预冷
出处：按学科分类—农业科学 中国轻工业出版社《果蔬保鲜手册》第61页（7489字）
预冷是果蔬采后保鲜的一项关键措施。在预冷过程中提高果蔬冷却效率和冷却装置利用率，有助于更好的保持果蔬鲜度，降低冷却费用，提高经济效益。
(一)预冷概述
1．预冷的意义
采后的果蔬仍然是有生命的，不断发生着各种物理的、生理的和生化的变化，而且采后的产品由于其体温很高，这种变化变得更加剧烈，由此降低果蔬的品质、风味和营养成分，促进衰老，造成微生物侵染和腐烂，并大大缩短贮藏和运输期限，增大贮运的风险。延缓这种变化惟一的办法就是采后立即快速地降低果蔬的体温，从而快速抑制呼吸；快速抑制失水；减缓衰老和抑制病原菌和生理病害的发生；减轻冷藏库、冷藏车和冷藏船的制冷负荷及温度波动；提供高质量的果蔬产品，延长贮运期限，降低贮运风险。这在炎热季节和对化学成分变化快、易腐的果蔬尤为重要。采用一些技术措施，使采收后的果蔬快速冷却到接近运输和贮藏要求的温度这一过程叫做预冷。
2．预冷和半冷却时间
目前预冷的方法有水预冷、真空预冷、空气预冷和冰预冷等4类，每一类又有几种形式。评价预冷方式最主要的标准是把一种特定产品降到要求的温度所需要的时间。一般以果蔬产品初始温度与冷却介质(空气、水、冰等)的温差减少到一半所需的时间，即半冷却时间来表达产品降温的速度(见表2－4)。预冷主要用于炎热季节采收的果蔬和特别易腐变质的果蔬。
表2－4 一些蔬菜的半冷却时间(Ryall，1978)
注：1in=2．54cm 11b=0．453kg
3．预冷应遵循的原则
(1)采收的果蔬要及早进入预冷过程和尽快达到预冷要求的温度。采后要尽早进行预冷处理，并根据果蔬种类选择最佳预冷方式。一次预冷的数量要适当，要合理包装和码垛，尽快使产品达到预冷要求的温度。
(2)预冷的最终温度要适当，一般各种果蔬的冷藏适温就是预冷终温的大致标准。还可以根据销售时间的长短、产品的易腐性、变质快慢、酶活性高低和化学成分变化的快慢来适当调整终温。预冷要注意防止产品的冷害和冻害。
(3)预冷后，必须立即把产品贮入已调好温度的冷藏库或冷藏车内。实现产品预冷主要通过热传导和水分蒸发，所以导热和蒸发能力大小直接影响预冷速度。而这两者既受到产品特性的影响，又受到预冷条件的影响。因此，第一要根据产品特性选择适宜的预冷方式；第二要调节预冷条件使其有利于产品冷却。加强空气对流，加快水的流动，加大果蔬与冷媒(水、风、冰)的温差，降低环境湿度和气压(真空预冷)，合理包装和码垛都有利于产品的冷却。
(二)预冷的装置和方法
1．水预冷
水预冷就是通过产品与冷水的接触使产品快速冷却(见图2－4、图2－5和图2－6)。构成预冷的装置有：
图2－4 活动式水预冷设施(喷淋式)结构简图(Pratella，1977)
1－交流发电机 2－柴油机组 3－压缩机 4－交换器 5－水泵 6－冷凝器 7－收集器 8－带孔槽 9－＃处理位置 10－＃处理位置
图2～5 活动式水预冷设施外部状况(喷淋式)(Favati，1982)
图2－6 活动式水预冷设施内部状况(喷淋式)(Favati，1982)
(1)隔热体。可以是冷却池或冷却隧道，用于容纳产品和冷水，隔热体要尽可能防止热辐射和空气的渗入。
(2)冷源。用于降低水温，可用冰或机械制冷设备把水温降到0～1℃。当要预冷的产品数量少或全年利用的季节较短时，最好用冰作冷源，因其开始需要的投资少。但这种方法也有其缺点，如占据空间大，不能精确控制水温和不能配制准确浓度的杀菌剂溶液等。机械制冷可克服冰水冷却方式的所有缺点，但需较大投资。
(3)水源。用水冷却产品，可循环使用或一次性利用。循环用水虽节约资源、较经济，但易传播病菌和污染产品，所以在预冷之前最好对产品进行清洗、整理，去掉泥沙和杂物。在预冷中注意适时更换水或在水中加杀菌剂(漂白粉、次氯酸盐或通入低浓度氯气)，以克服传播病菌和污染产品的缺点。若以不断供给新冷却用水的一次性利用方式预冷，将会造成很大的资源消耗，但可避免病菌的传播。
(4)产品和冷水的接触方式有三种。①浸渍：产品被完全放入冷却水池内，水通常在泵的作用下做封闭运动，以维持均匀的温度和缩短冷却时间。一般在水槽底部有冷却排管，上部有传送带。果蔬一边浸渍在冷却水槽，一边用传送带输送出来。②喷淋或喷雾：用泵把冷水抽到隧道顶部，由顶部上的喷头喷洒在产品上。产品放在隧道底部的滚轴传送带上保持静止或缓慢向前移动。耐压产品用的是大孔径喷头(喷淋)，柔软产品用的是小孔径喷头(喷雾)。冷却产品后的冷却水返回冷却水槽，再由水泵抽到冷却塔，这样使冷却水反复循环。③混合法：包括先喷水后浸渍或先浸渍后喷水。一般产品先浸入水中，后进行喷淋。包装容器完全放在水槽里，产品浮出水面，被水流推上传送带，在传送带上被冷水喷淋，然后洗刷，在隧道内由冷空气干燥。
2．真空预冷
真空预冷是在减压条件下，使果蔬表面的一部分水迅速蒸发，水在蒸发中吸热而使果体或菜体冷却。真空冷却装置主要包括：真空罐、真空泵、冷冻机和捕集器、喷雾器以及测量仪表等(见图2－7和图2－8)。
图2－7 真空喷雾冷却设备结构简图
图2－8 小型真空预冷设施(Pratella，1982)
(1)真空罐。容纳果蔬产品。为了使内部形成真空，真空罐应能承受9．8×104Pa的外压。罐体由钢板构成，圆形或方形，后者利用率高，但四角需用T形铁筋加固。承压能力由罐形和钢板厚度决定。内底部有滚动式传送带便于产品装卸，罐门自动或半自动开启，按电钮门会自动关闭。
(2)真空泵。真空泵的作用是排除罐内空气，降低罐内气压，可在较短时间内把罐内101kPa的气压降到666Pa左右，随之降低了果蔬的温度。一般使用油回转式真空泵，但为了节油和消除由油雾引起的危害，有时也使用一部分水封式真空泵。一般使用3～4台泵并联运行；当罐内压力降到3kPa以下达到闪点时，果蔬的水分蒸发变得剧烈，这时应停止一部分泵，调节水分的蒸发量。如果调节不当，会造成过冷而使果蔬受冻。最好在真空泵上附加气体平稳器和油雾凝汽阀。
(3)冷冻机和捕集器。它的作用主要是凝结水蒸气。真空罐密封后，冷冻机开始运转，制冷剂即进行循环，捕集器降温；当罐内压力降低后，水分从果蔬表面大量蒸发，这些水蒸气被抽到捕集器冷却再成为水，排到室外。
(4)喷雾器。真空冷却时，产品温度每下降10℃，果蔬的自由水损失约1．7%，对菜叶很薄的品种，其鲜度下降，品质降低。为了改变这一缺点，美国研制了一种真空喷雾式预冷装置。这种装置在真空罐内增加喷雾设备，由于喷雾，果蔬体被淋湿，因这些水分蒸发带走热量而使果蔬冷却。这种装置在真空预冷时几乎使果蔬无重量损失。
(5)测量仪表。包括温度和压力检测仪表。温度测定一般用湿球温度计和热电偶，压力测定运用真空表。湿球温度计安装在真空罐顶部，是最简单的测定方法；但当压力降到低于613Pa时，温度降到0℃以下，纱布冻结成冰，测定难以进行。热电偶要直接插入产品，由于撕破组织发生水分大量蒸发，所以记录的温度稍高于实际的温度。真空表不仅用于测定压力，而且可根据压力计算出温度。
3．空气预冷
空气预冷是采用风机促进冷空气循环，借助热传导与蒸发潜热来冷却果蔬。空气预冷需要有一个隔热的库体容纳产品；要有冷源(冰或机械制冷机)冷却空气，进而冷却产品；要有风机增强空气的循环。根据空气的流速和冷空气与产品的接触情况分为：
(1)房间预冷。这是最常见的冷却方法(见图2－9)，冷藏库库形和产品码垛方式与普通冷藏库相似；但设计和建造的制冷能力比普通冷藏库要明显提高。为了充分冷却，产品包装箱周围空气的流速至少为60m／min。预冷结束后产品可就地贮藏，此时应降低空气流速或减少启动风机的台数。
图2－9 房间预冷空气流动示意图(Kader，1992)
(2)强制通风(差压)预冷。对包装容器、码垛方式和空气流速有特殊要求。盛装产品的容器要有足够的开孔，码垛要紧密，垛内要留有通道(见图2－10)。采取措施使垛内形成负压，在垛内外之间形成压力梯度，用有一定压力的冷空气从垛外的两侧快速穿过容器内部冷却产品，然后从垛内通道引出。通常使用的流量为0．06m3／(kg·min)。
图2－10 强制通风预冷空气流动示意图(Kader，1982)
(3)隧道预冷。隧道是用砖或金属板建成的狭长的长方体隔热房间，空气流速60～360m／min。这种方式冷却速度大于房间预冷，配合适当的码垛，使得冷空气更易进入垛内，可得到更有效的冷却和更均匀的温度(见图2－11)。
图2－11 快速隧道空气预冷示意图(Thevenot，1955)
V－风机 A－果蔬 B－冷源
(4)空气喷射预冷。在隔热的预冷间屋顶安装许多喷嘴，喷嘴以高速吹出冷空气(600～900m／min)，从顶向下直接吹到无盖的产品包装容器内。由于这种方法能源消耗大，因此仅用于要求必须在非常短的时间冷却降温的果蔬(见图2－12)。
图2－12 空气喷射预冷示意图(Thevenot，1955)
4．加冰预冷
加冰预冷是通过冰的融化，吸收果蔬热量，使果蔬体温快速降低。加冰预冷有时结合运输进行。
(1)接触加冰。一般是在两层果蔬之间加上碎冰，当冰融化时即以相当快的速度使产品温度降低，而融化的冰水则使产品保持新鲜、脆嫩。
(2)包装容器内加冰。某些新鲜果蔬，通常多在产品容器内加入碎冰运输、销售。例如有些甜玉米销售时多在防潮纸袋内加入碎冰。
(3)上部加冰。这种方法一般在运输车辆上完成，即在产品容器上部放碎冰，冰融化，冷却产品。
(三)冷却效率影响因素及其提高对策
1．选择冷却系统的依据
(1)预冷对象的特性。一般根据预冷对象特性的不同，选择不同的冷却方法。一般对水果多采用强制通风预冷，根茎蔬菜多选用水预冷，叶菜以真空预冷或水雾化真空预冷较适宜。由于被预冷对象的大小和密度影响热传导率，因此同一类产品体积小的冷却速度快于体积大的。购置预冷设施的大小(规格型号)和冷却费用，需根据单位时间要求冷却产品的特性和数量的多少来决定。
(2)包装材料和包装容器。包装容器和包装材料对被预冷对象的冷却速率有一定影响，往往有碍于产品的冷却速度和均匀性，进而影响冷却装置的效率。增加容器内包装材料的紧度和厚度(增加内包装和容器衬里等)，会使产品冷却效率降低。在包装材料上打孔，可在某种程度上改善产品的冷却速率；但内包装的开孔需与外包装的开孔相配合。码垛和装载形式也影响产品的冷却速率。因此产品在预冷装置内的码垛和装载形式要合理，以尽可能不降低产品的冷却速率为宜。
(3)影响预冷效率的因素。为最有效地使用预冷装置，管理和操作人员应熟悉被预冷产品的特性并熟练掌握所用冷却装置的原理、要求及其特性。首先，要考虑被预冷的产品对介质或预冷方法的敏感性，例如水预冷对樱桃和叶菜有损伤，应正确选择预冷方法。第二，要按每种预冷装置的特点和要求正确操作，以充分发挥其作用。第三，可以将移动式的预冷装置与具有基本制冷能力的冷藏库结合起来，以活动单元增加制冷能力，满足高峰季节预冷作业的需要。另外，通过控制采摘时间和果蔬采后其他散热处理等措施来降低预冷处理前的果蔬田间热，也是一种提高预冷效率的有效方法。
2．预冷装置选择与设计注意事项
(1)预冷类型的选择。可根据需要和不同的预冷产品来选择具有蒸发冷却蛇管的制冷机械，具有加填料的冷水塔、购冰用于房间预冷、强制通风预冷、水预冷或包装加冰、蒸发冷却、真空预冷、差压预冷等，图2－13是不同预冷类型桃的预冷速度比较。
图2－13 桃的预冷速度比较(Guiliou，1960)
A－箱装冷空气自然对流冷却 B－箱装强制通风冷却 C－散装水冷
(2)产品暴露在冷却媒介的程度。产品暴露在冷却媒介(冷空气、冷水和冰)的程度影响产品获得冷量，进而影响冷却装置的效率。产品与冷却介质彻底接触，就能提高产品的冷却效率。
(3)冷却介质循环率和冷源暴露面积。当冷却介质循环率足够维持冷源和冷却介质间一个最低温差时，就能提高冷却速率。冷源(蛇管、冰)的暴露面积也直接影响冷却介质的冷却。通过扩大蛇管表面积和扩大冰表面积，增加冷却介质与冷源的接触量，提高冷却介质和蛇管或冰的热传导，可提高冷却效率。
(4)产品温度和冷却介质温度。产品温度和冷却介质的温度差直接影响预冷的速率。应根据产品温度、冷却介质温度和冷却的形式等来综合考虑。此外，产品终温也是一个重要的因素。
(5)运行过程中各种热负荷的来源。在设计预冷装置时，要考虑运行过程中各种来源的热负荷，包括光线、装卸的叉车及其类型、风机和泵、库门周围的漏冷及预冷间外表类形和颜色、隔热材料的种类、使用量及其条件、预冷间的建筑材料等。
(6)通风换气。为了阻止挥发性气体(如乙烯)积累到有害水平，需进行通风换气。当降低空气交换量时，就能更好地保持预冷间的温度。把热交换器置于空气交换的通风口，能增加预冷装置的效率。
3．冷却装置运行与维护
冷却装置运行与维护是决定预冷成本和能源利用率的关键。水平高的操作人员能够根据预冷中的各个参数，使冷却装置在最高效率的状态下工作。
(1)对产品预冷前后温度的测定。对产品预冷前后的温度如果测定得当，就可把其作为产品在单位时间内获得冷量的一个尺度，也是一个获得预冷装置最大冷却效率的重要信息来源。对冷却装置监测温度用的温度计应该经常校准。
(2)合理制定预冷工艺。通过合理制定预冷工艺来安排产品预冷，并通过产品预冷温度－时间曲线来确定所需预冷周期的长短。
(3)要考虑并确定不同预冷装置中不同部位的冷却速率。在不同的预冷装置中，其不同部位的冷却速率存在差异。大多数预冷装置中的各个部位不能以同一速率冷却，操作人员要熟悉这些预冷装置不同部位冷却速率的差异性，以相应地堆放被预冷的产品。房间预冷装置、强制通风预冷装置以及冷水预冷装置都存在这个问题。
(4)做好预冷装置的维护。预冷装置的维护对预冷装置的有效运行是不可少的。其包括：在产品预冷的前、中、后期分别对冷却装置的运行情况进行检查；预冷装置的清洁；安全程序的确定和预冷装置的监测；周期性的或一年一度的维修和使用维护等。一个预冷装置的各部分都应按要求做好维护，使其保持良好的技术状态，有效地运行。
不同预冷方法及特点见表2－5。
表2－5 不同预冷方法及其特点总括
