蘋果采后預冷技術研究進展

胡志芳 黃國嫣 馬勉娣 張丹 馬靜 程安富

摘? ?要? ?蘋果是季產年銷水果，貯存保鮮是保證其流通品質的必要手段。采后預冷是蘋果保鮮的首要環節，通過適宜的預冷處理可減緩果實呼吸代謝，抑制老化成熟，減少貯期腐爛和營養流失，顯著延長貯藏壽命。介紹了3種常見預冷技術（水預冷、壓差預冷和真空預冷），分析了其在蘋果采后預冷方面的研究現狀及優缺點，展望了蘋果采后預冷技術發展方向。

關鍵詞? ?蘋果；水預冷；壓差預冷；現狀；展望

我國是蘋果生產和出口大國，根據《2021年度中國蘋果產業發展報告》統計數據，2021年我國蘋果種植面積3 132.12萬畝，產量? ? ? ?4 597.34萬t，種植區域覆蓋20個省市自治區。在溫帶和寒冷地區，蘋果采收是季節性的，必須將部分采收后的蘋果貯存6個月以上以供全年使用。蘋果是呼吸躍變型果實，采收后果實新陳代謝仍未停止，呼吸作用旺盛，會導致果實品質持續下降、營養成分流失。有研究表明，預冷處理可將損失率從25%～30%降低至5%～10%。預冷是果蔬進入冷鏈的首要環節，通過預冷將果實由采收溫度快速冷卻至貯藏與運輸溫度，可以延緩果實中各種酶的活性，抑制生化反應。預冷處理的方法有多種，常用的有水預冷、空氣預冷、真空預冷。我們梳理總結了蘋果采后幾種常見預冷處理技術應用現狀，并展望了未來發展方向，以期為蘋果采后貯藏和保鮮提供參考。

1? ?水預冷

水預冷是一種簡單有效的預冷處理方法，包括冷水預冷和冰水預冷，其中冰水預冷主要用于漁業。水預冷技術主要是利用水的高導熱性和蒸發冷卻效應快速降低農產品溫度。一方面水的導熱性高，能夠迅速傳導熱量，從農產品表面吸收熱量，傳導到水中，達到快速降低農產品溫度的作用。另一方面是利用水的蒸發冷卻效應，將農產品浸入冷水中，水分子會蒸發成水蒸氣，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，有效延長保鮮期。從20世紀40年代開始，水預冷技術逐漸在農產品采收和運輸過程中被應用。

Vivaldi等使用水預冷技術對金冠蘋果進行預冷處理，發現水預冷可有效降低蘋果的溫度，減緩果實老化，從而保持蘋果的新鮮度和香氣化合物的含量。孫燕霞等發現，“黃金富士”蘋果采后入庫前進行0 ℃低溫水預冷，可以延緩果實硬度降低，延遲果皮失水皺褶時間。研究人員采用水預冷技術對兩個不同蘋果品種進行處理研究，結果表明：水預冷可以延緩果實的老化和褪綠，同時保持蘋果中富含的抗氧化物質和維生素等成分。Wijewardane等研究發現，用冰水和氯化鈣混合液對采后蘋果預冷處理30分鐘后，果實腐爛率降低至4.69%，優于冰水預冷效果（7.03%）。沈元楓等在蘋果采后保鮮實踐中設計了一個為小型氣調庫配套的簡易水浸式預冷裝置，運用數學分析法確定了水預冷處理時間。

水預冷技術的主要優點是預冷速度快、裝置結構相對簡單，可有效防止果實中水分的流失。但水預冷技術需要在短時間內提供足夠的冷量維持預冷水溫度恒定，因此會產生較高的能耗和水資源消耗。另外，蘋果采摘后可能帶有病菌，水的循環利用會導致病菌傳播，而通過添加防腐劑或消毒劑雖然可以抑制部分病菌，但又會產生新的食品安全問題。

2? ?空氣預冷

空氣預冷是一種常見的果蔬采后保鮮技術。果蔬被放置在通風良好的預冷設備中，冷空氣通過通風系統產生對流，帶走果蔬周圍的溫熱空氣，從而迅速降低果蔬溫度。空氣的高導熱性使其能夠快速吸收果蔬熱量，加速果蔬溫度下降。同時，果蔬表面的水分在流動的冷空氣下蒸發，也能帶走一定的熱量。

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

眾多學者應用壓差預冷技術對蘋果進行了采后預處理研究，通過優化送風溫度、送風速度、送風方式、果箱開孔大小、周轉箱間距等條件，提高預冷均勻性、預冷速率，評估處理后蘋果的硬度、顏色、可溶性固形物含量、病害發生率等指標，以研究壓差預冷技術對蘋果品質的影響。

2.1? ?送風溫度? ?調整送風溫度可影響蘋果的冷卻速度、蒸騰速率和貯藏品質。有研究表明，送風溫度對預冷速率的影響非常顯著。Baranyai L.等采用1 ℃和4 ℃的壓差預冷處理以及施用1-甲基環丙烯（1-MCP）處理，6個月內可有效減緩蘋果在貯存期和貨架期的軟化率，并推薦在1 ℃下進行蘋果預冷處理。不同的是，楊培志等建議壓差預冷的送風溫度不宜低于2 ℃。一般來說，送風溫度降低可以加快冷卻速度，減緩果實呼吸作用和蒸騰速率，然而過低的溫度可能導致果實冷害或凍害。因此，在實際應用中，需要根據蘋果品種、成熟度、貯藏要求等因素選擇合適的送風溫度，以實現最佳的壓差預冷效果。

2.2? ?送風速度? ?送風速度對蘋果預冷均勻度有顯著影響。一般認為提高送風速度可以加快冷卻空氣與蘋果表面的熱交換速度，從而加快蘋果冷卻速度。但陳存坤等研究了冷庫內不同風速對富士蘋果降溫速率的影響，發現從低風速到中風速降溫速率提高幅度大，但從中風速到高風速則提高降溫幅度相對較小。韓佳偉等的研究結果也用三維實體模型證實，在對富士蘋果壓差預冷過程中，送風速度超過2.5 m/s后，制冷時間、冷卻速率、冷卻均勻性均無顯著改善。金滔等的研究結果卻表明，最佳送風速度約為2 m/s。可見，壓差預冷過程中送風速度并非越高越好，適宜的送風速度需要根據品種、成熟度、貯藏條件等因素來調整。

2.3? ?送風方式? ?送風方式影響冷卻速度和均勻性。常見送風方式包括水平送風和垂直送風。水平送風比較常見，可以實現較好的空氣流動，使蘋果表面和內部都能得到較為均勻的冷卻。但金滔等認為，垂直送風方式具有更好的冷卻效果。王達等以紅富士為研究對象，通過建立壓差預冷數學模型，研究雙向交替送風方式對預冷效果的影響，發現雙向交替送風對預冷時間影響較小，但對預冷均勻性影響較大。

2.4? ?包裝箱? ?包裝箱的設計和材質會影響壓差預冷的效果和蘋果的保鮮品質。有研究發現，增大包裝箱襯墊與箱壁間空隙寬度可以改善箱內氣流分布，增強預冷效果，同時減低預冷能耗。而且，蘋果周轉箱間距越大，預冷速度越快，冷卻均勻度越好。王達等研究發現，在包裝箱進出口壓差一致的前提下，開孔直徑與預冷時間呈負相關，與預冷能耗呈正相關，與預冷均勻程度沒有明顯的函數變化關系，但隨開孔直徑變化，最大的不均勻程度變化率達到17.37%。

2.5? ?熱質交換模型的構建? ?何暉等針對蘋果壓差預冷問題，建立了預冷過程包裝箱的傳熱模型，分別采用數值計算和實驗的方法進行了研究。宮亞芳通過構建包含包裝箱體、內部襯墊和蘋果的真實三維物理模型，利用流體力學方法對蘋果預冷過程中冷空氣的流動及其與蘋果的傳熱過程進行了詳細研究，分析了呼吸熱及蒸發熱對包裝箱內蘋果預冷效果的影響。Gong Y F等基于蘋果冷鏈物流常用集裝箱建立了三維模型，采用直接計算流體動力學（CFD）模擬方法對預冷過程進行了研究，結果表明在不改變箱體設計配置參數情況下，適當加寬間隙是提高預冷效果的有效途徑，對于選定的雙層封裝，間隙寬度最佳增量約為0.01 m，冷卻時間可降低18.8%，冷卻均勻性可提高16%，同時能耗可降低21.6%。喬靜等基于動態熱平衡理論，通過建立降溫過程中溫度隨時間變化的數學模型，研究蘋果預冷過程中的降溫規律，發現送風速度、果品初始溫度對降溫效果影響較大。

壓差預冷的優點是降溫速度快，能夠有效保持蘋果品質，減緩果實軟化、腐爛。壓差預冷設備可以實現自動化控制，根據蘋果的實時狀態和環境條件調整冷卻參數，提高預冷的穩定性和一致性，但對于小規模生產企業來說，設備投資和維護成本較高。

3? ?真空預冷

真空預冷也稱真空冷卻或真空降溫，基本原理是將果蔬放置在真空室中，將室內壓力降至較低水平，使果蔬表面水分蒸發，帶走熱量，從而達到降溫效果。真空預冷技術廣泛應用于水果、蔬菜和花卉等農產品保鮮，相比傳統冷卻方法降溫速度更快，同時能夠減少果蔬表面失水，更好地保持果蔬的質量。

真空預冷技術的優點是冷卻均勻、快速高效、干凈衛生，但適用范圍相對較小，因為預冷過程會導致果蔬部分失水，對水果預冷優勢不明顯，目前還未見真空預冷在蘋果上的應用報道。另外，真空預冷設備投資和維護成本較高。

4? ?總結與展望

蘋果采后預冷技術主要有水預冷、壓差預冷、真空預冷等，盡管預冷方式不同，但最終都需要達到快速降低果實溫度，減緩果實呼吸作用和生理代謝，抑制果實老化成熟，從而延長果實貯藏壽命的目的。不同預冷方式本身并無優劣之分，但應用領域有差異，比如壓差預冷在蘋果采后預冷中具有明顯優勢。

預冷效果受多種因素影響，包括預冷溫度、預冷時間、蘋果品種及采收質量、設備性能等，通過優化預冷條件，可以顯著延長蘋果的貯藏壽命，同時降低能耗。

蘋果采后預冷具有重要研究價值和實際應用意義。在未來研究中，可結合蘋果品種特性進一步優化預冷參數；與其他果蔬保鮮技術相融合，提高果實貯藏壽命和保鮮效果；通過前期數據模型構建和實驗數據驗證，開發新型設備，實現智能化控制。

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