1 预冷技术工艺的研究

1.1 压差预冷技术工艺的研究

压差预冷具有冷却速率快、处理量大、投资小等优点。目前常见的压差预冷的方式可分为隧道式、蛇形式和冷墙式三种[6]。隧道式压差预冷如图1所示[7]，它是把包装箱整齐的排列在库两边，中间形成开放式通道，并用苫布覆盖通道的上方和末端，通过风机的作用使中间通道部分产生压差，迫使果蔬与冷空气实现强制对流换热，达到快速冷却的目的[8]。该预冷方式操作较为简单且可以满足大量货物的使用。蛇形式压差预冷需要在包装箱的底部和侧面都做出开孔处理，在摆放包装箱时，要把其靠在透气墙上，在堆叠时要将其堆叠成偶数层，并且要将开孔处对准通风孔，以便形成空气进出通道，冷空气由于阻风条的作用会仅从箱内的上层通过，再由底部压差风机抽出。蛇形式压差预冷可进行批量操作，且空间利用率高。冷墙式压差预冷方式一般适用于鲜花等无法完整栈板堆积的产品，使用时需操作者时刻观察降温情况，局限性较大，设备费较高[9]。

针对目前压差预冷存在局部预冷不均匀，对包装箱体有较高要求，风机能耗较高等问题[10]，近年来许多专家学者主要对压差冷库内包装箱开孔形式、开孔直径等包装箱参数进行了研究。合理的包装箱开孔形式影响着温度均匀性和压降等性能，为了提高果蔬的冷却速率和温度均匀性，贾斌广[11]对标准箱体、迎风面和背风面无开孔的箱体、迎风面和背风面为小孔的箱体这三种开孔形式的包装箱进行数值模拟。经过比较，在相同的风速下，小孔箱体内的蓝莓预冷均匀度更高，相较于其它两种箱体预冷密度系数较大，并且可以有效提高预冷库的利用率。包装箱开孔直径也是影响压差预冷效果的关键因素之一，开孔过小会影响预冷速度和温度均匀性，而开孔过大不仅会增加压差风机的能耗，还会造成箱内空气流动不均匀。王达等人[12]利用CFD软件模拟研究了包装箱不同开孔直径（20、30、40、50 mm）对苹果压差预冷效果的影响。研究表明，随着开孔直径增大，降温速率随之变快，在同时考虑能耗和温度均匀性的情况下，苹果压差预冷的包装箱最佳开孔尺寸应为40 mm。

此外，送风温度过低会提高制冷系统的能耗，并造成预冷不均匀，送风速度过快会使风机的能耗增大，果蔬的干耗增加。因此运用合理的库内送风温度、送风速度和送风方式等送风参数可以显著提高预冷速度和预冷效果，降低制冷系统和风机能耗。高治国等人[13]对压差预冷番茄的最佳预冷送风温度进行了研究，结果表明在送风温度为0～3℃的时候，番茄的半冷时间、7/8冷却时间均减小，番茄的失重现象有所减弱，温度均匀性也有所提高。刘斌等人[14]对压差预冷番茄的最佳压差预冷风速进行了实验研究，实验结果表明适当的增大风速会提高番茄的预冷速度，但随着风速的继续增大番茄的预冷速度逐渐变缓慢；因此最佳的预冷风速在0.9至1.5m/s之间。Wang等人[15]建立了如图2所示的包装箱体计算模型，分析了不同送风速度对不同预冷阶段和能耗的影响。结果表明，半冷时间受送风速的影响较小，而对能耗的影响较为显著。最后提出了一种新型的送风策略，即采用变风速压差预冷，且在半冷时间前采用2 m/s的送风速度，半冷时间后采用3m/s的送风速度，预冷速度最快。

目前压差预冷往往使用水平送风的送风方式，金滔等人[16]采用垂直送风方式替代传统的水平送风方式，利用FLUENT软件建立了预冷过程的数值模型，分析垂直送风参数及包装箱开孔率对预冷效果的影响。结果表明，随着送风速度的增加，苹果的冷却时间随之减少，且在15%的开孔率下的最佳送风速度为2 m/s，小于相同条件下水平送风的最佳送风速度。高玉平等人[17]提出了一种新型的双向交替送风的压差预冷方式，并以番茄作为实验对象，发现交替送风较单向送风在预冷过程中番茄的温度均匀性更高，且送风方向各个位置的番茄失重率较小且保持稳定，证明了双向交替送风方式的可行性。

1.2 水预冷技术工艺的研究

水预冷包括冷水预冷和冰水预冷两种方式，具有设备简单，操作简便的特点，适用于耐水耐寒性好的果蔬，如甜玉米、西兰花、荔枝等亚热带水果。冷水预冷又主要分为浸没式、喷淋式和组合式这三种方式。浸没式冷水预冷方式是将需要预冷处理的果蔬直接浸没在冷水槽中，等待果蔬达到预冷要求的温度后，把果蔬从冷水中捞出清洗再换另一批果蔬。浸没式冷水预冷降温速度快且均匀，但果蔬易发生冷害现象，冷水易滋生细菌。喷淋式冷水预冷结构图如图3所示[18]，操作时将果蔬均匀铺于传送带上送入果蔬冷却间，果蔬冷却间的喷淋系统能将冷水均匀喷淋在果蔬表面，从而达到预冷目的，喷淋结束后再由传送带送出，如此循环，完成果蔬预冷操作。喷淋式冷水预冷可流水线式操作，预冷时更节水，但整体预冷完成时间较长，易出现预冷不均匀的现象[19]。组合式冷水预冷是将浸没式预冷和喷淋式预冷两种预冷方式相结合，果蔬先在冷水中浸没进行冷却，再进行喷淋式冷却，该种预冷方式结合两种预冷方式的综合优点，但目前关于组合式冷水预冷的相关研究较少，还需进一步的研究和讨论。

研究表明，水预冷温度过低、预冷时间过长会导致果蔬冻伤，发生冷害。水预冷温度过高、预冷时间短则会使果蔬预冷不完全。因此采用合适的水预冷温度和水预冷时间可以有效的提高预冷效果，保证果蔬品质。李健等人[20]对芒果的最佳水预冷温度进行了研究，他们分别使用0℃、4℃、8℃、12℃的冷水对芒果进行预冷处理，结果表明采用0℃的冷水对芒果进行预冷处理能够最大限度保证芒果的品质且不会发生冷害。王广海等人[21]分析冰水预冷处理下荔枝果肉的温度变化，发现冰水处理时间过长会导致果蔬冻伤等问题，得出冰水预冷荔枝的时间为13～15 min为宜，且将荔枝在预冷后4～6 min内放入冷库保存，可延长荔枝的货架期。

针对果蔬喷淋式冷水预冷时间较长，预冷不均匀的问题，研究果蔬预冷处理时的摆放方式、喷淋温度、流量和喷淋角度是提高喷淋式冷水预冷效果的重要因素。吕恩利等人[22]通过建立喷淋式冷水预冷实验台，得出单层摆放和多层摆放荔枝的最佳喷淋温度和流量，且堆叠4层果实为较好的多层摆放选择。甘玲等人[23]在5℃条件下采用不同预冷方式对荔枝果实进行预冷，结果得出，在预冷各阶段喷淋式冷水预冷的预冷速度最快，浸泡式冷水预冷较其略差，且得出了预冷效果最佳的喷淋式冷水预冷的喷头角度和荔枝的码垛方式。

流态冰预冷是一种新型的预冷方式，通过制冰机制出的流态冰对果蔬进行预冷处理，由于流态冰具有较高的潜热和流动性，在果蔬预冷领域具有较大的应用前景。孟维岩等人[24]对流态冰预冷甜玉米的排列方式和摆放余量对降温均匀性和速率的影响进行了研究，结果表明竖直的排列方式可以使甜玉米的降温速率较快且均匀。李淦等人[25]对流态冰预冷西兰花的温度场进行了数值模拟，结果表明流态冰可以满足西兰花预冷的温度要求，且冰晶体积分数越大，西兰花的预冷效果越好。目前国内关于流态冰预冷果蔬的研究处于刚起步的阶段，因此，在未来可以继续对流态冰预冷果蔬的工艺进行优化研究，以进一步提高流态冰预冷对果蔬的保鲜效果。

1.3 真空预冷技术工艺的研究

真空预冷是一种快速有效的果蔬预冷方法，且具有很好的杀菌效果。随着国内外专家学者对真空预冷工艺的研究，真空预冷技术也更加成熟。研究表明，针对不同果蔬采用合适的真空预冷工艺可大大提高预冷效果。陶菲等人[26]对白蘑菇真空预冷工艺进行了研究，结果表明预冷温度为5℃、补水量为5%和预冷压力为250 Pa为真空预冷白蘑菇的最佳预冷参数。梁豪等人[27]通过对比七组不同的预冷压力对杏鲍菇贮藏品质的影响，得到在真空预冷压力为1 000 Pa时能最大限度的保证杏鲍菇的品质，并有效的延长了杏鲍菇的贮藏时间。为解决果蔬真空预冷处理时冷却速率较慢等问题，Ozturk等人[28]利用真空预冷技术将卷心莴苣预冷保鲜，并研究了压力对冷却时间的影响，将真空预冷与传统预冷进行实验比较，得出卷心莴苣在700 Pa下的真空预冷速度是常规预冷速度的6倍。为了提高杨梅的预冷效率，戚军洋等人[29]研究了杨梅的最佳真空预冷工艺参数，研究发现在真空预冷压力为580 Pa、处理时间为15 min时预冷效果更佳。解新方等人[30]研究了不同真空预冷条件对菠菜预冷效果的影响，发现预冷终温4℃，补水量为2%的条件下真空预冷处理菠菜的贮藏效果最优。张晓娟等人[31]对真空预冷毛豆的预冷过程进行了研究，确定了真空预冷毛豆的工艺参数，得出在预冷温度为5℃，补水量为3%，处理量为2.5 kg时的毛豆降温速率较快，贮藏品质较好。由于传统式真空预冷系统冷量消耗大、造价高，代灿丽[32]提出了蓄冷型真空预冷系统，蓄冷系统可在真空预冷系统间歇时间继续工作，该系统可以有效降低整体设备的造价，更有利于真空预冷的推广使用。

2 预冷技术对果蔬品质影响的研究

2.1 压差预冷对果蔬品质影响的研究

压差预冷适用于大多数果蔬的采后预冷，在草莓、甜瓜和番茄上的使用效果最佳，有时也可用于黄瓜、青椒和花椰菜等果蔬的预冷。邓浩等人[33]对比研究了冰水预冷、压差预冷对红毛丹贮藏品质的影响，发现压差预冷后的红毛丹的POD活性与可滴定酸含量明显降低，贮藏品质较其它两种预冷方式更好。压差预冷过程中果蔬的摆放方式对其品质有着不同的影响，因此王军艳等人[34]对黄瓜横排摆放和竖排摆放方式进行了研究，发现竖排摆放黄瓜的品质更好，预冷均匀度小，失重率较低，可最大限度的保持了黄瓜的品质。压差预冷在抑制果蔬的呼吸作用和降低果蔬失重率等方面同样发挥积极作用。张新宪等人[35]研究发现压差预冷可抑制果蔬叶绿素的形成，降低失重率并且抑制过氧化物酶的活性，从而维持青椒货架期品质。

2.2 水预冷对果蔬品质影响的研究

水预冷技术对一些特定的果蔬贮藏中具有独特的优势，能够最大限度的保证果蔬的品质。西兰花在采摘后呼吸旺盛，会发生萎蔫、开花和黄化等现象，丧失大量营养成分。针对此问题，王顺玉等人[36]采用不同预冷方式处理西兰花，通过分析得出水预冷可以有效降低西兰花的黄化指数，并增强西兰花的抗氧化能力，延长货架期，且西兰花采用水预冷的预冷时间远小于其它预冷方式。为了延长果蔬的贮藏期，保持果蔬品质，杜娟等人[37]将冰水预冷与复合药剂相结合对哈密瓜进行预冷处理。结果表明，在冰水预冷温度为0℃，采用氟硅唑和壳聚糖复合药剂联合处理的哈密瓜效果最好，可以有效抑制哈密瓜的软化，保证了果实的品质。刘瑶[38]研究了流态冰预冷方式对西兰花品质的影响，发现流态冰预冷处理可以有效维持西兰花的维生素C等营养物质含量和保持外观品质，且抗氧化能力较强，故流态冰预冷可以保证西兰花的贮藏品质。近年来也有一些学者将水预冷技术进行改良，可以更好的保证果蔬品质。韩聪等人[39]使用纳他霉素结合冷水预冷对秋葵进行预冷处理。结果表明，纳他霉素结合冷水预冷的处理方式可以维持黄秋葵的抗氧化能力和较高的总酚含量，更好的保持黄秋葵的品质，延长黄秋葵的货架期。

2.3 真空预冷对果蔬品质影响的研究

真空预冷对叶菜类蔬菜的采后预冷具有较好的效果，针对真空预冷处理果蔬失水率较高且搬运过程易造成损伤的问题，申江等人[40]介绍了一款新型果蔬保鲜装置，它是集“真空预冷、减压贮藏、冰温真空干燥”三个功能于一体的果蔬保鲜装置，该装置可使果蔬的失水率保持一个较低的水平，减少果蔬在搬运过程中造成的机械损伤，并且缩短了冷链物流运转周期。Pratsanee等人[41]研究真空预冷在4℃贮藏过程中对莴苣品质的影响，研究结果表明，在0.6 kPa压力下真空预冷处理莴苣的预冷效果更佳，其总酚类物质和抗氧化活性都显著增加，可有效延长莴苣的货架期。针对叶菜类蔬菜的采后预冷失重率高、货架期短等问题，田全明等人[42]为了更好地保证果蔬真空预冷的品质，在真空预冷过程中加入氮气的熏蒸作用，并研究真空预冷结合氮气对小白杏预冷效果的影响，结果表明该方法可以有效延缓果实硬度的下降、降低果实的腐损率，显著降低了多种酶的活性。

3 结语

预冷技术可延长果蔬产品的贮藏时间，降低果蔬的腐损率，进而广泛应用于冷链物流行业。压差预冷技术、水预冷技术和真空预冷技术在果蔬预冷环节分别具有一定的优势，均能在预冷过程中快速降低果蔬的温度，有效保证果蔬品质。但随着冷链物流的迅速发展，目前这几种预冷技术仍然存在一些不足之处，未来可以从以下几方面进行研究。

(1）果蔬的压差预冷有不同的码垛方式，合理的码垛方式可以达到良好的预冷效果，建议深入研究不同码垛方式对各种果蔬预冷效果和后续冷链流通时品质的影响；同时可将压差预冷技术与新型节能技术相结合以改善能耗高等问题。

(2）果蔬的预冷效果受水预冷工艺参数的影响较大，且水在循环过程中易受到污染，在预冷过程中水的消耗量也比较大。为此，可对不同果蔬所适合的水预冷工艺参数和循环水的杀菌技术进行深入研究，并对如何处理果蔬表面的水分残留和提高水资源利用率进行讨论，进一步完善水预冷技术。

(3）果蔬在真空预冷过程中的失水现象较为严重，未来需进一步研究其对预冷产品的补水方式，并深入了解真空预冷过程中的水分迁移特性，以此来提升预冷效果。目前关于真空预冷载物量的分析研究甚少，因此未来可以对不同果蔬的真空预冷载物量进行深入研究，对实际真空预冷的应用具有指导意义。