基于甜櫻桃“最初一公里”小型移動預(yù)冷機的研制及應(yīng)用

王 丹， 張 靜

（山東省果樹研究所，山東 泰安 271000）

0 引言

生鮮農(nóng)產(chǎn)品流通從產(chǎn)地到餐桌是一個完整的供應(yīng)鏈，涉及采收加儲運銷多環(huán)節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會影響整個鏈條的效率。果蔬采后攜帶大量田間熱和呼吸熱，將其降至適宜貯運溫度的時間越短，對產(chǎn)品品質(zhì)保持越有利。因此，預(yù)冷作為果蔬供應(yīng)鏈中的第一個重要環(huán)節(jié)，已成為流通過程中保證果蔬品質(zhì)的首要措施[1-2]。目前，由于預(yù)冷設(shè)備和配套技術(shù)的研發(fā)相對滯后，以及設(shè)備投資和運行成本較高等因素，果蔬采后預(yù)冷在我國仍是冷鏈的薄弱環(huán)節(jié)[3-4]。針對我國果蔬采后損耗率高達(dá) 20%的現(xiàn)狀，國家在“十四五”規(guī)劃中明顯加大對冷鏈物流的支持力度，產(chǎn)地源頭的“最初一公里”成為強化流通鏈條薄弱環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，由傳統(tǒng)冷藏向現(xiàn)代冷鏈的轉(zhuǎn)變已上升為國家戰(zhàn)略[5-6]。

甜櫻桃是深受消費者喜愛的新興珍稀果品，由于其采收期氣候濕熱，采后呼吸速率較高，果實柔軟、多汁等特點，極易受到機械損傷，導(dǎo)致果實腐爛變質(zhì)[7]。因此，需在采收后的最短時間 內(nèi) 進(jìn)行預(yù)冷，保證更長的貯運時間和更佳的保鮮品質(zhì)。試驗顯示，甜櫻桃在沒有預(yù)冷的情況下，其貨架期只有5～7 d，而經(jīng)過預(yù)冷處理后能延長其貨架期，銷售時間可達(dá) 2～3 周[8]，可見甜櫻桃預(yù)冷的重要性。目前，國內(nèi)甜櫻桃預(yù)冷處于起步階段，僅少量大型商戶直接購買國外幾千萬元的預(yù)冷設(shè)備，國內(nèi)可自主制造預(yù)冷設(shè)備的企業(yè)寥寥無幾，經(jīng)濟實用的市場需求與供給嚴(yán)重不對稱，并存在產(chǎn)品單一、系統(tǒng)復(fù)雜、故障率高、造價較高、耗能較大等突出問題。國外果蔬預(yù)冷多以滾軸輸送的大型自動化生產(chǎn)線規(guī)模，因此多采用水噴淋方式，但基本為大投入、大規(guī)模，不能適應(yīng)目前我國甜櫻桃產(chǎn)業(yè)以農(nóng)村合作社、電子商務(wù)為單元的實際情況[9-10]。因此，亟需研制開發(fā)出適合我國甜櫻桃產(chǎn)銷模式特別是“互聯(lián)網(wǎng) +”農(nóng)產(chǎn)品出村進(jìn)城和新電商模式下的預(yù)冷設(shè)備，為實現(xiàn)甜櫻桃產(chǎn)地直發(fā)“最初一公里”提供保障。

甜櫻桃水預(yù)冷有噴淋式預(yù)冷和直接沒入式預(yù)冷2 種形式。常見的噴淋式預(yù)冷，由于水在重力作用下下落較快，與果實接觸時間較短，且果實表面蠟質(zhì)層具有較強的疏水性，不能充分將冷能傳遞給果實，一是預(yù)冷水過度循環(huán)，造成資源浪費，且預(yù)冷水在下落過程中造成冷能的大量損失。二是與直接沒入式相比，延長了預(yù)冷時間，預(yù)冷效率降低，耗能增加；另一方面，水在下落過程中沖力較大，會對果品表面造成不同程度的沖擊傷害，在運銷和貨架時不僅影響果品的外觀，還會影響其貨架期和果品品質(zhì)[11-13]。為解決上述技術(shù)問題，針對我國甜櫻桃現(xiàn)有產(chǎn)銷模式，研制出一款果品直接沒入式小型快速冷水預(yù)冷機。

預(yù)冷機外觀圖見圖 1。

圖1 預(yù)冷機外觀圖

1 冷水預(yù)冷機的主要構(gòu)造及工作原理

直接沒入式小型快速冷水預(yù)冷機主體結(jié)構(gòu)由制冷機、預(yù)冷池及冷凝板、散熱蒸發(fā)器、智能控制器和循環(huán)管路組成。

預(yù)冷機主體結(jié)構(gòu)示意圖見圖 2。

圖2 預(yù)冷機主體結(jié)構(gòu)示意圖

（1） 制冷 機。采 用 渦 旋 式 全 封 閉 制 冷 壓 縮 機，與同等制冷量的活塞式壓縮機相比其體積小，質(zhì)量減輕 15%，效率提高 10%，噪音降低 15 分貝?？筛鶕?jù)不同冷量需求選用不同型號的壓縮機。

（2） 散熱蒸發(fā)器。制冷機上部為“V”型雙面內(nèi)螺紋脹管鋁翅片散熱器，即散熱片呈兩面傾斜式排列，較傳統(tǒng)的單面垂直式散熱片，在不增加體積的情況下使散熱表面積上增加 1 倍，裝配成“V”型體狀，增大了散熱面積，極大地增加了散熱速度，提高了效率。使其體積小、質(zhì)量輕、噪音低、制冷效率高，不占有效空間，安全可靠，環(huán)境衛(wèi)生。頂部裝有大功率風(fēng)機，風(fēng)向朝沒有遮擋和物體阻礙的天空，一定程度上降低了風(fēng)機阻力，提高了電機效率，增加了散熱效力。

（3） 預(yù)冷池及冷凝板。預(yù)冷池底部設(shè)置有盛放介質(zhì)的冷凝板，材質(zhì)采用散熱系數(shù)高的鈦鋼，不易變性、冷傳遞較均勻、較銅管薄，自身不消耗冷，冷的利用率高。上面為傾斜式滑輥，果實入口端高于出口端，操作者稍加用力即可實現(xiàn)周轉(zhuǎn)箱從入口到出口的轉(zhuǎn)送，大大降低勞動強度。預(yù)冷池內(nèi)部盛放預(yù)冷水，可根據(jù)采后不同需求，短期貯藏或直接上市只加入二氧化氯等進(jìn)行水的消毒即可，中長期貯藏可加入專用殺菌劑。預(yù)冷池外層為 XPS 板與聚氨酯復(fù)合保溫材料，XPS 具有完美的閉孔蜂窩結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)讓 XPS 板有極低的吸水性 （幾乎不吸水）、低熱導(dǎo)系數(shù)、高抗壓性、抗老化性 （正常使用幾乎無老化分解現(xiàn)象），錯縫密封，結(jié)構(gòu)無冷橋，減少漏冷，大大提高了效率。

（4） 智能控制器。自控系統(tǒng)采用高精度數(shù)字控溫儀，通過傳感器和數(shù)控電路，對制冷系統(tǒng)、水溫等進(jìn)行監(jiān)測和控制。數(shù)字控溫儀的控制精度為±1 ℃，分辨率 0.1 ℃。自控系統(tǒng)設(shè)計了壓力控制電路、溫度上下限控制電路、數(shù)字儀表控制電路、電子儀表控制電路和即時手控電路等，滿足不同條件的需要和保證預(yù)冷機溫度設(shè)定要求。

（5） 循環(huán)管路。預(yù)冷水池兩端各有上下兩接水口 （上進(jìn)下出），管道中間連接循環(huán)電機，構(gòu)成水循環(huán)系統(tǒng)；冷媒經(jīng)制冷壓縮機端壓縮后，通過冷凝板和散熱器進(jìn)行冷量傳遞。制冷機、冷凝板及散熱器三者通過管道依次循環(huán)連接。流通元件總成包括貯液器、氣液分離器、干燥過濾器、外平衡熱力膨脹閥、截止閥、壓力控制器和壓力顯示表等。閥件等總成全部采用質(zhì)量較好的進(jìn)口和合資產(chǎn)品，通過單體檢測后裝配。

此外，預(yù)冷池與制冷系統(tǒng)呈現(xiàn)一體化、可移動共享的結(jié)構(gòu)方式，底部均設(shè)置有萬向輪，移動方式為轉(zhuǎn)輪式，最大限度地減小設(shè)備占地面積，使機身輕便小巧、靈活便捷、不需拆裝即可整體移動，果園、宅院、空地均可安置，不受時間和地域限制。適用于短距離拖動、移位，由于機體較為輕巧，長距離運輸時可借助小型鏟車即可裝入汽車。這 2 種方式使預(yù)冷機在同一地域或不同地域使用者間實現(xiàn)移動共享，使用便捷。

2 冷水預(yù)冷設(shè)備的性能評估及成本估算

預(yù)冷設(shè)備須提前運達(dá)果園、批發(fā)市場、產(chǎn)品包裝處理場等使用地點，并進(jìn)行電源、設(shè)備維護檢修等工作，檢查制冷劑、設(shè)備試運行狀況，做好正式運行準(zhǔn)備工作。預(yù)冷機預(yù)冷池內(nèi)加入過濾水后，即可開機降溫，待預(yù)冷水溫降至 10 ℃，加入配置好的生物防腐保鮮劑。待水溫降至 3 ℃時，即可進(jìn)入果實預(yù)冷模式。甜櫻桃果實裝入帶孔、帶蓋 （防止果實在水中漂散） 37 cm×25 cm 的 PE 周轉(zhuǎn)箱，直接沒入預(yù)冷池，水注滿箱體，果實與水融入一體，無障礙接觸，同時加大冷水循環(huán)系統(tǒng)，7 min 后，果實品溫降至 3～4 ℃ （可用果實品溫測定儀測定甜櫻桃品溫），取出，瀝去水分，進(jìn)入采后處理模式。

冷水預(yù)冷機處理下甜櫻桃品溫降溫過程見圖 3。

圖3 冷水預(yù)冷機處理下甜櫻桃品溫降溫過程

經(jīng)預(yù)冷機預(yù)冷后的甜櫻桃，果實硬度較未預(yù)冷對照組提高了 21.3%，貨架 7 d 后果實腐爛率下降了19.5%。

建造冷水預(yù)冷機成本投入主要包括制冷壓縮機、散熱蒸發(fā)器、不銹鋼預(yù)冷池 （冷凝板、保溫材料、移動滑輥）、循環(huán)系統(tǒng) （水和冷媒增壓輸送系統(tǒng)）、智能控制系統(tǒng) （溫度傳感器、控制器和顯示器） 及人工等。每臺每小時 1 000 kg 處理能力的冷水預(yù)冷機成本約為 3.6 萬元。

每小時 1 000 kg 處理能力的冷水預(yù)冷機成本估算見表 1。

表1 每小時 1 000 kg 處理能力的冷水預(yù)冷機成本估算/ 萬元

3 結(jié)語

（1） 快速小型冷水預(yù)冷機，特別適用于我國現(xiàn)階段特有的以“家庭或小型農(nóng)村合作社為單元 + 電商”的產(chǎn)銷模式，使用靈活便捷，可在不同使用者間實現(xiàn)移動共享，緩解了目前我國甜櫻桃栽培區(qū)域較為分散的局限性，提高了預(yù)冷機的利用效率。多模塊化設(shè)計，加快預(yù)冷速率，提高了早熟甜櫻桃的日均市場占有率，增加了甜櫻桃均價。

（2） 預(yù)冷方式采用全浸沒冷水散熱，結(jié)合散熱效率高的散熱器，最大限度地提高了預(yù)冷速率，既實現(xiàn)了快速預(yù)冷，又減少了果實在水中的浸泡時間，達(dá)到了果實無傷化、無裂果、快速預(yù)冷的效果。

（3） 預(yù)冷機優(yōu)化設(shè)計及高性能材料的使用，使得設(shè)備運行總體效率提高、更加省工、省電、省力，投資成本也大幅降低 （該預(yù)冷機造價為 3.6 萬元，國內(nèi)同等日處理量的噴淋式預(yù)冷機造價在 10 萬 ～ 12 萬元，比國內(nèi)其他預(yù)冷機造價降低了 2/3 以上）。

（4） 在甜櫻桃果實進(jìn)行預(yù)冷的同時，加入新型復(fù)合植物源殺菌劑，達(dá)到防裂果、抗氧化、抑菌的作用，集成優(yōu)化了果實耐貯性及防腐保鮮商品化處理技術(shù)，進(jìn)一步延長了果品的貨架期，提升了果實品質(zhì)。