在商用蘋果冷庫(kù)中，管理者們面臨著一個(gè)看似矛盾卻又至關(guān)重要的挑戰(zhàn)：如何平衡濕度。一方面，高濕度環(huán)境對(duì)于減少水果因蒸騰作用導(dǎo)致的重量損失、保持果實(shí)豐滿外觀和商業(yè)價(jià)值至關(guān)重要；另一方面，一旦空氣中的水分在寒冷的蘋果表面凝結(jié)成液態(tài)水，就如同為霉菌和腐敗微生物鋪上了紅地毯，會(huì)直接引發(fā)嚴(yán)重的采后腐爛，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在氣調(diào)(Controlled Atmosphere, CA)存儲(chǔ)后，蘋果的總損失可達(dá)12%，其中60-80%歸因于真菌腐爛。更棘手的是，直接測(cè)量微小的凝結(jié)水極為困難，而傳統(tǒng)上依賴經(jīng)驗(yàn)的管理方式難以精準(zhǔn)應(yīng)對(duì)冷庫(kù)內(nèi)復(fù)雜多變、高度局部化的微環(huán)境。那么，究竟是什么機(jī)制、在何時(shí)、何地觸發(fā)了蘋果表面的凝結(jié)？為了回答這些問題，一個(gè)由多國(guó)研究人員組成的團(tuán)隊(duì)在真實(shí)的商用50噸蘋果冷庫(kù)中展開了一項(xiàng)深入的研究。

研究人員并未直接“捕捉”水滴，而是巧妙地采用了間接但更可靠的預(yù)測(cè)方法。他們的核心思路是監(jiān)測(cè)“露點(diǎn)過低”(Dew Point Undershoot, DPU)現(xiàn)象，即當(dāng)蘋果表面溫度(T_Surf)低于周圍空氣的露點(diǎn)溫度(T_Dew)時(shí)，凝結(jié)便會(huì)發(fā)生。為此，他們研發(fā)并部署了一套基于物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things, IoT)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。這套系統(tǒng)的關(guān)鍵是一種定制的柔性雙傳感器模塊，其兩端分別裝有高精度的STS35溫度傳感器（測(cè)量T_Surf）和SHT45溫濕度傳感器（測(cè)量空氣溫度T_Air和相對(duì)濕度RH_Air）。傳感器被安裝在蘋果表面，通過LoRa WAN（遠(yuǎn)距離廣域網(wǎng)）協(xié)議每分鐘無線傳輸數(shù)據(jù)至網(wǎng)關(guān)。通過專門的校準(zhǔn)程序，他們將T_Air與T_Surf的溫差測(cè)量誤差降低至±0.02°C，并利用勞倫斯公式從T_Air和RH_Air計(jì)算出實(shí)時(shí)的T_Dew，從而持續(xù)監(jiān)測(cè)DPU事件。研究在位于德國(guó)拉芬斯堡的康斯坦茨湖水果種植研究中心進(jìn)行，在2019年至2025年間，團(tuán)隊(duì)在同一個(gè)50噸容量的冷庫(kù)中設(shè)計(jì)了五次測(cè)試（T1至T5），覆蓋了裝載、降溫、穩(wěn)態(tài)溫度等不同存儲(chǔ)階段，并通過調(diào)整制冷設(shè)定點(diǎn)、通風(fēng)時(shí)長(zhǎng)、除霜方式等參數(shù)，系統(tǒng)地探究了各種操作場(chǎng)景對(duì)凝結(jié)的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，蘋果表面溫度的局部差異是觸發(fā)或抑制DPU的主要因素。在裝載新水果后，T_Surf的差異可超過0.5°C，并持續(xù)一周以上。即使在冷卻兩周后，局部溫差仍可維持在0.2°C左右，而任何操作變動(dòng)（如設(shè)定點(diǎn)改變、冷卻中斷）都會(huì)重新增大這種差異。在測(cè)試中，因傳感器安裝導(dǎo)致某些果箱短暫移出冷庫(kù)而升溫，其較高的T_Surf反而抑制了DPU的發(fā)生，這突顯了微小溫差的關(guān)鍵作用。

通過分析非標(biāo)準(zhǔn)條件（如關(guān)閉制冷和通風(fēng)）下的數(shù)據(jù)，研究人員厘清了DPU形成的基本流程。首先，在制冷周期中，蒸發(fā)器會(huì)冷凝水分，導(dǎo)致空氣露點(diǎn)顯著下降（降幅可達(dá)1.6°C），這暫時(shí)阻止了凝結(jié)。當(dāng)制冷停止后，露點(diǎn)需要時(shí)間恢復(fù)。其次，局部溫度差異的存在是必要條件。最后，通過通風(fēng)，溫暖潮濕的空氣（例如從頂層積累的空氣）會(huì)被輸送至更冷的果箱（如前部果箱），當(dāng)其露點(diǎn)高于冷果實(shí)的表面溫度時(shí)，便觸發(fā)DPU。

電加熱除霜過程會(huì)融化蒸發(fā)器上的冰，在冷庫(kù)天花板下產(chǎn)生溫暖潮濕的空氣團(tuán)。在緊隨其后的通風(fēng)階段開始前，頂層果箱會(huì)經(jīng)歷短暫但劇烈的DPU（幅度<-1°C，持續(xù)約15分鐘）。通風(fēng)啟動(dòng)后，這些濕空氣被吹向前部果箱，可能引發(fā)進(jìn)一步的DPU，但在默認(rèn)設(shè)置下，由于通風(fēng)后制冷很快啟動(dòng)，此影響較小。

這是在穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)階段最常見且重要的DPU類型。在制冷間隔期較長(zhǎng)（>2小時(shí)）且通風(fēng)持續(xù)進(jìn)行時(shí)，從溫度略高的果箱中流出的潮濕空氣，被通風(fēng)帶入溫度略低的前部果箱，導(dǎo)致周期性的DPU。例如在T1測(cè)試中，在選定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，有高達(dá)1/3的時(shí)間觀察到此類DPU，典型幅度為-0.05°C至-0.15°C。其發(fā)生與通風(fēng)階段高度同步。

研究發(fā)現(xiàn)在垛堆底層的某些果箱，其T_Surf比庫(kù)內(nèi)平均溫度低約0.2°C。在制冷停止較長(zhǎng)時(shí)間后，當(dāng)周圍空氣的露點(diǎn)恢復(fù)時(shí)，這些“冷點(diǎn)”會(huì)持續(xù)經(jīng)歷DPU。這種現(xiàn)象與通風(fēng)狀態(tài)無關(guān)，可能與地面更好的冷卻效果或地板凝結(jié)水蒸發(fā)增加局部濕度有關(guān)。

在裝載未經(jīng)預(yù)冷的溫暖蘋果時(shí)，已冷卻果箱的T_Surf會(huì)因熱空氣流入而上升0.5-3.8°C，同時(shí)新果箱釋放的水汽使局部空氣濕度在約半天內(nèi)接近飽和，導(dǎo)致已冷卻果實(shí)表面發(fā)生幅度約-0.3°C、持續(xù)數(shù)小時(shí)的DPU。

冷庫(kù)開門時(shí)，外界溫暖潮濕空氣的涌入會(huì)迅速提高前部果箱（尤其是頂層角落）的空氣露點(diǎn)，產(chǎn)生短暫但劇烈的DPU（幅度可達(dá)-2°C，持續(xù)時(shí)間小于1小時(shí)）。

綜合所有測(cè)試，研究共驗(yàn)證了引言圖1中提出的五種主要DPU觸發(fā)機(jī)制，并按規(guī)律性分為兩類。一類是反復(fù)出現(xiàn)的DPU，包括“通風(fēng)潮濕空氣”（M型，主要發(fā)生在前部果箱）和“低溫果箱”（C型，主要發(fā)生在底層）。另一類是由特定事件觸發(fā)的DPU，包括“裝載溫暖果箱”（W型）、“開門事件”（D型）和“電除霜”（E型，分通風(fēng)前頂層和通風(fēng)時(shí)前部果箱兩個(gè)階段）。絕大多數(shù)DPU發(fā)生在前部果箱（靠近門的一側(cè)），頂層果箱主要受電除霜影響。

本研究證實(shí)，在商用蘋果冷藏的穩(wěn)態(tài)操作期間，DPU及隨之而來的表面凝結(jié)會(huì)規(guī)律性地發(fā)生，但其影響具有高度局部性，主要集中在前部果箱。即使小于0.25°C的微小局部溫度差異，也足以成為是否發(fā)生凝結(jié)的決定性開關(guān)。研究明確了五種具體的DPU觸發(fā)機(jī)制及其發(fā)生的典型條件和位置。

這項(xiàng)研究的重要意義在于，它首次在真實(shí)的商業(yè)冷庫(kù)尺度上，系統(tǒng)性地揭示并量化了驅(qū)動(dòng)蘋果表面凝結(jié)的多種微環(huán)境機(jī)制。這挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的、基于整體庫(kù)房環(huán)境的均勻化管理思路。研究表明，為了在抑制真菌腐爛（需減少凝結(jié)）和防止重量損失（需高濕度）之間取得最佳平衡，必須采取針對(duì)性的局部化策略，而非“一刀切”的除濕。例如，可以通過縮短通風(fēng)時(shí)間、減小制冷設(shè)定點(diǎn)溫差來減少前部果箱的周期性凝結(jié)；通過優(yōu)化除霜策略和延遲除霜后通風(fēng)來保護(hù)頂層果箱；通過嚴(yán)格執(zhí)行果實(shí)預(yù)冷、縮短開門時(shí)間等操作規(guī)范來減少裝載期的凝結(jié)風(fēng)險(xiǎn)。

該論文發(fā)表在《Postharvest Biology and Technology》上，其成果為開發(fā)基于實(shí)時(shí)多點(diǎn)位傳感器反饋的精準(zhǔn)冷凝管理系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。通過預(yù)測(cè)和定位最可能發(fā)生凝結(jié)的區(qū)域，并結(jié)合可操作的控制參數(shù)調(diào)整，未來有望實(shí)現(xiàn)智能化存儲(chǔ)管理，在最大限度保持水果品質(zhì)和重量的同時(shí)，將腐敗損失降至最低，從而提升整個(gè)蘋果冷藏產(chǎn)業(yè)的效益和可持續(xù)性。