基于甜樱桃“最初一公里”小型移动预冷机的研制及应用

王 丹， 张 静

（山东省果树研究所，山东 泰安 271000）

0 引言

生鲜农产品流通从产地到餐桌是一个完整的供应链，涉及采收加储运销多环节，任何一个环节出现问题都会影响整个链条的效率。果蔬采后携带大量田间热和呼吸热，将其降至适宜贮运温度的时间越短，对产品品质保持越有利。因此，预冷作为果蔬供应链中的第一个重要环节，已成为流通过程中保证果蔬品质的首要措施[1-2]。目前，由于预冷设备和配套技术的研发相对滞后，以及设备投资和运行成本较高等因素，果蔬采后预冷在我国仍是冷链的薄弱环节[3-4]。针对我国果蔬采后损耗率高达 20%的现状，国家在“十四五”规划中明显加大对冷链物流的支持力度，产地源头的“最初一公里”成为强化流通链条薄弱环节的关键，由传统冷藏向现代冷链的转变已上升为国家战略[5-6]。

甜樱桃是深受消费者喜爱的新兴珍稀果品，由于其采收期气候湿热，采后呼吸速率较高，果实柔软、多汁等特点，极易受到机械损伤，导致果实腐烂变质[7]。因此，需在采收后的最短时间 内 进行预冷，保证更长的贮运时间和更佳的保鲜品质。试验显示，甜樱桃在没有预冷的情况下，其货架期只有5～7 d，而经过预冷处理后能延长其货架期，销售时间可达 2～3 周[8]，可见甜樱桃预冷的重要性。目前，国内甜樱桃预冷处于起步阶段，仅少量大型商户直接购买国外几千万元的预冷设备，国内可自主制造预冷设备的企业寥寥无几，经济实用的市场需求与供给严重不对称，并存在产品单一、系统复杂、故障率高、造价较高、耗能较大等突出问题。国外果蔬预冷多以滚轴输送的大型自动化生产线规模，因此多采用水喷淋方式，但基本为大投入、大规模，不能适应目前我国甜樱桃产业以农村合作社、电子商务为单元的实际情况[9-10]。因此，亟需研制开发出适合我国甜樱桃产销模式特别是“互联网 +”农产品出村进城和新电商模式下的预冷设备，为实现甜樱桃产地直发“最初一公里”提供保障。

甜樱桃水预冷有喷淋式预冷和直接没入式预冷2 种形式。常见的喷淋式预冷，由于水在重力作用下下落较快，与果实接触时间较短，且果实表面蜡质层具有较强的疏水性，不能充分将冷能传递给果实，一是预冷水过度循环，造成资源浪费，且预冷水在下落过程中造成冷能的大量损失。二是与直接没入式相比，延长了预冷时间，预冷效率降低，耗能增加；另一方面，水在下落过程中冲力较大，会对果品表面造成不同程度的冲击伤害，在运销和货架时不仅影响果品的外观，还会影响其货架期和果品品质[11-13]。为解决上述技术问题，针对我国甜樱桃现有产销模式，研制出一款果品直接没入式小型快速冷水预冷机。

预冷机外观图见图 1。

图1 预冷机外观图

1 冷水预冷机的主要构造及工作原理

直接没入式小型快速冷水预冷机主体结构由制冷机、预冷池及冷凝板、散热蒸发器、智能控制器和循环管路组成。

预冷机主体结构示意图见图 2。

图2 预冷机主体结构示意图

（1） 制冷 机。采 用 涡 旋 式 全 封 闭 制 冷 压 缩 机，与同等制冷量的活塞式压缩机相比其体积小，质量减轻 15%，效率提高 10%，噪音降低 15 分贝。可根据不同冷量需求选用不同型号的压缩机。

（2） 散热蒸发器。制冷机上部为“V”型双面内螺纹胀管铝翅片散热器，即散热片呈两面倾斜式排列，较传统的单面垂直式散热片，在不增加体积的情况下使散热表面积上增加 1 倍，装配成“V”型体状，增大了散热面积，极大地增加了散热速度，提高了效率。使其体积小、质量轻、噪音低、制冷效率高，不占有效空间，安全可靠，环境卫生。顶部装有大功率风机，风向朝没有遮挡和物体阻碍的天空，一定程度上降低了风机阻力，提高了电机效率，增加了散热效力。

（3） 预冷池及冷凝板。预冷池底部设置有盛放介质的冷凝板，材质采用散热系数高的钛钢，不易变性、冷传递较均匀、较铜管薄，自身不消耗冷，冷的利用率高。上面为倾斜式滑辊，果实入口端高于出口端，操作者稍加用力即可实现周转箱从入口到出口的转送，大大降低劳动强度。预冷池内部盛放预冷水，可根据采后不同需求，短期贮藏或直接上市只加入二氧化氯等进行水的消毒即可，中长期贮藏可加入专用杀菌剂。预冷池外层为 XPS 板与聚氨酯复合保温材料，XPS 具有完美的闭孔蜂窝结构，该结构让 XPS 板有极低的吸水性 （几乎不吸水）、低热导系数、高抗压性、抗老化性 （正常使用几乎无老化分解现象），错缝密封，结构无冷桥，减少漏冷，大大提高了效率。

（4） 智能控制器。自控系统采用高精度数字控温仪，通过传感器和数控电路，对制冷系统、水温等进行监测和控制。数字控温仪的控制精度为±1 ℃，分辨率 0.1 ℃。自控系统设计了压力控制电路、温度上下限控制电路、数字仪表控制电路、电子仪表控制电路和即时手控电路等，满足不同条件的需要和保证预冷机温度设定要求。

（5） 循环管路。预冷水池两端各有上下两接水口 （上进下出），管道中间连接循环电机，构成水循环系统；冷媒经制冷压缩机端压缩后，通过冷凝板和散热器进行冷量传递。制冷机、冷凝板及散热器三者通过管道依次循环连接。流通元件总成包括贮液器、气液分离器、干燥过滤器、外平衡热力膨胀阀、截止阀、压力控制器和压力显示表等。阀件等总成全部采用质量较好的进口和合资产品，通过单体检测后装配。

此外，预冷池与制冷系统呈现一体化、可移动共享的结构方式，底部均设置有万向轮，移动方式为转轮式，最大限度地减小设备占地面积，使机身轻便小巧、灵活便捷、不需拆装即可整体移动，果园、宅院、空地均可安置，不受时间和地域限制。适用于短距离拖动、移位，由于机体较为轻巧，长距离运输时可借助小型铲车即可装入汽车。这 2 种方式使预冷机在同一地域或不同地域使用者间实现移动共享，使用便捷。

2 冷水预冷设备的性能评估及成本估算

预冷设备须提前运达果园、批发市场、产品包装处理场等使用地点，并进行电源、设备维护检修等工作，检查制冷剂、设备试运行状况，做好正式运行准备工作。预冷机预冷池内加入过滤水后，即可开机降温，待预冷水温降至 10 ℃，加入配置好的生物防腐保鲜剂。待水温降至 3 ℃时，即可进入果实预冷模式。甜樱桃果实装入带孔、带盖 （防止果实在水中漂散） 37 cm×25 cm 的 PE 周转箱，直接没入预冷池，水注满箱体，果实与水融入一体，无障碍接触，同时加大冷水循环系统，7 min 后，果实品温降至 3～4 ℃ （可用果实品温测定仪测定甜樱桃品温），取出，沥去水分，进入采后处理模式。

冷水预冷机处理下甜樱桃品温降温过程见图 3。

图3 冷水预冷机处理下甜樱桃品温降温过程

经预冷机预冷后的甜樱桃，果实硬度较未预冷对照组提高了 21.3%，货架 7 d 后果实腐烂率下降了19.5%。

建造冷水预冷机成本投入主要包括制冷压缩机、散热蒸发器、不锈钢预冷池 （冷凝板、保温材料、移动滑辊）、循环系统 （水和冷媒增压输送系统）、智能控制系统 （温度传感器、控制器和显示器） 及人工等。每台每小时 1 000 kg 处理能力的冷水预冷机成本约为 3.6 万元。

每小时 1 000 kg 处理能力的冷水预冷机成本估算见表 1。

表1 每小时 1 000 kg 处理能力的冷水预冷机成本估算/ 万元

3 结语

（1） 快速小型冷水预冷机，特别适用于我国现阶段特有的以“家庭或小型农村合作社为单元 + 电商”的产销模式，使用灵活便捷，可在不同使用者间实现移动共享，缓解了目前我国甜樱桃栽培区域较为分散的局限性，提高了预冷机的利用效率。多模块化设计，加快预冷速率，提高了早熟甜樱桃的日均市场占有率，增加了甜樱桃均价。

（2） 预冷方式采用全浸没冷水散热，结合散热效率高的散热器，最大限度地提高了预冷速率，既实现了快速预冷，又减少了果实在水中的浸泡时间，达到了果实无伤化、无裂果、快速预冷的效果。

（3） 预冷机优化设计及高性能材料的使用，使得设备运行总体效率提高、更加省工、省电、省力，投资成本也大幅降低 （该预冷机造价为 3.6 万元，国内同等日处理量的喷淋式预冷机造价在 10 万 ～ 12 万元，比国内其他预冷机造价降低了 2/3 以上）。

（4） 在甜樱桃果实进行预冷的同时，加入新型复合植物源杀菌剂，达到防裂果、抗氧化、抑菌的作用，集成优化了果实耐贮性及防腐保鲜商品化处理技术，进一步延长了果品的货架期，提升了果实品质。