真空预冷蔬菜的应用研究

真空预冷蔬菜的应用研究

1微生物污染收获田间蔬菜后，其生命还没有结束，仍然起到呼吸作用，导致大量呼吸热量，导致各种消耗和养分损失。因此，叶片萎缩、颜色软化和维生素含量降低，表皮易受微生物污染和变质引起的变质。真空预冷是减缓果蔬采摘后成熟和保证食品质量的极其有效的方法,其特点有:(1)蔬菜的各种冷却方式中所需时间最短的一种,虽然因蔬菜的种类不同稍有差异,但一般只需20～30min,不受采摘时间限制,随时可以处理;(2)处理时间短,水分损失小,蔬菜不会发生局部干枯而变形;(3)经过真空预冷的蔬菜鲜度和寿命得到很大提高,可以较长时间储藏和长途运输。2蔬菜的干燥、气化和冷却真空冷却的原理是根据水在不同的压力下有不同的沸点。如在正常的101.3kPa大气压力下,水在100℃沸腾;当大气压力为0.626kPa时,水的沸点为0℃左右。在沸腾过程中,要吸收气化潜热,这个相变热正好用于蔬菜的真空冷却。收获后的蔬菜经挑选和整理,装入打孔的塑料箱内,然后推入真空箱,关闭箱门,开动真空泵和制冷机。当真空箱内压力下降至0.626kPa时,水在0℃下沸腾,需吸收约2497.7kJ/kg的热量,这么大的气化热,使蔬菜本身的温度迅速下降到0℃。因冷却速度快,水分气化量仅2%～4%,必要时还可在处理程序中对蔬菜进行喷水,因而不会造成对蔬菜新鲜饱满外观的影响。外置捕水器真空冷却原理图见图1。在减压过程中,水分愈容易蒸发的蔬菜,冷却效果愈好。而水分蒸发的速度主要取决于体积与表面积之比,与蔬菜的萎体结构、组织密度、蜡质以及水从果蔬体内向表面移动的速度也有一定的关系。因此真空预冷主要用于生菜、芹菜等比表面积大的叶菜类蔬菜的冷却,通过改进处理方法,也可用于冷却根菜类蔬菜。3抽真空系统的使用整个真空预冷保鲜设备的组成主要包括:抽真空系统、水喷淋系统、制冷系统等。抽真空系统为果蔬预冷提供了必需的真空环境和压力要求,真空箱体可以设计成长方体形或圆筒式。水喷淋系统为了使蔬菜保持更好的新鲜程度和良好的外观色泽,通常可在抽真空前期或后期对所保鲜的蔬菜进行喷水,喷水时间一般为10～60s。设备中配备的制冷机组,不是用于直接冷却蔬菜的,而是因为常压下1mL水,当压力变为0.626kPa、温度变为0℃时,体积要增大近21万倍,此时,即使使用二级真空泵来抽,不仅消耗很多电能,而且也不能使真空箱内压力快速降下来;制冷系统中的蒸发盘管用作捕水器,可放置于真空箱内,也可外置于真空箱体,通过管道与真空箱体相连;捕水器使真空箱内蔬菜在减压过程中产生的大量水蒸气重新凝结成水,极大地减轻了真空系统抽气负荷,使真空箱内快速达到所需的真空度,并保持稳定(见表1)。4预冷生产区蔬菜的设计4.1真空系统的设计4.1.1真空预保鲜放气量的确定真空机组的抽气负荷是设计真空系统的重要依据,除了包括充满箱体和管道内的容积性气体外,还包括工艺过程中食品放出而未能被捕水器捕集的水蒸气、真空箱体内壁及内部构件表面解吸气体、真空箱的漏气。工艺过程中蔬菜放出的水蒸气量:GS=MW×RW×T/τ式中GS:工艺过程中蔬菜放出的水蒸气量(Pa·m3/s);MW:蔬菜在降压过程中蒸发出的水的质量(kg);RW:水蒸气的气体常数,取491.9J/kg·K;τ:真空箱内的气体温度(K);Τ:真空箱内由常压降至极限真空度的时间(s)。一般设计中,捕水器捕集水蒸气的效率η不低于95%。真空箱体内壁及内部构件表面解吸气体量Gf:这一气体流量与材料的性质、表面清洁度、温度及抽气历程有关,难以精确计算。真空手册给出了一些常用材料单位面积表面放气速率的经验计算公式和某些指定条件下的经验及实验数据,可供参考和选用。由于食品真空预保鲜设备中真空度为低真空,这一放气量可忽略不计。真空箱的漏气Gl:这一气体负荷与设备制造设计加工水平、密封材料的选用等密切相关,任何真空箱体在设计时都必须结合实际确定其漏气速率,国内真空设备一般规定允许漏气速率在10-2～10Pa·m3/s。4.1.2前级泵的选型主泵的选择:选取主泵时必须满足主泵的极限真空度要比空载真空箱体内的极限真空度高半个到一个数量级;真空箱内的工作压力一定要在主泵最佳抽速压力范围内。主泵的有效抽速:SP=1.3×[(1-η)×GS+Gf+Gl]/Pg+VCP/τ式中SP:主泵在真空箱出口处的有效抽速(m3/s);Pg:真空箱工作压力(Pa);VCP:真空箱体与真空管路内部容积之和(m3);其它同上。主泵的名义抽速:S=SP×U/(U-SP)式中S:主泵的名义抽速(m3/s);SP:主泵在真空箱出口处的有效抽速(m3/s);U:主泵与真空箱之间管道流导(m3/s)。前级泵的选配:选配前级泵时应使其满足主泵工作时所要求的真空条件,并且在主泵允许的最大排气压力下,所配前级泵必须能将主泵排出的最大气体量抽走。此外,如果前级泵同时兼作预抽泵时,其应满足预抽时间及预抽真空度要求。真空管路直径不得小于真空泵的进出口径,必要时可扩大,使真空管路短而粗,加大流导。4.2真空独立保湿时间w设计喷淋水泵流量:GP=MW/(n×t)式中GP:选用水泵流量(m3/h);MW:真空箱内减压过程中所产生的水蒸气量(kg);N:设计喷水次数(次);t:设计每次喷水时间(s)。喷淋水泵扬程根据具体设计时管路实际选用和布置情况,进行水力计算。整个设备的水系统包括补水、排水和喷淋管路,并配有相应的控制阀门。4.3冷系统设计4.3.1制冷负荷在蔬菜真空预冷保鲜设备中,制冷系统主要用于冷凝真空箱内减压过程中产生的大量水蒸气,减少所使用真空泵的数量和对电能的消耗,其所需制冷负荷可用如下公式计算:Q1=MF×c×△t/τ式中Q1:制冷系统冷负荷(kw);MF:需要保鲜的蔬菜量(kg);c:需要保鲜的蔬菜比热,可取为1kcal/kg·℃;τ:真空箱内到达所要求极限工作真空度的时间(s)。4.3.2蒸发温度设计一般真空箱内最低工作压力为0.626kPa,此时温度达到0℃。在设计制冷系统蒸发器时,应考虑气体通过时有较大的流导,同时又需考虑捕获水蒸气的效率,翅片片距一般选用6mm左右,制冷系统蒸发温度一般设计为-15～-10℃。此外,可根据设备的使用地点的具体气候环境和运行条件,确定制冷系统高压部分采用的冷却形式和制冷系统冷凝温度,并结合上述抽气流量、制冷负荷和蒸发温度,选择和设计制冷压缩机、冷凝和蒸发盘管等相应的制冷部件,进行制冷系统的匹配。5蔬菜控制系统.真空冷却设备具有冷却速度快、从蔬菜表面到内芯冷却均匀、品质高、保鲜期长、损耗小、干净卫生、操作方便、不受采摘时间限制等优点,但一般只用于叶菜类,如白菜、甘蓝、菠菜、韭菜、菜花、春菊、生菜等。真空预冷保鲜适宜的工作压力范围为600～700Pa,以蔬菜不被冻伤的温度为限