1、毕业设计文献综述 建筑环境与设备工程 典型蔬菜真空冷却技术的实验研究 摘 要 : 采摘后的蔬菜是有生命的有机体，同化作用基本停止，呼吸作用成为新陈代谢的主导方面。呼吸作用吸入氧气，产生二氧化碳和水，并释放能量。呼吸作用的能量来源，就是分解自身的营养物质。呼吸作用的结果使蔬菜营养物质消耗、重量减轻和组织衰老，释放放出二氧化碳和热量。热量的放出又导致果蔬的温度进一步升高，反过来又加速其呼吸作用，且在高温下蔬菜的蒸发作用也会加剧。因此采收后的蔬菜，应在 24 小时内排除蔬菜的田间热，尽快将蔬菜降到规定温度，使蔬菜的呼 吸作用减弱，延长蔬菜贮藏期，保持蔬菜的鲜度和营养成份。这就要求对采收后的蔬菜在冷却
2、冷藏和冷藏运输前进行预冷，将其降到规定的温度。 关键词 : 蔬菜，真空冷却 西方发达国家对真空冷却技术的系统研究始于 20 世纪 40 年代末。在美国 ,真空冷却技术被商业化应用于园艺产品已有 50 多年了 ,1948 年加利福尼亚州建成了世界上第一座真空冷却工厂用作莴苣的采后预冷 1。日本 1966 年开始真空预冷技术的研究 ,后来在叶菜类蔬菜生产基地得到推广应用 2。据文献报道 ,国外进行真空冷却试验研究的对象主要有叶片类蔬菜、蘑菇、鲜切花、浆 液状食品以及肉制品等。国外学者正积极探索真空冷却技术在农产品和食品中的应用效果 , 其中最具有代表性的是爱尔兰国立大学食品学院孙大文等人对切花和烤
3、肉真空冷却的系统研究。他们研究的内容主要是 :真空冷却相对于普通冷却方法优越性的实验证实 ;不同的处理措施和工艺参数对冷却效果的影响 ;真空冷却对产品品质造成的影响 ;真空冷却机理和热质传递过程的分析研究 ;建立不同产品真空冷却过程的数学模型。我国在 20 世纪 80 年代中后期才开始真空冷却技术的研究 ,对真空冷却先后进行的研究主要有 :中国农业大学对切花的研究 ,华南农业大学对菜心、芥 兰的真空冷却过程研究 ,闽西大学对子芋真空冷却保鲜的研究等等。国内高校和某些研究单位对真空冷却的研究重点是对设备的设计和开发 , 而对真空冷却机理和热、质传递特性的研究很少。目前 ,国内还没有对真空冷却进行
4、数学模拟的相关报道 3。就目前来看，真空冷却技术主要被应用在花卉、果蔬以及熟肉的冷却三个方面。 1 真空冷却在花卉中的应用 真空冷却在花卉中的应用从三十多年前就已开始，通过真空冷却可以使花卉快速降温。由于温度影响着呼吸速率，因此温度降低也会导致呼吸速率变慢，使叶子和花的变质相应减慢，同时还可以延长它们的 寿命。很多试验发现表明真空冷却确实能够延长花卉的寿命。 Boer和 Wiersma4通过真空冷却试验发现玫瑰、康乃馨、菊花、郁金香、水仙花和小仓兰在 20min 内温度可以降低到 4 5。并且真空冷却对这些花没有产生任何损害， 还可以使这些花有更长的瓶插寿命 (vase life)。 Shin
5、bori5对百合花、菊花和康乃馨切花进行了真空冷却去除田间热的试验，结果发现真空冷却能够显著降低切花衰老速率，是最有效的冷却技术。真空冷却和低温运输减少了叶柄和叶片腐烂发生的可能性，可以提高切花的市场价值。中国农业大学和 深圳万保真真空保鲜设备有限公司合作研究了在真空冷却条件下切花的保鲜。他们以月季切花为材料，进行了真空冷却过程中月季切花保鲜特性和水分蒸发的研究 6-9。 Da-Wen Sun 和 Tadhg Brosnan40-11研究了新鲜水仙花切花和百合花切花的真空冷却过程，冷却以后切花在冷储存和没有冷储存情况下的瓶插寿命被比较。结果发现：真空冷却能够延长花的寿命，提高切花的质量。这些研
6、究都表明，真空冷却应用在花卉中可以显著提高花卉的瓶插寿命，延长花的保鲜度，使花在市场上更具有竞争力。 2 真空冷却在果蔬中的应用 蔬菜 的种类对真空冷却的效果影响很大，并不是任何果蔬都适合通过真空冷却来降温。一般说来，真空冷却对叶菜类的冷却处理效果较好，对根果类来说，处理效果不很理想。 Sun D W12对叶菜类和非叶菜类蔬菜的真空冷却效果进行了比较。结果表明真空冷却对叶菜类非常有效，冷却叶菜类从初温 20降低到 5只需要 55 155s；而非叶菜类蔬菜则需要 1200s。在果蔬的真空冷却中，生菜被研究的最多。生菜最适合用真空冷却进行冷却，不仅在美国，而且在欧洲的许多国家，真空冷却已经被作为标
7、准的商业冷却过程来冷却生菜。Pasqualone,Turk 和 Celik13-14等人的研究表明 ： 在同样条件下，卷心生菜在真空冷却中只需要 20 29min，然而用传统的冷却方法却需要几个小时。 Kim19研究了生菜的货架寿命(shelf life) ，结果发现真空冷却的生菜在 0时的货架寿命为 40d，用传统的冷却方法冷却的生菜在 0下的货架寿命为 20d。 T J Rennie15等人针对真空冷却速率对生菜质量的影响和不同真空冷却速率下莴苣的重量损失以及生菜的温度分布进行了研究。由于真空冷却会引起产品内部水分的蒸发，这就造成产品的重量损失，有时还 会引起产品结构的变化，影响产品的品质
8、。 Atkins16的报告指出在真空冷却条件下，把同样数量的蘑菇冷到 1时，需要时间为 20min，然而其它的冷却方法则需要 8 13h。 Noble17认为由于蘑菇中含有大约 90%的水分，蘑菇的多孔结构也容易使其内部的水分蒸发逸出，因此蘑菇也适合用真空冷却来进行冷却。而且一些学者对蘑菇的真空冷却也进行了实验研究。 Sun19还对硬花甘蓝的真空冷却作了实验。关于真空冷却过程中的质量损失， Barger18从理论方面指出：比热为，4kJ/kg K，蒸发潜热为 2.4 103kJ/kg 的产品，温度下降 T 6，它将会损失 1% 的水分。真空冷却果蔬的研究表明，一般大部分水都在外表面蒸发，还有一
9、部分水在产品内部的细胞间蒸发。果蔬真空冷却过程中的水分损失可以通过喷雾来减少，也可以通过控制真空室内的真空度来减少水分损失。 3 真空冷却在熟肉中的应用 食品安全问题已经引起世界各国人们的高度重视，熟食品保存的条件是高于 60或者低于 10。在欧洲的一些国家，对熟食品的冷却时间有着特别限制，规定必须在一定的时间内把产品冷却到规定的温度。为了使食品能够在规定的时间内冷却，真空冷却经常被应 用在食品的冷却过程中。一般来说，肉类可以通过煮熟来破坏病原体微生物的滋养期，然而总会有一些微生物组织体在被煮的过程中不能被杀死。在温度 10 60时，这些存活的微生物组织体容易繁殖。因此熟肉应该尽快的被冷却以通
10、过这个危险区，以免微生物繁殖。国外有很多学者对熟肉的真空冷却进行了试验研究。 James 的试验表明大块火腿 (6.8 7.3 )利用空冷却从 70冷却到 10只需要 30min20。同样条件下，传统的冷却方法风冷需要624min。 Karl 和 Da-Wen Sun 对熟肉的真空冷却研究很多，他们首先研究了熟牛 肉在真空冷却过程中，抽真空的速率对质量损失、单位质量损失的温度降低速率、冷却速率、温度分布以及最终产品质量的影响。试验过程中，冷却的样品是从 72到 4，比较了六种不同的抽真空速率的结果，发现：抽真空速率对冷却损失会有一定的影响，随着抽真空速率的降低，产品的质量会增加，冷却损失会减小
11、，但是会使冷却时间变长 21。向熟肉中注射盐水，不同的注射量会对熟肉的真空冷却效果产生影响。实验过程中肉的注射量为 120% 145%，结果发现：当产品的中心被冷却到 4时，随着注射量的增加而冷却时间在逐渐减少；当注射量增加的时 候，产品的孔隙率会减少。这可能是因为注射量高的时候，导致过多的盐分占据着产品内部结构的空间，所以孔隙率才会减小 22。 Karl 和 Da-Wen Sun 23还研究了在真空冷却过程中熟肉的内部通道形成以及通道对真空冷却速率的影响。在熟肉的准备过程中，测定了肉的表观密度、实际密度、孔隙率、收缩率和水分含量。同时也研究了过程条件 ( 注射量、翻转、样品粉碎 )、包装等因
12、素对食品特性的影响。通过一系列不同的试验，发现样品的孔隙率直接影响真空冷却速率。样品准备过程在真空下是否翻转、样品是否被粉碎、包装形式和盐水的注射 量都会对孔隙的形成产生影响。样品的孔隙率计算公式为：这里， A 样品的表观密度； T 样品的实际密度。表观密度是指样品质量与其表观体积之比，包含所有的内部通道和样品的表面积。实际密度是指样品的质量与真实体积之比，除去那些连通外面的通道所占的体积。食品的热物性参数与含水量有着密切联系，而真空冷却会使产品内部的水分蒸发，这可能会引起产品的热物性参数发生变化。 Karl 等人就真空冷却对熟肉产品的热物性参数的影响进行了研究，结果证明冷却过程中熟牛肉的导热
13、系数与产品的含水量和孔隙率有很大的关系，导热系数会随着产品的 表观密度降低而减小 23。另外，真空冷却过程中水分的损失和孔隙率的形成对产品的热物性参数影响很大。 Da-Wen Sun 和 Lijun Wang 比较了熟肉在四种不同冷却方式下的冷却速率和换热特性 24。试验结果表明：只有真空冷却能够使熟肉在 2.5h 内从 74降低到 10，能够满足熟肉冷却时间的要求。真空冷却可以使熟肉快速冷却，使熟肉快速通过细菌繁殖温区，减少细菌的污染，提高了熟肉的卫生质量。 随着人们对食品质量和食品安全的重视，真空冷却的应用范围会逐渐扩大。从目前对真空冷却的研究来看，真空冷却在花卉果蔬中的 应用研究主要集中
14、在真空冷却对花卉瓶插寿命的提高以及果蔬货架寿命的延长；真空冷却对熟肉的实验研究主要是对影响真空冷却速率、质量损失因素的进行研究，研究发现影响真空冷却速率和质量损失的主要因素有：产品的密度、孔隙率、收缩率和水分含量等。另外一些过程条件如盐水注射量、是否翻转、样品粉碎和包装等因素对真空冷却速率和质量损失影响也被研究；对真空冷却的模拟研究仅处于起步阶段，而真正对真空冷却的机理研究很少。经过几十年的发展，真空冷却技术虽然有了很大的进展，但是仍然存在不少问题，如真空冷却设备的投资大、成本高和产品的重量 损失大，亟需解决。真空冷却过程中产品内部的水分会蒸发，这会引起产品结构的变化，减少产品本身的重量。因此
15、为了提高产品的品质，必须对真空冷却过程中水分的蒸发机理进行进一步的研究，分析真空冷却过程中产品内部水分的迁移机理，完善真空冷却过程中的传热传质理论，优化真空冷却工艺。 参考文献 1ThomPs on ,J1T1 ,48 :195 202 4 Boer W C, Wiersma O. Has vacuum cooling good prospects for cut flowers too J. Vakblad-voor-de-Bloemisterij, 1974,29(48): 16-17. 5 Shinbori F. Preservation of freshness in cut flow
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