蘋果采后預(yù)冷技術(shù)研究進(jìn)展

胡志芳 黃國嫣 馬勉娣 張 丹 馬 靜 程安富

我國是蘋果生產(chǎn)和出口大國， 根據(jù)《2021年度中國蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年我國蘋果種植面積3 132.12 萬畝， 產(chǎn)量4 597.34 萬t，種植區(qū)域覆蓋20 個省市自治區(qū)。在溫帶和寒冷地區(qū)，蘋果采收是季節(jié)性的，必須將部分采收后的蘋果貯存6 個月以上以供全年使用。 蘋果是呼吸躍變型果實， 采收后果實新陳代謝仍未停止， 呼吸作用旺盛， 會導(dǎo)致果實品質(zhì)持續(xù)下降、營養(yǎng)成分流失。 有研究表明，預(yù)冷處理可將損失率從25%～30%降低至5%～10%。 預(yù)冷是果蔬進(jìn)入冷鏈的首要環(huán)節(jié)，通過預(yù)冷將果實由采收溫度快速冷卻至貯藏與運輸溫度， 可以延緩果實中各種酶的活性， 抑制生化反應(yīng)。 預(yù)冷處理的方法有多種， 常用的有水預(yù)冷、 空氣預(yù)冷、真空預(yù)冷。我們梳理總結(jié)了蘋果采后幾種常見預(yù)冷處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀， 并展望了未來發(fā)展方向， 以期為蘋果采后貯藏和保鮮提供參考。

1 水預(yù)冷

水預(yù)冷是一種簡單有效的預(yù)冷處理方法，包括冷水預(yù)冷和冰水預(yù)冷， 其中冰水預(yù)冷主要用于漁業(yè)。 水預(yù)冷技術(shù)主要是利用水的高導(dǎo)熱性和蒸發(fā)冷卻效應(yīng)快速降低農(nóng)產(chǎn)品溫度。 一方面水的導(dǎo)熱性高，能夠迅速傳導(dǎo)熱量，從農(nóng)產(chǎn)品表面吸收熱量，傳導(dǎo)到水中，達(dá)到快速降低農(nóng)產(chǎn)品溫度的作用。 另一方面是利用水的蒸發(fā)冷卻效應(yīng)，將農(nóng)產(chǎn)品浸入冷水中，水分子會蒸發(fā)成水蒸氣，從而帶走熱量。將新鮮采摘的果蔬浸泡在冷水中，可以迅速降低果蔬的溫度，從而抑制果蔬的呼吸作用和水分流失，有效延長保鮮期。從20 世紀(jì)40 年代開始， 水預(yù)冷技術(shù)逐漸在農(nóng)產(chǎn)品采收和運輸過程中被應(yīng)用。

Vivaldi 等使用水預(yù)冷技術(shù)對金冠蘋果進(jìn)行預(yù)冷處理，發(fā)現(xiàn)水預(yù)冷可有效降低蘋果的溫度，減緩果實老化， 從而保持蘋果的新鮮度和香氣化合物的含量。孫燕霞等發(fā)現(xiàn)，“黃金富士”蘋果采后入庫前進(jìn)行0 ℃低溫水預(yù)冷， 可以延緩果實硬度降低， 延遲果皮失水皺褶時間。 研究人員采用水預(yù)冷技術(shù)對兩個不同蘋果品種進(jìn)行處理研究， 結(jié)果表明： 水預(yù)冷可以延緩果實的老化和褪綠， 同時保持蘋果中富含的抗氧化物質(zhì)和維生素等成分。 Wijewardane 等研究發(fā)現(xiàn)，用冰水和氯化鈣混合液對采后蘋果預(yù)冷處理30分鐘后，果實腐爛率降低至4.69%，優(yōu)于冰水預(yù)冷效果（7.03%）。沈元楓等在蘋果采后保鮮實踐中設(shè)計了一個為小型氣調(diào)庫配套的簡易水浸式預(yù)冷裝置， 運用數(shù)學(xué)分析法確定了水預(yù)冷處理時間。

水預(yù)冷技術(shù)的主要優(yōu)點是預(yù)冷速度快、裝置結(jié)構(gòu)相對簡單， 可有效防止果實中水分的流失。 但水預(yù)冷技術(shù)需要在短時間內(nèi)提供足夠的冷量維持預(yù)冷水溫度恒定， 因此會產(chǎn)生較高的能耗和水資源消耗。另外，蘋果采摘后可能帶有病菌，水的循環(huán)利用會導(dǎo)致病菌傳播，而通過添加防腐劑或消毒劑雖然可以抑制部分病菌，但又會產(chǎn)生新的食品安全問題。

2 空氣預(yù)冷

空氣預(yù)冷是一種常見的果蔬采后保鮮技術(shù)。果蔬被放置在通風(fēng)良好的預(yù)冷設(shè)備中，冷空氣通過通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生對流， 帶走果蔬周圍的溫?zé)峥諝?，從而迅速降低果蔬溫度?？諝獾母邔?dǎo)熱性使其能夠快速吸收果蔬熱量， 加速果蔬溫度下降。同時，果蔬表面的水分在流動的冷空氣下蒸發(fā)，也能帶走一定的熱量。

空氣預(yù)冷包括冷庫預(yù)冷和壓差預(yù)冷。 有研究表明， 冷庫預(yù)冷所需時間是壓差預(yù)冷的10～14 倍，并且壓差預(yù)冷處理的蘋果在貯藏期間失重率較低，果實軟化和PG 酶活性有效降低，貯藏過程中果實腐敗率顯著降低。 壓差預(yù)冷是目前應(yīng)用最廣泛的一種果蔬預(yù)冷方式。

眾多學(xué)者應(yīng)用壓差預(yù)冷技術(shù)對蘋果進(jìn)行了采后預(yù)處理研究， 通過優(yōu)化送風(fēng)溫度、 送風(fēng)速度、 送風(fēng)方式、果箱開孔大小、周轉(zhuǎn)箱間距等條件， 提高預(yù)冷均勻性、 預(yù)冷速率， 評估處理后蘋果的硬度、 顏色、 可溶性固形物含量、 病害發(fā)生率等指標(biāo)， 以研究壓差預(yù)冷技術(shù)對蘋果品質(zhì)的影響。

2.1 送風(fēng)溫度 調(diào)整送風(fēng)溫度可影響蘋果的冷卻速度、蒸騰速率和貯藏品質(zhì)。 有研究表明，送風(fēng)溫度對預(yù)冷速率的影響非常顯著。Baranyai L. 等采用1 ℃和4 ℃的壓差預(yù)冷處理以及施用1-甲基環(huán)丙烯（1-MCP）處理，6 個月內(nèi)可有效減緩蘋果在貯存期和貨架期的軟化率，并推薦在1 ℃下進(jìn)行蘋果預(yù)冷處理。不同的是， 楊培志等建議壓差預(yù)冷的送風(fēng)溫度不宜低于2 ℃。一般來說，送風(fēng)溫度降低可以加快冷卻速度，減緩果實呼吸作用和蒸騰速率，然而過低的溫度可能導(dǎo)致果實冷害或凍害。因此，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)蘋果品種、成熟度、貯藏要求等因素選擇合適的送風(fēng)溫度， 以實現(xiàn)最佳的壓差預(yù)冷效果。

2.2 送風(fēng)速度 送風(fēng)速度對蘋果預(yù)冷均勻度有顯著影響。 一般認(rèn)為提高送風(fēng)速度可以加快冷卻空氣與蘋果表面的熱交換速度， 從而加快蘋果冷卻速度。 但陳存坤等研究了冷庫內(nèi)不同風(fēng)速對富士蘋果降溫速率的影響， 發(fā)現(xiàn)從低風(fēng)速到中風(fēng)速降溫速率提高幅度大， 但從中風(fēng)速到高風(fēng)速則提高降溫幅度相對較小。 韓佳偉等的研究結(jié)果也用三維實體模型證實， 在對富士蘋果壓差預(yù)冷過程中， 送風(fēng)速度超過2.5 m/s后，制冷時間、冷卻速率、冷卻均勻性均無顯著改善。金滔等的研究結(jié)果卻表明，最佳送風(fēng)速度約為2 m/s。 可見，壓差預(yù)冷過程中送風(fēng)速度并非越高越好，適宜的送風(fēng)速度需要根據(jù)品種、成熟度、貯藏條件等因素來調(diào)整。

2.3 送風(fēng)方式 送風(fēng)方式影響冷卻速度和均勻性。常見送風(fēng)方式包括水平送風(fēng)和垂直送風(fēng)。水平送風(fēng)比較常見，可以實現(xiàn)較好的空氣流動，使蘋果表面和內(nèi)部都能得到較為均勻的冷卻。但金滔等認(rèn)為， 垂直送風(fēng)方式具有更好的冷卻效果。王達(dá)等以紅富士為研究對象，通過建立壓差預(yù)冷數(shù)學(xué)模型， 研究雙向交替送風(fēng)方式對預(yù)冷效果的影響， 發(fā)現(xiàn)雙向交替送風(fēng)對預(yù)冷時間影響較小，但對預(yù)冷均勻性影響較大。

2.4 包裝箱 包裝箱的設(shè)計和材質(zhì)會影響壓差預(yù)冷的效果和蘋果的保鮮品質(zhì)。有研究發(fā)現(xiàn)，增大包裝箱襯墊與箱壁間空隙寬度可以改善箱內(nèi)氣流分布， 增強預(yù)冷效果， 同時減低預(yù)冷能耗。 而且， 蘋果周轉(zhuǎn)箱間距越大， 預(yù)冷速度越快， 冷卻均勻度越好。 王達(dá)等研究發(fā)現(xiàn)， 在包裝箱進(jìn)出口壓差一致的前提下， 開孔直徑與預(yù)冷時間呈負(fù)相關(guān)， 與預(yù)冷能耗呈正相關(guān)， 與預(yù)冷均勻程度沒有明顯的函數(shù)變化關(guān)系， 但隨開孔直徑變化， 最大的不均勻程度變化率達(dá)到17.37%。

2.5 熱質(zhì)交換模型的構(gòu)建 何暉等針對蘋果壓差預(yù)冷問題， 建立了預(yù)冷過程包裝箱的傳熱模型， 分別采用數(shù)值計算和實驗的方法進(jìn)行了研究。 宮亞芳通過構(gòu)建包含包裝箱體、內(nèi)部襯墊和蘋果的真實三維物理模型，利用流體力學(xué)方法對蘋果預(yù)冷過程中冷空氣的流動及其與蘋果的傳熱過程進(jìn)行了詳細(xì)研究，分析了呼吸熱及蒸發(fā)熱對包裝箱內(nèi)蘋果預(yù)冷效果的影響。 Gong Y F 等基于蘋果冷鏈物流常用集裝箱建立了三維模型，采用直接計算流體動力學(xué)（CFD）模擬方法對預(yù)冷過程進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在不改變箱體設(shè)計配置參數(shù)情況下，適當(dāng)加寬間隙是提高預(yù)冷效果的有效途徑，對于選定的雙層封裝，間隙寬度最佳增量約為0.01 m， 冷卻時間可降低18.8%，冷卻均勻性可提高16%， 同時能耗可降低21.6%。喬靜等基于動態(tài)熱平衡理論，通過建立降溫過程中溫度隨時間變化的數(shù)學(xué)模型，研究蘋果預(yù)冷過程中的降溫規(guī)律，發(fā)現(xiàn)送風(fēng)速度、果品初始溫度對降溫效果影響較大。

壓差預(yù)冷的優(yōu)點是降溫速度快， 能夠有效保持蘋果品質(zhì)，減緩果實軟化、腐爛。 壓差預(yù)冷設(shè)備可以實現(xiàn)自動化控制， 根據(jù)蘋果的實時狀態(tài)和環(huán)境條件調(diào)整冷卻參數(shù)， 提高預(yù)冷的穩(wěn)定性和一致性，但對于小規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)來說，設(shè)備投資和維護(hù)成本較高。

3 真空預(yù)冷

真空預(yù)冷也稱真空冷卻或真空降溫， 基本原理是將果蔬放置在真空室中， 將室內(nèi)壓力降至較低水平，使果蔬表面水分蒸發(fā)，帶走熱量，從而達(dá)到降溫效果。 真空預(yù)冷技術(shù)廣泛應(yīng)用于水果、蔬菜和花卉等農(nóng)產(chǎn)品保鮮，相比傳統(tǒng)冷卻方法降溫速度更快， 同時能夠減少果蔬表面失水，更好地保持果蔬的質(zhì)量。

真空預(yù)冷技術(shù)的優(yōu)點是冷卻均勻、 快速高效、干凈衛(wèi)生，但適用范圍相對較小，因為預(yù)冷過程會導(dǎo)致果蔬部分失水， 對水果預(yù)冷優(yōu)勢不明顯， 目前還未見真空預(yù)冷在蘋果上的應(yīng)用報道。 另外，真空預(yù)冷設(shè)備投資和維護(hù)成本較高。

4 總結(jié)與展望

蘋果采后預(yù)冷技術(shù)主要有水預(yù)冷、 壓差預(yù)冷、真空預(yù)冷等，盡管預(yù)冷方式不同，但最終都需要達(dá)到快速降低果實溫度， 減緩果實呼吸作用和生理代謝，抑制果實老化成熟，從而延長果實貯藏壽命的目的。 不同預(yù)冷方式本身并無優(yōu)劣之分，但應(yīng)用領(lǐng)域有差異，比如壓差預(yù)冷在蘋果采后預(yù)冷中具有明顯優(yōu)勢。

預(yù)冷效果受多種因素影響，包括預(yù)冷溫度、預(yù)冷時間、蘋果品種及采收質(zhì)量、設(shè)備性能等，通過優(yōu)化預(yù)冷條件， 可以顯著延長蘋果的貯藏壽命，同時降低能耗。

蘋果采后預(yù)冷具有重要研究價值和實際應(yīng)用意義。在未來研究中，可結(jié)合蘋果品種特性進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)冷參數(shù)； 與其他果蔬保鮮技術(shù)相融合，提高果實貯藏壽命和保鮮效果；通過前期數(shù)據(jù)模型構(gòu)建和實驗數(shù)據(jù)驗證，開發(fā)新型設(shè)備，實現(xiàn)智能化控制。