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摘要：為增強氣調集裝箱在極地等特殊環境下的果蔬貯運效用，對現有裝置進行了優化設計。通過調整布局提高空間利用率；優化系統模塊提高降氧效率、實現精確控溫；設置加熱、抗振等輔助措施，提高對寒冷環境的適應性及船用需求。為進一步驗證其性能和保鮮效用，選擇梨、青菜、芹菜、卷心菜作為試驗對象，進行混合貯藏開展了為期45天的保鮮試驗。結果表明，裝置在試驗期間運行良好，受外界環境因素干擾較小。果蔬在貯藏45天后依然具有較高的可食用率（＞85%），可滴定酸、可溶性固形物含量損耗量小于3%，維生素C也得到較好保留（＞60%）。該裝置目前已成功應用于“雪龍2號”極地科考船，在遠洋航行、長途運輸等果蔬保鮮場景中具有良好的應用前景。

關鍵詞：氣調集裝箱；果蔬；貯運；保鮮試驗

作者：過志梅 許金潔 潘怡丹

無錫海核裝備科技有限公司

一

引言

果蔬是居民膳食組成中必不可少的成分，普通人群每日果蔬的攝入需求為500g～850g。而處于極地等特殊環境下的人員，受限于環境條件，飲食結構較單一，長期缺乏新鮮蔬果的攝入，易引發嚴重疾病[1]。為滿足人員果蔬保障需求，通常采取隨船運輸或遠距離投送等形式進行補給。但是新鮮果蔬在自身生理變化、外界因素的刺激或微生物作用下易腐敗變質，增加了果蔬貯運的難度[2]。

目前，果蔬貯運主要依靠氣調冷藏集裝箱進行[3,4]，通過制氮降氧、低溫貯藏、加濕、乙烯脫除、臭氧殺菌等機理，抑制果蔬的生理變化和微生物生長，延長果蔬的貯藏期。但仍面臨一些問題，由于海運時果蔬貯藏需求量大、品種多，果蔬堆積易影響保鮮效果，貯藏時溫度波動較大，易受外界環境因素干擾。對此，不斷有研究對船用集裝箱的設計方案進行優化。祁麗[5]通過優化制冷負荷調控技術，采用孔板穩壓送風方式等設計，有效解決溫度波動范圍大、氣流組織欠佳和應用受限的問題。張曉紅等[6]提出了一種風管均流設計方案，能有效解決冷藏集裝箱高箱標箱混裝的通風問題。李長玉等[7]設計了一種船運冷藏集裝箱冷卻結構，在冷藏集裝箱底部安置多塊復合結構導熱板，可使集裝箱溫度分布更加均勻。花開太等[8]對比普遍使用的電熱除霜方案，發現超聲波+電熱除霜的方案能有效降低能耗和成本、減小溫度波動。

針對極地的極端寒冷環境特點，仍需進一步解決低溫、霜雪、顛簸帶來的不利影響。本研究通過對氣調冷藏集裝箱的結構布局、氣調、冷藏功能進行了優化，增加輔助措施等方式提升集裝箱的環境適應性。

二

裝置優化設計

1.總體結構布置

氣調集裝箱主要由氣調系統、冷藏系統、控制系統、冷庫系統組成，主要性能參數，參見表1。

表1 主要性能參數

為應對使用過程中開庫頻繁、果蔬貯藏環境不穩定的特點，以及抵御外界因素影響，對集裝箱總體結構進行了調整。如圖1所示，設備艙和保鮮艙以密封門相隔，隔板和箱體上覆蓋有保溫層，從設備艙進入保鮮艙時，設備艙可作為緩沖間，避免頻繁進出查看時外界因素帶來的不利影響。設備艙內模塊化安裝控制單元、氣調單元、冷藏單元，合理利用空間結構，便于操作和管理。保鮮艙內設置有貨架、加濕器、溫度傳感器、濕度傳感器等，提供了一個封閉的貯藏空間，具有良好的氣密性、保溫性，為果蔬貯藏提供穩定的環境。

圖1 氣調冷藏集裝箱外形圖和結構示意圖

2.制氮模塊優化

為降低能耗，維持保鮮艙內氧濃度的穩定性，對裝置的制氮模塊進行了優化。制氮模塊通常是利用空壓機壓縮空氣經過冷干機、過濾器成為純凈的高壓氣體，通過氮氣分離膜組件分離出高純度的氮氣，并注入保鮮艙內，將富氧氣體排出到室外。隨著高純度氮氣的注入，保鮮艙內的其他氣體會被擠出艙外，直至氧氣濃度降到指定濃度（如圖2a）。改進后采用真空變壓吸附專用分子篩與干燥劑形成的混合床層，低壓條件下選擇性吸附保鮮庫中的氧氣、二氧化碳和水等雜質，真空條件下對吸附飽和狀態的分子篩進行解吸，從而循環制得高純度的氮氣（如圖2b）。改進后的制氮模塊的組成更簡單，減少了通風接口、結構與外界更封閉從而有效抵御低溫環境。以20英尺集裝箱為例，膜制氮分離技術額定功率需求約7.5kW，真空變壓吸附技術額定功率需求僅0.55kW。從21%氧氣濃度降至5%時（空庫），降氧時間從4h減少至2.5h。

圖2 優化前后制氮模式示意圖

3.冷藏系統優化

為降低溫度波動，實現精確控溫，對冷藏模塊進行了優化。普通冷庫通常采用吸頂式冷風機，頂部空間占用量較大，且在高密度裝載量的情況下，容易造成較大的溫度梯度影響保鮮效果。而通過選用薄型冷風機進行側壁安裝，頂部安裝多孔靜壓箱，將冷風送往天花板處靜壓箱內，冷風通過靜壓孔慢慢送往下方貨架。利用冷空氣下降的特性，通過果蔬筐的間隙送往貨架底部，最后回到冷風機進風口，可實現均勻布風，有效降低保鮮艙內的溫度波動。

圖3 入庫現場照片和最后一次出庫現場照片

4.控制系統優化

為進一步降低能耗，在系統模塊中增設品質優先、能耗優先、動態均衡三種控制模式便于選擇。品質優先指在貯藏過程中一直保持最佳的工作環境參數，相對能耗較大；能耗優先指前期以最佳的溫度和氣體組分條件貯藏，中后期適當提高溫度和氧氣濃度，在保證果蔬品質變化不大的情況下減少能耗；動態均衡則是指全程動態氣調，在整個儲藏過程的氣體組分和溫度依據果蔬無氧呼吸產生乙醇的含量進行動態調整。操作者可根據實際需求選擇使用模式。

5.輔助功能設計

針對極地環境特點，所選用的風機、傳感器、電子元器件等關鍵部件能在-50℃貯存，-40℃正常工作。為避免冷空氣的進入，在開啟氣調或通風等功能時，進入的新風需要經過自帶加熱功能的慣性極、網墊極過濾，用于清除鹽霧、雨雪等不良影響，提高進氣質量，降低對設備的腐蝕。在保鮮艙和設備艙內均布置制熱設備，冷風機、加濕器等裝置內設有電加熱管，防止低溫結冰。

為應對船用運輸、極地破冰需求，提高氣調集裝箱的抗振性能。在振源底部和背部安裝有鋼絲繩減振器，適用于集裝箱吊運要求。設備與箱體，設備與設備之間采用撓性減振措施，有效減緩破冰時振動帶來的影響。保鮮艙內的食品級不銹鋼貨架的背部、底部、頂部均增加固定措施，貨架同時布置有可靈活拆卸的檔桿，防止蔬菜筐滑落。

三

保鮮效果驗證

1.試驗過程

為驗證上述氣調冷藏集裝箱在低溫環境下的運行性能，在室外寒冷環境下進行摸底試驗，試驗期間最低氣溫可達-8℃。挑選新鮮無損、大小相近的梨、青菜、芹菜、卷心菜作為試驗對象，經預冷后裝入鏤空蔬菜筐，每種果蔬各16筐，集裝箱的裝載率達90%，試驗現場如圖3所示。設置運行溫度為2.0℃，濕度為80%，氧氣濃度為6.0%。裝置系統通過溫濕度傳感器、氧濃度傳感器自動檢測和記錄性能參數。果蔬存儲后，前15天（day，d）不開庫，后每隔5天開一次庫，開庫時每種果蔬隨機抽取兩筐進行指標分析。

參照曹建康等的方法[9]，采用稱重法測定可食用率，使用折光儀法測定可溶性固形物，使用氫氧化鈉滴定法測定可滴定酸，使用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定維生素C含量。所用試劑均為分析純，購自于國藥集團化學試劑有限公司。

2.性能參數變化

對試驗期間保鮮艙內環境參數進行監測。當溫度設定值為2.0℃，試驗期間庫溫能維持在(2±1)℃。其中，0.8℃和0.9℃分別出現過1次，在小范圍內出現了誤差。在此期間，出現一次冷藏系統方面的故障報警，第9天時報警提示“制冷排氣壓力高”故障，使庫溫升高到5℃。通過報警提示，在人員干預下短時間內恢復了正常，未對試驗造成影響。當相對濕度設定值為80%時，庫內的相對濕度基本維持在70%～90%之間，這是由于系統自動檢測庫內濕度值，并與系統濕度設定值比較判斷來自動啟停加濕裝置，庫內風機運轉、制氮降氧的運行對濕度產生影響，且加濕系統在短時間內就能達到較高水平，而巡回檢測系統每10min檢測一次，對加濕系統的反饋有時會出現延遲。當氧氣濃度設定值為6.0%時，試驗期間庫內的氧氣濃度能維持在5.5%～6.5%之間。

3.保鮮試驗結果

圖4 試驗期間梨、青菜、芹菜、卷心菜的可食用率變化情況

圖5 試驗期間梨、青菜、芹菜、卷心菜的可滴定酸含量變化情況

圖6 試驗期間梨、青菜、芹菜、卷心菜的可溶性固形物含量變化情況

圖7 試驗期間梨、青菜、芹菜、卷心菜的維生素C含量變化情況

如圖4所示，貯藏初期，四種果蔬在貯藏45天后，梨的可食用率最高，僅出現1.33%的水分損失，未出現有腐爛的個體。芹菜在貯藏期間也僅有少量水分損失，以及少數葉柄變軟現象，貯藏45天后的可食用率可達94.55%。青菜貯藏45天后可食用率達87.41%，有小部分葉片出現發黃、脫落的現象。卷心菜貯藏45天后可食用率達91.82%，只有最外層葉片發黃，內部完好且富有光澤。試驗結果表明，通過該氣調冷藏集裝箱貯藏45天后，能有效抑制果蔬水分蒸發，基本能維持貯藏前新鮮、青翠的狀態，獲得較高的可食用率。

由于果蔬的自身生理活動，采摘后隨貯藏時間延長，果蔬不斷消耗組織中的各項營養成分，可滴定酸、可溶性固形物、維生素C的含量逐漸下降，在氣調、冷藏等環境調控干預下，可有效減少損耗。如圖5所示，試驗果蔬中可滴定酸含量雖然隨貯藏時間的延長而下降，但在貯藏45天后，梨、青菜、芹菜、卷心菜均可維持較高的可滴定酸含量，與初始樣相比其保留率均可大于60%，與文獻所述具有相當的保鮮效果[10]。

如圖6所示，隨貯藏的時間增加梨、青菜、芹菜、卷心菜中可溶性固形物含量降低，但整體損耗較小。貯藏45天后損耗量分別為2.19%、1.56%、1.63%、2.44%，相對初始樣的保留率均大于70%。氣調作用下果蔬呼吸作用受抑制，能有效保留果蔬可溶性固形物含量[11]。

如圖7所示，梨和芹菜中維生素C初始含量相對較低，在貯藏45天后，保留率分別為67.54%和65.54%。青菜和卷心菜中維生素C含量較豐富，前15天維生素C損失較少，而后維生素C損失較明顯。但在貯藏45天后，仍有較高的維生素C保留，保留率分別為77.21%和73.69%，能為食用者提供有效的維生素C補充。

四

結論

本文應對極地等特殊環境條件下果蔬儲運需求，對氣調集裝箱進行針對性優化設計。通過將各項功能系統模塊化安裝，提升了空間利用率。采用真空變壓吸附技術提高了降氧效率，利用多孔靜壓箱促使保鮮艙內均勻布風。并通過增加加熱、抗振的輔助設計進一步提高適用性。性能和果蔬保鮮試驗驗證該裝置在45天貯藏期內對果蔬具有良好的保鮮效用。現有4臺該型號氣調集裝箱成功應用于“雪龍2號”極地科考船。在后續工作中可以此為基礎針對其他惡劣環境進行調整，進一步拓寬應用場景。

參考文獻:

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[11]崔伊,谷雨閣,郭慧媛.不同氧分壓和相對濕度氣調冰箱對4種蔬菜保鮮效果的影響[J].現代食品科技,2023,39(8):133-141.

———— 物流技術與應用 ————

編輯、排版：王茜

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