怎样利用蔬菜压差预冷技术保鲜
2015-3-3 9:30:36 来源:

蔬菜具有较高的呼吸速率及蒸散速率,易腐性高,农产品采收后会累积大量的田间热及呼吸热,更加速以上生理现象进行而加速产品老化及劣变。适当的温度管理在园产品采收处理上是一项很重要的工作,预冷处理即是在短时间内将产品快速降温的技术,通常必须要在数分钟到24小时内达到所须的低温,由于需掌握时效,因此预冷处理实际上包含许多在不伤害产品情况下快速降温的技术,如集货至运输前或入库冷藏前短时间内大量产品降温技术,而不是只有单纯的降温手段,经过预冷后的产品基本上温度已降至合理的程度,接下来的温度管理措施才可接着进行,例如在低温中进行较长期的冷藏或经短暂冷藏后装入低温货柜中运输到终点市场,以完成所谓的低温运销保鲜系统。

    预冷作业大都已是独立于冷藏之外的一项作业,而且需要一些特别的设备来完成,并在特定的空间中来进行。目前已被实际采用的预冷方法可分为下列几项:冰水预冷,室内风冷,压差预冷,真空预冷以及碎冰预冷等。不同的预冷方式各有其优缺点,本文中将只针对气冷式的压差预冷作业进一步的详细介绍。            
    何谓压差预冷
    压差预冷(Pressure cooling),或称为强制通风冷却(Forced-air cooling),是一个普遍应用在水果、蔬菜或切花上的预冷技术,降温的方式是强迫冷风进入包装箱中,使冷空气直接与产品接触,其原理是利用抽风扇使包装箱两侧造成压力差,使冷风由包装箱之一侧通风孔进入包装箱中与产品接触后由另一侧通风孔出来,同时将箱内的热带走。其优点是设备简单,且几乎所有的园产品均可使用压差预冷方式降温,其使用的包装箱可不用如水冷或加冰预冷必须是防水的。其缺点是1.降温速度较其他方法慢(除了室冷),2.在某些产品上会造成2%以上的失水。因此有效的压差预冷必须
(1)有良好的产品排列,使包装箱两侧压差型成。
(2)包装箱经过设计,使冷风能通过并与产品直接接触。
(3)空气必须维持在一定的低温。
(4)空气相对湿度必须维持在90%以上。

压差预冷的型式

一、隧道式压差预冷(Tunnel cooler)

    这是最常用来强迫冷风通过箱子的方法,栈板堆积的箱子排列成两行,中央具开放走道,用帆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。栈板可堆高两层以上,以充份利用库内空间。用纸箱装箱的产品,只要纸箱具有适当的通风孔也可使用此方法降温。

    这个系统可整批操作使大量产品降温,而不需操作各别箱子或栈板。每一操作系统有单一的抽风扇,此抽风扇最好有速度控制器,当穿过包装箱的空气温度降低时,风速亦逐渐降低,如此可减少风扇耗能、热量产生及减低产品失水。


二、蛇形式压差预冷(Serpentine cooler)

    这个系统是设计使用在具底部开孔的木箱包装上,堆高机操作的侧边底部开孔是用来作为空气进出的通道,木箱紧靠透空墙(plenum),以偶数层堆积,偶数层木箱底部侧边开孔对准墙上通风孔(图二)。在交错的木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。由于需特殊包装容器,目前只以美国苹果包装的标准木箱使用较普遍。此系统通常是整枇操作,但每次可沿着墙壁堆高许多层,蛇形式预冷对库内空间利用率高。


三、冷墙式压差预冷(Cold-wall cooler)

    使少量及无法完整栈板堆积的产品有效降温的通风系统。单行的栈板排列在透空墙上(图三),透空墙内部有冷排及压差风扇使造成负压,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。

    切花较常使用冷墙式压差预冷,透空墙内约需2-4cm水柱的静压力,操作时包装箱沿着墙壁堆积,将箱子的通风孔对准透空墙的孔隙,墙上的孔隙须小到足够使透空墙内外压力差大于箱子内外的压力差,如此操作时通过箱子的风量才不会改变,且没有调气阀亦可操作。

    可安装自动起动式系统,操作者不需起动压差扇,产品一旦靠近即自动起动,一个栈板预冷结束可立即更换另一栈板,使操作空间有效利用,但缺点是设备费相对较高,所需操作空间亦较大。由于每一栈板预冷结束时间不同,操作者须不断观察每一栈板降温情形,以防止因通风过久而使产品损伤,因此有些降温设备加上定时器,栈板靠近起动调气阀后,同时起动定时器,一旦达到降温终点后,即自动关闭压差扇,如此操作者可不用经常去担心是否已达到预冷终点。

 压差预冷库设计

一、冷冻能力

    压差预冷库的冷冻能力计算主要考虑的热量来源是产品的田间热,预冷初期产品本身的热量高,且须很快的降温,冷冻系统必须有足够大小能去除产品最初的大量热,一般是产品冷却所须最高冷冻吨的75-80%。以单一隧道式压差预冷库处理叶菜类每次处理2吨为例,产品初温为30℃降至5℃须要15~20冷冻吨的冷冻能力才可达到快速降温的要求。

二、压差风扇选择

    压差风扇的选择依其可产生的通风量及其静压力而定,大部分设备单位重量产品的通风量0.03~0.12 CMM-kg-1,如前所述,风量愈大愈耗能,操作量不同时可使用变频器来调节风量大小。

    压差风扇操作时产生的静压力通常很难测量,简易的量测方法是以一段透明塑胶管一端伸入压差箱中,另一端置于大气压力中,塑胶管中间折成U型,启动风扇时,U型管内的水柱型成水位差,此高度差即为风扇最大静压力。空气通过箱子后产生的压力差受下列因素影响:

    通过风扇的压差还包括通过冷排及风道的阻抗,一般来说压差风扇的设计须能有50mm水柱以上的静压值,除非是小型的压差预冷设备且经测试过较低的静压力也可被接受。

    轴流(Axial-flow)风扇及离心(centrifugal)风扇均可使用在压差预冷, 较简单的轴流风扇适合使用在静压力低于40mm水柱时, 离心风扇可有较大的静压力且较轴流风扇静音。

注意事项

一、预冷时间

    产品预冷的降温模式曲线如图四,降温速率由产品温度与冷空气的温度差决定,开始时产品降温速度较快,愈接近终点时降温速度愈慢,降温过程可以半预冷期表示,使产品温度降到其最初温度与冷空气温度差的一半所需的时间称半预冷期,如图四,产品最初温度为30℃,空气温度为0℃,产品由30℃降为15℃是第一个半冷期,第二个半冷期的时间约等于第一个半冷期,但由于产品的温度与冷空气温度差只有第一个半冷期温度差的一半,所以实际降低的度数只有第一个半冷期的一半,大多数的产品以三个半冷期(7/8预冷期),或四个半冷期(15/16预冷期)时间为预冷终点。

    体积较大的产品,如洋香瓜,前后的预冷速度差异较小,不同位置洋香瓜果实中心热量移除所需时间相同,然而体积小或表面积大的果实或叶菜类,则差异很大,操作者需注意最不易降温位置的产品已经降温才移除栈板结束。

    降温设备通常设定的风量约需0.06CMM-kg-1,如此才有一个合理的降温速率及风扇大小。风量加倍到0.12CMM-kg-1,叶菜类约可减少40%的预冷时间,但洋香瓜则只减少10%,而加倍的风量须使风扇增加4倍的静压力,即需增加6-7倍的马力。降低风量增加处理时间,虽可降低风扇的大小及减少成本,但降温速度太慢的缺点是须要有较大的操作空间使产品能够整批较长时间的操作,及会增加产品的失水量。

二、产品堆叠

    产品在包装箱中堆放如果太过紧密,使静压力加大,增加风扇阻力。包装箱堆叠愈宽,冷空气通过产品的距离愈长,当达预冷终点时,产品最高最低温度差会很大,而如果风速加大,但通过单位重量产品的风量相通,则即使堆叠稍宽,冷风通过产品的距离长,亦不会有太大的温度差,但堆叠较宽时静压力必须加大,才能得到一样的通风量,通常降温设备可堆叠一个栈板宽度,栈板宽度1.2m,上面排列3~4层,单行堆叠时在较低静压力下可有较大的风量及较快的降温速率。两排栈板中间回风道及栈板外侧的出风道宽度需50公分左右,栈板排列长度以480公分为宜。

三、压差预冷造成的失水

    良好的压差预冷处理并不会造成产品失水,然而如果因操作不当使产品因失水太多而受损,将因而限制其使用,其中影响最大的是处理风量及预冷时间,风量超过太多时会造成大量失水,因此应避免大风扇处理少量的产品的情况。有时风量稍大,失水情形反而较少,原因是使预冷时间缩短,压差预冷当到达预冷终点时应立即停止冷风继续通过产品,持续的通风,是造成产品失水太多的重要原因。预冷时间会随产品温度及处理风量的因数而不同,一般来说散装非结球叶菜类预冷时间为1~2小时,甘蓝等结球型叶菜类为4~8小时,果菜类则约1到2小时。有些降温设备以抽回的冷空气温度控制,当循环回来的空气温度与压差扇刚吹出时的温度接近时,风扇速度自动调节变慢,接近预冷终点时所需的风量远较预冷初期为低,因为接近预冷终点时热量的移除速率变的很慢。

    产品初始温度太高会造成较多的失水,早晨或夜晚采收可使产品温度较低,如果要在田间暂时停留的产品必须遮阴,或是采收后尽早进行预冷。有些产品包装前先部份降温,包装后再完全降温,在包装时应尽量减少回温情形,以减少失水。

    蒸散系数小的产品如柑橘,降温时并不会有失水的情形,很适合压差预冷。胡萝葡的蒸散系数是柑橘的10倍,预冷后失水0.6-1.8%,以PE塑胶袋包装可使失水减少到0.08%,但预冷时间增加5倍。蒸散系数很大的产品如叶菜类可先淋水后再预冷可防减少失水。

    适当的压差预冷处理,空气湿度在80-100%范围,对产品失水影响不大。冷空气与产品间的蒸气压差大小,主要为产品高温的影响,而不是空气湿度,然而预冷时加湿可增加纸箱的水份,防止产品预冷后纸箱自产品中吸水。

四、降温速率变慢的因素

    造成遂道式压差预冷速度变慢的主要因素有:1.冷排温度设定不当.2.容器的通风不当。大量产品预冷时库内空气温度上升可能为冷冻能力不足或库体保温不良,会使库内温度上升,须与冷冻工程师商量,在经济考量下设法有效提高冷冻机能力。

假如温度显示一直维持在设定的低温,但产品无法降温,表示冷空气无法进入包装箱内使产品降温,造成并没有足够的空气通过箱子,使降温速度变慢,可能原因:


(1)抽风扇的风静压力不足,无法产生0.06~0.12 CMM-kg-1的风量。

(2)产品堆叠不良,使冷风经由堆叠空隙通过而不经由包装箱开孔进入

(3)纸箱开孔面积不足,须有3-5%的开孔面积,且栈板堆积时开孔须对齐。

(4)包装材质阻碍空气流通。

(5)堆积太多产品造成风量相对不足。

(6)出风道及回风道的宽度不足,造成前后或上下降温不均匀。

    温度对蔬果品质影响很大,产品应尽快降温才能保鲜度,在先进国家欧美及日本对蔬菜运销时的温度管理相当重视,以保持产品鲜度。国内目前由于冷藏库大量兴建,冷藏及低温运销技术渐受重视,而预冷是做好产品温度管理的第一步,也是重要的一步,因此预冷技术跟随的不断改进及发展。压差预冷并不一定是最佳的预冷方式,但有其特殊的优点存在,如对产品的适应性广,设备简单,降温快,处理量大,及预冷库同时可当冷藏库使用等优点。但缺点是操作上要注意的细节很多,如果操作不良会使降温效果大打折扣,甚或对产品造成失水等伤害。正确的预冷观念及预冷技术发展,可使国内农产品不论内外销均可有很好的低温保鲜的处理以提升产品品质。

有关中央空调冷库工程船舶工程问题,欢迎业界人士与我们交流探讨。

青岛天美制冷空调工程有限公司 咨询热线:0532-89081256  官网:http://www.timergc.com/

 

合作伙伴
0532 - 89081258
青岛天美制冷空调工程有限公司
电话:0532-8908 1258 / 8908 1256
传真:0532-8908 1257
邮箱:tianmeizhileng@vip.sina.com
地址:青岛市城阳区仙山东路13号