，真空預冷技術也更加成熟。研究表明，針對不同果蔬采用合適的真空預冷工藝可大大提高預冷效果。陶菲等人[26]對白蘑菇真空預冷工藝進行了研究，結果表明預冷溫度為5℃、補水量為5%和預冷壓力為250 Pa為真空預冷白蘑菇的最佳預冷參數。梁豪等人[27]通過對比七組不同的預冷壓力對杏鮑菇貯藏品質的影響，得到在真空預冷壓力為1 000 Pa時能最大限度的保證杏鮑菇的品質，并有效的延長了杏鮑菇的貯藏時間。為解決果蔬真空預冷處理時冷卻速率較慢等問題，Ozturk等人[28]利用真空預冷技術將卷心萵苣預冷保鮮，并研究了壓力對冷卻時間的影響，將真空預冷與傳統預冷進行實驗比較，得出卷心萵苣在700 Pa下的真空預冷速度是常規預冷速度的6倍。為了提高楊梅的預冷效率，戚軍洋等人[29]研究了楊梅的最佳真空預冷工藝參數，研究發現在真空預冷壓力為580 Pa、處理時間為15 min時預冷效果更佳。解新方等人[30]研究了不同真空預冷條件對菠菜預冷效果的影響，發現預冷終溫4℃，補水量為2%的條件下真空預冷處理菠菜的貯藏效果最優。張曉娟等人[31]對真空預冷毛豆的預冷過程進行了研究，確定了真空預冷毛豆的工藝參數，得出在預冷溫度為5℃，補水量為3%，處理量為2.5 kg時的毛豆降溫速率較快，貯藏品質較好。由于傳統式真空預冷系統冷量消耗大、造價高，代燦麗[32]提出了蓄冷型真空預冷系統，蓄冷系統可在真空預冷系統間歇時間繼續工作，該系統可以有效降低整體設備的造價，更有利于真空預冷的推廣使用。

2 預冷技術對果蔬品質影響的研究

2.1 壓差預冷對果蔬品質影響的研究

壓差預冷適用于大多數果蔬的采后預冷，在草莓、甜瓜和番茄上的使用效果最佳，有時也可用于黃瓜、青椒和花椰菜等果蔬的預冷。鄧浩等人[33]對比研究了冰水預冷、壓差預冷對紅毛丹貯藏品質的影響，發現壓差預冷后的紅毛丹的POD活性與可滴定酸含量明顯降低，貯藏品質較其它兩種預冷方式更好。壓差預冷過程中果蔬的擺放方式對其品質有著不同的影響，因此王軍艷等人[34]對黃瓜橫排擺放和豎排擺放方式進行了研究，發現豎排擺放黃瓜的品質更好，預冷均勻度小，失重率較低，可最大限度的保持了黃瓜的品質。壓差預冷在抑制果蔬的呼吸作用和降低果蔬失重率等方面同樣發揮積極作用。張新憲等人[35]研究發現壓差預冷可抑制果蔬葉綠素的形成，降低失重率并且抑制過氧化物酶的活性，從而維持青椒貨架期品質。

2.2 水預冷對果蔬品質影響的研究

水預冷技術對一些特定的果蔬貯藏中具有獨特的優勢，能夠最大限度的保證果蔬的品質。西蘭花在采摘后呼吸旺盛，會發生萎蔫、開花和黃化等現象，喪失大量營養成分。針對此問題，王順玉等人[36]采用不同預冷方式處理西蘭花，通過分析得出水預冷可以有效降低西蘭花的黃化指數，并增強西蘭花的抗氧化能力，延長貨架期，且西蘭花采用水預冷的預冷時間遠小于其它預冷方式。為了延長果蔬的貯藏期，保持果蔬品質，杜娟等人[37]將冰水預冷與復合藥劑相結合對哈密瓜進行預冷處理。結果表明，在冰水預冷溫度為0℃，采用氟硅唑和殼聚糖復合藥劑聯合處理的哈密瓜效果最好，可以有效抑制哈密瓜的軟化，保證了果實的品質。劉瑤[38]研究了流態冰預冷方式對西蘭花品質的影響，發現流態冰預冷處理可以有效維持西蘭花的維生素C等營養物質含量和保持外觀品質，且抗氧化能力較強，故流態冰預冷可以保證西蘭花的貯藏品質。近年來也有一些學者將水預冷技術進行改良，可以更好的保證果蔬品質。韓聰等人[39]使用納他霉素結合冷水預冷對秋葵進行預冷處理。結果表明，納他霉素結合冷水預冷的處理方式可以維持黃秋葵的抗氧化能力和較高的總酚含量，更好的保持黃秋葵的品質，延長黃秋葵的貨架期。

2.3 真空預冷對果蔬品質影響的研究

真空預冷對葉菜類蔬菜的采后預冷具有較好的效果，針對真空預冷處理果蔬失水率較高且搬運過程易造成損傷的問題，申江等人[40]介紹了一款新型果蔬保鮮裝置，它是集“真空預冷、減壓貯藏、冰溫真空干燥”三個功能于一體的果蔬保鮮裝置，該裝置可使果蔬的失水率保持一個較低的水平，減少果蔬在搬運過程中造成的機械損傷，并且縮短了冷鏈物流運轉周期。Pratsanee等人[41]研究真空預冷在4℃貯藏過程中對萵苣品質的影響，研究結果表明，在0.6 kPa壓力下真空預冷處理萵苣的預冷效果更佳，其總酚類物質和抗氧化活性都顯著增加，可有效延長萵苣的貨架期。針對葉菜類蔬菜的采后預冷失重率高、貨架期短等問題，田全明等人[42]為了更好地保證果蔬真空預冷的品質，在真空預冷過程中加入氮氣的熏蒸作用，并研究真空預冷結合氮氣對小白杏預冷效果的影響，結果表明該方法可以有效延緩果實硬度的下降、降低果實的腐損率，顯著降低了多種酶的活性。

3 結語

預冷技術可延長果蔬產品的貯藏時間，降低果蔬的腐損率，進而廣泛應用于冷鏈物流行業。壓差預冷技術、水預冷技術和真空預冷技術在果蔬預冷環節分別具有一定的優勢，均能在預冷過程中快速降低果蔬的溫度，有效保證果蔬品質。但隨著冷鏈物流的迅速發展，目前這幾種預冷技術仍然存在一些不足之處，未來可以從以下幾方面進行研究。

(1）果蔬的壓差預冷有不同的碼垛方式，合理的碼垛方式可以達到良好的預冷效果，建議深入研究不同碼垛方式對各種果蔬預冷效果和后續冷鏈流通時品質的影響；同時可將壓差預冷技術與新型節能技術相結合以改善能耗高等問題。

(2）果蔬的預冷效果受水預冷工藝參數的影響較大，且水在循環過程中易受到污染，在預冷過程中水的消耗量也比較大。為此，可對不同果蔬所適合的水預冷工藝參數和循環水的殺菌技術進行深入研究，并對如何處理果蔬表面的水分殘留和提高水資源利用率進行討論，進一步完善水預冷技術。

(3）果蔬在真空預冷過程中的失水現象較為嚴重，未來需進一步研究其對預冷產品的補水方式，并深入了解真空預冷過程中的水分遷移特性，以此來提升預冷效果。目前關于真空預冷載物量的分析研究甚少，因此未來可以對不同果蔬的真空預冷載物量進行深入研究，對實際真空預冷的應用具有指導意義。