第23卷第2期2010年6月 仲恺农业工程学院学报Journa l o f Zhongkai U niversity of A gr i culture and Eng i neer i ng V o.l 23,N o .2June ,2010收稿日期:2009-03-10作者简介:黄雪莲(1985-),女,广东汕头人,在读硕士研究生. *通讯作者E-m ai:l yuxi n1959@yahoo .co 蓄冷技术在果蔬保鲜中的研究与应用黄雪莲,于 新*,马永全(仲恺农业工程学院轻工食品学院,广东广州510225)摘要:对蓄冷技术的工作原理及其在果蔬保鲜中的研究与应用进行了综述,并就蓄冷技术的研究与应用过程中存在的问题及其研究与开发应用前景进行了讨论与展望.关键词:蓄冷技术;果蔬保鲜;应用中图分类号:TS255 文献标识码:A 文章编号:1674-5663(2010)02-0067-05Study and applicati on of cool storage technol ogy i n fruits andvegetables preservati onHUANG Xue lian ,YU X i n *,MA Yong quan(Co ll ege o f L igh t Industry and Food Sc i ence ,Zhongkai U niversity of A gr i culture and Eng i neer i ng ,Guang z hou 510225,Ch i na)Abst ract :S tudy and applicati o n o f coo l storage techno logy w ere rev ie w ed briefly w ith its fruits and vege tables preservation .The proble m s o f coo l storage techno logy app lication were discussed .M oreover ,t h e definite settling approaches w as brought for w ard .K ey w ords :coo l storage techno logy ;fr u its and vegetab les preser vati o n ;applicati o n 自20世纪40年代美国发明了蓄冷技术以来,现已在食品、化工、医疗等许多领域得到广泛应用[1].我国在1978年首先将这一新技术应用在铁路冷藏运输.20多年来蓄冷技术在铁路冷藏运输中的研究与开发,表明该技术具有良好的冷藏效能,特别在节能、环保和降低制冷成本上更具显著效益[2 3].蓄冷技术既适合于果蔬的预冷,也适合于果蔬的贮运、贮藏和保鲜,具有保持冷藏果蔬品质、降低冷库运行费用等优点.近年来,该技术与湿空气、气调、真空等结合应用于果蔬运输或贮藏中,使果蔬保鲜效果有了较大的改善.作者对蓄冷技术的工作原理及其在果蔬保鲜中的研究与应用进行综述,以期为其应用与推广提供依据.1 蓄冷技术概述蓄冷技术是利用某些工程材料(工作介质,也称蓄冷剂)的蓄冷特性,贮藏冷能并加以合理使用的一种实用贮能技术[4 5].它是一项合理利用电网资源的制冷节能新技术,是当今世界制冷领域发展的新动向.从原理上可将全部蓄冷剂分为显热蓄热、潜热蓄热和化学蓄热3种类型[4 6].1.1 显热蓄热工作介质状态不变而温度变化过程中所传递的热量即为显热.水蓄冷技术即是利用水温变化来进行显热蓄热[7].它将水冷却到设计温度,冷却水在温度上升的过程中,吸收热量.水是廉价易得、热容量大且无公害的蓄冷介质.在常温下,水的比热是4 187kJ /(kg ),但由于水的蓄冷密度低,只能利用8 温差,蓄冷量为33 6kJ/kg [8].1.2 潜热蓄热工作介质温度不变而状态变化过程中所传递的热量即为潜热.冰蓄冷技术即是潜热蓄热.它是指利用冰或一些有机盐溶液作为蓄冷介质,制成冰或冰晶(即一种冰水混合物),借助其凝固相变过程的放热作用将冷量蓄存起来[9].使用时则是利用水或冰晶融解相变过程的潜热吸热作用,将冷量释放出来,用以满足冷量需求.冰也是一种廉价易得、使用安全、方便且热容量大的潜热蓄冷材料,且可根据溶质溶解于溶剂时溶液凝固点比纯溶剂低的原理,由三相图可以配制成不同融化温度的二元相变蓄冷剂.可选用的二元相变蓄冷剂有无机物类、某些有机物及某些烃类氟化物,通常把上述物质作为溶质,按不同比例溶于水中,便制成具有不同融化温度的蓄冷剂,以满足不同需要[10 11].1.3 化学蓄热利用化学反应所吸收大量的热量来降温即为化学蓄热.如以m(无水硝酸铵)!m(氯化铵)=6!4混合,用可渗透入水的无纺布袋包装,在其上面放置等量的PE或PP薄膜包装的水,当刺破PE或PP袋时,水从袋内流出来并渗入无纺布袋中,与硝酸铵和氯化铵反应,从而吸收周围的热量而降温.只需100g的这种混合粉末和90mL水就可以使30200mL的液体大约5m i n降温达7左右[12].目前,蓄冷技术主要集中在相变蓄冷剂的研究,目标是研制相变潜热高、相变温度可调和可用于多种场合相变蓄冷剂[13 14].2 蓄冷技术在果蔬保鲜中的应用低温贮藏是目前国际上最有效的果蔬保鲜方法[15 16].它是指从果实采后到消费之间需要维持一定低温,即新鲜果蔬采收后在流通、贮藏、运输和销售一系列过程中实行低温贮藏,以防止鲜度和品质下降,减少果蔬的损失率.统计资料显示,我国2006年水果总产量为9700万,t蔬菜产量为5 6亿,t蔬菜类产品的商品率已超过30%,水果的商品率接近90%,1/3以上的农产品实现了跨省消费,对我国的冷链系统形成巨大的压力;我国每年约有25%以上新鲜果蔬由于得不到贮藏保鲜或没有进入冷链流通领域而遭受高达10多亿元的损失,而发达国家的果蔬损失率一般控制在5%以下[17 18].这是因为日本和欧美国家逐步实现了以低温冷藏为中心的∀冷链#系统,并且其作用越来越显著[19].而到目前为止,国内真正意义上的果蔬预冷及低温冷链流通除少数出口企业外还没真正发展起来.主要原因是我国幅员辽阔,果蔬产地又多在农村、山区,其交通、电力尚不能满足冷链的需求.因此,发展具有适应性强、节能、库温稳定等特点的蓄冷技术在果蔬保鲜中的应用十分必要[20].2.1 在果蔬预冷中的应用果蔬采后在运输、储存或加工之前必不可少的步骤就是预冷处理,其主要目的是迅速除去田间热,降低果蔬的呼吸强度,减少水分蒸发,抑制微生物的繁殖,达到冷库保鲜或长途运输的要求,延长产品的贮藏期和货架期,有效保持上市果蔬的鲜嫩度及销售重量[21 22].研究表明,采用蓄冷技术的冷库,入库的物品初冷却速度比传统的冷库要快[23 24].周斌[23]对草莓、青菜和芦蒿进行预冷试验,采用蓄冷技术预冷的各项指标都明显优于机械冷库(普通冷库),如青菜在环境温度均为1 5的湿冷预冷与普通冷库预冷中,两种预冷方法的完全冷却时间分别为315 m i n和375m i n,但其半冷却时间分别为38m i n和45m i n,3/4冷却时间分别为45m i n和120m in, 7/8冷却时间分别为75m i n和190m i n;两者的完全冷却时间相差不大,而在冷却初期的关键时刻,冷却速率却相差很大.对田间刚收获处于较高温的物料采用蓄冷技术预冷,可使物料温度迅速降低,最大程度上降低了高温对物料的不利影响[24],这也正是预冷的目的所在.蓄冷技术的出现在很大程度上解决了预冷环节中出现的问题,并提供了一种果蔬保鲜的新方法.2.2 在果蔬低温运输中的应用我国长期以来只重视果蔬冷库的建设,而忽视了冷藏运输,导致我国果蔬在运输环节损失率高达20%以上[25].新鲜果蔬贮藏温度较低时,其生命活动缓慢,消耗少,并且病原微生物的活动减缓,果蔬的抗病性相应增强.因此,果蔬可使用冷藏集装箱或冷藏车等冷藏运输工具从产地运达销地,以利于保持产品质量[26 27].蓄冷技术在国外20世纪60年代后已广泛应用于冷藏车和冷藏集装箱上[1].蓄冷板冷藏车是在隔热车体上安装蓄冷板,蓄冷板内充注一定量的低温共晶溶液作为冷源.当共晶溶液充冷冻结后贮存冷量,并在不断融化过程中吸收热量而实现制冷.由于冷板系统的控温困难,国外多用冷板汽车来运输冷冻货物,而果蔬运输仍使用常规的冷风机冷的机械冷藏车.上海铁路局在2000年进行了以能量控温的冷板变温制冷系统的研究,对叶菜、香梨、贡梨和香蕉等娇嫩果蔬进行了试验,可使其迅速冷却且都不会发生冻害,达到预期结果[1].目前,我国也研制出第二代蓄冷板冷藏车(即机械冷板冷藏车),它克服了第一代冷板冷藏车需要地面充冷站进行充冷的缺点,在冷藏车上自带制冷机组,只要供电就可以进行充冷,在任何车站都可以进行,使其大范围的使用成为可能[28].通常,蓄冷板冷藏车的冷藏温度分5、-5和-183级,分别适用于保鲜货、冷藏货和冻结货的运输[29].5和-5级的冷藏车可用于运输果蔬.2.3 在果蔬冷藏库中的应用在一般的冷库中,由于温度波动很大(在果68 仲恺农业工程学院学报第23卷蔬的贮藏过程中尤其忌讳贮温的波动起伏)果蔬易受冻害,人们往往不敢将库温调至果蔬冷藏所需的最佳温度,因而得不到很好的贮藏效果.冷库加上蓄冷装置后,大大减轻了库温的波动,增进了冷藏效果.而且蓄冷装置简单、价廉,是个切实可行的办法.采用蓄冷技术的冷库有着传统冷库无法比拟的优点,所以国外已有许多果蔬冷藏库采用此技术.2.3.1 蓄冷板技术 蓄冷板冷藏库是与冷藏车类似在顶棚下或库体两侧安装蓄冷板,将人工制取的冷量利用物质的显热或潜热蓄存起来,以备负荷高峰时使用.20世纪60年代,国外在冷藏运输工具上开发蓄冷技术后,首先将其应用在恒温要求高的小型冰淇淋冷藏库上,后来才渐渐在果蔬冷藏中应用.而我国在20世纪80年代中期,上海诞生第一座蓄冷式冷藏库,但目的却是为了避免制冷机制冷所产生的不便,直到20世纪90年代后才进行果蔬蓄冷式贮藏的研究[1].但目前蓄冷板式冷藏库却还未普及,只有上海、北京、广州等几个大城市采用.2.3.2 季节性冰雪蓄冷技术 季节性冰雪蓄冷技术最初起源于农产品及食物的储存与保鲜.它是将冬季在自然条件下形成的或通过自然低温环境制备的冰或雪储存起来供来年夏季使用,主要有季节性冰蓄冷和季节性雪蓄冷系统两种形式.它充分利用了寒冷地区冬季低温气候的特点,为保鲜技术提供了一种廉价的低温冷源.在日本,人们利用雪室或雪窖来保存萝卜和胡萝卜等蔬菜[30]及利用H i m ur o/Yuk i m uro(一种用木材或砖石盖的屋子,其中一部分储冰,另一部分储存农作物等)蓄存冰雪来储存粮食和土豆等农作物[31].在我国北方哈尔滨等地区,人们也充分利用其地域的气候特点,通过地窖、雪窖利用季节性冰雪蓄冷技术来储存蔬菜和水果[32].采用季节性冰雪蓄冷技术后库房温度比较恒定,因为冷却空气的冷水接近零度,热容量大,空气温度始终高于零度,不需要化霜,冷藏品也不会有冻伤的危险.经过长时间储存的果蔬水分损失少,也不会干缩、变形和变色,从而提高了冷藏品的品质.近年来,由于全球性的能源危机、能源价格的上涨以及环境保护压力的日益增大,现代意义上的季节性冰雪蓄冷技术也因其利用可再生的自然冷源及其环保、节能和可持续发展的优势日益受到关注.在某些气候适宜的地区,该技术在果蔬保鲜方面将有更大的发展空间.2.3.3 冰蓄冷与湿空气结合技术 冰蓄冷与湿空气冷库是通过机械制冷和积蓄冷量的办法,制取冰或接近0的冰水混合物,再通过热质交换器,让冷水和库内的空气进行传热传质,使冷库中的空气在降低温度的同时,获得很高的湿度(相对湿度达85%~100%),然后再由这种高湿冷空气去直接冷却果蔬[33 34].冰蓄冷与湿空气冷库起初只应用于名贵花的保鲜,现在已广泛用于各种蔬菜和瓜果的保鲜.它是基于蓄冷技术的一项保鲜新技术,20世纪70年代在国外发展起来,英国、日本、加拿大等许多发达国家对这个项目有广泛研究,已基本上完成了湿冷系统的理论准备和实验模型.Fred[35]的研究表明湿冷条件下贮藏2年的花生及其制品的黄曲霉毒素含量与入库前相比无明显变化.Copp等[36]进行了湿冷系统条件下马铃薯块茎品质变化的研究,结果表明其呼吸率及颜色基本不变.中国农业大学采用臭氧与湿冷库结合技术进行了荔枝、芒果和菠菜等品种的贮藏试验,结果表明其失重率、固形物、细胞膜通透性、Vc和颜色变化均较低,果蔬的腐烂得到了较好的控制[37].张云川[38]研究了湿冷保鲜库在冬枣贮藏保鲜中的应用,试验表明,存放在1 5湿冷保鲜库里的冬枣半红果,其脆果率比存放在0普通冷库里的高16%;冬枣全红果的腐烂率前者比后者低32%.目前应用冰蓄冷与湿空气冷库在欧洲和美国已有几百个,而且数量还在不断增加[22 24].冰蓄冷与湿空气冷库使果蔬的呼吸强度大大降低,蒸腾作用受到抑制,水分损失大大减少,最大限度地保持了果蔬原有的新鲜程度和风味,延长了冷藏期.而且空气中温度始终高于零度,不需要化霜,农产品也不会有冻伤危险.同时能降低冷库运行费用,平衡电网负荷.对于高含水量、易失水果蔬,湿冷保鲜技术有其独特的保鲜优势,有非常好的推广前景.但目前的湿冷系统也存在一定的缺陷,其相对较高的湿度容易使某些水果发生霉变.有报道[39]认为湿冷系统并不适合于某些水果和蔬菜的长期贮藏,另一方面,湿冷贮藏不仅在失重率方面要大于加膜贮藏和普通冰柜贮藏,而且容易造成霉变;如要进行长期保鲜,则要进行必要的处理,如进行涂膜处理可取得了良好的效果.此外,在果蔬保鲜中,蓄冷技术也能结合其他贮藏保鲜方法,使保鲜效果更好.如程德威等[40]研究表明,采用蓄冷式真空气调保鲜技术可以高质量地进行板栗保鲜,最大程度地保持69第2期 黄雪莲,等:蓄冷技术在果蔬保鲜中的研究与应用板栗原有风味和品质,减少腐烂变质的损失.3 展望在果蔬保鲜中运用蓄冷技术,完善食品的冷链运输,在今后一段时期对于食品工业具有重大意义.尤其对于我国这样一个果蔬生产大国而言,蓄冷技术的合理运用可以大大减少果蔬在运输过程中的劣变,延长贮藏期,提高产品的品质.今后研究方向主要包括以下几个方面:(1)研制食品用蓄冷剂及封装材料,开发方便型蓄冷袋.目前国外采用蓄冷技术制成的蓄冷袋已广泛应用在水产、化工和医疗等方面[41 42],还未见蓄冷袋在果蔬保鲜中的运用.蓄冷袋可以在冷藏设备不方便使用时(如停电、中转等)作短时间冷藏用.可开发各种系列的小包装蓄冷袋,并配给小型保冷车和保冷箱使用.对不同冷藏温度要求的果蔬选用不同的蓄冷袋分箱包装,可同车运输,提高运输经济效益.(2)研制温度可调蓄冷剂或控温蓄冷系统.采用蓄冷板系统的冷藏车或冷藏库来运输或贮藏瓜果、蔬菜,因种类不同,其要求的最适宜贮藏温度、湿度也不同.如苹果要求0~3,香蕉要求10~15,这势必要在每个冷藏间的冷板系统内配置不同冰点的蓄冷剂,根据贮藏物料的不同而更换蓄冷剂.这样做在技术上虽然不难,但在实践中不方便,运用效率也很受影响.若将蓄冷板制冷系统开发成为控温制冷系统,可使冷藏车和冷藏库成为多用型的冷藏设施,同时又可控制冷量释放速度,延长保温时间.这样蓄冷技术可在果蔬保鲜中发挥更为重要的作用.(3)开发可杀菌防虫的蓄冷剂.在产贮运销过程中,果蔬始终是有生命的机体,如果采用的技术不得当,其耐运性、抗病性会逐渐减弱,最终导致腐烂变质.研制可杀菌防虫的蓄冷剂,既可保持果蔬的低温贮藏,又可杀菌防虫,减少果蔬腐烂变质,延长贮藏期.参考文献:[1] 邹琼.蓄冷技术在冷藏库中应用的研究[C]∃中国制冷协会.2000年中国食品冷藏链大会暨冷藏链配套装备展示会论文集.北京:科学出版社,2000.[2] 孙金萍.铁路冷藏运输的专业化改革与发展[J].中国铁路,2004(5):52-55.[3] 吕浩生.从节能的理念积极推广冰蓄冷技术[J].能源研究与利用,2001(3):22-23.[4] 龙恩深.冷热源工程[M].重庆:重庆大学出版社,2002.[5] 余华明.冷库及冷藏技术[M].北京:人民邮电出版社,2007.[6] SA I TO A.Recen t advances i n 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