國內(nèi)外真空冷卻的研究現(xiàn)狀及應用【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設計文獻綜述</b></p><p><b>　　建筑環(huán)境與設備工程</b></p><p>　　國內(nèi)外真空冷卻的研究現(xiàn)狀及應用</p><p>　　摘要：隨著我國經(jīng)濟水平的日益提高，人們對與物質生活的要求也愈加提高，果蔬采摘后立即預冷，可有效降低其呼吸強度、抑制自身養(yǎng)分消耗，大大延長有效

2、貯存期，對果蔬保鮮和提高人們的生活水平具有極為重要的意義。 </p><p>　　關鍵詞：真空冷卻；研究；應用</p><p><b>　　1 真空預冷的原理</b></p><p>　　在一個標準大氣壓下。水的沸點是100℃[1] ，蒸發(fā)熱為2256kJ／kg，而當壓力下降到610Pa時，水的沸點是0℃ ， 蒸發(fā)熱為2500kJ／kg?？梢姡?/p>

3、隨著壓力的降低，水的沸點溫度降低，蒸發(fā)單位質量的水所消耗的熱量反而增加。真空預冷就是在真空條件下，使水迅速在真空處理室內(nèi)以較低的溫度蒸發(fā)， 水在蒸發(fā)過程中要消耗較多的熱量，在沒有外界熱源的情況下，便會在真空室內(nèi)產(chǎn)生制冷效果。</p><p><b>　　2 真空預冷的作用</b></p><p>　　要保持果蔬的鮮度，防止維生素的損失，首先應抑制其呼吸，減弱其代謝。根

4、據(jù)經(jīng)驗，降低溫度是一種普遍采用的有效方法。果蔬收獲后，如何迅速消除田間熱，使其中心溫度降至接近所需貯藏溫度，是關鍵的一步。真空預冷正是實現(xiàn)這種目的的一種好方法。我國由于受設備條件及成本的限制，果蔬及其它食品加工中很少采用真空預冷工藝， 而在歐美日等發(fā)達國家，為獲得高品質的果蔬，已把真空預冷作為果蔬采摘后的第一道工序。與之相比，我國還有一定的差距。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，人們生活的不斷提高，對果蔬等食物保鮮品質的要求也會越來越高， 真空預冷工藝將

5、被提到議事日程。</p><p>　　3 真空預冷技術研究現(xiàn)狀</p><p>　　蔣其斌[2]等人：以六種不同類型的固體類熟食品在專用實驗裝置上進行了真空冷卻技術的應用研究。結果表明，在真空冷卻過程中，熟食品內(nèi)部孔隙中溶質水的蒸發(fā)是一質量傳遞過程，利用質量傳遞系數(shù)的預測性無量綱方程算出預期的質量傳遞值，與實驗數(shù)據(jù)比較其誤差僅為4％，說明所提出模型的正確性，從理論上探討了真空冷卻后，產(chǎn)品失

6、水量的評估和感官質量問題。實驗表明，真空冷卻技術用于食品，特別是肉類熟制品的冷卻是一種行之有效的冷卻工藝。該實驗的核心是解決了真空冷卻后產(chǎn)品由于失水、失重造成的不良反應。</p><p>　　陳兒同、王艷[3]等人，提出了無效失水、無效失水率以及當量失水率的概念來研究食品在真空冷卻中的失水問題，從數(shù)量上評判食品真空冷卻效果及失水程度. 利用食品真空冷卻實驗臺，以水作為樣品，采用不同形狀的盛水容器及遮擋物進行真空冷

7、卻降溫實驗。 結果表明，用廣口杯進行真空冷卻具有很好的降溫效果，甚至能結冰，但是失水非常嚴重；而采用較大空隙的遮擋物或細長的容器，不論降溫還是降低無效失水，同樣能獲得理想的結果?！?lt;/p><p>　　周冰、陳兒同、王雪芹、徐波[4]，從凝水器入手對真空冷卻過程及裝置能耗進行了實驗分析， 以期探索出真空冷卻的節(jié)能途徑。以水為對象作了多組實驗， 由大量實驗可知， 在真空冷卻過程中， 水的溫度并不是很均勻的下降。通常

8、情況下， 在開啟真空泵初期真空室內(nèi)氣體、盛水的容器壁面、水表面的溫度首先會有一個很小幅度的下降， 然后是水的中部、底部溫度開始降低。隨著壓力的不斷降低， 水的飽和溫度 也在降低， 當水面的溫度與飽和ts 溫度近似相等時， 水的中部和底部已經(jīng)有一定的過熱度出現(xiàn)， 這時可以觀察到零星的氣泡冒出； 氣泡的產(chǎn)生、長大以及由水底到水面的運動過程中與水發(fā)生熱質傳遞， 導致水的溫度降低。由于真空泵的不斷抽取， 過熱度增大， 當過熱度增大到一定值時，

9、沸騰狀態(tài)變?yōu)楹藨B(tài)沸騰， 熱流密度增大， 樣品溫降明顯。當樣品溫度降低到一定值時， 由于此時間段壓力變化極小， 過熱度變得很小， 這時氣泡產(chǎn)生和生長速率明顯放緩， 換熱形式又回到了自然對流狀態(tài)， 與此相對應的樣品溫降速率變小。沸騰條件下， 大量水由液態(tài)變成氣態(tài)， 凝水器盤管所要捕集的水蒸氣量隨之大幅增加。加之水蒸氣氣化潛熱較大， 這時盤管的熱負荷</p><p>　　預冷是蔬菜冷鏈的首要環(huán)節(jié)，對蔬菜保鮮至關重要。申

10、江、劉洋、鄒同華、劉峻[5]以大白菜、黃瓜、生菜和香菇四種蔬菜作為實驗對象，蔬菜不與真空室底部接觸，用鐵絲網(wǎng)罩隔開。大白菜、黃瓜、生菜平放于鐵絲網(wǎng)罩上，香菇的體積小個數(shù)多，因此要均勻的擺放。蔬菜經(jīng)簡單處理后，放人真空室內(nèi)等待真空預冷。試驗過程：首先檢查設備和測試系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)，啟動制冷系統(tǒng)將蒸發(fā)器冷卻至要求的溫度，并啟動電源使測試系統(tǒng)預熱半小時以上；其次把熱電偶放置到蔬菜的測試點，試驗中使用四對熱電偶，布置于蔬菜的中心點、距中心1

11、／3、距中心2／3和表面，罩上試驗框架，壓力傳感器放置到真空室固定位置；最后蔬菜堆積排放，關閉預冷室門，開啟計算機測試程序，啟動抽真空系統(tǒng)的同時開始測試采集。過程中從計算機屏幕觀察蔬菜各點參數(shù)的變化，預冷結束時停止抽真空并打開放氣閥，壓力恢復至常壓后打開預冷室門，停止數(shù)據(jù)采集，試驗結束。得到了這幾種蔬菜的真空預冷實驗數(shù)據(jù)，（1)對于體面積比較大和多孔結構的蔬菜，如生菜和香菇，冷卻速度非?？?，溫度均勻，非常適合于農(nóng)產(chǎn)品基地大批量的處理。表

12、皮帶有角質的蔬菜， 如黃瓜，即使噴淋水分，預冷效果也不是太好，可以考慮應</p><p>　　4 真空預冷技術應用現(xiàn)狀</p><p>　　4.1真空預冷技術在果蔬的應用</p><p>　　現(xiàn)在真空預冷技術主要應用于果蔬的真空(預)冷卻方面。在對果蔬真空(預)冷卻時，將果蔬放入真空處理室內(nèi)，然后用真空泵抽去里面的空氣，當壓力下降到一定時， 果蔬中所含的一部分自由水

13、便蒸發(fā)吸熱汽化為水蒸氣排出，結果使果蔬本身溫度下降。真空預冷是迄今最快的一種制冷方式， 它能迅速而均勻地除去采后果蔬和鮮花中的田間熱。</p><p>　　Noble[6]認為果蔬的外表面積與其體積之比、果蔬本身組織構造的粗密、自由水含量的多少決定了其真空冷卻的效果。也就是說，外表面積與體積之比越大，組織構造越粗糙，自由水含量越高，就越適合于用真空冷卻。真空冷卻果蔬的研究還表明， 一般大部分水都在外表面蒸發(fā)，但也

14、有可能一部分水(自由水)在細胞之間蒸發(fā)。重量每損失1％ ，溫度下降5.5～6C。當果蔬水分蒸發(fā)掉5％ 以上時， 它的商品價值將下降，因此在真空冷卻過程中必須對真空度加以控制， 同時這還可以避免因真空度過低而引起果蔬的凍傷。為了防止水分的過多減少，提高冷卻效率，在真空冷卻前可以事先弄濕果蔬表面， 這種工序稱為預濕潤(pre-wetting)，也可以采用在抽真空時加水的方法。國外研究人員經(jīng)過試驗后， 認為以下果蔬適合真空預冷：草莓、西瓜、卷

15、心菜、菠蘿、稻谷、蘿卜、黃瓜、蘑菇、萵苣等。</p><p>　　4.2肉類食品在真空預冷中的應用</p><p>　　由于肉類容易在自然環(huán)境中損壞和腐敗， 尤其是在溫度7～60℃時， 微生物組織體容易繁殖， 雖然可以通過煮熟來破壞病原體微生物，但是為了提高肉的品質和保證肉的安全性， 應盡快冷卻以通過這個危險區(qū)，減少熟肉被微生物重新感染的機會。如愛爾蘭食品安全咨詢委員會規(guī)定大塊熟肉從74℃

16、冷卻到4℃不能超過2.5h。為了使熟肉能夠在規(guī)定的時間內(nèi)冷卻， 真空預冷被應用到熟肉的快速冷卻過程中。對于相同質量（5～6㎏）的熟肉，溫度從70℃降低到4℃時，真空預冷的時間為1.9h，比強制風冷少用9.8h，比自然冷卻的時間少用12．9h，充分證明了真空預冷能保證大塊熟肉在規(guī)定時間內(nèi)通過危險區(qū)。</p><p>　　McDonald [7]等人研究了真空預冷過程中不同鹽水注射量對熟肉質量的影響， 隨著鹽水注射量

17、的增加而冷卻時間在逐漸減少； McDonald， Sun 等人研究發(fā)現(xiàn)在真空預冷過程中熟牛肉的導熱系數(shù)與產(chǎn)品的含水量和孔隙率有很大的關系，導熱系數(shù)會隨著產(chǎn)品的表觀密度降低而減小。金聽祥等人以熟肉為試驗材料，對真空預冷過程中熟肉內(nèi)部溫度場、水分蒸發(fā)速率以及含水率變化進行了試驗研究，結果顯示經(jīng)過真空冷卻處理的熟肉中心和表面的肌肉組織形態(tài)沒有發(fā)生大的變化，只是真空冷卻后的肌肉纖維之間形成了更大的孔隙。</p><p>

18、　　4.3花卉在真空預冷中的應用</p><p>　　花卉采收后通過有效調(diào)節(jié)環(huán)境溫度可延長其貯存期保持花卉的優(yōu)良品質。其中重要措施之一是降溫。花卉采收后由于呼吸加快， 產(chǎn)生大量熱量， 即所謂的田間熱， 這種田間熱必須迅速除去， 否則對花卉的貯藏及運輸極為不利。實驗表明， 花卉采收后如不迅速除去田間熱而在常溫( 20℃) 下放置1 天， 相當減少花卉適宜存貯溫度( 如0℃) 的條件下5～7 天的存貯壽命。所以采收的

19、花卉應立即進行快速降溫處理， 即預冷。采收后的花卉如果不經(jīng)過預冷就直接進入貯藏庫或運輸車， 不僅需要貯藏庫或運輸車提供很大的冷量， 而且由于貯藏庫及運輸車都不是為應付滿載大量田間熱的花卉而設計的， 未經(jīng)預冷花卉直接進入庫內(nèi)或車內(nèi)很長時間溫度降不下來， 內(nèi)部與外部溫差又很難平衡。此外，貨溫與庫溫相差較大， 易在庫頂凝結大量水滴， 這些水滴易掉到包裝箱或花卉上， 對產(chǎn)品十分有害； 如果用塑料袋包裝， 由于溫差原因， 袋子表面會凝結水滴， 浸

20、潤花卉， 會引起腐爛?；ɑ苓M入貯藏庫或運輸車之前進行預冷處理， 消除田間熱， 既可避免這些現(xiàn)象， 又使花卉進入貯藏庫或運輸車后只需較小的冷量， 采用一定的保冷防熱措施冷卻效率也高。從生物和經(jīng)濟觀點上</p><p>　　花卉的預冷保鮮方法比較多，其中最有效的方法是真空預冷保鮮。真空預冷保鮮是依據(jù)真空條件下可加快水分蒸發(fā)的特性， 把花卉放置在真空預冷槽內(nèi)進行真空處理， 在真空條件下， 花卉中的部分水分向外蒸騰，其中

21、的潛熱隨水蒸氣釋放體外，從而使花卉迅速降溫， 從而達到預冷目的。真空預冷與其它預冷方法相比， 有以下幾個突出優(yōu)點。（1）效率高?；ɑ茉诿荛]的真空預冷槽內(nèi)進行真空處理， 降溫時間很短， 每一次預冷一般只需20～30 min 就能完成， 工作效率高； 此外花卉采收時間不受影響， 可隨時收采， 隨時進行處理。（2）效果好?；ɑ苷婵疹A冷不受包裝方式影響，冷卻均勻。（3）清潔、衛(wèi)生?；ɑ苁欠旁谡婵疹A冷槽內(nèi)進行真空處理，有效防止了二次污染。（4）有

22、效保證品質?；ɑ苷婵疹A冷時降低了氣壓，使花卉組織的O2 濃度降低，同時乙烯釋放及產(chǎn)生的濃度也降低， 可有效地保持花卉的新鮮度和延長貯存期。也便于花卉的長途運輸。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 鄧東泉，孫恒，肖尤明，徐 烈.真空預冷技術的現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J]. 上海交通大學制冷與低溫工程研究所，上海：2000（3）</p

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24、;<p>　　[5] 申江、劉洋、鄒同華、劉峻，幾種蔬菜真空預冷的對比實驗研究[J]. 制冷學報. 天津商學院制冷與空調(diào)工程系 天津</p><p>　　[6] Noble.R A review of vacuum cooling of mushrooms[J]．Mushroom Journa1．1985， 149 168～l70</p><p>　　[7] Karl Mc