预制蔬菜净菜加工装备发展和建议

聂虎子，龚 丽，郑怀文，刘琼瑜，马道宽,

（1.广东省农业技术推广中心，广东 广州 510515；2.广东省现代农业装备研究所，广东 广州 510630；3.广东弘科农业机械研究开发有限公司，广东 广州 510555）

0 引言

预制蔬菜净菜指蔬菜原料经整理、浸泡清洗、切分、杀菌、漂洗、预冷以及包装贮藏等处理，可在冷链或者常温环境进行储存、运输及销售的预制食品[1]。预制蔬菜净菜应用广泛，既包括鲜切蔬菜，也包括清洗消毒后的整棵蔬菜；既可作蔬菜沙拉直接食用，也可作为加工、烹饪的原料。

我国从上世纪80 年代就开始了蔬菜净菜加工装备的研究[2]，随着我国经济的发展，预制蔬菜净菜的需求旺盛，加工设备得到快速发展，但加工装备自动化程度低、缺乏专业化的设备等问题仍十分突出[3]。因此，本文结合预制蔬菜净菜加工工艺技术，对预制蔬菜净菜常用加工设备进行探讨，讨论其将来发展的趋势并给出了建议，为预制蔬菜净菜产业相关科研单位和企业提供参考。

1 预制蔬菜净菜加工技术

预制蔬菜净菜具有品质新鲜、食用方便、卫生安全等特点[4]。在蔬菜加工过程中，常见的整理为去老叶、病变以及虫食部位[5]，以及去掉果蒂、表皮等蔬菜的不可食用部分。清洗浸泡分为2 个阶段：首先是切分前清洗浸泡，主要目的是去掉蔬菜表面污物，并通过浸泡去除部分农残[6]；其次是切分后清洗浸泡，其目的一是去掉蔬菜中的泥沙、虫卵等，如鲜切大白菜、包菜、生菜等，二是去掉切分过程中流出汁液、淀粉等，如鲜切土豆、淮山等[7]。蔬菜切分主要目的是将蔬菜切成丝、条、块等，方便下一步加工。杀菌是预制净菜加工质量的关键控制节点，目前净菜杀菌方式分为化学杀菌和物理杀菌2 种方式。预制蔬菜净菜常用的包装方式有真空包装、保鲜膜包装、气调包装等。适宜的低温能减弱蔬菜的呼吸强度，降低生物酶活性，抑制生理生化反应速率，延缓果蔬衰老。因此预冷是在高温高湿的收获季节为延长蔬菜贮藏期而采用的有效手段之一，常用的预冷方式有空气预冷、水预冷和真空预冷。

2 预制蔬菜净菜加工设备

2.1 整理设备

叶菜类采后整理宜机化困难，去老叶、病变以及虫食部位等还以人工为主，目前常用整理设备有根茎瓜果类蔬菜去皮机、生菜除芯机等。

根茎、瓜果类蔬菜去皮主要采用摩擦去皮和削皮2 种方式。

摩擦去皮设备原理是物料不断与摩擦辊或者摩擦桶滚动摩擦，从而去掉果蔬的表皮。摩擦去皮具有效率高、产能大等特点，也是目前应用最广泛的去皮设备，但摩擦去皮设备仅对皮薄肉质硬、形状规则的蔬菜有很好的效果。

削皮设备具有刀口平齐、对果肉损伤较小等优点，但适用品种较为单一，主要对象为圆形、椭圆形、圆柱形等规则的根茎类、茄果类蔬菜。目前，比较成熟的削皮设备有滚筒式削皮机、圆盘式削皮机以及自适应削皮机等[8]。滚筒式削皮机采用滚筒内壁安装刀具，圆形或者椭圆形的蔬菜在离心作用下与滚筒内壁形成速度差，达到削皮的效果；圆盘式削皮机一般是刀片安装在工作盘上，工作盘以一定的速度转动，蔬菜在离心力和摩擦力以及重力等的共同作用下不断翻滚并与工作盘上的可调切削刀片产生相对速度差削去蔬菜的表皮[9]；滚筒式和圆盘式2种削皮方式存在随机性，因此存在漏削、重复削皮等缺点。自适应削皮机原理为蔬菜夹持插针固定在架子上，刀片在气缸或者弹簧作用下贴紧蔬菜[10-12]，刀片或者固定架旋转，从下到上进行连续削皮。自适应削皮机需要一个一个的喂料，效率不高，一般用于形状规则、个头较大的蔬菜。

欧洲JBT FTNON 公司生产生菜除芯机，其工作原理为输送带将生菜固定，当走到刀具位置时，刀具插入生菜尾部将芯取出，刀具有可开合多片刀片，插入时为打开状态，拉出时为闭合包裹芯部状态[13]，可适用于白菜、生菜等鲜切蔬菜加工，但是其需要人工摆料且设备价格昂贵，目前国内推广应用较少。

2.2 清洗设备

目前常用的清洗设备是通过物理摩擦和激震作用的机械力去除蔬菜的杂质，如水流、气泡等与蔬菜以及蔬菜相互间的作用去除蔬菜表面的泥沙、虫卵、毛发等杂质，包括滚筒式清洗机、毛刷式清洗机、气浴式清洗机、涡流式清洗机、超声波清洗机等[14-16]。

滚筒式清洗机的滚筒转动过程中物料在滚筒的带动下不断翻滚，物料与滚筒以及物料之间相互摩擦，并利用喷淋的水流将杂质带走。为增加物料与滚筒之间摩擦力和物料的传送效果，滚筒内壁有筋肋，这样虽然增加了洁净度，但也增加物料损伤风险[17-18]。滚筒清洗机具有产能大、结构简单等优点，但易损伤物料，因此只能适用于果皮较厚、不易损伤的圆形或者椭圆形物料。

毛刷清洗机分为U 型毛刷清洗机和水平毛刷清洗机。U 型毛刷清洗机滚刷同向转动带动物料向上运动，到达高处后掉落下来，通过蔬菜与滚刷以及蔬菜与蔬菜之间的摩擦，利用上方喷淋头喷出的水的冲刷将杂质带走[19-20]。U 型毛刷清洗机采用硬毛刷时，蔬菜长时间滚刷摩擦可以去掉蔬菜表皮，因此还可以作为去皮机。水平毛刷清洗机是通过滚刷带动蔬菜转动，与毛刷进行摩擦去掉表面的杂质，由上面的喷淋装置将杂质带走。毛刷清洗机具有产能大、结构简单、易保养、清洗干净等优点，是茄果类、根茎类蔬菜清洗常用设备，但是其无法将形状不规则的根茎类清洗干净，同时无法清洗叶菜和表皮脆弱的果蔬。

气泡清洗机通过水槽底部的气管产生的气泡在物料表面溃灭时产生巨大的瞬时压强和高速的微射流，连续不断的气泡溃灭对物料表面产生很强的破坏和气蚀作用，使蔬菜表面的杂质脱落[21]。气泡式清洗机清洗方式柔和，清洗损伤率与气泡强度正相关，最大清洗体积比与蔬菜的密度、清洗液浊度、清洗量呈正线性相关，清洗液在浊度允许范围内可以连续使用，洗净率可在70%以上，是预制净菜，特别是叶菜理想的清洗方式。

涡流涡旋清洗机也称为射流清洗机，常用于蔬菜切分后清洗，主要由清洗水槽、高压喷头、振动沥水网等部分组成。其清洗原理是一方面高压水流从小孔中射出，对蔬菜形成冲击力将杂物冲下；另一方面在水淹状态下射流激发水槽中的水形成紊流，水与蔬菜形成相对运动将杂物洗下。因蔬菜在水淹状态，有效防止了射流和紊流对蔬菜的损伤[22-23]，是鲜切蔬菜最常用的清洗机之一。

超声波清洗机利用超声波在水中传播时，将水中的微小气泡激励，使气泡产生振荡、伸长、收缩乃至崩溃等动力学状态，并在周围产生高温、高压及激震现象，激震的冲击波冲击蔬菜，达到清洗蔬菜的目的[24-26]。超声波清洗机具有清洗效果好、容易实现工业控制等特点，可适用于各种蔬菜，但是经试验，超声波清洗需要温水且不同的蔬菜需不同的频率和时间，因此规模化生产应用还比较少。

2.3 切分设备

切分设备主要针对蔬菜的切段、切丝、切片等工序的加工[27]。虽然我国对切菜机研究起步较晚，但是随着对农产品加工装备技术的重视，近年来我国切菜设备得到了长足的发展[28-29]。根据刀片的形式，切分设备可分为盘刀式切菜机、离心式切菜机、条刀式切菜机等。

盘刀式切菜机的切刀为一个旋转月牙形或圆盘式刀盘，蔬菜在输送夹持机构作用下前进，蔬菜的长短通过调节输送速度和旋转盘刀的速度控制。切刀为月牙单刀或者双刀时，用于切段或切片；切刀为丝刀刀盘时，用于切丝；切刀为栅刀刀盘时，用于切丁[30]。

离心式切菜机主要通过离心作用将果蔬推到切片刀上，切成的片在重力作用下落到切丝刀上，果蔬丝再落到切丁刀上，完成切片、切丝、切丁[31]。

条刀式切菜机主要是通过仿手工切菜和剁菜，传送带传送蔬菜过来，切刀上下移动将蔬菜切成片、段、丁。剁刀分为直线型和栅格型，直线刀型用于蔬菜切段、切片等，栅格刀型用于蔬菜的剁丁，但条刀式切菜机精度比较差，且噪音较大。

2.4 消毒灭菌漂烫设备

预制蔬菜净菜经处理后，组织结构遭到破坏，切口暴露于环境中，会为微生物提供利于生长的环境，促进微生物的生长繁殖，因此需要对其采取即时杀菌处理，才能保证产品货架期和新鲜度。根据杀菌的方式不同可以分为化学杀菌和物理杀菌[32-34]。常用的化学杀菌方式主要为臭氧杀菌、次氯酸钠杀菌、酸性电解水杀菌；物理杀菌方式为强电场杀菌、超声波杀菌、紫外线杀菌、热处理杀菌等。

臭氧杀菌、次氯酸钠杀菌和酸性电解水杀菌等化学杀菌是利用杀菌剂的氧化作用将细菌杀死，一般是将化学杀菌剂溶于水中，利用清洗设备清洗杀菌。臭氧杀菌通过臭氧生成器生成臭氧后，紊流装置将臭氧溶入水中形成臭氧水进而对果蔬进行清洗杀菌，臭氧极易分解因此无残留，并具有降解农残的作用。次氯酸钠杀菌是将食品级次氯酸钠溶入水中后配成一定浓度的水溶液，在水解作用下形成次氯酸，次氯酸再进一步分解形成新生态氧进行灭菌，次氯酸钠杀菌消毒容易造成净菜氯离子超标，因此次氯酸钠杀菌设备一般为多槽清洗设备，杀菌后通过漂洗将氯离子洗去。弱酸性电解水一般通过电解溶液得到，制作成本较低，但是电解设备价格较高，常用于大规模蔬菜清洗。经研究，酸性电解水具有很好的杀菌和保鲜作用，但是杀菌机理还有待进一步研究[35]。

强电场杀菌、超声波杀菌、紫外线杀菌等物理杀菌技术具有无残留、速度快等优点，国内科研工作者做了大量的研究，但是物理杀菌各自的缺点显著，物理杀菌一般以装置的形式配合其他设备使用。强电场杀菌主要是通过高压脉冲电场处理食品，但是强电场杀菌存在处理量有限、波形不稳定等缺点，虽然技术已经比较成熟，但设备还未推广[36]。超声波杀菌主要利用空化作用，使液体产生瞬间高温、高压变化，导致细菌死亡，病毒失活，抑制酶的活性；超声灭菌适于果蔬汁饮料、酒类、牛奶、酱油等液体食品，蔬菜加工中一般只利用超声波清洗的作用。紫外线杀菌主要是利用紫外线对果蔬表面杀菌，但是由于紫外线的穿透能力有限，因此紫外线杀菌经常被用在保鲜储藏库的空气杀菌。

净菜的热处理可以杀菌钝酶防止鲜切蔬菜褐变，还可以起到护色、去除蔬菜不正常味道以及部分蔬菜的草酸等作用，是常用的消毒灭菌处理方式[37-38]。目前，常用的漂烫设备有热水漂烫机、蒸汽漂烫机。热水漂烫设备有连续漂烫机、漂汤锅、漂烫池等，漂烫池、漂烫锅主要用在小型食品工厂或者厨房。连续漂烫机由漂烫槽、输送装置、加热装置等部分组成，常用在大型食品工厂、大型食堂等的净菜加工或者灌装食品的巴氏杀菌。连续蒸汽漂烫机由输送带、喷汽管道等部分组成，物料输送到蒸汽管道下方，喷气嘴喷出蒸汽漂烫物料。

2.5 包装设备

目前预制蔬菜净菜加工常用包装设备有真空包装机、保鲜膜包装机、气调包装机等。

真空包装机分为外抽真空包装机和室式真空包装机。外抽真空包装机原理是包装袋的开口处插入气管，由真空泵抽气，然后封口。室式真空包装机原理是将装有物品的塑料袋放入真空室，合盖抽气，达到预定的真空度后，热封装置合拢。真空包装除去了包装袋中的空气并隔绝了与外界空气的交换，很好地防止了变质腐败，但袋内缺乏氧气，容易引起鲜切后呼吸强度较大的蔬菜病变[39]，因此，真空包装在鲜切蔬菜中主要用于呼吸强度较弱的净菜包装。真空包装机经常与多头秤、自动给袋装置等组合使用，实现生产自动化。

保鲜膜包装机是超市小包装整颗蔬菜、水产净菜、肉食净菜等常用设备，保鲜薄膜包装是一种简便、经济、有效的采后处理方法，选保鲜薄膜包装可以降低贮藏期间的水分散失，抑制呼吸作用，减少营养物质的消耗，减少微生物再侵染[40]。目前，保鲜膜包装还以手工拉膜缠绕为主，自动、半自动的保鲜膜包装机的生产主要以日本寺冈为主，虽然近年有部分厂家对保鲜膜包装机进行了研究，但是市场占有率仍较低[41-42]。

气调包装机是目前在预制菜加工行业应用最广泛的包装机，气调包装机主要有2 种：气体冲洗式和真空补偿式[43]；气体冲洗式原理是连续向包材内通入气体将原有气体驱出后密封；真空补偿式是在全密封容器里进行抽真空，然后冲入调节好比例的气体，最后将包材密封。但是，气调包装的气体比例、包装膜的材质等会影响保鲜效果，因此在气调包装机使用过中还需要专业技术人员的指导，这也影响了小规模用户的使用。

2.6 预冷设备

预冷是采收后的果蔬迅速去除田间热、降低呼吸强度、减少营养物质消耗、延长货架期、保持鲜度的重要手段[44]。根据农产品预冷过程中所用冷媒的不同，可将预冷方式分为空气预冷、水预冷和真空预冷[45]。

空气预冷设备利用风机将冷气流送入预冷间，通过强制对流的方法冷却蔬菜，也被称为强制通风预冷。常用的设备有预冷冷库、风冷速冻机。预冷冷库操作便捷、费用低，成为国内外最早使用的一种冷却方式，也是目前中小用户最常用的预冷设备，但具有蔬菜干耗大、预冷速度慢、冷却不均匀等缺点。风冷速冻机采用高速低温气流穿过网带，预冷网带上的蔬菜，速度相对较快，常用于预制菜速冻加工。

水预冷是将冷水作为载冷剂与蔬菜表面接触，使其迅速降温。根据农产品与冷水接触方式的不同，水预冷机可分为喷淋式、浸泡式和混合式[46]。目前最常用的预制蔬菜净菜预冷设备为浸泡式水预冷机，由水槽、冷水产生装置、输送带等部分组成，具有结构简单、便于操作、预冷速度快、不产生干耗等优点。而冰水预冷会使蔬菜表面残留水分，易诱发微生物繁殖；部分鲜切蔬菜品种使用水预冷容易造成固性物溶于水，影响其品质，因此预冷过程中常常会加入杀菌剂、保护剂等，与消毒、清洗等组合使用。

真空预冷机的原理是在真空环境下蔬菜表面的水分蒸发并吸收汽化潜热，达到快速降温的目的。真空预冷机主要由制冷系统、抽真空系统和控制系统构成[47]。相比于其他预冷设备，真空预冷机具有降温速度快、冷却均匀、清洁等优点[48]，但存在适宜预冷品种有限、失重率高、前期投资成本高等不足，与生产线无法连线使用。因此真空预冷机常常用于蔬菜采后去田间热、预制熟食快速冷却等场合。

3 存在的问题

3.1 设备研发难度大

我国蔬菜品种多，蔬菜的特性各异，大大增加了设备的研发难度，且大多数专用设备市场容量较小，严重制约了装备的研发。同时，同一种蔬菜加工的最终产品需求的多样化，也增加了设备研发难度，以大宗蔬菜土豆为例，净菜产品有丝、条、片、方块、滚刀块等，所需切分设备各不相同。

3.2 预制净菜加工设备科研投入不足

我国的蔬菜加工设备研发以中小企业为主，大型企业较少，高校科研院所偏重于工艺研究，对蔬菜净菜加工设备的研发投入较少。虽然近年来蔬菜加工装备得到了较快发展，但新的加工设备以模仿国外加工设备为主，创新性还有待加强。

3.3 机械化自动化智能化水平不高

目前，我国蔬菜净菜加工设备特别是生产线的自动化智能化水平不高，以清洗设备为例，目前蔬菜的洁净度检测、自动换水等还无法实现自动化智能化；叶菜类、茄果类去不可食用部分宜机化困难，仍无法实现机械化。

4 发展趋势和建议

4.1 发展趋势

1）随着我国蔬菜大型种植农场的发展，依靠科学加工技术将传统生产模式转变为现代化生产模式，研发智能蔬菜加工成套设备，对提高蔬菜加工效率、降低农业生产成本、降低蔬菜产后损失率等具有重要促进意义[49]。

2）近年来，我国加强了城市骨干菜篮子仓储加工中心的建设，因此将涌现一批以加工单品为主的专业化储藏、包装和切分等企业，专业化的预制净菜加工装备的应用将逐步增加。

4.2 建议

1）通过政府科技资金支持地方中小企业和个人联合高校科研院所根据实践经验研究本地特有蔬菜加工方式，开发专用设备，以适应地方特色蔬菜加工；支持科研院校和大型蔬菜食品企业开发大宗蔬菜加工装备，在解决“卡脖子”问题同时，深入研究现有装备的问题点，开发可靠稳定、适应性强的净菜加工设备，提升蔬菜加工装备技术水平。

2）融合信息化技术，增加图像识别、图像数据滤波分析等技术，自动识别净菜加工过程中品质控制点，进而调节加工装备执行机构，实现蔬菜加工的智能化。借助传感器把握最新的信息及数据，并构建动态化的环境模型，对相关的生产数据实施具体的分析和处置，以提升净菜加工装备单机和生产线智能化水平。

3）完善现有设备标准体系，探索符合中国特色蔬菜加工设备发展的道路。建议政府牵头、科研院所和企业参与，对大宗净菜品种以及通用加工设备制定完善的国家标准，各地根据需要制定地方标准，引导预制菜产业健康、有序、可持续的发展。