果蔬差压式预冷设备研究进展

1、基金项目:国家自然科学基金资助项目(项目编号:30300210作者简介:马征(1981-,男,华南农业大学在读研究生。E 2mail:mzyjs2005sina 收稿日期:2006-12-11第23卷第2期2007年3 月Vol .23,No .2Mar.,2007果蔬差压式预冷设备研究进展R e sea rch advance s i n fo rced 2a ir p re 2coo li ngequ i p m en t fo r fru its and vege tab l e s马征MA Zheng杨洲YAN G Zhou赵春娥ZHAO Chun 2e朱宝琪ZHU B ao 2qi(

2、华南农业大学,广东广州510642(South China A gricultural U niversity,Guangzhou,Guangdong 51064,China 摘要:介绍了果蔬差压式预冷设备的原理、组成、分类及影响因素,综述了差压式预冷设备的发展概况、存在的问题及发展趋势,提出了差压式预冷设备使用和推广建议。关键词:预冷设备;差压;果蔬Abstract:The basic p rinci p les,the constitutes,the s ort and the affecting fact ors on fruit and vegetable f orced 2air p

3、 re 2cooling equi pment were intr o 2duced in this paper .Research status,current p r oblem s and devel op ing trends of fruit and vegetable forced 2air p re 2cooling equi pment were dis 2cussed and analyzed .According t o current p r oble m s,the suggesti ons f or u 2sing and popularizing forced 2a

4、ir p re 2cooling equi pment were put for ward .Keywords:Pre 2cooling equi pment;Forced 2air;Fruit and vegetable果蔬采后快速预冷,几乎是国内外保鲜界的共识,也是冷链流通的一个重要环节。研究表明:在整个冷藏链中,不经预冷的果蔬在流通中损失约为25%30%,而经过预冷的果蔬损失率仅为5%10%1。但是,在我国,果蔬预冷,特别是产地预冷,条件仍然落后,有些地方甚至无法提供电源。另外,预冷设备的研制开发,技术推广滞后,在实际操作中难于实现设计人员的思想意图,也致使现实中,经常是采摘后未经预冷,

5、直接运到批发市场,或直接进入冷库或冷藏车,降温效果不理想,严重影响了市场品质,造成了很大的损失。因此,加强研究开发预冷设备,并大面积的推广使用,不但可以促进我国果蔬生产的持续发展,提高我国农业的国际竞争力,而且可以有效地增加农民收入。果蔬预冷采用的主要方式有真空预冷、冷水预冷、加冰预冷和通风预冷等24。预冷方式的选择要考虑不同水果和蔬菜的低温适应能力、收获季节、比表面积、组织结构、处理量、运行成本等因素5。比较果蔬的几种预冷方式,真空预冷降温速度最快,但一次性投资最大,预冷设备昂贵,比较适合叶菜类预冷。冷水预冷降温较快,预冷设备成本低,但循环冷水容易导致病害发生和增加腐烂。对于个别果蔬,例如龙

6、眼,浸水后还容易暴裂6。比较而言,通风预冷可用于各种类型的水果和蔬菜,投资和运转费用也比较少,只需要在自然冷库或储藏运输车等现有设备基础上增加一个静压箱和一套风机装置即可,易于在生产上推广应用,是较为实用、有效的预冷方法。1原理和组成1.1原理差压式预冷设备就是利用一定的装置,在包装箱两侧形成差压。使冷空气迅速流经果蔬表面,与果蔬充分接触,使果蔬从原来的果蔬田间热在冷库中靠传导传热的传递方式,转变为果蔬表面的对流方式散热。从而使果蔬和库内冷空气之间迅速进行热交换,缩短果蔬的预冷时间,提高生产率,并且迅速去除果蔬采收后的田间热,降低果蔬的呼吸作用,延缓其成熟衰老的速度7。1.2组成差压式预冷设备

7、主要由制冷系统、加湿系统、静压箱、风机、风速控制系统、温度控制系统、包装箱及其他密封材料组成,见图1。它利用风机抽吸静压箱内的空气,使静压箱内形成低压,进而,包装箱与静压箱相连的一端也形成低压区,而包装箱另一端暴露于大气中,压力等于大气压,相对于静压箱内的压力,形成高压区。进而,迫使冷空气均匀迅速地流经包装箱,充分和果蔬接触,进行快速的热交换。411图1库内差压式预冷器示意图2差压式预冷设备的分类差压式预冷设备根据利用场所和用途分,可以分为差压预冷库,差压预冷机和差压预冷器。差压预冷库就是在自然贮藏冷库的基础上,在库体本体上增加一套差压设备,使之在整个冷库内形成差压8。这种预冷方式,适合一个冷

8、库内贮藏一种果蔬,并且最好是贮藏物同时进入冷库,同时存放。这种差压预冷库操作简单易行,但耗能比较大,建设成本昂贵。而且预冷不均匀,容易形成死角。差压预冷机,这种装置主要适合用于储藏运输车上,具有独立的制冷系统和加湿系统。并且,制冷单元和加湿单元处于静压箱内部,与静压箱集成于一体。初始,吸入静压箱内为库内热空气,经过冷排降温,排出静压箱气体为冷空气。随着预冷过程的进行,库内温度逐渐降低,最终达到预先设定果蔬的适宜温度。这种装置比较节能,容易控制库内温度和风速,且移动方便。特别适用于储藏运输车,发展前景广阔。差压式预冷器9,这种装置主要用在自然冷库内,利用自然冷库的冷量,迅速使物料冷却下来,达到预

9、冷的目的。这种装置结构简单,由静压箱、风机和控制系统组成。可以根据具体果蔬的特点量身定做,且有小巧灵便,节约能源,预冷均匀,效率高,制造成本低廉,容易推广的特点。但由于在实际操作中难于按设计人员的思想意图对包装箱通气系统密封完好,形成差压,让冷气真正渗透果蔬。因此,目前还未大面积推广。尽管如此,差压式预冷器较其他预冷设备独有的优点,前景看好,倍受人们青睐。就目前研究状况看,差压式预冷器预冷方式有三种10:(1隧道式差压预冷(Tunnel cooler。这是最常用来强迫冷风通过箱子的方法,果蔬包装箱排列成两行,中央为开放走道,用油布覆盖中央走道上面及未端,形成隧道,再用抽风扇抽去隧道内的空气,如

10、此迫使隧道外的冷空气穿过箱子中的产品进入隧道中,而由风扇抽出的暖空气则再经由冷排降温。(2蛇形式差压预冷(Ser pentine cooler。这个系统是设计使用在包装箱侧边底部开孔,侧边底部开孔是用来作为空气进出的通道,包装箱紧靠透空墙(p lenu m,以偶数层堆积,偶数层木箱底部侧边开孔对准墙上通风孔。在交错的包装箱底部开孔分别有阻风板条,如此强迫冷空气通过木箱上层,再经木箱中的产品后,由底部通道进入透空墙后面经冷排及压差扇抽出。(3冷墙式差压预冷(Cold2wall cooler。这种方式适合于少量及无法完成栈板堆积的产品有效降温。单行的栈板排列在透空墙上,透空墙内部有冷排及压差风扇造

11、成负压,栈板靠近墙壁时,压下弹簧使阻隔通风孔的调气阀打开,空气开始流通,调气阀可安排在一定的高度以适合不同高度堆积的产品预冷,不用调整或怕造成漏气现象。3差压式预冷设备预冷效果影响因素3.1冷库的冷冻能力对于果蔬产品,在其他预冷条件不变的情况下,预冷风温越低,预冷速度越快。但具体到某一种产品时,温度过低,会发生冷害。冷库的预冷能力,要根据具体产品预冷需要的适宜温度,计算冷冻系统能够快速除去产品初期的田间热需要的冷量。一般产品冷却所需最高冷冻吨的75%80%。以单一隧道式压差预冷库处理叶菜类每次处理2t为例,产品初温从30降至5需要1520t的冷冻能力才可达到快速降温的要求11。3.2压差风机的

12、性能轴流(Axial2fl ow风机及离心(centrifugal风机均可使用在压差预冷设备上,较简单的轴流风机适合使用在静压力低于40mm水柱时。离心风机可有较大的静压力且较轴流风扇静音12。差压风机的性能,决定着预冷设备产生风速的大小和静压力的高低。一般风速越大,预冷速度越快,但风速达到一个极值点后,风速再增大时,预冷速度增长幅度明显减缓,而风机的耗能却和风速成三次方的关系急剧增长13。一般具体到某一种果蔬,风速有一个最佳值,一般为0.91.5m/s为最佳14。风速的控制可以使用变频器来控制15,但风机产生的风速的能力必须大于果蔬的最佳值。就通风量而言,大部分果蔬产品达到快速预冷而需要的通

13、风量为1L/s.kg16。差压风机的静压力大小,和风道的阻抗有很大关系。一般来说压差风扇的设计能力须有1015mm water gauge of head p ressure的静压值。例如,预冷3000kg产品,风机产生的风量需要:3000L/s,Static Head需要1015mm water gauge。163.3包装箱的开孔形状开孔率及密封性能包装箱是风道产生阻抗的主要影响因素。合理的设计包装箱,有利于提高预冷速度和预冷效果的。实验表明:包511专论与综述2007年第2期装箱的开口形状以圆形为最佳,风速,开孔率相同的条件下,圆形空气压力损失最少。另外,开孔率较小时,开孔形状对压力损失影

14、响较小,开孔率较大时,开孔形状对压力损失影响较大。相同的风速条件下,开孔率越大,压力损失越小17。包装箱的密封性能对差压预冷效果尤为重要18。包装箱设计不当或堆放不齐,容易形成短流系统。从而形成的差压小,甚至不能形成差压,也致使果蔬预冷温度不均匀,速率低下。一般,包装箱的长为宽的1.5倍10,高度严格相等,包装箱的开孔尺寸、位置一致。物料堆垛后,开孔能严格对齐。并且,箱体的材料要有一定的强度,不容易变形。3.4果蔬的物料特性一般地,果蔬的物料特性存在着较大差异。果蔬物理外形有球形,长圆柱形,叶菜类和其他复杂形状。果蔬的热导率、热扩散系数、比热容和含水率也存在较大差异。C. V igneault

15、19等人对25种不同种类的果蔬预冷过程研究表明:果蔬的物理外形、热导率、热扩散系数、比热容和含水率等物料特性对果蔬的预冷效果影响显著,应根据果蔬的具体特点制定相应的预冷工艺。4研究进展4.1国外研究状况国外对预冷设备研究较早,发展比较快的国家主要有美国、日本、澳大利亚等国家。预冷的概念是由Powell及其合作者在1904年提出的,即预冷是使果蔬蓄存的田间热得以尽快去除的过程。日本,1965年开始对强制通风预冷研究。1967年,日本科技厅在神纳川县进行了空气预冷试验,但未能打开市场,直到1971年日本小召农业协同预冷冷风库里的白菜等叶菜类蔬菜才打开了东京市场。1973年,日本科学行政机关经过努力

16、,成功研制了差压式预冷设备。目前,日本差压式预冷设备,有移动式差压冷却装置、中央吸引型差压冷却装置和面壁吸引型差压冷却装置。他们的共同特点是,都用一种油布作为隔风面,隔风效果良好且适宜于预冷不同量的冷却果蔬。风机一般采用较高压头的多叶轴流风机26。4.2国内研究状况我国对预冷设备研究起步较晚,20世纪60年代才开始对冷库研究。1980年,天津商学院制冷系成立,对预冷理论展开了较多的研究,为差压式预冷设备的制作提供了一定的理论依据。20世纪90年代,差压式预冷开始引起人们的关注,清华大学、西安交大、中南大学,大连理工等单位先后开始研究。1997年,北京农林科学院、清华大学、中国农科院等单位联合研

17、制出可在冷库中使用的三种不同型号的差压预冷设备及配套的预冷包装箱,并建成了差压预冷库,提出了近距离流通小包装冷库预冷配套技术规程和远距离流通大包装差压预冷技术规程27。目前,国内主要有三家单位从事差压设备研制或生产工作。北京农林科学院等单位联合研制开发了库内使用的差压预冷器。上海泛鲜科技公司生产双通道强风预冷设备和车载式预冷设备。深圳艾斯兰德公司生产不同型号的高湿压差预冷机。5存在的问题及发展趋势5.1存在的问题差压预冷未能大规模的推广,其重要的原因是:(1果蔬预冷温度均匀性问题。一般,由于静压箱附近的包装箱同时产生较大的横向和纵向压力,离静压箱越近,果蔬温降越快。加上风道密封问题,致使预冷不

18、均匀问题,有的地方温度高,有的地方温度低,温差常高达6左右。(2包装箱通风系统密封问题。由于国内果蔬包装箱制作技术落后和果蔬差压系统密封操作难度,差压系统密封问题成为成功推广该技术的一个关键问题。(3技术推广和宣传问题。由于真空预冷技术比较成熟,目前在果蔬预冷市场占主流。但差压预冷成本远低于真空预冷成本,实践表明:差压预冷成本仅为真空预冷成本的1/1028。另外,差压预冷适合各种果蔬花卉。差压预冷技术有待宣传推广。5.2发展趋势(1差压预冷设备实现智能化控制。通过控制风速、风温和预冷时间,实现降速预冷或间歇预冷,使果蔬预冷均匀,高效,节能。(2对包装箱进行严格的设计制作,使包装箱的开孔容易对齐

19、,箱体之间容易配合,通风系统真正实现果蔬冷风渗透。(3针对具体的某一种果蔬产品,寻找预冷变化的规律。根据具体的产品的预冷变化规律,为具体的产品量身定做预冷设备。6结论差压式预冷,涉及到的因素较多。对于不同果蔬品种,又有各自的特点。就目前研究状况,为了达到较好的预冷效611第23卷第2期马征等:果蔬差压式预冷设备研究进展果,使用差压预冷设备应该做到:差压预冷风机最好选风量大,压头小的离心式风机;根据风机产生风速的性能和形成差压的大小,来堆放一定数量的货物;包装箱堆放要足够密集形成压差,又可以让冷风真正渗透;根据具体果蔬的特性,来选择风机的最佳风速和适宜的风温。参考文献1王强.实施蔬菜产地预冷,完

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