真空預冷技術及其在果蔬方面的應用和發展前景*

梁 豪，田懷文，楊文哲

（1.西南交通大學可視化研究中心，四川 成都 610031；2.天津商業大學天津市制冷技術重點實驗室，天津 300134）

1 果蔬應用真空預冷技術的研究背景及意義

在合適的時間對果蔬進行真空預冷可以更好地保持采摘后的品質，從而延長新鮮時間。真空預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，在最佳時間進行預冷可以延長采摘后果蔬的品質和新鮮度。同時保證果蔬的營養，降低產品的成本，減少損失浪費，起到一定的環保作用。可見，真空預冷是果蔬產品貯藏、運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，營養極其豐富，有利于維持人體正常的生理功能，對人體健康有著至關重要的作用。近些年來，全球果蔬產品的貿易額大幅增加。無論是美國、日本、歐盟等發達國家和地區，還是中國、印度等發展中人口大國及東南亞盛產果蔬的國家，對果蔬需求量及果蔬品質要求都越來越高。采摘后的果蔬仍然是活的生命體，如果不經任何加工處理，則果蔬將還繼續進行呼吸作用、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，使果蔬品質下降，最終變質腐爛[1]。因此果蔬采摘后進行真空預冷是很有必要的，經過大量的實驗及研究，在后續貯藏方面，真空預冷后的果蔬品質遠遠高于非處理的果蔬品質。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，同時又起到保鮮、延緩果蔬衰老等重要作用。在真空預冷過程中，造成果蔬內部水分質量分數的大幅變化及水分遷移。

2 常用預冷方法介紹

預冷是冷鏈的首要環節，利用制冷技術，在短時間內將果蔬從初始溫度 （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。預冷方法[2]目前主要有空氣預冷、冷水預冷、冰水預冷、冷庫預冷和真空預冷。預冷方法的選擇主要取決于產品大小與形狀、采摘后的溫度、成本價格、貯藏時間等因素[3]。

2.1 空氣預冷

空氣預冷包括強制通風預冷和差壓預冷，具有簡單、造價低的特點，易造成果蔬表面干縮失水，其冷卻速度較慢。控制失水需用高濕度空氣，同時具有果蔬保鮮及冷卻的功能。

2.2 冷水預冷

冷水預冷有灑水式、噴霧式和浸泡式。灑水式冷水預冷是通過上懸罐筒對果蔬灑水來實現冷卻；噴霧式冷水預冷是加壓噴灑霧化冷水對果蔬預冷，該方法的不足之處是會出現果蔬冷卻不均勻現象；浸泡式冷水預冷是將需要預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品，此方法冷卻較為均勻，并且降溫速度快，但長時間由水浸泡，果蔬易變質。

2.3 冰水預冷

冰水預冷是冷卻方法中最簡單的一種，由冰預冷發展而來。冰預冷是在果蔬包裝箱內放入冰塊，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，導致受熱不均勻，達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凍傷。為改善這種情況，可以把冰預冷改進為冰水預冷，在包裝箱內加入冰水混合物，使果蔬與冰水接觸充分。

2.4 冷庫預冷

冷庫預冷就是把果蔬直接放入冷庫中進行降溫。冷庫容量大，一次預冷量大，適用于大批量果蔬產品。可通過調節冷庫的溫度，達到想要的預冷效果。但是冷庫預冷的初期投資大，預冷速度較慢，還需考慮冷庫建筑、設備和選址等問題。

2.5 真空預冷

真空預冷就是將果蔬放入真空室內，開啟真空預冷機。氣壓快速下降，果蔬內部的水分開始蒸發，從自身吸收熱量，果蔬快速冷卻。真空預冷使用廣泛，果蔬、肉類等產品的實際應用較多。

3 真空預冷技術簡介

3.1 真空預冷技術原理

果蔬中含有大量的水分，水分是維持果蔬生命的重要成分，同時也起到了保鮮等重要作用。水是果蔬內部最多的組成成分，在1 個標準大氣壓下，水的沸點為100 ℃； 氣壓降低時，沸點也隨之降低，當氣壓下降到613.28 Pa 時，水的沸點為0 ℃；沸點下降時，蒸發潛熱升高，水的蒸發潛熱由2 256.69 kJ/kg 升高至2 499.52 kJ/kg。

真空預冷機工作時，隨著真空泵不斷抽氣，真空室內的氣壓急速下降。當氣壓下降到某一程度，果蔬里面的大量水分開始蒸發，吸收自身的熱量，導致果蔬的溫度降低。

3.2 真空預冷的優點與缺點

1）優點： 冷卻速度快，一般20 min 左右達到冷卻的效果； 冷卻均勻，真空室內各點的壓強相對均衡，果蔬表面自由水蒸發帶走自身熱量，從而降溫較為均勻； 清潔衛生，在真空環境下，可抑制細菌滋生并殺菌[4-5]； 保鮮效果好，保有果蔬原來的品質，貯藏期得以延長[6]； 環保和方便，不受產品類型和包裝的影響，使用能耗低、成本小，十分環保和方便。

2）缺點： 不適用于水分較少或表皮太厚的果蔬，真空預冷主要是果蔬自身的內部水分蒸發，水分較少、皮太厚都不利于內部水分蒸發； 質量損失，由于水分蒸發，因此果蔬的質量會有一定的損失； 設備成本高，由于真空預冷裝置造價高，因此不太適用于一般小型農產品用戶[7]。

4 真空預冷技術研究及其應用和發展前景

歐盟、美國、日本等國家和地區早已開展了真空預冷技術的研究，且其設備和技術現已十分成熟。真空預冷技術不僅在理論研究方面取得了突破，而且在實踐方面也得到了廣泛的應用。美國早就把真空預冷技術用于園藝方面[8]，已超過50 多年。目前為止，真空預冷技術在果蔬、肉類、鮮花等領域應用較為廣泛。隨著真空預冷技術的不斷發展，全球相關學者進行了大量的實驗探究，并取得了豐碩的研究成果，大大促進了真空預冷技術的快速發展。中國是農業生產大國，同時也是農產品消費大國，我國對真空預冷技術的相關研究工作起步雖晚，始于20 世紀80 年代，但發展十分迅速，短短數十年的研究已取得了巨大的進步。但與歐盟、美國、日本等發達國家和地區相比，仍存在著較大的差距[9]。

真空預冷技術主要應用于果蔬采摘后快速冷卻。將果蔬放入真空室內，迅速抽走空氣。當氣壓降低到一定的程度，果蔬體內的水分開始蒸發，從果蔬自身吸收熱量，使得溫度降低。真空預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冷條件下的品質變化，通過實驗研究，結果表明： 白蘑菇在真空預冷后，其呼吸速率下降，減少了其自身的能量消耗，達到保鮮的效果，防止其短時間內發生變質，保持產品品質，有利于延長白蘑菇的壽命及貯藏時間。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、內部和表面的水分流失及變化趨勢，并用顯微鏡觀察過程中內部的變化，真空預冷導致水分減少，發生水分遷移，建立了數學模型并對仿真結果進行了驗證，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，并建立了相關水分遷移的二維數學模型，進一步研究真空預冷水分遷移的特性。

現如今，國內外的真空預冷技術研究已經相當成熟。但在實驗研究中真空預冷技術仍存在一些問題： 一是在國內外的真空預冷技術研究中，真空預冷過程數學模型的建立沒有引起多少關注，對空氣側或水蒸氣側的變化研究較少，缺少復雜或不規則形狀果蔬的數學模型； 二是真空預冷前期所需投入經費高，運行能耗高且后期維護成本高； 三是降低真空預冷后果蔬失重率的研究不足。可見，真空預冷技術的研究空間仍然非常廣泛。

針對現有問題提供若干建議： 一是閱讀并消化果蔬真空預冷及其數學模型的相關文獻，學會建立其數學模型，對模型求解； 二是真空預冷技術設備機械化、智能化迫在眉睫，避免人為操作誤差，加大對真空預冷技術人員的培訓，提高真空預冷工藝水平，對現有設備進行改建，減少前期費用和后期維護成本； 三是研究并探索降低真空預冷后果蔬失重率的方法，加深對果蔬內部水分遷移的研究，降低其質量損失。

5 結束語

真空預冷技術不僅可以延長果蔬在運輸和貯藏過程中的保鮮時間，還能提高我國果蔬產品冷鏈物流行業的發展。此技術極大地保證了果蔬內部的營養成分，而且可以減少相關設備的能耗，對環境保護做出了一定的貢獻。在一定程度上，對提高果農、菜農對果蔬產品的預冷意識有著積極作用。可見，真空預冷作為一種快速、干凈又環保的冷卻方式，對冷藏鏈技術與應用及新時代中國經濟發展具有現實意義，有著廣闊的應用前景。