《产地预冷库操作技术规程》编制说明

《产地预冷库操作技术规程》农业行业标准编制说明一、工作简况（包括任务来源、协作单位、主要工作过程、标准主要起草人及其所做的工作等）（一）任务来源本标准的制定任务来源于《关于下达2021年农业行业标准制修订项目计划的通知》第37项，项目名称为制定《产地预冷库操作技术规程》，合同编号为：125C0701。本标准主要起草单位为中华全国供销合作总社济南果品研究院、山东省鲁商冰轮建筑设计有限公司、宁夏巽坤合巨农业开发有限公司、中国供销集团延长果业有限责任公司、中车石家庄车辆有限公司、农业农村部规划设计研究院、浙江大学、山东省农业科学院、天津捷盛东辉保鲜科技有限公司、山东建筑大学、山东省烟台市农业科学研究院等。由中华全国供销合作总社济南果品研究院主持承担产地预冷库操作技术规程制定任务，本标准由农业农村部市场与信息化司提出，由农业农村部农产品冷链物流标准化技术委员会归口。标准起草首席专家为杨相政副研究员。（二）标准制订的意义我国是世界果蔬第一生产国，2019年我国果蔬总产量超12亿吨，在满足自身供应的同时，中国生产的果蔬还大量出口。尽管我国果蔬产量居世界第一，但与此极不相称的是我国果蔬产后处理技术落后，水果产后损失率达20%左右，蔬菜产后损失率达25～30％，每年损失总价值达1000亿元人民币以上。而欧、美、加、日等发达国家在果蔬产地采后大多采用以压差预冷和真空预冷方式为主的果蔬采后专用预冷装备预冷和应用冷链物流技术，果蔬冷链流通率均达到95%以上。美国的果蔬在采摘、预冷、贮藏、运输等物流环节的损耗率仅有2%～5%。我国的果蔬冷链物流与国外发达国家仍存在很大差距，我国的冷链物流发展相对缓慢，一是缺乏以压差预冷和真空预冷方式为主的果蔬产地专用预冷装备，二是产地专业预冷操作技术和工艺缺失，且人们普遍存在普通预冷库就是冷库的误区，普通贮藏库被用作预冷库的现象严重，由于预冷库和贮藏库在制冷能力、换热方式、用途上有较大的差别，采用传统的冷库预冷操作技术规程导致果蔬预冷率和效率极低，预冷时间长达24小时以上，造成了果蔬腐烂率高和冷链流通率低等问题，严重的限制了我国果蔬产业的发展。目前还没有专门的预冷库标准，产地冷库从预冷降温性能、预冷操作上没有统一的标准，造成了预冷效率低下，冷链腐损率高。鉴于此，制定一套详细的产地预冷库操作技术规程生产的行业标准，对于生产设备的规范化以及质量的保障有着至关重要的作用。可以促进我国果蔬生产的持续发展，提高我国农业的国际竞争力而且还可以有效地增加农民收入。（三）主要工作过程1、2021年1月~6月调研和资料开展专业预冷库现状的调研和资料的查询借鉴通过调研相关企业、政府和主要用户，对其预冷库现状和存在的问题进行总结梳理，针对各环节存在问题、关键控制点和关键技术，进行文献资料查阅和系统试验研究，为标准的编写取得行之有效的科研数据支撑。2、2021年7月~9月标准起草通过前期的调研、资料查询和相关实验研究，对标准的结构、技术要求、试验方法等进行全面探讨，进行样品采集，对各技术指标进行实验检测，验证，形成标准草稿，形成征求意见稿。3、2021年10月~12月征求意见通过相关行业征求意见，发送“征求意见稿”的单位数25家以上，整理相关专家反馈修改意见后，对反馈意见进行汇总分析，经过修改后，完成标准送审稿并提交上报。4、2022年1月审定报批召开《产地预冷库操作技术规程》标准审定会，根据审定会专家意见，对标准进行进一步修改完善，形成报批稿报批。（四）标准编制小组成员及工作二、标准编制原则和确定标准主要内容的依据（一）编制原则1、以法律法规为依据遵循《食品安全法》和《食品安全法实施条例》关于食品安全标准的规定，并符合国家有关食品安全、质量、标识标签、计量、食品生产许可管理的规章及规范性文件。2、遵从企业实际原则标准起草过程中，多次到生产企业进行调研，充分听取企业意见，熟悉企业实际操作流程，在满足食品安全的前提下，充分反映企业实际，做到标准为企业服务。3、先进性、科学性、可操作性、实用性相统一原则严格执行GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》中有关标准编写方面的标准。本标准的编写制定过程中以规范产地预冷库操作技术规程和保证产品品质总原则。遵循了标准制定过程中的先进性、经济性和适用性原则。在标准的制定过程中严格遵循国家有关方针、政策、法规和规章，严格执行强制性国家标准和行业标准。在标准制定过程中力求做到：技术内容的叙述正确无误；文字表达准确、简明、易懂；标准的构成严谨合理；内容编排、层次划分等符合逻辑与规定。（二）标准主要技术内容确定依据本标准的主要内容是根据我国预冷设备有关的国家和行业标准制订情况，结合近年来国内外高校、科研院所、企业实际操作过程关于果蔬风冷预冷研究成果、学术论文和生产现状，并参照相关标准而提出。1、标准内容本标准规定了产地预冷库的术语和定义、型式和基本要求、入库前准备、入库、预冷、出库等操作技术要求。

本标准适用于果品、蔬菜、食用菌等产品的产地预冷库操作。2、关键内容提出依据（1）型式设备型号是产地冷库重要组成之一，对于冷库形式进行规定说明，有利于冷链标准化体系的建设。（2）基本要求主要针对产地预冷库的设计、空载降温性能、满载降温性能测试、施工及验收进行了要求，其中冷库设计和施工验收主要是依据现行的国家标准要求，空载降温性能、满载降温性能测试的时间依据是考虑到果品蔬菜等生鲜农产品的特性和调研及实验报告得出。（3）入库、预冷等关键环节参数本标准规定了包装箱开孔、码垛、风速设置、风压选择等关键环节参数，都是根据企业调研、实验数据综合给出，其中详细的参数依据会在第三部分一一说明。三、主要试验（或者验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期效果；在本标准制订过程中，对产地预冷库关键操作环节展开了有针对性性的研究说明。空载降温性能数据分析预冷库的空载降温性能应达到GHT1239果蔬风冷预冷装备中规定的III级以上标准，即：5~10min。空载降温时间是预冷库制冷能力的主要指标，降温时间慢则入库后影响预冷时间，考虑综合果蔬集中采收时间，采收地区的平均室外温度，因此将规定了产地预冷库空载降温时间要达到III级以上标准。表1主要城市的夏季平均温度城市夏季空调日平均干球温度（℃）城市夏季空调日平均干球温度（℃）北京29.60郑州30.20天津29.40武汉32.00石家庄30.00长沙31.60太原26.10广州30.70呼和浩特25.90海口30.50沈阳27.50南宁30.70长春26.30重庆32.30哈尔滨26.30成都27.90上海30.80贵阳26.50南京31.20昆明22.40杭州31.60西安30.70合肥31.70兰州26.00福州30.80西宁20.80南昌32.10银川26.20济南31.30乌鲁木齐28.30满载降温性能数据分析及报告满载降温性能的指标根据产地预冷库的形式进行区别设定。产地预冷库主要是分为普通产地预冷库和压差普通产地预冷库和压差产地预冷库。差别如图所示：图1普通产地预冷库图2压差产地预冷库普通产地预冷和压差预冷库的主要区别是库内通风方式不一样，普通预冷库主要是通过冷风机驱动库内气流循环。压差产地预冷库是专门设置压差风机，利用压差风机在外包装箱的两侧造成压力差，使冷空气强制从外包装箱内部通过，直接与箱内果蔬接触的强制对流换热预冷方式。标准文本中规定了普通产地预冷库满载降温时间不大于12h，压差产地预冷库的满载降温时间不大于8h。一是考虑到预冷时间过长会影响产品品质，二是为产地预冷库制冷冷负荷确定提供设计依据。预冷时间和预冷风速、预冷温度、预冷对象形状有关，为更好地进行标准的制订，近些年在山东、江苏、新疆、广州、海南等果蔬主产区进行了产地预冷实验，主要品种对象有蓝莓、樱桃、桃、苹果、草莓、秋葵、芦笋、葡萄等。当预冷对象确定时，总结预冷时间的关系式，如公式（1）（1）其中C为冷却系数，是产品和介质之间改变单位温度时变果实的温度变化率，min-1，J为滞后因子，其主要与果品自身的性质有关。目前许多学者已经对其进行了一定的研究，韩佳伟以苹果为例，得到了送风速度在0.5m/s~3m/s的函数关系式；Tan对荷兰黄瓜强制通风预冷试验研究得到了送风速度在0.75m/s~1.75m/s的函数关系式；Dincer等以桃、杏与李子三种球形果蔬为实验材料，得到了预冷质量在5~20kg，初始温度20~23℃的条件下的预冷降温曲线。表2汇总上文对不同果蔬进行预冷的函数拟合结果。表2相关预冷降温曲线的拟合结果果蔬种类送风速度滞后因子（J）冷却系数（C）拟合精度苹果0.50.94760.0130.99981.00.95200.0170.99982.00.95300.0210.99992.50.95490.0230.99993.00.95020.0240.9999黄瓜0.51.0390.017170.998531.01.0460.022150.998681.251.0470.000240.998741.51.0490.000260.998791.751.0640.000260.998792.01.0510.000290.99887杏-1.300.002620.994李子-1.120.003020.994桃子-1.070.001590.999当预冷对象、预冷送风温度一定时，预冷时间主要是和风速有关，因此，如果规定了送风速度，就能保证预冷时间。本文以苹果为例，采用苹果满载时做降温预冷实验，当送风速度为2m/s时，得出的实验结果在3个小时左右。图3苹果满载降温测试图4苹果满载降温曲线（a）葡萄（b）樱桃（c）蓝莓（d）冬枣（f）桃（g）菠菜图5其他产品的产地预冷实验送风速度分析本文本中规定7.4风速设置中规定普通产地预冷库，预冷时，包装箱表面平均略过风速应大于0.5m/s.压差产地预冷库，通过调节压差风机使得穿过包装箱开孔风速为1.0m/s~2.0m/s。在第二部分满载降温性能分析中，已经分析了送风速度对预冷时间的影响，结果表明保证预冷时间关键是保证送风速度，本部分在从其他参考文献数据进行佐证，经过综合考虑，确定上述不同形式的预冷库的送风速度要求。根据预冷工艺参数研究相关文献以及实验可得表3。表3相关研究中果蔬的最佳送风速度果蔬类型最佳送风速度（m/s）数据来源番茄1.7~2.2送风参数对果蔬压差预冷效果的研究[D].天津:天津商业大学,2014.龙眼1.0孟志锋.小型包装箱内龙眼果实预冷过程数值模拟研究[J].食品科学,2010,12:288-292.樱桃1.5~2.0实验黄金梨1.5~2.0王强，黄金梨差压通风预冷数值分析与实验验证[J].农业工程学报,2008,08:262-266.蓝莓1.5~2.0实验荔枝1~1.5实验苹果2.0~2.5实验下面以荔枝为例说明，图6为荔枝不同风速的模拟与实验降温曲线，图7为仿真模拟中不同速度下20min时的温度分布云图，通过对比降温过程可知，降温速率先快后慢，随着风速的提高，预冷速率加快，7/8预冷时间减小，当速度达到大于1.5m/s之后，降温速率的变化幅度大幅降低，2m/s与2.5m/s的降温曲线基本重合，也就是说风速的提高对降温速率没有显著影响，综合考虑该模型下1~1.5m/s为较为合适的送风速度，而普通冷库因为冷库机选型的一般达不到风速要求，所以只是规定了最低风速要求。图6荔枝不同风速的降温曲线图7荔枝差压预冷不同风速下的温度云图预冷包装开孔包装及数据分析标准文本6.1.2中，采用开孔包装箱，开孔率范围15%~40%，类球形产品，当直径≤20mm时，应采用扁平包装箱，且包装箱两对称侧面上部开大孔或凹陷设计。下面对此进行说明：1、不同开孔率下的苹果预冷效果分析首先针对苹果压差预冷过程的开孔率对压差预冷效果的影响进行了实验研究，相关实验装置如图8、图9所示，通过改变截面开孔孔径的大小实现不同开孔率的试验工况研究，根据实验数据表明，当开孔率范围小于15%时，压差阻力较大，能耗相对提升较大，而当开孔率范围大于40%时，压力损失虽小，但预冷效果不够显著，而且箱体的结构强度不高。图8迎风面截面开孔方式图9苹果实验装置模型图表3中列取了苹果预冷过程中送风速度与包装箱开孔率两种因素对压力损失的影响。我们可以得到，在预冷过程中，由冷空气掠过苹果所造成的压力损失较小。当开孔率从15%下降为9%时，压降的增幅为200%，是开孔率下降过程中增幅最大的。因此在预冷过程中由包装箱开孔率造成的压力损失是预冷过程中总压力损失的主要部分。表4苹果得预冷压力损失迎面送风量(L∙kg-1s-1)迎面风速(ms-1)开孔率9.10%15.4%25.20%35.50%49.30%64.40%100.00%4.080.50127.0442.3416.707.844.032.831.828.171.00508.97167.4966.3328.4613.927.644.5612.251.501137.30375.13146.4462.9031.1216.959.4116.342.002012.65664.93257.75111.1552.2728.9715.1520.422.503178.141045.46401.88172.8881.9744.1822.73如图10所示，我们可以得到开孔率对苹果7/8预冷时间的影响。从整体来看，当送风速度（质量送风量）一定的情况下，7/8预冷时间随着开孔率的增加而提高。但具体分析7/8预冷时间的变化情况，我们可以发现：开孔率对7/8预冷时间的影响偏小。当迎面风速（质量送风量）分别为0.5ms-1(4.08L∙kg-1s-1)，1.0ms-1(8.17L∙kg-1s-1)，1.5ms-1(12.25L∙kg-1s-1)，2.0ms-1(16.34L∙kg-1s-1)，2.5ms-1(20.42L∙kg-1s-1)与3.0ms-1(24.50L∙kg-1s-1)时，7/8预冷时间的变化区域分别为：121.42min~130.83min；93.00min~109.33min；78.67min~93.17min；69.67min~83.17min；60.33min~73.33min。7/8预冷时间的变化率依次为：11.91%、15.47%、15.89%、16.33%、17.39%与17.73%，最大变化率小于20%。此外，当迎面风速（质量送风量）变化时，其最适宜的开孔率也有所不同。当迎面风速（质量送风量）为1.0~2.0ms-1(8.17~16.34L∙kg-1s-1)的范围内时，最小的预冷时间出现包装箱开孔率为16.1%。故而综合分析上面的结论我们就可以得到，虽然预冷包装箱开孔率的增加对7/8预冷时间有着积极作用，但当我们确认迎面风速（质量送风量）时，开孔率对7/8预冷时间影响有限。因而在实际的工业生产中，选择一个合适的开孔率范围即可，通过实验研究得出，结合送风速度的取值，在开孔率15%~40%之间时，可以使得7/8预冷时间和压力损失较小。迎面风速(ms-1)：(a):0.5;(b):1.0;(c):1.5;(d):2.0;(e):2.5;(f):3.0;图10不同开孔率对7/8预冷时间的影响2、不同开孔率下的蓝莓果预冷效果分析小果径的水果堆垛后不同于大果径，因为果径小，堆放后缝隙很小，类似于多孔介质，风均匀的通过开孔穿过果堆，阻力非常大，当采用常规的开孔包装箱时，当风速为2m/s时，堆栈长度为0.5m，预冷压降为1500Pa。这是造成目前我国采后风冷预冷环节预冷率低、效率低、能耗高主要原因，因为对预冷阻力特性规律不明确，造成风机盲目选型，导致“预冷不透”、均匀性差、时间缓慢问题。图11蓝莓实验装置实验图目前市面上风压超过的1000Pa的轴流风机十分少见，因此为了解决上述问题本文提出了一种专用于小果径的开孔包装箱。即：当直径≤20mm时，应采用扁平包装箱，且包装箱两对称侧面上部开大孔或凹陷设计。图12专用开孔包装箱此种设计的好处是当进行码垛时候，通过上部的凹陷设计的A开孔，使得A孔形成通道，在小果径预冷过程中使得冷风主要是从A通道进行流通，形成夹层冷却，实现快速降温，此外可大大降低压力损失。图13专用开孔包装形成的通道和气流组织图预冷库温度和预冷目标温度标准文本7.1中，根据产品特性，设置预冷库温度和预冷目标温度，参照附录A。下面对此进行说明。果蔬的种类繁多，且不同果蔬的生理特性存在显著差异。主要体现在贮藏过程中，贮藏温度对果蔬贮藏期、外观、品质等的影响，由此在预冷过程中，需要考虑到温度对其生理特性的影响，找出合适的预处理温度。通常情况预冷目标温度会比贮藏温度高上2~4℃，是由于在果蔬预冷降温后期，温差较小以及堆码的影响，换热方式主要以导热为主，此时，可以用贮藏用冷库进行二次预冷的方式来减小预冷的时间及能耗。由于果蔬冷害温度以及冰点温度的影响，预冷库的温度需要大于等于该数值。根据实验以及相关文献查询汇总得到表5。表5不同产品预冷库设置温度和预冷目标温度序号产品名称冰点温度预冷库温度（℃）预冷目标温度（℃）1西瓜-3.45~66~82柚类（蜜柚、香柚等）-1.15~108~103哈蜜瓜-0.96~88~104芒果-0.913~1515~175菠萝-1.05~78~106圆茄-1.07~89~117草莓-0.80~23~58柠檬-1.45~87~109苹果-1.10~12~310梨-1.6-0.5~0.51~311柿子-2.20~1.52.5~412桃子（油桃、黄桃）-0.94~56~813无花果-2.6-0.5~0.51.5~314冬枣-3-0.5~01~315火龙果-35~87~1016葡萄-2.0-1~43~517圣女果-1.14~56~818龙眼-1.23.5~4.55.5~719樱桃-1.80~33~420蓝莓-1.6-1~11~321荔枝-2.85-1~22~422李子-0.87~109~1323猕猴桃-2.10~66~824杏-2.2-0.5~0.51~325黄瓜-2.50~65~8预冷湿度分析标准文本7.2中，针对湿度设置规定如下：普通产地预冷库预冷时，相对湿度应保持85%以上压差产地预冷库预冷时，相对湿度应保持90%以上，下面对此进行说明。相关研究表明加湿有利于减小产品在预冷过程中的失水，以番茄为实验，在60%时的失水率仅为0.32%，在75%时的失水率仅为0.16%，在湿度为92%时的失水为0.11%。为了保证预冷时间，本文增加了风速的要求，风速大会造成产品的失水，因此为了减少产品在预冷过程中的失重率，文中增加了相对湿度要求。送风压力损失分析7.4.2压差产地预冷库中规定压差风机的宜采用变频风机，风压选型参照附录B，关于压力损失的说明，在第5部分已经相关说明。根据不同果径，不同开孔率，不同风速以及堆码情况等因素，压差预冷的压差会出现将大的波动情况，相关文献表明：压差与速度的关系吻合Ramsin方程：∆P=aXb的形式，压差与堆码长度呈线性关系，压差与开孔率的关系与反比例函数的曲线类似等，所以根据相关实验数据与其相关性可推测出压差的大致范围，为风机压头的选型提供参考依据。下面以蓝莓、荔枝、苹果为例进行说明。蓝莓预冷过程中通常采用专用预冷包装码垛进行预冷，如图14所示。通过实验研究表明：该蓝莓框得开孔率约为40%，堆码厚度为0.45m，送风速度1m/s、1.5m/s、2m/s对应得压降分别为27Pa，45Pa，94Pa。图14蓝莓预冷荔枝压差预冷实验图如图15，开孔率为100%的模型，堆码长度为240mm，预冷压差-速度曲线如图16所示，根据实验数据拟合可以得到该模型压降与速度的关系式（2），R2=0.999。∆P=18.49v1.97（2）图15荔枝预冷实验图图16荔枝不同风速下压差的变化曲线荔枝不同压力随堆码长度的曲线如图17所示，根据曲线进行拟合可以得到1.5m/s送风速度下荔枝压力与堆码长度的关系式，为：P=0.211L-9.335（3）图17不同速度压力随堆码长度的变化图18表示压差与开孔率之间的关系，在前文已经说明开孔率的取值范围为15%~40%，通过该图也能说明，在开孔率小于15%时，压差随开孔率的降低显著增大。根据以上的数据分析可以得到荔枝在送风速度1m/s~2m/s内开孔率为15%、25%、35%时的压降范围分别为112~416Pa、128~480Pa、290~1016Pa。图18压差随开孔率的变化曲线（刘灿成.荔枝包装箱通风阻力特性研究;2010国际农业工程大会,中国上海,F,2010[C].）根据实验及相关文献总结压降范围见表6。表6不同开孔、不同送风速度下的压降序号产品名称开孔率(%)码垛厚度(m)压降（ΔPa）（1m/s~2m/s）备注1蓝莓150.4120~300适用小于20mm果径果蔬，采用扁平包装箱，且包装箱两对称侧面上部开大孔或凹陷设计。2560~