舰船蔬果保鲜设计研究

龚 磊 王前进

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

引 言

随着我国海军战略转型，舰船执行护航、撤侨、巡视、救助等非战争性多样化任务越发频繁，航程越来越远，不间断航行时间逐渐变长，舰船后勤保障工作中的食品保鲜问题随之凸现出来。良好的膳食供应、丰富均衡的食品补给不仅直接关系到舰员的身体健康和生活质量，甚至还关系到任务能否圆满完成。蔬菜和水果保鲜期短、保鲜难等已成为制约舰船远航饮食保障的瓶颈问题。近年来，为解决这一难题，我国海军在各型舰船应用乙烯脱除、臭氧保鲜、精确控温、气调包装保鲜、气调保鲜库等多种保鲜措施，使蔬果保存时间显著提高。舰船具有种类多、人员配置和任务需求多样化、船型尺寸差别大等特点，如何选用合适的蔬果保鲜方案已成为舰船设计人员的困惑之一，因此有必要针对各型舰船所适用的蔬果保鲜方案进行分析和总结。

1 舰船蔬果保鲜技术现状

伴随着科学技术的进步和海军战略转型的需求，舰船蔬果保鲜技术现阶段已经从传统的物理领域向新型材料、生物技术、化学技术等诸多领域发展，由单一保鲜技术向综合保鲜技术方向发展［1］。通过多年的科研和实船应用，已形成了一系列安全、有效的蔬果保鲜技术，为舰船人员的饮食健康提供了有力保障。

1.1 普通冷藏保鲜

冷藏保鲜是目前蔬果保鲜的一种最普遍的方法，温度是直接影响果蔬仓储质量的重要因素。冷藏保鲜通过低温抑制果蔬的呼吸强度以及微生物的生长繁殖，以减缓蔬果的后熟过程，达到延长其储存期的目的，但同时要注意控制储存温度应高于蔬果冰害点温度，以免出现冻伤变质［2］。

普通冷藏保鲜技术的储存温度控制精度为±2℃，采用机械压缩制冷，是舰船最广泛采用的蔬果保鲜技术，对各型舰船普遍适用，也是以下多种蔬果保鲜新技术的基础。根据实船应用的结果，采用普通冷藏保鲜技术，一般能达到7～10天的蔬果保鲜期。

1.2 臭氧保鲜

臭氧具有较强的氧化能力，能杀菌、消毒，并降解蔬果在储藏过程中产生的部分有害气体，延缓蔬果腐败速率。臭氧常温常压下可以自我分解为氧气，不会造成环境污染。臭氧保鲜技术具有通用性强、安装方便、占用空间小、浓度控制技术成熟的优点，已在舰船上广泛应用。有研究表明，通过将臭氧保鲜技术与普通冷藏保鲜技术相结合，可使蔬果保鲜期延长至12～15天［3-4］。舰船冷库臭氧消毒保鲜装置的组成如图1所示。

图1 臭氧消毒保鲜装置组成示意图

1.3 乙烯脱除保鲜

乙烯对于很多品种的蔬果具有催熟作用，即便存在千分之一浓度的乙烯，也足以诱发蔬果的成熟，加速腐烂变质。乙烯脱除装置通过消除蔬果储藏环境中的乙烯气体，可以有效减缓蔬果的成熟和变质速度。为获得更好的蔬果保鲜效果，乙烯脱除装置经常与臭氧保鲜装置联合使用。通过在各型舰船蔬果库中加装乙烯脱除装置和臭氧保鲜装置，在普通冷藏温度条件下，蔬果的保鲜期可以从7～10天大幅提升至20天。

常用的乙烯脱除措施有：

（1）吸附型乙烯脱除装置

该装置通过吸附剂将环境中的乙烯气体吸附去除（如下页图2所示）。其优点是效率高、安全、可靠；缺点是需要定期更换吸附剂。

图2 吸附型乙烯脱除装置组成示意图

（2）触媒型乙烯脱除装置

该装置是用特定的有选择性的金属、金属氧化物或无机酸催化乙烯的氧化分解（如图3所示）。其优点是设备轻便、持久耐用、价格便宜，保存和更换触媒比吸附剂便利；缺点是在氧化分解乙烯的同时会产生副产品气体，易造成储存环境中有异味，安全性低于吸附型乙烯脱除装置。

图3 光触媒乙烯脱除装置组成示意图

1.4 气调包装保鲜

气调包装保鲜技术通过改变蔬果密封小包装中的气体比例，抑制蔬果呼吸强度，控制其生理代谢活动，抑制微生物的生长，从而达到延长其保鲜期的目的。气调包装的原理是采用复合保鲜气体，对已装入蔬果的包装内的空气进行置换，改变包装盒内的气体配比，并在包装内形成微型气调环境，从而达到降低果蔬呼吸强度，延长蔬果保鲜期、延缓衰败的目的。

根据包装材料包装后内部气氛的控制程度不同，气调包装技术可分为CAP（Controlled Atmosphere Packaging）和 MAP（Modified Atmosphere Packaging）两种。CAP指在蔬果保存期间，包装内的气体浓度始终控制在恒定值或恒定范围内，其主要特征是包装材料对包装内的气氛状态有自动调节作用，这要求包装材料应具有合适的气体可选择透过性，以适应内部蔬果的呼吸作用。MAP指在包装袋内预充注固定成分的混合气体，在蔬果保存期间不再调整包装袋内的气体，MAP适合于呼吸代谢强度较小的产品包装。MAP的包装材料必须能控制所选用混合气体以及所产生水蒸气的渗透速率。

远洋舰船的食品通常堆放密集，空间狭小且封闭，食品装船后基本不具备重新调节包装袋内气体成分的条件，因此舰船环境的蔬果充气包装都采用MAP型。为验证MAP气调包装保鲜在实船上的使用效果，海军某型舰船在一次远洋航行中，对油麦菜、红圆椒、大蒜、小白菜、芥菜等进行了MAP气调包装保鲜试验，试验结果证明：蔬菜采用MAP保鲜技术贮藏30天后品质良好，几乎无腐烂损失，显著提高了舰船的蔬果保鲜期［5］。

气调包装保鲜具有保鲜效果好、使用安全性高、能有效防止病菌传播的优点，但也存在因包装袋不透气，致使植物产生的挥发性气体集聚引起异味，以及包装存储过程繁琐的问题。

1.5 气调保鲜库

气调保鲜库的保鲜原理与气调包装保鲜相似，主要是通过控制和调节冷库内气体的成分来抑制蔬果的呼吸作用，减少有机物质的消耗；抑制蔬果水分的蒸发，保持新鲜度；抑制病原菌的滋生繁殖，控制某些生理病害的发生，降低腐烂率；抑制后熟酶的活性，抑制乙烯的产生，从而延缓蔬果的后熟和衰老过程。

气调保鲜库是以整个冷库作为气调对象，气调保鲜库的基本组成如图4所示。其具体方法主要是通过气调装置调节库内O2、N2比例，并降低乙烯和CO2浓度来达到蔬果保鲜的目的。气调系统包括制氮系统、CO2脱除系统、乙烯脱除系统、温湿度及气体成分检测控制系统，它与制冷系统分别为独立的系统。

图4 气调库保鲜原理图

传统的气调库库容较大，各品种蔬菜和水果共同存放于同一库中，在实船应用中能够达到约30天的蔬果保鲜期［6］。但传统的气调库由于需要经常进门取货操作，导致库内温度和气体成分波动较大，对蔬果的保存有不利影响；此外，不同品种的蔬菜和水果对冷藏温度也有不同的要求，存放于同一个气调库中无法保证每种蔬果都能获得最佳的冷藏温度，而且大型气调库还存在人员入库取货时缺氧的风险。

针对传统气调库所存在的缺陷，相关科研设计人员又提出了采用气调保鲜单元的气调保鲜方式作为传统气调库的升级和替代（如图5所示）。

图5 保鲜单元典型结构图

气调保鲜单元可以由多个小型气调库组成，每艘船也可以设置多个保鲜单元，实现了果蔬的分类贮藏，可以独立控制每一个保鲜库内的温湿度和气体成分，最大程度地减小了混合贮藏对果蔬保存期的影响，也解决了以往船用气调库开库频繁，库内气体成分不稳定的难题；同时通过采用抽拉式货架（见图6），不仅提高了库容利用率 ，而且人员无需入库作业，在气调库门口即可直接取货，解决了人员的安全性问题，操作使用也更为简单方便。气调保鲜单元已在多型舰船成功应用，可以将蔬果的保鲜期延长至45天。

图6 抽拉式货架结构图

气调保鲜单元技术成熟，保鲜效果较好，但需要配置专门的气调设备，初投资高，占用空间多，控制、操作、维护难度大；同时，气调保鲜单元必须保证良好的气密性，对施工安装要求高，冷库气密性应能满足：库内充气加压至196 Pa，20 min后库内压力≥ 78 Pa［7］。

1.6 精确控温冷藏保鲜

精确控温冷藏保鲜技术是一种较为新颖的保鲜方法。精确控温冷藏保鲜技术通过减少库温波动，降低植物的呼吸作用和水分蒸腾，减少蔬果表面的凝露，从而达到延长蔬果保鲜期的目的。传统冷库库温控制精度为±2℃，精确控温冷藏保鲜要求冷库库温控制精度达到±1℃以内，有研究表明，采用精确控温冷藏保鲜技术可以使蔬果保鲜期延长到45天［8］。

精确控温冷藏保鲜设备组成与传统冷藏相似，但为达到更高的温度控制精度要求，需要运用高精度控制技术、改进库内冷风机送风方式优化库内气流组织、改进冷藏装置的制冷量供应技术，扩展制冷负荷调节范围、提高制冷负荷调节精度等先进技术措施，对冷藏系统设计和设备能力的要求高，初投资较高；同时为保证库内冷风机送风的均匀性，精确控温冷藏库采用顶部送风夹层的送风方式（如图7所示），会导致冷库内的净层高降低。

图7 精确控温冷藏保鲜送风示意图

1.7 精确控温气调包装保鲜

为进一步将蔬果的保鲜期延长至60天，以满足大型补给船对蔬果保鲜的要求，研究人员又提出了精确控温气调包装保鲜技术，实现了精确控温技术与气调包装保鲜技术的优势互补，使舰船蔬果保鲜期又得到了一次飞跃，经陆上试验检验，精确控温气调包装保鲜技术可以将青菜、生菜、杭白菜、花菜、卷心菜等常见绿叶蔬菜的保存期延长到60天以上。精确控温气调包装保鲜能够有效延长蔬果的保鲜期，但存在设备复杂，投资高，对冷库层高要求高的缺点。

2 各类舰船食品保存的需求

舰船包括各类战斗舰和用于海上战斗保障、技术保障、后勤保障的军辅船，其中军辅船种类和型号繁多，按用途主要可以分为：侦察船、测量船、防救船、工程船、试验船、训练船、补给船、医院船、基地勤务船、运输船、猎扫雷船、保障船等。各型舰船因任务、功能的不同，对食品储存量和储存时间的需求有很大差异。需要执行远洋任务的舰船（如侦察船、大型测量船、大型试验船、远洋防救船、补给船、训练船、医院船、大型战斗舰等）具有船上人员多、船体排水量大、自给力长的特点，通常要保障数百人30天以上的食品需求，尤其是补给船还需要担负其他舰船的食品补给任务，专门设有大型补给冷库，补给食品要求能达到45～60天的保鲜期；而对于小型测量船、工程船、基地勤务船、运输船、猎扫雷船、近海搜救船、小型战斗舰等主要进行近海作业的舰船，具有船上人员较少、任务周期短的特点，以保障数十人10～30天的食品自给力为主。由此可见，由于舰船种类多、各自特点鲜明、对食品的自给力需求各异，故有必要对各舰船所适用的食品保鲜方案进行分类总结。

3 舰船蔬果保鲜设计适用性分析

根据对不同舰船使命任务、规模及自给力的分析并结合各种保鲜技术的保鲜期，可以分别采用不同方案将保鲜时间分为短期、中期和长期三种。短期的蔬果保鲜方案适用于自给力不超过20天的舰船，中期的蔬果保鲜方案适用于自给力在20～30天的舰船，长期的蔬果保鲜方案适用于自给力在30天以上的舰船。表1针对不同自给力需求的舰船，从多方面对多种保鲜方案进行了分析比较。

表1 蔬果保鲜方法比较

4 结 语

通过对以上舰船保鲜技术和各类舰船特点的总结分析，现有的舰船蔬果保鲜技术已基本能够涵盖各类舰船的需求，从实用性、经济性和可行性出发，可以对各型舰船所适用的蔬果保鲜方案总结如下：

（1）运输船（油水船）、小型测量船、近海搜救船、基地勤务船、工程船、小型战斗舰等自给力在20天以内的舰船，宜采用短期的保鲜方案，使用普通冷藏并设置乙烯脱除和臭氧保鲜装置；

（2）保障船、猎扫雷船、试验船等自给力在20～30天的舰船，宜采用中期的保鲜方案，可以采取气调包装保鲜或气调库保鲜；

（3）补给船、侦察船、大型测量船、远洋救援船、医院船、训练船、大型战斗舰等自给力在30天以上的中大型舰船，宜采用长期的保鲜方案，可以采取气调保鲜单元保鲜、精确控温冷藏保鲜或精确控温气调包装保鲜的方式。

因舰船结构特点和总体布局的限制，往往无法实现蔬果保鲜方案的最优化，具体方案需设计人员灵活选取。