（制冷及低温工程专业论文）蔬菜真空预冷工艺及其关键技术研究.pdf

摘要 中文摘要 新鲜蔬菜采摘后其各种生理代0 1 过程仍在继续， 采用预冷的方法迅速降低温 度， 减弱生理代谢过程， 达到较好的保鲜目 的。 目前， 国外采用真空预冷法较多。 真空预冷就是在真空条件下， 使水迅速在真空处理室内以较低的温度蒸发， 水在 蒸发过程中要消耗较多的热量， 在没有外界热源的情况下， 便会在真空室内产生 制冷效果。 真空预冷技术的研究和应用在我国还刚刚起步， 真空预冷装置的设计 制造还没有一套成熟的计算方法和检测标准， 真空预冷蔬菜也没有一套现成的预 冷工艺， 基本上是凭经验。 因此， 迫切需要对真空预冷装置中的关键技术和预冷 工艺进行研究， 为真空预冷装置的设计和使用提供理论依据。 本文从以下几方面 展开研究: ( 1 )捕水器捕水特性的理论研究。提出了捕水器凝结换热的数学模型，结 合内置式捕水器的结构， 求解出真空预冷过程中捕水器的捕水量。 分析具体参数 可得:捕水器的表面积和制冷机组的制冷量越大，其捕水量越大;表面温度为 0 - 1 时，温度变化对捕水量影响很小。数据对捕水器的设计可提供理论基础。 ( 2 )蔬菜真空预冷的实验研究，选取天津产卷心菜、生菜、黄瓜、茄子、 离芭、 香菇和高桩型结球白 菜进行真空预冷实验。 其中2 0 k g 蔬菜真空预冷的干 耗数据， 验证了捕水器捕水理论的可靠性。 实验过程中选取的儿种蔬菜， 形状各 异， 表面积与体积比各不相同， 造成蔬菜的干耗和真空预冷的速度各不相同。 总 结了 干耗与蔬菜表面温度、 预冷时间的函数关系， 对实际的产地预冷具有指导 意 义。 ( 3 ) 针对天津产高桩型结球白 菜进行不同批量的真空预冷实验，总结出真 空室容积率与预冷时间之间的关系和结球白 菜处理量与干耗损失量之间的经验 公式。 研究结果表明， 真空预冷前， 均匀喷淋适量的水分， 可减少结球白 菜的干 耗。 用保鲜膜把结球白 菜密封， 置于两侧开孔的包装箱内， 与未加包装的结球白 菜进行不同位置的温度对比分析， 得出保鲜包装方法对结球白 菜真空预冷效果的 影响。 关键词: 食品冷链;蔬菜;真空预冷;干耗;捕水器;捕水量 ah c t r a c t ab s t r a c t f r e s h v e g e t a b l e w i l l s t i l l c o n t i n u e s i t s l i f e p r o c e s s a ft e r h a r v e s t e d . p r e - c o o l i n g i s a g o o d w a y t o r e d u c e t h e t e m p e r a t u r e o f v e g e t a b l e a n d k e e p i t s f r e s h n e s s . i n v a c u o u s c o n d it i o n , w a t e r c a n e v a p o r a t e i n a l o w t e m p e r a t u r e i n v a c u u m p r e - c o o li n g r o o m . i t c o n s u m e s a l o t o f h e a t e n e r g y d u r i n g e v a p o r a t i n g . t h e n w i t h o u t a n y h e a t r e s o u r c e , t h i s p r o c e s s w i l l c r e a t e a e ff e c t o f r e f r i g e r a t i o n . s o i t i s c a l l e d v a c u u m p r e - c o o l i n g . n o w a d a y s v a c u u m p r e - c o o l i n g t e c h n o l o g y i s e x t e n s i v e u s e i n f o r e i g n c o u n t r y . h o w e v e r , t h e s t u d y a n d a p p l i c a t i o n o f t h e v a c u u m p r e - c o o l i n g t e c h n o l o g y i s i n t h e fi r s t t im e s t e p i n c h i n a , a n d t h e r e a r e n o a c c u r a t e c a l c u l a t i n g m e th o d s a n d t e s t i n g s t a n d a r d s a b o u t t h e d e s i g n a n d m a n u f a c t u r e o f v a c u u m p r e - c o o l i n g i n s t a l li n g . t h e p r e - c o o l i n g p r o c e s s e s o f v e g e t a b l e a r e o p e r a t e d b a s e d o n e x p e r ie n c e w it h o u t a n e x i s t i n g a r t s a n d c r a ft s . s o t h e r e i s a n e e d t o s t u d y t h e k e y t e c h n o l o g i e s a n d p r o c e s s e s i n t h e v a c u u m p r e - c o o l i n g u n i t a n d p r o v i d e t h e t h e o r e t i c a l b as i s f o r t h e d e s i g n a n d a p p l i c a t i o n o f v a c u u m p r e - c o o li n g u n i t . t h e d i s s e r t a t i o n p r e s e n t s s o m e c o n t e n t s a b o u t t h e v a c u u m p r e - c o o l i n g a s f o l l o w s : ( 1 ) s t u d i e s o n t h e p e r f o r m a n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f w a t e r c a t c h e r , i t p r o p o s e s t h e ma t h e ma t i c a l mo d e l o f c o n d e n s a t i o n h e a t t r a n s f e r a b o u t wa t e r c a t c h e r . an d i t c a l c u l a t e s t h e l i q u i d v o l u m e i n w a t e r c a t c h e r d u r i n g t h e p r o c e s s o f v a c u u m p r e - c o o l in g c o m b i n e d w i t h i n n e r s e t t i n g w a t e r c a t c h e r i m p l e m e n t . t h r o u g h th e a n a l y s i s o f p a r a m e t e r w e c a n c o n c l u d e t h a t t h e m o r e e x t e r n a l a r e a o f w a t e r c a t c h e r i m p l e m e n t a n d r e fr i g e r a t i o n c a p a c i t y i n re f r i g e r a t i o n s y s t e r m , t h e m o r e a r r e s t i n g w a t e r c a p a c i t y ; w h e n e x t e r i o r t e m p e r a t u r e o f w a t e r c a t c h e r i m p le m e n t i s i n t h e r a n g e o f 0 - 1 0c , t h e i n fl u e n c e o n a r r e s t i n g w a t e r c a p a c i t y i s v e r y l i m i t e d . t h e d a t a o ff e r t h e t h e o r e t i c a l b a s i s t o t h e d e s i g n o f w a t e r c a t c h e r i m p l e m e n t . ( 2 ) e x p e r i m e n t a l s t u d y o n v a c u u m p r e - c o o l i n g f o r v e g e t a b l e s . s e v e r a l k i n d s o f v e g e t a b l e s w h i c h a r e p l a n t e d i n t i a n j i n s u c h as c h i n e s e c a b b a g e , l e t t u c e , c u c u m b e r e g g p l a n t a n d f o r e s t m u s h r o o m a r e u s e d t o t h e v a c u u m p r e - c o o l i n g e x p e r im e n t . 2 0 k g v e g e t a b l e s e x p e r i m e n t t e s t s t h e t h e o r e t i c a l r e s u l t s , w h i c h a r e s h o w i n g t h a t t h e t h e o r e t i c a l m o d e l i s r i g h t . p re - c o o l i n g v e l o c i t y f o r t h e s e v e g e t a b l e s w i l l n o t b e e q u a l b e c a u s e t h o s e h a v e d i ff e r e n t o u t l i n e d i m e n s io n a n d r a t i o b y v o l u m e t o s u r f a c e a r e a . s u m m a r i z e d m a t h e m a t i c a l r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e w e i g h t l o s s a n d s u r f a c e t e m p e r a t u r e , t h e w e i g h t l o s s a n d p r e - c o o l i n g t i m e , a n d i t h a s i n s t r u c t in g m e a n i n g s t o a c t u a l p r o d u c t b a s e s p r e - c o o l i n g . ( 3 ) e x p e r i m e n t a l s t u d y o n v a c u u m p r e - c o o l in g f o r c h i n e s e c a b b a g e . t h e ab s t r a c t e x p e r im e n t a l o b j e c t i s l o n g s t e m c h i n e s e c a b b a g e p l a n t e d i n t i a n j i n . t h e r e i s a r e l a t i o n s h ip b e t w e e n h a n d l i n g c a p a c it y a n d v a c u u m p r e - c o o l i n g s t i m e . t h e e m p i r i c a l e q u a t i o n a b o u t c h i n e s e c a b b a g e b e t w e e n w e i g h t l o s s a n d h a n d l i n g c a p a c i t y i s s u m m a r i z e d . w e c a n c a l c u l a t e th e w e i g h t l o s s b y t h i s e q u a t i o n . a n d t h e w a t e r w o r k s w i l l s p r a y p r o p e r l y a m o u n t o f w a t e r t o r e d u c e t h e w e i g h l o s s . c h i n e s e c a b b a g e s w h i c h w e r e w r a p p e d b y p r e s e r v a t i v e f i l m a r e p u t i n t h e w r a p p i n g b o x e s . t h e b o x e s i n v a c u u m r o o m h a v e h o le s i n b o t h s i d e s . c o m p a r e d w i t h t h e t e m p e r a t u r e o f c h i n e s e c a b b a g e s w h e t h e r t h e y a r e w r a p p e d o r n o t , w e c a n a n a l y z e t h e e ff e c t o n v e l o c i t y o f v a c u u m p r e - c o o l i n g b y w r a p p i n g b o x e s a n d p r e s e r v a t i v e f i lm. k e y w o r d s : f o o d c o l d c h a i n ; v e g e t a b l e ; v a c u u m p r e - c o o l i n g ; w e i g h t l o s s ; wa t e r c a t c h e r ; wa t e r c o n d e n s a t e c o n t e n t t o 第一章绪论 第一章绪论 1 . 1概述 1 . 1 . 1 我国蔬菜发展概况 蔬菜是人们日常生活中不可缺少的副食品， 也是我国目 前种植业中最具活力 的经济作物。 改革开放以来， 随着市场经济的发展， 农产品产销体制的不断改 革 和完善， 特别是 1 9 8 8 年实施“ 菜篮子工程” 以来， 蔬菜产业得到了蓬勃发展。图 1 - 1 显示了我国近几年蔬菜种植面积的变化1l 。图1 - 2 是2 0 0 4 年我国蔬菜出n 金 额情况。 图 卜 2 2 0 0 4 年1 - 8 月 我国 蔬 菜出 口 分品 种 1 6 0 0 0 1 5 0 0 0 1 4 0 0 0 1 3 0 0 0 1 2 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 9 0 0 0 8 0 0 0 单 位:亿美元 圈2 0 0 4 i 翅0 0 3 贤令十鬓旧 图 1 - 1 蔬 菜 栽 培 面 积 变 化 曲 线年 份鲜 冷 冻 蔬 菜 加 工 保 鲜 蔬 菜干 蔬 菜 到2 0 0 0 年， 我国蔬菜产量增加到4 .4 亿吨，年人均增至3 0 0 公斤以上，为 世界人均量1 0 2 公斤的近3 倍， 居世界第一12 1 . 2 0 0 2 年， 蔬菜的种植面积为1 7 3 5 3 千 公顷 3 1 ， 蔬菜的产量为5 2 9 0 8 . 9 万吨14 1 但是与我国蔬菜产量大国不相称的是我国蔬菜产后处理技术的落后， 我国蔬 菜采摘后的损失过大。 按目 前处理技术水平，蔬菜的 产后损失率在2 5 % - 3 0 % 4 蔬菜无保鲜贮运进入城市， 又会给城市增添大批的生物垃圾， 造成能源和人力的 浪费。 因此要加强蔬菜保鲜工作， 逐步做到蔬菜采后预冷、 加工、 包装和保鲜运 输， 完善整个冷链过程。 1 . 1 .2 实施冷链技术的必要性 受田间热的影响， 采摘后蔬菜本身温度比较高， 加之自 身的呼吸作用， 使得 蔬菜中含有的丰富的维生素c 、 胡萝 卜 素、 矿物质及各种促使消化的酶类成分不 断发生变化， 不断释放热量，温度持续升高。导致呼吸加快，水分大量蒸发， 蔬 菜迅速萎缩，鲜度降低，直至腐败变质。 p a u l l 较全面地论述了 采后如不及时 进 行预冷将导致产品的 质量下降， 货架期( 产品不变质的时间) 缩短 ， 。 延长保质 期的方法有很多，主要有:( 1 )中止生理过程， 保存组织 ( 如冻结、干燥) ;( 2 ) 阻止生理过程的恶化 ( 如低温储藏、气调储藏) 。其中预冷是延长 保质期的重要 一 环16 - 9 1 第一章绪论 第一章绪论 1 . 1概述 1 . 1 . 1 我国蔬菜发展概况 蔬菜是人们日常生活中不可缺少的副食品， 也是我国目 前种植业中最具活力 的经济作物。 改革开放以来， 随着市场经济的发展， 农产品产销体制的不断改 革 和完善， 特别是 1 9 8 8 年实施“ 菜篮子工程” 以来， 蔬菜产业得到了蓬勃发展。图 1 - 1 显示了我国近几年蔬菜种植面积的变化1l 。图1 - 2 是2 0 0 4 年我国蔬菜出n 金 额情况。 图 卜 2 2 0 0 4 年1 - 8 月 我国 蔬 菜出 口 分品 种 1 6 0 0 0 1 5 0 0 0 1 4 0 0 0 1 3 0 0 0 1 2 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 9 0 0 0 8 0 0 0 单 位:亿美元 圈2 0 0 4 i 翅0 0 3 贤令十鬓旧 图 1 - 1 蔬 菜 栽 培 面 积 变 化 曲 线年 份鲜 冷 冻 蔬 菜 加 工 保 鲜 蔬 菜干 蔬 菜 到2 0 0 0 年， 我国蔬菜产量增加到4 .4 亿吨，年人均增至3 0 0 公斤以上，为 世界人均量1 0 2 公斤的近3 倍， 居世界第一12 1 . 2 0 0 2 年， 蔬菜的种植面积为1 7 3 5 3 千 公顷 3 1 ， 蔬菜的产量为5 2 9 0 8 . 9 万吨14 1 但是与我国蔬菜产量大国不相称的是我国蔬菜产后处理技术的落后， 我国蔬 菜采摘后的损失过大。 按目 前处理技术水平，蔬菜的 产后损失率在2 5 % - 3 0 % 4 蔬菜无保鲜贮运进入城市， 又会给城市增添大批的生物垃圾， 造成能源和人力的 浪费。 因此要加强蔬菜保鲜工作， 逐步做到蔬菜采后预冷、 加工、 包装和保鲜运 输， 完善整个冷链过程。 1 . 1 .2 实施冷链技术的必要性 受田间热的影响， 采摘后蔬菜本身温度比较高， 加之自 身的呼吸作用， 使得 蔬菜中含有的丰富的维生素c 、 胡萝 卜 素、 矿物质及各种促使消化的酶类成分不 断发生变化， 不断释放热量，温度持续升高。导致呼吸加快，水分大量蒸发， 蔬 菜迅速萎缩，鲜度降低，直至腐败变质。 p a u l l 较全面地论述了 采后如不及时 进 行预冷将导致产品的 质量下降， 货架期( 产品不变质的时间) 缩短 ， 。 延长保质 期的方法有很多，主要有:( 1 )中止生理过程， 保存组织 ( 如冻结、干燥) ;( 2 ) 阻止生理过程的恶化 ( 如低温储藏、气调储藏) 。其中预冷是延长 保质期的重要 一 环16 - 9 1 第一章绪论 蔬菜冷链系统是保证蔬菜高品质的最先进的手段和最佳途径。 冷链系统的提 出与应用是蔬菜生产和流通的一次现代化革命。 它的的基本流程为: 产地采集及 产后处理、预冷、冷加工、产地集货、冷藏、产地批发、冷藏运输、销地集货、 销地加工、批发、配送、零售、消费。 1 . 1 .3 预冷原理与分类 预冷概念是由p o w e l l 及其合作者在 1 9 0 4 年提出的 。 ， 。 所谓 预冷，是指 采 收后果蔬、 切花在贮藏或运输之前， 迅速将其温度降 低到规定温度的作业。 它能 减缓新陈代谢和减少变质损失，是实现冷链流通的第 一个环f 71 a 据研究表明，果蔬、切花等产品的温度每升高 1 o c ，呼吸量增大一倍。 产 品鲜度的劣化速度与呼吸量成正比例关系。根据日 本石井在 1 9 7 5 年的报道， 夏 季采收时品温为2 7 的豆角， 未经预冷经过2 0 h 运销到市场， 其品温升高到4 1 0c . 如苹果在常温下 ( 2 0 0c ) 延迟一天，就相当于缩短冷藏条件下 ( 0 0c ) 7 -1 0天 的贮藏寿命 1 1 。 可见， 果蔬收获后， 迅速的预冷， 对保证良 好的鲜度和贮运效果 具有重要的意义。 未经预冷的果蔬、 切花， 要在运输或贮藏中降低它们的温度， 需要很大的冷 量， 显著增加了制冷设备的负荷， 这无论从设备上还是从经济上都很不利。 产品 经过彻底冷却以 后， 仅用较小的冷量， 采用一定的保冷防热措施， 就能使运输车 船和冷库内的温度不显著上升。 此外， 未经预冷的果蔬、 切花等产品易蒸腾失水， 致使车厢内 湿度大， 易在车厢顶部凝结大量的水滴， 这些水滴， 常常滴落在包装 箱或产品上， 对运输很不利。 如果使用塑料袋包装， 袋子内表面凝结水滴浸润产 品，易引起腐烂。 预冷大体可以分为: 差压预冷、 真空预冷、 强风预冷和冷水预冷四大类。 四 种冷却方式的优缺点见表 1 - 1 所示。图1 - 3 是不同预冷方式的对比，并且与常规 的普通冷藏相比较，预冷速度的优势是很明显的。( 差压、强风和冷水预冷原理 图见附录) 表1 - 1 各种预冷方式优缺点对比 1 1 2 - 1 3 1 优点 1 . 与 强 制 通 风 预 冷 比 ， 冷 却 速 度 快 ( 冷 t o 时 礴 am a 强制通风预冷的1 / 4 ) 2 . 冷却均匀， 无死角 3 几乎适用于任何种类的果蔬( 包括果菜、叶菜) 。 4 隧道式差几通风预冷在差压室安 装了 传送带， 产 uu 4 1纂黔黯黑黯鼎豁漏 4 -5 c 。 对阔叶类蔬菜的真空顶冷效果相当明显 2 效果均匀.预冷箱内 各点压力均衡， 果蔬体内的 水 份能同时蒸发吸收休内蓄存的田间热使得箱内果 蔬的温降非常均匀 3 能耗低. 外界传入的 热量小 1 .投资略高 比 强制通风高， 但远低于真 空预冷) 2 有的品 种略微出现枯萎现象 3 堆码等略费工时 1 .干耗. 真空预冷在降温同时造成减重。 真 空预冷过程和随后的水汽散失也会对如 质地， 颜色 和可感受的物品 特性等食品质 量因素有不利影响。 2设备初期投资高 由于设各花费高加不 过程不适合那些为保证食品 冷量须进行 目一压冷一空冷 硬进差预一真顶 分.j-j了 第一章绪论 4清洁 因为空气只有当真空冷却室被打开时才能 进入，保证果菜的 清洁. 额外冷藏的食品。 强 风 顶 冷 轰 . 预冷间内 连续吹风冷却，适用品种多，能将多种 类疏菜混合冷却. 2 ，投资 较少， 操作简单。 冷却时间较长 ，易产生冷却不均的现象， 背面易留 有死角 冷 水 预 冷 1 .冷却速度快 2 .对十根菜兼有清洗功能 产品被水润湿. 易带细菌， 不符合流通要 求 :盗， 丫 一一 ， . ，- 一一一， 二 0 5 1 0 图 1 - 3 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 d 5 5 时 不同预冷方式预冷速度对比 6diul6 5m i n ) 1 .2 真空预冷技术的 原理和发展现状 1 . 2 .1 真空预冷的原理 粼济渗乙牙) 300029002b002700260025d0潮2300220021002000 ;: 一蒸 发 热 一口一几 力 : 5000040000 泊巴划只国 0 - 1 0 00 0 图 1 - 4 . . 臼 . 、 ，一 . . 一 . 一_ 口 _ 口 尸/ 0 2 0 4 0 6 0 6 0 1 0 0 沸 点 () 水的沸点与饱和蒸气压及蒸发热之间的 关系曲 线 在一个标 准大气 压 下， 水的 沸点 是 1 0 0 c 蒸发 热是2 2 5 6 k j / k g 而当 压力 降低到6 1 o n时， 水的 沸点 是。 ， 蒸发热为2 5 0 0 k j / k g ，可见，随着压力的降 低， 水的 沸点 逐渐降 低， 蒸发单 位质量的 水所消 耗的 热量反 而 增加1 4 1 。 如图1 - 4 所示。 凡是 低于大气压的 气体所存 在的 空间 状态， 称之为 真空 1 1 5 1真 空预冷就是在 真空条件下， 使水迅速在真空处理室内以较低的渴度蒸, 7 1( 在蒸分讨j, y 中蓉消 第一章绪论 4 清洁因为空气只有当真卒冷却室被打开时才能额外冷藏的食品。 进入，保证果菜的清洁。 1 预冷间内连续吹风冷却，适用品种多，能姆多种冷却对阊较妊，易产生冷却不均的现象， 类蔬菜混合冷却。 背面易留有死角 2 投资较少，操作简单。 l 凳銮 1 冷却速度快产品被水润湿，易带圳菌不符台流通要 2 对于根菜兼有清洗功能求 3 5 3 0 2 5 2 0 醚 1 5 赠 1 0 5 5o51 01 5z o2 53 d3 54 0 4 5 5 d5 5 6 0 6 5 图1 - 3 不同预冷方式预冷速度对比 r a i n时问( ) 1 2 真空预冷技术的原理和发展现状 1 2 1 真空预冷的原理 勺6 0 0 0 0 面”o r4 0 0 幽3 0 0 0 0 榭 沛 ；彗 o2 0 u6 08 0 1 0 0 沸点( ) 图1 _ 4 水的沸点与饱和蒸气压及蒸发热之间的关系曲线 在一个标准大气压下，水的沸点是1 0 0 。c ，蒸发热是2 2 5 6 k j k g ，而当压力 降低到6 1 0 p a 时，水的沸点是o 。c ，蒸发热为2 5 0 0k j k g ，可见，随着压力的降 低，水的沸点逐渐降低，蒸发单位质量的水所消耗的热量反而增加1 4 1 。如图l - 4 所示。 凡是低于大气压的气体所存在的空间状态，称之为真空 1 5 1 。真空预冷就是在 真空条件下，使水迅速在真空处理室内以较低的温度蒸发，水在蒸发过程中要消 第一章绪论 耗较多的热量，在没有外界热源的情况下，便会在真空室内产生制冷效果。当真 空处理窜的压力降低时，相应水的饱和蒸发压力也降低，水从被冷却物品表面蒸 发出来，热量从物品释放给了水蒸气，从而使物品本身得到迅速冷却。水蒸气用 水汽凝结器( 即捕水器) 捕集，水汽凝结器是带气液相变的的换热器，水汽凝结 器同时又是另一制冷系统的蒸发器。其原理如图1 5 所示： 1 压力表2 真空室 3 ，排水口4 真空泵5 排气6 节流阀 7 捕水器( 蒸发器) 8 冷凝器 9 压缩机 图1 - 5 真空预冷原理图 1 2 2 真空预冷技术的关键部件捕水器 蔬菜一般含有大量水分，随着温度的不同，水蒸气压各异，产品的蒸汽压和 环境的蒸汽压差越大，产品的水分蒸发就越旺盛。在低温常压下，水蒸气的蒸发 速度缓慢，但在低压条件下，会加快产品蒸发，水蒸气体积迅速膨胀。l m l 的水 变成蒸汽后，当压力为5 9 9 9 5 p a ，温度为o 。c 时，变成水蒸气后体积为2 1 0 l 。 表1 - 2l m l 的水变成水蒸气的体积 压力p a n f l 压力p a v l 5 3 3 2 92 3 61 0 6 6 5 81 1 8 5 9 9 9 52 1 0 13 3 3 2 28 5 6 6 6 6 i1 8 91 9 9 9 8 36 3 7 3 3 2 71 7 22 6 6 6 4 44 7 7 9 9 9 3 1 5 73 3 3 3 0 54 8 9 3 3 2 51 3 53 9 9 9 ，6 63 2 要把大量的水蒸气直接由真空泵抽取，l k g 的水相当t 2 1 0 m 3 水蒸气，无论在 时间上还是能力上都是困难的，而且也不经济。此外，如果直接由真空泵抽取， 水蒸气进入真空泵后，密封油会被乳化，降低抽气性能，不能保证所需的真空度。 因此，通常用水蒸气捕集器把蒸发的水蒸气变成水，然后将其排出。作为制冷系 统的蒸发器，捕水器首先是个专为凝结水蒸气的换热器，要有足够的捕水而积， 以保证最大捕水量；要有足够低的温度，以形成水蒸气冷凝的移动动力，造成气 体的流动；要有足够的空l f i j ，以使水蒸气在其中流动速度减慢，便于凝结在低温 表面上。其次捕水器又是真空容器，要满足外压容器的强度要求，筒体和各联结 4 第章绪论 部件的泄漏应满足真空密封的要求m 1 。 1 2 3 真空预冷技术的发展现状 早在二十世纪四十年代末，西方国家就已进行了预冷技术的系统研究，现在 其技术和设备已达到了相当成熟的水平l 。日本于1 9 6 5 年提出了产地采收处理 一预冷包装一低温贮藏一冷藏运输一销售( 冷藏陈列柜) 的低温流通系统。日本从 1 9 6 6 年开始真空预冷技术的研究i 埽】，并在全r 本的果蔬生产基地中得到了应用。 到1 9 7 1 年，预冷白菜等叶类果蔬才打开了东京的果蔬消费市场，并使真空预冷设 备在日本的全国果蔬生产基地得到应用。从此人们逐渐形成了吃新鲜的预冷果蔬 的习惯，也使r 本真空预冷技术及设备逐步趋向成熟1 1 。1 9 7 5 年日本许多有识之 士研究成立了“食品低温流通推进协议会”，整理出“低温管理食品的品质管理方 法与低温流通设施完善方向”。到1 9 8 6 年日本就拥有预冷库1 6 1 5 座。其中，强制 通风预冷库1 0 1 0 座 差压预冷库4 1 8 座；真空预冷库1 7 7 座；水冷预冷库1 0 座。如 今，预冷技术在日本已相当成熟。9 0 以上的蔬菜都必须预冷后贮藏、运输。甚 至有“不是预冷的蔬菜就不受欢迎”的说法。人们认为低温冷藏链在保护消费者健 康，提高人民的生活质量方面发挥着巨大的作用1 8 1 。 美国于四、五十年代就开始进行冻结食品温度变化与品质关系的研究，提出 了t t t 概念，即食品贮藏时i 司( t i m e ) ，贮藏温度( t e m p e r a t u r e ) 与耐贮性( t o r l e r a n c e l 之间的关系，并总结出了大多数蔬菜的冻结温度和贮藏温度带。七、八十年代， 美国低温冷藏链进入迅速发展时期。预冷技术不仅在实践中得以广泛应用，理论 研究也取得了重大突破。应用数学模型来模拟蕃茄、甘蓝等果菜预冷时的热、质 传递。如今，预冷技术在美国从理论到实践都较为成熟，已经形成生鲜食品的产 地预冷、冷藏运输及流通消费的连续低温冷藏链1 。 我国从8 0 年代中期才开始进行真空预冷技术和设备的研究工作i2 “2 ”。1 9 9 0 年广州市科委为实施菜篮子工程，从日本引进了一台真空预冷设备，委托广州 制冷设备研究所消化吸收，并设计出我国第一台真空预冷设备。但由于受国内 市场条件所限，当时未能推广开来。上海食品研究所1 9 9 5 年从国外引进了一台 真空预冷设备，并列许多果蔬品种进行了实验研究，积累了大量的实验数据1 1 9 t 。 当前，我国东南沿海的许多城市，真空预冷保鲜技术广泛应用于蔬菜、鲜花、食 用菌、水果等新鲜果蔬原料及制品的采后即时保鲜处理。如：各城市目前方兴未 艾的超市洁净菜、无公害蔬菜及高山无污染山野菜、天然食用菌等保鲜处理，外 运出口的新鲜蔬菜，鲜花的保鲜处理等。深圳的万保琨真空技术有限公司在这方 面做得尤为突出，引进日本真空株式会社在果菜食品产业的国际先进技术，先后 应用于广州市政府菜蓝子工程、北京市政府菜篮子工程、会达绿色农场无公害蔬 第一章绪论 菜出臼基地、香港合利蔬菜贸易公司等项目。其产品还出口新加坡、马来西哑、 同本等国家。 1 2 4 真空预冷装置在食品方面的具体应用 真空冷却装置的处理能力各有不同，每小时处理量从1 吨到1 0 吨各异。大型 车载可移动式真空冷却设备一般由以下儿个部分组成：( 1 ) 真空冷却处理槽； ( 2 ) 槽内台车轨道或辊子传动机构；( 3 ) 抽真空系统( 真空泵、真空阀门、油分离器 等) ；( 4 ) 盐水冷冻机组；( 5 1 压缩空气系统( 空压机、配管、三联件) ；( 6 ) 仪表 类及控制系统( 真空计、温控计、各种仪表、控制盘等) 。真空预冷却装置属于 真空保鲜范畴的装置，真空预冷装置可在田间地头上将装成纸箱的新鲜蔬菜降 温，消除田问热。比直接放在冷库里降温快而均匀，特别是这种降温里外一致， 而冷库里是外冷内热。真空预处理后的蔬菜，保存和运输期可延长7 至1 0 天。图 1 7 ) 5 大型真空预冷机工作现场【2 2 】 图1 7 大型真空预冷机工作现场 真空预冷装置除用在果蔬的产地预冷外，还可用于肉类食品、烘焙食品、水 产品、花卉等的冷却，甚至还可用于某些工业产品的冷却。表1 3 为各种预冷方 式的适用方面。 表1 3 一些食品应用冷却方法 生鲜食品 冷却方法调理食品 肉鱼 禽蛋 水果 蔬菜 冷风冷却 q 冷水冷却 碎冰冷却 一 真空冷却 十 +十+ 注：+ 分割冷却肉、冷却鱼片、分割冷却禽肉； “加湿真空冷却 国外一些研究表明，熟肉制品和新鲜肉都能够用真空冷却进行快速冷却。文 献 2 3 对烹调肉在真空冷却中的传热传质过程作了初步分析，从热平衡角度得 出了真空冷却速率的关系式。j a m e s 研究中分别用真空冷却和强制通风冷却把 6 ，8 7 3 k g 的火腿从7 0 。c 降温到1 0 | 。c ，前者仅需要3 0 r a i n ，后者需要4 2 4 r a i n “1 ，而 第一章绪论 且真空冷却更清洁卫生。表1 4 是熟肉产品真空冷却的结果。 表1 - 4 熟肉产品真空冷却结果情况 冷却产晕 冷却叫品温失水率组态形态色香 品种 单重埋间初温 c终温 c 味 ( k g 次1 ，m m 中式蹄膀 2 0 0 4 8 0 3 09 52 07 1 良优 家乡熏鸡2 0 04 5 03 09 52 09 ；2优良 烤鸡翅 2 0 01 0 02 6 9 52 0 5 6 表面较干良 熏鸡翅 2 0 02 5 02 79 52 05 8 良良 从表1 5 可以看到，真空冷却比相同条件的自然冷却速度快2 0 倍，比鼓风冷却 快1 2 倍左右，十分有利于熟肉食品工业化提高生产效率。从表1 5 还目以看到 真空冷却由于水分的蒸发，质量损耗比其它冷却方法要大，但经感官评定其样品 质量与其它冷却方法基本没有差别。试验说明，真空冷却( 跟其它冷却方法相比1 能够大大减少有害微生物的含量。 表1 - 5 三种冷却方法对比情况 冷却方法 冷却前质量k g冷却后质量刊 质量耗损率冷却时间m i n 真空冷却 2 0 2 1 8 7 7 43 0 自然冷却 2 0 0 1 9 14 56 1 0 鼓风冷却 2 0 1 1 9 05 5 3 6 5 烘培食品方面，e v e r i n g t o n l 2 5 1 报道过采用可调真空冷却器来冷却面包类制品， 对面包类制品用真空冷却时，可减少霉菌污染，延长保存期，且质量损失比强制 风冷冷却要小。 对于水产品，国外曾有人对金枪鱼进行真空冷却【2 5 ，效果尚可。也有人对海 上甲壳类鱼( 如，虾鱼等) 进行了真空预冷的研究工作 2 6 1 ，效果也可以，只是重 量损失高达2 1 。 在花卉方面，由于切花与叶菜类相似，表体积比大，水分蒸发面积大，因此 适合真空预冷。同时真空预冷还可以杀除一些躲在切花中的昆虫，这对鲜切花的 出口斗分有利。但为了防止切花组织过多失水，应采用喷雾式加湿。国际上荷兰、 日本冲绳等地生产的切花己采用了真空预冷保鲜。表1 6 为四种主要切花的真空 预冷情况1 1 l lo 国内的中国农业大学在花卉的真空预冷方面作了许多研究i 作2 7 ， 提出了一些较好的保鲜工艺。 表1 - 6 四种主要切花的真空预冷效果 冷却时间品温 品种真空度p a 失水率 m i n 初温f c终温* c 康乃馨 6 6 0 1 8 1 8 53 82 5 菊花6 3 02 11 7 55 21 7 木兰 6 1 02 0 2 3 55 72 3 玫瑰 5 5 01 72 14 32 6 1 2 5 喷雾式真空预冷装置 第一章绪论 真空预冷是靠蒸发果蔬自身的水分而达到降低其温度的冷却方法。这对于单 位质量表面积较大的叶菜类果蔬特别有效。然而，对单位质量表面积较小的果菜 类和根菜类来说，冷却效果1 i 太理想。如果勉强用普通真窄预冷方法冷却，必将 造成冷却速度提高不大、干耗迅速增加、果蔬质量严重降低的后果。为了保持真 空预冷冷却速度快的优点，又要克服其时间长、 j 耗大的弊端，在果蔬表面加水， 让其代替果蔬水分蒸发，这就是真窄加水预冷技术。它是通过真空室中的喷淋装 置向果蔬喷水，抽真空时水分蒸发吸热对果蔬进行问接冷却的方法”。在真空 容器内设置喷嘴、水槽等，在闪点即将到来时( 即真空压力约达1 3 3 3 p a 时1 将水 通过喷嘴喷雾，利用水分蒸发间接进行冷却，图1 _ 8 为美国真空加水冷却装置实 例，喷雾时间，视品种不同可持续5 6 r a i n ，真空加水的冷却效果高于不加水和 预加水的冷却效果，特别是蕃茄真空加水预冷，效果明显。朋 真空泵 空气 出口 图1 - 8 喷雾式真空预冷装置 冷 冻 机 乐 缩 机 1 2 6 真空预冷技术的研究现状 真空预冷技术理论研究主要是针对真空室和捕水器两大部分进行研究。真空 室的研究主要是对不同种蔬菜真空预冷特性的工艺性研究。捕水器部分的研究主 要是进行气液相变传热传质分析和建造物理数学模型并求解，实际上是对低压下 的凝结换热过程进行研究，为设计捕水器及整个预冷装置提供理论依据。 真空预冷工艺性的研究主要针对叶薄、水分含量高且易蒸发的蔬菜如生菜、 甘蓝、芹菜、花椰菜和甜玉米等的预冷时间、熏量损失、质量变化或其它方法相 比较等方面的研究【2 8 】。 文献【2 9 采用芦笋和花椰菜进行真空预冷和水冷对比实验，发现在真空预冷 下，芦笋刚冷却至7 8 。c ，剥茎部预先加湿能减少其组织失水。花椰菜干法真空 第一章绪论 预冷可降n 9 ，而预先加湿能改变头部的冷却特性，显著减少组织失水率。 文献【3 0 弦自l q j ，朝鲜蓟、芦笋、青花菜、h 蓝、芹菜、甜玉米及豌豆适合于 真空预冷，如在预冷前喷洒适当水分，既可以促进预冷，又可以减少水分散失： 但州以预冷到7 或以下并不表示真空预冷就是理想方法，对易腐蚀的蔬菜如甜 玉米，除非在其上部很快结冰，否则冷至7o c 并爿i 合适，水分的损失更会造成甜 玉米种子凹痕的伤害。 文献 3 1 1 n 过讨沦生菜、菠菜等四种蔬菜的物理特性、热力学特性、设备的 操作工艺设定、预冷总重量、重量损失等因素来研究蔬菜的真空预冷特性。 文献 3 2 1 对菜心进行真空预冷效果的实验研究，考察了预冷过程中，菜心的 质量损失，温度随时间的变化情况及相互关系，以及真空预冷对菜心品质的影响。 实验表明，小批量菜心真空预冷过程只需1 5 m i n ，平均质量损失2 3 ，冷却阶段 的质量损失随预冷时间延长，物料温度降低而增大，预冷后的菜心，呼吸强度明 显减弱，外观品质下降缓慢，贮藏寿命延长，维生素c 含量减少。 保鲜方面主要针对真空预冷过程中不同形式的包装，预冷后运输途中冷藏温 度的控制要求展开。 文献 3 3 】采用气调包装及真空预冷技术对散叶生菜进行保鲜研究，指明低氧 高氮气调包装和真空预冷同样有利于减少叶面泛黄和腐烂现象，并探索了使两者 能够更好结合的保鲜方法。 文献1 3 4 1 研究将真空预冷技术配合塑料薄膜袋包装应用于冷藏保鲜茶树菇 的预处理，研究该技术对冷藏保鲜的辅助作用，并筛选出最佳预处理工艺条件。 结果表明：采用真空室的真空度3 5 0 t o r t ，真空预冷时间2 0 r a i n ，进行真空预处理 并配合塑料薄膜袋包装的茶树菇比一般的冷藏保鲜效果明显更好。 文献 3 5 1 分析了鲜香菇的预冷方法，实际应用表明，鲜香菇的预冷及冷藏温 度以2 5 。c 为宜，出库后的鲜香菇不宜在较高温度的环境下进行长途运输，以防 止因温差过大、温度上升过快而是菇体在生理上受到不良刺激，加快菇体失鲜的 速度。 鲜花真空预冷的工艺性研究，主要围绕着防止失水，及时补水等措施论述。 文献 3 6 】以月季切花为实验对象进行真空预冷中防止失水的研究。比较了三 种不同预冷终温( 1 0 、5 、2 。c ) 和两种不同补水方式( 茎基补水和叶面喷水) 对 月季花水分及瓶插寿命的