我国果蔬低温贮藏保鲜发展状况与展望

发布时间：2024-12-11 08:38

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摘要：综述我国果蔬低温贮藏保鲜发展状况，包括机械冷藏、机械气调冷藏、机械减压冷藏、机械湿冷冷藏和机械冰库冷藏等冷藏场所及设施。介绍数字化与智能化控制、环境友好型制冷工质及制氮方法及多种温度和气调使用形式等保鲜科技及技术支持与新技术开发。提出研究果蔬物流保鲜全程控制体系、完善果蔬冷链流通体系和冷藏库建设以物流现代化为基础的展望。

果蔬低温贮藏保鲜产业是果蔬生产的继续，是可持续果蔬产业发展的重要保证，也是我国目前农业产业结构调整中重点发展的产业。这不仅关系到在全国实施的“菜篮子果盘子工程”的成败，而且还关系到果蔬的品质保持，实现果蔬国际、国内大流通，满足市场供应及人们生活的需要。同时，发展果蔬低温贮藏保鲜产业，对果品和蔬菜的采后增值、保值，农民致富和促进农村的经济发展都具有十分重要的意义。下面就我国果蔬低温贮藏保鲜发展状况进行介绍，并提出展望，作为未来果蔬保鲜工作的参考。

1 冷藏场所及设施发展状况

冷藏场所及装置是果蔬贮藏保鲜最关键的设施，它们的最关键点在于对温度的控制，其次是在特殊构造条件下还能够对气体成分、压力和湿度进行控制，以满足果蔬产品贮藏保鲜的要求。现代低温贮藏主要包括机械冷藏、机械气调冷藏、机械减压冷藏和机械湿冷冷藏等。

1．1 机械冷藏

现代制冷之父—— 澳大利亚人詹姆斯·哈里森(James Harrison)，1851年在澳大利亚维多利亚州季隆市为世界上第一家制冰厂设计并制造了1台小型制冷压缩机及其辅助设备和冰池。这种系统得到迅速发展，几年之后便出现了采用天然物质(如锯屑或软木)隔热而建造的一些机械冷藏库。1879年，冻牛肉从澳大利亚发运到英国，这是世界上易腐食品第一次成功的长距离海上货运。不久，用于苹果和梨的大型机械冷藏库就投产了。这标志着果蔬贮运保鲜进入了现代贮运保鲜的新时代，是果蔬贮运保鲜技术的第一次革命。

我国机械冷藏技术解放前很落后，全国只有3万多吨库容量，解放后有了一定的发展，1955年，我国开始建造解放后第一座冷库，总容量4万吨。1968年，北京建造第一座果品机械冷库。1978年后全国陆续开始建造冷库。据统计，1983年全国冷藏库总容量达246万吨(其中：商业系统185万吨，外贸系统27万吨，水产系统22万吨，供销总社系统l0万吨，轻工系统2万吨)，但用于果蔬保鲜的仅为10万吨(4．1%)。1989年全国冷库总容量达388．5万吨(其中：商业系统305万吨，外贸系统33．5万吨，水产系统40万吨，轻工系统10万吨)，但水果冷藏仅占40万吨(10．3%)，蔬菜冷藏占10万吨(2．6%)。1990年机械冷藏库达417万吨，果品占58万吨(13．9%)，蔬菜达12万吨(2．9%)。

解放后特别是进入20世纪70年代，随着当时计划经济的发展，为确保城市人民果蔬的基本供应，国家商业部门投入了大量资金，在各大中城市的蔬菜、果品公司先后兴建和改建了一大批贮藏果蔬的高温冷库，开创了我国果蔬冷藏的新时代。改革开放时期的80～90年代，是我国由计划经济向市场经济过渡的阶段，各地农村乡镇、农企和个体农民，纷纷贷款或自筹资金，在产地建设蔬菜、果品冷库，开创了我国果品蔬菜产地冷藏的新时代。冷库建设重点已从1985年前以商业部门为主的39万吨总贮量，销地是产地(8．5万吨)的4．6倍，猛增到1985年后转向以农业部门为主的540万吨，产地为销地(49．5万吨)的11倍(1993年统计数字)。之后，北京、沈阳等一些大城市的蔬菜、果品冷库普遍出现经营成本高，效益低，甚至严重亏损、纷纷倒闭的现象。这是我国蔬菜果品等农产品实现以产地贮藏为主的重大战略转移。

1992年，全国冷冻冷藏能力已达500多万吨，其中外资、中外合资和私营冷库约占50万吨，国有冷库450多万吨，分属于内贸、农业、外贸和轻工系统，其中内贸系统冷库容量达300多万吨，占全国总量的60%以上。我国商业系统拥有果蔬贮藏库面积达200多万平方米，仓储能力达130多万吨，其中机械冷藏库70多万吨，普通库为60多万吨。

微型节能冷库是国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津)针对目前产地农业生产的主要经营管理模式和农村家庭经济与技术水平，研究开发的一种操作简单、性能可靠、效果良好的贮藏设施，非常适合产地农民保鲜使用。1998年我国微型冷库建设已超过6 000座，2000年达8 000座，2006年达12 000座，微型节能冷库的总贮量已达25万吨，而且发展的前景非常广阔。

据统计，1980年我国冷藏库总容量为250万吨/次。到2003年底，我国冷藏库总容量已突破700万吨/次，其中，肉食品冷库2002年统计为450万吨/次；果品蔬菜冷库2001年统计为90万吨/次；水产品冷库2001年统计为140万吨/次；其他冷库约为20万吨/次。二十多年来增长了2．8倍。

目前全国已有各类型保鲜库3万多座。

目前世界上冷库总量在100万吨以上的国家有美、日、德、英、意、中等10多个国家，我国已进入冷藏大国之列，但与世界先进国家相比差距仍然很大。用冷库保鲜果蔬，在国外占有相当大的比例，如法国，1981年有1 270万立方米冷库，其中水果收购站冷库为535万立方米，占冷库的42% ，在水果站冷库中，气调库为225万立方米，占水果收购站冷库的42%；美国1980年冷库总容量达1 800万吨，1994年高达3 000万吨；日本1980年达754万吨，1994年高达1 500万吨以上。目前我国冷库总容量已达700万吨以上，我国有13亿人口，目前还不足日本1980年1亿多人口冷库占有量。

目前，在我国以大连冰山集团和烟台冰轮股份有限公司为代表的专业和非专业的制冷和空压设备厂约90多家，能够生产70多种型号活塞式制冷压缩机、150多种型号的冷藏成套设备和若干种型号的离心式与螺杆式制冷机。

1．2 机械气调冷藏

气调贮藏的研究开始于1916年，起源于英国。1916—1920年英国科学家基德(F·Kidd)和韦斯特(C·West)根据前人积累经验进行了系统的研究，其研究成果为气调贮藏库之诞生提供了最初的理论基础，1928年在英国建立了第一座30吨苹果气调库，开创了果蔬气调贮藏保鲜的新时代，这是果蔬贮藏保鲜技术的第二次革命。这一时期，世界各国虽陆续开展了对气调贮藏的研究，但进展缓慢。

第二次世界大战后，气调技术迅速进入应用发展阶段，许多国家越来越多地把气调技术应用于商业性贮藏。但这一时期以前，商业性气调贮藏控制气体成分的方法主要是依靠果实自身呼吸来降低贮藏环境O，的含量，用消石灰或碱液来脱除过多的CO，或装备其他的脱CO，和乙烯装置，其最大缺点是降O，速度慢(20天以上)，有时只得使用氮气瓶将O，排除。直到上个世纪60年代后，才出现机械化气调贮藏，1962年美国研制出一种以丙烷为原料燃烧空气中氧气得到氮气，使气调库迅速降氧，制作成氮气发生器。从此，气调贮藏技术进入了一个新的阶段。美国研制出催化燃烧式制氮机，并配以CO，脱除机，通过燃烧丙烷、天燃气或航空汽油等降O，，然后脱除产生的CO2，但对燃料有严格要求，燃烧后气体需要冷却，费用高，操作复杂，精度要求高。一旦发生故障容易导致灾难性后果，比如汽油燃烧不充分，一旦送进库内，将导致整库果蔬无法上市。70年代荷兰研制出氨裂解式制氮机，与燃烧式有同样的缺点。

与上述方法相比，从取之不尽的空气中直接提取N，的技术路线是极为科学的。空气由78%N，，21% O，及1%惰性气体组成。它是制氮的最大原料来源。很早以前，人们就用深冷法(利用常压下N2和O2的沸点，分别为一196℃ 和一183℃ ，将空气加压深冷液化进行精馏分离)制取O，和N2，其装置复杂，操作麻烦，投资大。20世纪20年代就有研究人员尝试用硅藻土和硅胶作吸附剂分离O2和N ，因分离系数太低而没有工业意义。

变压吸附技术(PSA技术)的第一篇专利文献于1942年7月2日由Kahle博士首先在西德发表，以天然沸石(含钙的硅酸盐)作为吸附剂。直到70年代初西德的Werkbau公司利用西德采矿研究有限公司的碳分子筛(CMS)专利结合PSA技术，研制出第一台CMS制氮装置，使富N2中含O2量降到1%以下。随后日本公害资源研究所在煤中加入少量磁铁矿，提高了氧氮分离能力。许多专家公认PSA—CMS是很经济和最有发展前途的制N，方法。另一种O2和N2的分离方法就是应用膜分离技术制造中空纤维膜制氮机，1992年在美国研制成功，可有效地分离O，和N，，获得高纯N，用于果蔬气调贮藏。中空纤维膜制氮机是继碳分子筛制氮机之后出现的一种最新型制氮机。

我国于1968年开始气调贮藏研究，1976年正式成立我国第一个气调库研建协作组，1978年2月，由北京市粮油食品进出口公司、中国科学院植物研究所、商业部设计院、上海冶金所、山西煤化所、浙江星火仪表厂等单位共同研究20吨模拟气调试验室在北京正式投入使用，这是北京建造的第一座气调库。随即秦皇岛市果品公司和青岛外贸将普通冷藏库改建成大型密闭的气调库。山东省食品分公司也于1979年参加了全国气调贮藏库结构的研究，并在1979年11月建成20吨夹套气调库1座，1980年11月建成100吨夹套气调库1座。不久，在山西省大同市利用人防工程，改建地下气调库1座。

为了进一步发展气调保鲜贮藏，1977年4月，广东省果蔬食品公司从澳大利亚引进100立方米全套气调装置，并于1978年8月正式使用。1979年又由商业部购买2套气调装置在烟台兴建气调库，这3套气调机械对我国开展气调贮藏起到了一定的示范作用。1982年大连粮油食品公司也从澳大利亚引进贮藏能力为5 000吨，其中贮藏苹果的气调库为1 600吨的全套装置，当年建成并投入使用。以上气调库的建成和使用都为我国发展气调保鲜技术及设备提供了有利的条件。

在引进气调库及其设施和改建气调库的同时，我国也加快了气调设备的研制工作。1980年前后，吉林石油化工研究所首先设计制成了我国第一台焦炭分子筛富氮机用于果品气调贮藏。中国科学院山西煤化学研究所研制的DR一4—20型催化燃烧降氧机和配套的TXF一100A型二氧化碳脱除机，于1981年由全国供销合作总社组织鉴定，并在浙江省建德县梅城贮藏设备厂生产，其性能与澳大利亚进口机器相当。中空纤维膜组制氮机1995年在河南郑州市进口安装了第一台。之后，许多气调研建厂家引进美国空气产品集团PERMER公司和DOw 化学公司制造的氮膜分离器，设计并制造出了中空纤维膜组制氮机。上海冶金所等单位先后成功研制的测氧仪、CO，检测仪和合并O，/CO，检测的仪表。之后，许多国内厂家生产出了可精确检测O2和CO2气体的分析仪。

1984年大连机电研究所利用国内与国外配套结合的各项技术设备和材料设计了贮藏500吨容量的气调库(安装在大连华侨农场)，这是我国利用自己的设备设计的第一个气调库，为我国今后大力发展气调库打下了基础。

目前我国气调库使用的设备较发达国家使用的设备先进。如美国气调库多用燃烧丙烷循环降氧，用活性炭脱除二氧化碳；有许多气调库仍沿用消石灰脱除二氧化碳，是将纸袋上打孔的整袋消石灰放在果箱垛堆上部；有些库开始使用碳分子筛和中空纤维膜来气调降氧。而我国气调库多采用碳分子筛和中空纤维膜来气调降氧，这样消除了对贮藏环境和周边环境的污染，使果蔬贮藏更加安全。

我国气调保鲜技术的研究与开发起步较晚，但发展迅速。据不完全统计，我国冷藏库总容量700万吨左右，其中气调贮藏库占3%左右，相当于20万吨贮量。据初步估计，到1999年底，我国已拥有气调库100多座，拥有贮藏容量约10万吨，相当于意大利1968年气调库的拥有量。2006年我国拥有气调库200多座，总贮藏量20万吨左右，相当于美国2004年气调库拥有量的16．7%(美国2004年气调库拥有量120万吨左右)。

目前，气调贮藏已成为工业发达国家果蔬保鲜的重要手段，特别是果蔬贮藏已逐渐由冷藏向气调贮藏发展。这项技术在美国、英国、法国、前苏联、意大利、LI本等国发展较快。如美国在1940—1949年期间，苹果气调贮藏从2．4万箱增加到100万箱，1950—1959年从110万箱增加到395万箱，1972年后每年2 000万箱；加拿大1972年达400万蒲式耳，相当于80万吨贮藏量(1吨相当于50蒲式耳)；意大利1968年气调库已有10万吨容量；法国1965年时只有2万立方米容量，到1967年达23万立方米容量，1970年达到60万立方米，1976年上升为160万立方米，1980年达到210万立方米容量，超过了美国和英国。

我国气调库研制领域的单位主要有20多家，包括大连市机电研究设计院、西安亿事达保鲜工程有限公司、北京市天联科技总公司、烟台天意冷藏设备技术有限公司、天津市森罗科技发展有限公司、中国农业科学院北京福瑞通科技有限公司、北京农丰果袋有限公司气调保鲜工程中心、陕西省苹果气调贮藏技术研究中心、浙江温州瑞气企业空分设备有限公司、中国船舶重工集团公司北京长城无线电厂空分公司、北京双杰保鲜设备技术开发有限公司、天津凯德科学仪器有限公司、北京创文气体设备有限公司和北京中航银燕环保设备工程有限公司等。

1．3 机械减压冷藏

1957年，Workman和Hummel等同时发现，一些果蔬在冷藏的基础上加上降低气压的条件，比常规气调贮藏可明显延长其贮藏寿命。1966年，美国的Burg等人提出完整的减压贮藏理论和技术，这被认为是果蔬贮藏保鲜的第三次革命。之后，许多保鲜专家对多种果蔬进行了实验室减压保鲜研究，都取得了优于常规气调的效果。但由于保鲜时需要将真空度降到正常大气压的1/8～1/10以下，所以库体需承受很大的负压。由于建造商业减压库需要相当大的投资，导致国际上至今尚未在商业上得到大规模应用。

我国包头市农业新技术研究所，通过优化设计降低了建造成本。1991年，内蒙古包头市农业新技术研究所科技人员通过多年的研究，采取在罐体截面内增加系列抗压措施而获得了关键性的减压贮藏罐壁生产的突破，使得罐体容器的造价大幅度减少，质量也大大减轻，成为具有国际领先优势和推广前景的果蔬保鲜新技术之一。1997年世界上第一座千吨级的减压贮藏保鲜库在包头市顺利诞生，它标志着这一新兴产业踏上了工业化的运营道路。该保鲜贮藏系统和装置包括制冷、减压、贮库和调控4大部分，集快速降氧、真空速冻、高温贮藏保鲜、低温低氧冷藏为一体，各工况可迅速置换，冷藏保鲜可以任意选择，使国内特别是珍稀难贮水果和蔬菜的超长期保鲜变成了现实。

在多年研究的基础上，国家农产品保鲜工程技术中心(天津)的研究人员还研制出一种简易小型减压贮藏装置。采用非金属管和塑料膜，根据结构力学和气密原理，研制出减压耐真空容器系统，从根本上解决了大型减压库投资过高的问题，是适合广大农户使用的一种实用减压装置，在冬枣、油桃和樱桃贮藏方面成功实现了规模化商业应用。

由此可见，在可用于商业的大型和微型减压库方面，我国处于国际领先地位。

1．4 机械湿冷冷藏

湿冷技术在20世纪80年代由英国人发明，被广泛地应用于需要冷却的各个领域，特别是水果、蔬菜、花卉的保鲜。由于其创造了低温、高湿(90%～ 100%)的环境，使蔬菜和花卉得以长期保存而不会失去水分。在果蔬和花卉的冷却(预冷)方法中，湿冷技术更有其独到的优势：① 相对于一般的空气冷却，湿冷技术更快而且无干耗。② 相对于水冷却，湿冷技术可节约80%用水量，而且不会导致相互污染。③ 相对于真空冷却，湿冷技术的适应范围更广，而且无干耗。④ 利用湿冷技术的系统相对于所有使用空气冷却器系统而言，湿冷系统无融霜和除霜过程，运行更稳定，更节省能源。

该技术由中国农业大学食品学院和中国农业机械化研究院食品机械研究所共同开发，目前运用湿冷技术已开发了花卉果蔬保鲜展示库；花卉果蔬冷却(预冷)库；小型花卉果蔬保鲜冷库等设备和设施。

1．5 机械冰库冷藏

该方式在日本北海道有应用，主要利用自然冷源。我国某些地方有利用低谷电(电价低)用机械制冷方式制冰蓄冷，用冰降低贮藏库温度进行果蔬保鲜，也有利用自然冷源制冰进行保鲜的。在我国该技术主要研发单位为中国农业大学食品学院。

二目前的科技支持与新技术开发

2．1 数字化与智能化控制

1)冷库数字化、智能化监控系统该系统是一个集传感器技术、控制技术、通讯技术和计算机技术于一体的高科技数字化信息监控系统。它是由温度探头采集部分、数据处理部分和执行电控部分组成。通过通讯协议实现对冷库的远程设置和集中管理，其中控制部分的设置参数分为5类：压缩机设置参数、除霜控制参数、管理参数、显示管理参数和基本配置参数。每个子库内的温度探头放置在每个库体的近冷风机回气侧、近冷风机出气侧和冷风机最远点及果箱内，以此来感应库内温度和实现对整个冷库温度的多点巡检。温度巡检监控系统由温度传感器、CAN转换器、温度中央集中管理系统组成。

2)冷库数字化、智能化控制技术

① 保鲜环境信息采集技术集成针对果蔬保鲜的实际需求，基于有线和无线2种形式，进行环境采集传感器、视频信息采集器的选型与集成和开发，用于环境信息(环境温度、湿度，02浓度，CO2浓度，挥发性气体浓度等)的实时采集与有线和无线传输。

② 保鲜环境信息分析处理系统集成构建相关的环境信息分析处理模块，并依据果蔬的生理特性规律及环境条件，建立用于对所采集的保鲜环境温湿度、o2浓度、co2浓度等环境数据的存储、处理与分析系统，为数字化控制提供信息支持。

③ 保鲜环境与装置智能化、数字化精确控制与管理系统的集成基于网络协议的计算机分布式控制技术、智能决策管理技术、模型技术等，建立果蔬低温保鲜智能化、数字控制与管理系统，实现对保鲜的自动化、网络化、智能化精确控制和管理。

2．2 环境友好型工质

R22作为果蔬保鲜用制冷剂，长期占据着主要地位。但由于对臭氧层破坏和全球变暖的重要影响，《蒙特利尔议定书》对R22的禁用期限做出了明确的规定。目前国际上一致看好的替代物是R407C和R410A。其中R410A为近共沸混合物，温度滑移微小，是R22的理想替代物。在美国和日本，R410A 已成为房间空调和组合空调系统中R22主要替代物。

用于果蔬气调的气调机的作用是消除空气中的氧，产生氮输入贮藏库，所以也叫氮发生系统，有燃烧式、裂解氨式、分子筛吸附和空心纤维膜、空气分离式等形式。但前2种方式对环境有负面影响，而后2种方式不需要任何的燃料，因此，输入贮藏库内的氮气绝对不存在如燃烧生成的二氧化碳、一氧化碳、氧化氮、二氧化硫、乙烯和其他燃烧不彻底的碳氮化合物，是现在普遍使用的制氮方法。其贮藏安全性高，对环境无污染。

2．3 多种技术形式

在果蔬保鲜技术方面，控制温度是最根本的措施。在温度控制的基础上，加上温度和气体成分的控制，可起到保鲜的增效作用。以往的研究只注重温度和气体成分的一般控制，在特殊控制保鲜技术方面的研究则很少，现加强了这方面的研究工作。

在温度方面控制保鲜研究主要包括：冰温保鲜、湿冷技术、逐步降温、间歇升温、温度波动处理、热激处理、冷激处理、二段温度和微冻保鲜及光合冷藏和低温诱导驯化。

在气调方面特殊控制保鲜研究主要包括：0'和Co2平衡气调技术、co2高净化气调技术、CO，低净化气调技术、超低氧气调技术(ULO)、减压气调技术(LPCA)、低乙烯气调技术(LECA)、快速降温降氧气调技术(RCA)、动态气调技术(DCA)、间歇CO2处理气调技术、间歇升温气调技术(1w—CA)、CO2前处理气调技术、初始氧逆境气调技术(IOS)、冰温气调技术与光分气调技术。

三展望

3．1 研究果蔬物流保鲜全程控制体系

为适应果蔬保鲜产业发展的新要求，要开展果蔬物流保鲜全程控制研究，着重开展果蔬生产流通基地建设(采前管理和采收、批发拍卖市场、加工运销、品质检测)、生产流通标准与规程制定与应用(采收标准、质量等级标准、冷链流通运销保鲜技术规程)、冷链流通关键技术及流通模式(产地预冷、冷藏、运销技术及冷链流通模式)、物流过程品质动态检测与跟踪技术(果蔬生命、品质特征识别与挖掘分析、物流动态过程品质检测、物流实时跟踪与货架寿命预测)和冷链流通与营销信息化技术(识别与跟踪信息技术、采集、传输、处理技术集成，智能化与数字化精确控制与管理)、电子批发拍卖、电子交易结算、数据库、信息网与网络交易研究。

3．2 完善果蔬冷链流通体系

为了保持果蔬等鲜活农产品的优良品质，从商品生产到消费之间需要维持一定低温，形成从商品生产到销售整个过程的低温流通体系，在流通、贮藏、运输和销售的一系列过程中实行低温保鲜，以防止果蔬新鲜度和品质下降。这种用低温冷藏技术连贯的体系称之为冷链保鲜运输体系。如果冷链系统中任何一环欠缺，就会破坏整个冷链保藏运输系统的完整实施。因此，在未来的较长一段时间内，实现果蔬的冷链物流仍是今后果蔬流通的重中
之重的工作。

3．3 冷藏库建设以物流现代化为基础

要使冷藏库现代化，重点是提高物流技术在流通领域的应用水平，从“贮藏型”向“物流型”转变，从“冷冻冷藏型”向“低温物流型”转变。冷藏库仅仅是冷藏链的一个环节，而冷藏链是一个低温条件下的物流系统，所以现代化冷藏库必然建立在物流现代化的基础上。传统冷藏库仅仅起到低温仓库的作用，传统的物流只具有后勤保障的观念。现代物流则是以满足消费者的需求为目标，把物料采购、加工制造、贮藏运输和市场营销等各方面综合起来考虑的一项系统工程。

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