在冷链物流过程中冷库和冷藏运输是用来保持食品的温度或缓慢地降低食品温度的, 所以通过冷库或冷藏运输设备将食品的中心温度降低到预定温度需要较长的时间。对货架期较短的易腐食品如某些果蔬来说, 这种降温方式不能达到预期目的, 而必须采用专门的设备和系统来快速降低易腐食品的中心温度。采收 (捕捞、屠宰) 后的易腐食品中心温度通过专门的设备和系统快速地从环境温度降至适合温度的过程称作预冷过程。值得注意的是预冷与冷却不同, 冷却是将食品温度降至高于冻结温度的过程, 而预冷包括冷却和快速冻结前的快速冷却工序。

我国冷链物流起步较晚, 发展没有国外完善, 很多国内冷链物流企业及教研单位一般认为冷链物流只包括冷冻加工、冷冻储藏、冷藏运输及冷冻销售等环节, 而忽略了预冷在冷链物流过程中的作用。现在国外比较成熟的看法是冷链物流除上述环节外还包括预冷环节和质量控制环节。

一、预冷的原理

易腐食品特别是新鲜果蔬具有含水量大、呼吸作用旺盛、带有田间热等特点。农产品采摘后前5小时是腐烂变质、商品价值损失最快的阶段。食品未经过预冷直接放在冷藏间或冷冻间需要经过十几个小时甚至几天的时间才能达到预定的温度, 加上食品从农场至加工储藏车间的运输环节往往错过食品保质处理的最佳时期。

快速降温处理对易腐食品显得特别重要, 研究表明果蔬在常温 (20℃) 下延迟1天, 就相当于缩短冷藏条件 (0℃) 下7~10天的贮藏寿命。而且不经预冷处理的果蔬在流通中损失率达到25%~30%, 经过预冷处理的果蔬损失率仅为5%~10%。由此可见, 预冷对易腐食品处理显得特别重要。经过专门设计的预冷设备处理果蔬比在冷藏车、船和冷藏库中的冷却效率要高得多。所以从生物学及经济学角度预冷都是有利的。

二、预冷对食品的保护作用

(一) 去除田间热

田间热是指果蔬食品从田间带入贮藏室内的热量, 果蔬在一定范围内温度升高, 酶的活性增强, 呼吸强度增大, 容易腐烂。田间热可以短时间内对食品品质造成直接影响, 如玉米糖度下降, 竹笋纤维化等。[1]预冷可以使酶的活性降低乃至破坏, 抑制呼吸作用, 同时还可以加大内层组织缺氧。

(二) 减少水分损失率

新鲜的果蔬品含水量基本上占80%左右, 部分果蔬水分流失3%以上即会出现萎缩现象, 影响品质和卖相。西洋梨采摘两天后冷却处理水分损失5%, 三天后冷却处理水分损失10%, 一些敏感的食物如草莓预冷推迟2个小时其食用性会降低15%左右。

采摘后的果蔬由于携带田间热, 温度要比储藏温度高, 温差会影响果蔬内外的水压差, 水压差的大小直接影响果蔬水分的蒸发速度。蒸腾作用随温度的降低而减弱, [2]如将20℃的果蔬贮藏于0℃环境中, 果蔬内部比外界环境水蒸气压要高, 水分由果蔬蒸发到环境中, 将预冷冷至0℃的果蔬贮藏在0℃环境中, 果蔬内部与环境水蒸气压相等, 果蔬就不会发生失水。

在冷链运输中未经预冷的果蔬蒸腾失水会使车厢内湿度大, 容易在车厢顶部凝结大量水滴, 水滴滴在包装箱或产品上, 对运输不利。预冷后的果蔬就能避免此类现象发生, 也有利于储藏、运输工具内部保持较好的温湿度。

(三) 降低呼吸率

呼吸作用会使储存的养分如碳水化合物、脂肪等转化为能量并以热能方式散发出去。较高的温度会使呼吸作用加快, 营养流失速度上升, 产品容易老化、腐败并且不易储存。刘伟等探讨了不同温度下草莓、水蜜桃等呼吸率的变化, 表明温度越低水蜜桃、草莓的呼吸速率变化越小, 低温能够降低果蔬的呼吸率。[3]研究表明快速预冷能够抑制果蔬收获后的呼吸率, 延长储存寿命, 对食品冷链过程中的品质有较好的帮助。[4]

(四) 抑制酶的活性

生物酶是细胞催化各种生化反应的有机物, 一般来说酶的活性越高生物体的新陈代谢越快, 营养物质流失越严重。在一定范围内温度越高酶的活性越强, [5]生物体内化学反应越快。低温同样也能降低酶的活力, 使酶促的生化反应速度下降, 预冷能使SOD、CAT等酶的活性明显降低, 延迟POD酶的活性升高的时间。[4]预冷可以通过低温保持酶的活力, 维持产品的商品性。

(五) 抑制微生物生长繁殖

1.抑制生长繁殖温度对微生物的影响比较广泛, Olivia J.Mc-Questin等的研究表明, 对食品滋生菌影响除了PH值和水的活性, 温度是影响植物性微生物在食品中失活的一个关键因素, 通过实验表明温度对微生物的影响可能与微生物的物种无关。[6]聂建波等通过不同温度对青椒流通过程中微生物影响的研究表明, 9℃条件下能够控制大肠杆菌的繁殖和保持较好的品质。[7]不同的降温速度也会对微生物产生影响, 降温速度越快微生物内部生化反应越会遭到破坏, 微生物的死亡率就越大。没有预冷的冷链食品温度下降得比较缓慢, 微生物失活率也比经过预冷环节的冷链食品低。

低温对微生物的影响主要是作用于酶的活性, 酶活性下降促使微生物内部物质代谢过程的各种生化反应降低, 从而使得微生物的生长繁殖速度下降。微生物内部的各种生物化学反应对温度的要求是不一样的, 当食品预冷处理时微生物内部各种酶促的生物化学反应按照自身对温度变化的系数发生变化, 这种变化打破了细胞内部原有的一致性和协调性, 这种改变会在降温过程中不断扩大, 类似“牛鞭效应”链式反应。

低温对微生物的影响还表现在对细胞内物质的改变上, 当温度降低微生物内部蛋白质会发生凝固变性, 这种变化甚至是不可逆的, 此外还会使得细胞内原生质浓度增加, 交替脱水等变化, 这些变化同样可以引起蛋白质变性, 影响微生物的物质代谢。

另外当预冷温度较低时微生物内部游离水分会形成冰晶, 冰晶除了会对微生物产生机械性的破坏作用外还能进一步使细胞内溶质浓度增加造成质壁分离, 加剧蛋白质变性程度。但是当微生物内部冰晶形成时, 食品细胞内也会形成冰晶, 这种伤害同样会发生在预冷处理的食品上, 为保证食品的品质在预冷处时应避免此种现象发生。

2.抑制毒素的产生

毒素含量也是评价食品质量的一个指标, 微生物只有在一定条件下才能产生毒素, 影响微生物产生毒素的包括营养条件、水分含量、PH值、温度等外界条件, 也包括微生物的自身因素。每种微生物产毒的条件也不一样, 对于温度来说微生物生长繁殖的最佳温度 (20℃~35℃) 也是其产毒的最佳温度。通过快速预冷处理, 使微生物的活性迅速下降, 抑制微生物生长繁殖的同时也抑制了其毒素的产生。侯海峰等通过对黄绿青霉菌在不同温度、PH值和湿度条件下的产毒分析, 发现高温条件下是低温条件产毒的2倍以上。[8]低温处理使食品微生物体温迅速降低, 产毒能力下降, 避免了食品质量问题的出现。

(六) 防止乙烯的不良影响

乙烯是植物生长过程中产生的调节生长、发育和衰老的植物激素, 果蔬在发育期间会产生微量乙烯, 在果实未成熟时乙烯含量很低, 在果实进入成熟采摘后乙烯产量出现高峰, 在乙烯产生的同时果蔬会出现淀粉、可溶性糖、果胶等各种物质变化, 综合表现出后熟现象。对于易腐食品尤其是果蔬农产品的储运来说应该避免这种现象, 采用相应的措施延续果蔬的后熟, 延长贮藏寿命和货架期。

影响易腐农产品乙烯释放的因素很多, 主要包括品种、温度、成熟度、储运条件以及化学处理等。低温预处理是降低易腐农产品乙烯释放的有效手段, 不论是对猕猴桃、苹果、梨、桃、哈密瓜等果实食品还是对白菜等根叶蔬菜都有较好的降低乙烯释放效果, 此外预冷处理还可以降低小麦、水稻、大葱和油菜种子的乙烯释放。鸭梨的乙烯释放高峰在在0℃下贮存比20℃条件下推迟15天, 从而大大延长了果实的保质期。

(七) 阻止营养流失

常温条件下随着食品储存时间的延长, 食品的营养成分会慢慢发生变化, 淀粉酶、蛋白酶及酯酶都比较活跃, 淀粉被水解为麦芽糖和糊精, 蛋白质也水解为氨基酸, 营养价值下降。畜禽肉在酶和微生物的作用下腐败变质产生组胺、酪胺和色胺等有毒物质。常温储存维生素的变化最大, 绿色蔬菜在室温下贮存数天维生素损失殆尽, 青豆储存7天后, 维生素C减少77%, 苹果在常温下储存2~3月后维生素C含量减少到原有的1/3。

通过预冷处理的食品可以明显抑制酶催化和微生物的腐败作用, 夏洛特·哈蒂称通过对37种食品研究发现, 新鲜食品和冷冻食品在营养价值上没有大的差别。[9]冷藏半年以上的猪肉含有蛋白质为22.43%, 脂肪1.73%, 无机盐1.16%, 水份73.8%, 与新鲜肉几乎一样。冷冻处理的易腐食品维生素含量下降也比较小, 柑桔冷藏半年维生素C的损失近5%~10%, 浓缩桔汁在-20℃保存一年, 维C损失仅为2.5%。[10]

(八) 提高经济效益

通过快速预冷的食品去除了添加热, 降低了农产品的呼吸速率, 进入冷链物流运输和储存环节维持预冷温度即可, 这样就可以降低冷藏运输车和冷藏库的运行负荷。预冷的食品入库堆货时可以不用考虑新旧食品的温差, 节约管理资源。预冷处理的冷藏食品还可以保持原有的营养价值, 抑制微生物的腐败作用, 改变食品原有的时间和空间限制, 这样就提高了易腐食品的附加价值, 提高了经济效益。

预冷是冷链物流过程中比较重要而且特别容易忽略的一个环节, 预冷与否和预冷质量的高低直接影响冷链物流的质量和食品的品质。预冷可以保障整个冷链物流过程的安全有效。要改变我国冷链物流的现状, 除了解决冷藏运输工具落后、冷库发展水平低和缺乏发展有影响力的第三方冷链物流等各环节外, 解决我国目前预冷环节薄弱状况也是冷链物流行业应该重视的一个问题。