热带气候下被动冷却毯技术减少番茄采后损失的应用研究

为解决热带地区小农户番茄采后损失严重的问题，研究人员开发了一种经济可扩展的被动蒸发冷却技术——木炭冷却毯（CCB）。通过在乌干达番茄供应链中的实地测试，证实CCB可降低环境温度1.5°C（最高降温20°C），提升相对湿度10%，显著减少番茄重量损失（10%）、硬度下降（20%）和色泽变化，并将保质期延长60%。该技术为低收入国家减少食物损失、提升农民收入提供了创新解决方案。

　　

在撒哈拉以南非洲地区，超过40%的果蔬在从农场到消费者的过程中因缺乏冷链设施而损失，其中番茄采后损失尤为严重。高温高湿的热带气候加速了番茄的呼吸作用和水分蒸发，导致小农户面临巨大的经济损失。传统冷藏方案因成本高、技术要求复杂难以普及，而现有被动蒸发冷却技术（如陶土冷却器）又存在建造难度大、维护成本高等问题。这一困境促使Agroscope（瑞士联邦农业生态与食品系统研究所，Research Division Food Microbial Systems）的Sofia Felicioni团队联合乌干达马凯雷雷大学研究人员，开发了一种基于木炭的被动冷却毯（Charcoal Cooling Blanket, CCB），并通过实验室模拟和乌干达田间试验验证其效果。相关成果发表在《Scientia Horticulturae》上。

研究团队采用气候室模拟（23°C/60% RH）筛选最佳包装材料，通过蓝牙温湿度传感器（SHT4X）和物联网设备（UbiBot WS1 Pro）实时监测CCB性能；在乌干达田间设置不同成熟度（绿熟期/转色期/红熟期）和灌溉处理（包括智能滴灌I_ADY/I_ADS）的番茄队列，结合数字折光仪（PR-32a）测定可溶性固形物（SSC）、pH计（Metrohm 827）分析酸碱度，并建立动力学模型（Q_loss%=k_quality·I(t)ⁿ）量化品质损失。

3.1 实验室验证

塑料筐配合CCB表现最优，降温幅度达4°C（编织筐仅2-3°C），冷却效率38%，且能避免木质容器易霉变的问题。

3.2 成熟度影响

CCB对绿熟期番茄效果最显著：重量损失从19%降至7%，硬度损失减少56%，而红熟期番茄因呼吸作用强烈，降温仅延缓色泽变化（a/b值增速降低14%）。

3.3 灌溉策略优化

采用智能滴灌（I_ADS）结合CCB使绿番茄重量损失降低17%，证实适度水分胁迫（土壤水势40kPa）可提升果实贮藏性。

3.4 供应链应用

摩托车运输测试显示，CCB维持番茄核心温度低于22°C，市场摊贩使用后损耗从2.5kg降至0.2kg，日均增收1.5美元。动力学模型预测CCB使货架期延长2天（Q₁₀=2-3）。

3.5 多因素关联分析

相关性矩阵揭示：贮藏相对湿度与重量损失呈强负相关（r=-0.82），而温度升高会加速硬度下降（r=0.79）；绿熟期番茄因表皮气孔未闭合，更易受环境湿度影响。

这项研究证实CCB通过“降温-保湿”双重机制有效延缓番茄采后劣变，其材料成本仅28美元且可重复使用，特别适合乌干达等低收入国家的小规模农户。未来研究可拓展至芒果、茄子等作物，并通过数字孪生技术优化浇水时机。该技术为全球热带地区减少食物损失、实现联合国可持续发展目标（SDG 12.3）提供了切实可行的解决方案。