我國(guó)蔬菜清洗技術(shù)研究現(xiàn)狀

胡 檜，呂偉健，高慶生，陳永生，管春松，楊雅婷

（農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，江蘇 南京 210014）

中國(guó)是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。2013年全國(guó)蔬菜播種面積2 000萬hm2，總產(chǎn)量達(dá)7億t，人均占有量超過500 kg，位居世界第一[1]，蔬菜生產(chǎn)水平和生產(chǎn)規(guī)模已進(jìn)入了一個(gè)新的階段。隨之而來的是，全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)形勢(shì)發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，由前期的供不應(yīng)求和供求平衡進(jìn)入到現(xiàn)在的供大于求，農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格不斷下降，采后損失率不斷上升，農(nóng)民收入減少，甚至出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)[2]。為解決當(dāng)前難題，應(yīng)該大力發(fā)展蔬菜的產(chǎn)后深加工產(chǎn)業(yè)，以延長(zhǎng)蔬菜貯藏期，增加產(chǎn)品附加值。而蔬菜清洗作為蔬菜深加工的初始環(huán)節(jié)也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)提高蔬菜深加工水平和質(zhì)量具有至關(guān)重要的作用。

蔬菜清洗主要是清除蔬菜表面的泥沙、寄生蟲卵等雜質(zhì)，以及對(duì)蔬菜農(nóng)藥殘留進(jìn)行降解消毒。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)蔬菜清洗機(jī)的自動(dòng)化、智能化程度低，很多工作需要人工輔助完成，勞動(dòng)強(qiáng)度高、清洗效率低、耗水量大且清洗分散，難以滿足目前蔬菜加工高效生產(chǎn)的需求[3]。因此，對(duì)蔬菜機(jī)械化清洗技術(shù)與設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)性分析與總結(jié)，有利于后期研制出高效、節(jié)能、節(jié)水的蔬菜清洗裝置，對(duì)滿足人們對(duì)新鮮、高營(yíng)養(yǎng)蔬菜的需求具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 蔬菜清洗設(shè)備分類

近年來，蔬菜清洗機(jī)已成為蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展中倍受關(guān)注的熱點(diǎn)之一，但對(duì)蔬菜清洗機(jī)的分類并沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而根據(jù)目前市場(chǎng)上的主要蔬菜清洗機(jī)型，大致可有以下幾種分類方式：

1.1 按清洗的蔬菜品種分類

有葉菜清洗機(jī)、果菜清洗機(jī)和根菜清洗機(jī)。

1.2 按采用的清洗技術(shù)分類

有巴氏殺菌流水線清洗機(jī)、超聲波蔬菜清洗機(jī)和傳統(tǒng)清洗機(jī)。其中傳統(tǒng)清洗機(jī)主要包括振動(dòng)清洗機(jī)、滾筒清洗機(jī)，螺旋清洗機(jī)、氣泡清洗機(jī)、高壓清洗機(jī)等。

1.3 按清洗機(jī)功能分類

分單一功能清洗機(jī)和多功能清洗機(jī)，多功能清洗機(jī)是指在一次清洗作業(yè)過程中可完成清洗、殺菌、消毒和冷卻等多道工藝。

2 國(guó)內(nèi)清洗技術(shù)及清洗機(jī)研究現(xiàn)狀

2.1 傳統(tǒng)清洗機(jī)

傳統(tǒng)清洗機(jī)主要通過浸泡、物理清洗和噴淋作用完成清洗目的，物理清洗環(huán)節(jié)有毛刷清洗、機(jī)械振動(dòng)清洗和槳葉清洗等方式。水槽中的清洗水可以利用蒸汽加熱，進(jìn)一步提高清洗效果。該類清洗機(jī)械主要適用于土豆、番茄、胡蘿卜等果菜清洗，對(duì)葉菜損傷較大。

此類清洗機(jī)械最早出現(xiàn)的是1996年華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工程系袁巧霞等研制的GL-I型根莖類蔬菜清洗機(jī)，利用橫向板條焊接而成的六邊形滾筒回轉(zhuǎn)時(shí)與物料的撞擊作用達(dá)到清洗的目的，同時(shí)在沿滾筒長(zhǎng)度方向設(shè)有噴水管，使進(jìn)料口至出料口以同樣大小的水量噴洗，但清洗過程中需不斷換水，耗水量較大[4]。在此原理的基礎(chǔ)上，后期又研發(fā)出刷淋式清洗機(jī)、滾筒式清洗機(jī)以及槳葉式清洗機(jī)等。

2000年湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)高英武等研制的振動(dòng)噴淋式蔬菜清洗機(jī)是此類蔬菜物理清洗機(jī)的典型代表。該機(jī)器通過往復(fù)振動(dòng)發(fā)生器與振動(dòng)床相連，使振動(dòng)床帶動(dòng)盛菜籃在清洗液中往復(fù)振動(dòng)，清洗前期使用循環(huán)水，后期使用凈水。機(jī)架軌道上的菜籃從噴淋罩的一端進(jìn)去，另一端排出，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)[5]。該機(jī)器同樣存在耗水量大的問題，但降低了對(duì)蔬菜的破壞程度。

氣泡清洗機(jī)通常采用底部給氣的方式，利用氣泵在流動(dòng)或靜止的水槽中加入具有一定正壓力的氣體（空氣）。加入的正壓力氣體產(chǎn)生正壓氣泡，氣泡在上升過程中破裂，引起的壓強(qiáng)變化會(huì)對(duì)蔬菜表面的雜質(zhì)進(jìn)行不斷的吸附與沖擊，從而實(shí)現(xiàn)清洗的目的。與傳統(tǒng)清洗機(jī)相比，氣泡清洗機(jī)可用于葉菜的清洗，且損傷較小。2007農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院丁小明以葉菜類蔬菜為研究對(duì)象，以自來水為清洗介質(zhì)，以氣泵為氣泡發(fā)生源，在自制的由玻璃和不銹鋼板搭建的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行模擬試驗(yàn)，研究了給定氣泡式清洗槽中的蔬菜損傷率與氣泡強(qiáng)度的關(guān)系、最大清洗體積比與蔬菜密度的關(guān)系、洗凈率和濁度與清洗時(shí)間的關(guān)系、清洗液濁度與清洗量和洗凈率的關(guān)系等。試驗(yàn)結(jié)果表明：氣泡式清洗機(jī)可用于葉菜清洗，清洗損傷率與氣泡強(qiáng)度正相關(guān)，清洗的理想時(shí)間為3 min，最大清洗體積比與蔬菜的密度、清洗液濁度、清洗量呈正線性相關(guān)，清洗液在濁度允許范圍內(nèi)可以連續(xù)使用，洗凈率可在70%以上[6]。該研究一定程度上給出了氣泡清洗高效、節(jié)能、節(jié)水的相關(guān)參數(shù)，但需要進(jìn)一步作業(yè)實(shí)踐。

2.2 超聲波清洗機(jī)

超聲清洗開始于20世紀(jì)50年代初，初期主要用于電子、光學(xué)和醫(yī)藥等領(lǐng)域，作為一項(xiàng)實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù)，其應(yīng)用相當(dāng)廣泛，涉及大型機(jī)械零部件、小型半導(dǎo)體器件的清洗等，常稱作“無刷清洗”。超聲波清洗的主要特點(diǎn)是速度快、效果好、容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制等，應(yīng)用于蔬菜、瓜果等食品清洗時(shí)，可清洗根莖類、葉菜類等各種蔬菜和瓜果，普通清洗方法很難實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。隨著聲化學(xué)的出現(xiàn)與應(yīng)用，再配合使用適當(dāng)?shù)娜芤?，調(diào)節(jié)清洗液酸堿度等，清洗效果更好。

2012年塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院馬少輝設(shè)計(jì)制造了以超聲波為清洗動(dòng)力的紅棗清洗機(jī)，同時(shí)分析了超聲波清洗紅棗的機(jī)理。以預(yù)先試驗(yàn)為基礎(chǔ)，確定了清洗機(jī)的參數(shù)及范圍，通過超聲波對(duì)制干紅棗的清洗進(jìn)行了正交試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行的極差與方差分析表明：當(dāng)清洗機(jī)超聲波功率為550 W，清洗水溫60 ℃，清洗時(shí)間4 min時(shí)，清洗效果最好。在該條件下進(jìn)行清洗制干紅棗原料，洗凈率大于96.2%，破損率為0.8%。研究結(jié)果可為果菜類、根莖類蔬菜清洗提供技術(shù)參考[7]。

為進(jìn)一步提高清洗質(zhì)量和清洗效率，后期又研發(fā)出超聲波組合型蔬菜清洗機(jī)，主要有超聲波氣泡清洗機(jī)和超聲波臭氧清洗機(jī)等。

2003年南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院的高翔等，利用超聲波氣泡清洗設(shè)備清洗鮮切的西洋芹[8]，研究結(jié)果表明：超聲波頻率50 kHz，溫度25 ℃，處理10 min，鮮切西洋芹除菌率達(dá)80%，霉的活性降低了50%，呼吸作用受到抑制，無機(jī)械損傷，感官品質(zhì)優(yōu)良，有利于鮮切菜保鮮。但該清洗方式只對(duì)清洗或半清洗以后的蔬菜實(shí)現(xiàn)第2次清洗有較大的效果，不適合對(duì)蔬菜的初次清洗。

2011年，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所王海鷗進(jìn)行了超聲波臭氧組合果蔬清洗機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，該機(jī)設(shè)計(jì)了自動(dòng)清洗控制程序，制定自動(dòng)清洗工藝，設(shè)有噴淋漂洗、超聲臭氧清洗和二次噴淋3個(gè)清洗過程，可完成果蔬全自動(dòng)清洗。采用相向錯(cuò)位配置噴淋裝置，結(jié)合程序控制，清洗過程中可使果蔬等發(fā)生間斷性擾動(dòng)和翻滾，實(shí)現(xiàn)換位清洗，提高清洗均勻性，增強(qiáng)臭氧混合效果。并以草莓作為清洗對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明：該機(jī)對(duì)草莓品質(zhì)無影響，滅菌率超過90%，對(duì)敵敵畏、乙酰甲胺磷和樂果等農(nóng)藥的降解率均為85%左右，滅菌、去污、降解農(nóng)藥殘留效果顯著[9]。

2.3 巴氏殺菌流水線清洗機(jī)

在蔬菜初步清洗包裝完成后，需要利用巴氏殺菌流水線清洗機(jī)對(duì)包裝完成的產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的水浴清洗殺菌，其加工工藝為：殺菌—冷卻—風(fēng)干瀝水。巴氏殺菌流水線是在吸收、消化國(guó)外樣機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成，采用循環(huán)溫水預(yù)熱，循環(huán)熱水殺菌，循環(huán)溫水預(yù)冷，再用冷卻水噴淋冷卻4段處理形式。具有殺菌溫度自動(dòng)控制，殺菌時(shí)間無級(jí)調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，能廣泛應(yīng)用于加工各種蔬菜的袋裝及罐裝產(chǎn)品，如野菜、水煮菜等。

巴氏殺菌流水線殺菌的原理是：在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越低，細(xì)菌繁殖越慢；溫度越高，繁殖越快，但溫度太高，細(xì)菌就會(huì)死亡。不同的細(xì)菌有不同的最適生長(zhǎng)溫度和耐熱、耐冷能力，巴氏消毒其實(shí)就是利用病原體不是很耐熱的特點(diǎn)，用適當(dāng)?shù)臏囟群蜁r(shí)間處理，將其全部殺滅。但經(jīng)巴氏消毒后，仍保留了小部分無害或有益、較耐熱的細(xì)菌或細(xì)菌芽孢，從而實(shí)現(xiàn)殺滅霉菌、延長(zhǎng)蔬菜產(chǎn)品保質(zhì)期。

3 存在的問題

國(guó)內(nèi)對(duì)蔬菜清洗技術(shù)的研究經(jīng)過多年的發(fā)展，雖然取得了一定的成績(jī)，但縱觀各類蔬菜清洗機(jī)可知，還存在許多有待解決的問題。

3.1 清洗功能單一

目前國(guó)內(nèi)的蔬菜清洗機(jī)主要以清洗蔬菜表面的泥土和一些明顯雜質(zhì)為主，對(duì)蔬菜中的殘留農(nóng)藥和一些微生物的深層清洗考慮較少，給蔬菜食品帶來一定的安全隱患。

3.2 清洗機(jī)價(jià)格偏高

蔬菜深加工技術(shù)在我國(guó)起步較晚，清洗機(jī)生產(chǎn)企業(yè)較少，競(jìng)爭(zhēng)壓力小，不僅技術(shù)上難以有重大突破，機(jī)器價(jià)格上也一直居高不下。一臺(tái)臭氧氣泡清洗機(jī)售價(jià)在20萬元以上，這讓很多有意發(fā)展蔬菜深加工的企業(yè)望而卻步，一定程度上阻礙了蔬菜深加工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

3.3 智能化、自動(dòng)化程度低

現(xiàn)有研制的蔬菜清洗機(jī)多采用機(jī)械清洗方式，氣泡和超聲波清洗機(jī)使用較少。投放和清洗后的蔬菜包裝主要還是靠人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

4 展望

隨著全國(guó)蔬菜產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展、蔬菜食用安全已開始引起人們的關(guān)注，對(duì)蔬菜的清洗、保鮮、貯運(yùn)技術(shù)也提出了更高的要求，在這種新形勢(shì)下，國(guó)內(nèi)的蔬菜清洗技術(shù)需努力向以下方向發(fā)展：

（1）進(jìn)一步提高蔬菜清洗機(jī)的電氣化、自動(dòng)化和智能化水平，提高產(chǎn)品的研發(fā)和科技創(chuàng)新能力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本。

（2）加大蔬菜清洗機(jī)在節(jié)水節(jié)電方面的研究力度。在保證蔬菜清洗質(zhì)量的同時(shí)，研究清洗時(shí)間和清洗方式對(duì)節(jié)水節(jié)電的影響，提高清洗效率，降低能耗。

（3）注重對(duì)蔬菜清洗劑的選擇應(yīng)用，降解蔬菜表面的農(nóng)藥殘留。針對(duì)不同的蔬菜清洗劑，分析在不同用量、不同清洗方式等條件下的殺菌消毒效果，提高蔬菜食品安全。