1、本科毕业论文（20 届）典型蔬菜真空冷却技术的实验研究所在学院 专业班级 建筑环境与设备工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录 1目录中英文摘要 .21 绪论 .41.1 研究背景及意义 .41.2 常见的食品冷却方法 .61.3 真空冷却技术研究进展 .81.3.1 真空冷却技术的实验研究 .91.3.2 真空冷却技术的理论研究 .112 真空冷却装置简介 .132.1 真空冷却装置的分类 .133 卷心菜真空预冷实验 .153.1 实验装置 .153.2 数据采集系统 .163.3 实验过程及结果分析 .173.3.1 实验材料 .173.3.2 实验过
2、程 .183.3.3 实验结果与分析 .183.4 结论 .214 青菜真空预冷实验 .234.1 实验装置 .234.2 数据采集系统 .244.3 实验过程及结果分析 .254.3.1 实验材料 .254.3.2实验过程 .254.3.3 实验结果与分析 .254.4 结论 .285 茄子真空预冷实验 .295.1 实验装置 .295.2 数据采集系统 .295.3 实验过程及结果分析 .305.3.1 实验材料 .305.3.2实验过程 .315.3.3 实验结果与分析 .315.4 结论 .346 三种蔬菜的对比实验 .356.1三种蔬菜的温度变化比较 .356.2三种蔬菜的质量变化比
3、较 .367 结论 .38参考文献 .39致谢 .56本科毕业论文 摘要 2摘 要对不同蔬菜的真空冷却试验，表明在真空冷却过程中真空度影响着真空冷却的时间和最终的冷却温度。真空冷却过程还受产品种类影响,不同类型产品的最终真空冷却效果也不同。质量损失是真空冷却过程不可避免的现象，损失程度与产品的种类、温差以及比热容等因素有很大关系。预冷是蔬菜冷链的首要环节，对蔬菜保鲜至关重要。以卷心菜、青菜、茄子等三种蔬菜作为实验对象，得到了这几种蔬菜的真空预冷实验数据，并对实验数据进行对比分析，为今后真空预冷技术的推广应用提供参考。关键字 蔬菜；真空冷却；质量损失；冷却速率本科毕业论文 摘要 3Experim
4、ents of typical vegetables vacuum cooling technologyAbstract The vacuum of different vegetable cooling tests showed that in vacuum cooling process vacuum affects vacuum cooling time and the final cooling temperature Vacuum cooling process, but also by product type influence of different types of pro
5、ducts vacuum cooling effect also different final. Quality loss is vacuum cooling process, an inevitable phenomenon of loss rate and the kinds of product, factors such as temperature and heat capacity have very big concern. Pre cold is the first step of vegetable cold-chain is vital to vegetables. Wi
6、th cabbage, green vegetables, eggplant, three vegetables as subjects, and obtain the several vegetable vacuum pre-drying cold experimental data of experiment data, and the comparative analysis for future vacuum pre-drying, the popularization and application of cold technology to provide the referenc
7、e.Key Words Vegetable; Vacuum cooling; Quality loss; Cooling rate本科毕业论文 正文 41 绪论1.1 研究背景及意义食品是人类赖以生存和繁衍的物质基础，食品工业是国民经济的重要组成部分，发展食品工业是人民生活提高的现实要求，是现代国家社会稳定和文化繁荣的衡量标准。“民以食为天”，人类食物除少部分由矿物质提供，绝大部分是靠农、林、牧、副、渔业的发展而得以丰衣足食，安居乐业，经济繁荣。古今中外，任何国家都把食品问题看做是国家兴衰存亡的头等大事，都把发展食品工业作为富国强民的重要决策和部署 1。食品工业是非常大的工业，是食品科学与工程
8、发展的载体，随着科学的进步和人民生活水平的不断提高，食品科学研究的内容迅速增长，食品工业的产品越来越多。在农产品原料供应不足，生产水平不高的情况下，食品工业是以农产品的加工为主，主要解决人民的基本口粮需要，米、面、油、肉、蛋、奶是食品工业的主要产品。在农业实现高产、稳产，农、林、牧、副、渔业能为人们提供充裕的食品原料时，食品 工业的规模和范畴迅速扩大。产品的类型大幅度的增加，除米、面、油外，深加工、高附加值的食品的比例提高，甚至上升到主导位置。据统计，我国居民食品消费的资金总额中，用于初级农产食品和经过进一步加工的食品的投入的比例，1981年为68/32，1990年为56/44，2000年达到
9、50/50.而在发达国家，美国在1972年就为8/92.日本在1975年就为18/82.在农产品原料充足的时候，食品工业的意义也就不仅仅局限于解决人们的“吃”的问题，食品工业的发展实现了农产品的有效利用和大幅度增值。农产品加工除提供食品产品外，同时也为医药、轻工、化工等其他工业领域生产原辅料，并为蓄牧业提供饲料。所以，现代的食品工业已经成为生产规模庞大，产品种类繁多，产量、产值巨大，社会、经济效益明显的国民经济支柱产业。中国食品工业在20世纪的后20年中，取锝了迅速的发展，1978年全国食品工业总产值只有471.7亿元，到1996年就增加到5153.62亿元，1999年又跃到了7800亿元。已
10、成为关系到国计民生的重要基础产业。食品工业的传统概念是把农产品原料加工成为食品成品的过程。尽管加工的深度不断完善，但仍局限在从原料到产品的范畴。而在不少发达国家，食品生产体系包括原料生产、食品原来的贮藏加工、食品产品的销售以及配套工业。按这样统计，美国的食品工业总产值占国民工业总产值的20%，食品工业生产体系吸纳了全国近1/4的劳动力。所需劳动力的人数比钢铁工业、汽车工业、交通及公用事业、采矿业等所招的劳动力人数总和还要多。科学技术的突飞猛进使食品生产加工技术日新月异，新技术在食品生产中的应用本科毕业论文 正文 5具有重要的意义，也是现代食品工业的研究课题。速冻技术、冻干技术、辐照技术、气调技
11、术、涂膜技术、无菌技术、微胶囊技术、膜技术、超临界萃取技术、环保技术等在食品工业中大显神通，生产许多科技含量高的新型产品。对这些技术的研究和改进为食品工业提供了无限的发展空间。食品工业中，最重要的是食品质量。首先食品根据来源的不同，可分为植物性食品和动物性食品两大类。由于它们具有不同的特性，因此，利用低温进行贮藏时应采用不同的处理方法 2。（1）植物性食品在贮藏时，它们仍然是具有生命力的有机体。因此，它们能控制体内酶的作用，并对外界微生物的侵入有一定的抵抗力。但另一方面，由于它们是活体，要进行呼吸，同时，它们与采摘前不同的是不能从母株上得到水分和其他营养物质，只能消耗其体内的物质而逐渐衰老。因
12、此，为了长期保藏植物性食品，就必须维持他们的活体状态，同时又要减弱它们的呼吸左右。而低温就能减弱果蔬类植物性食品的呼吸作用，延长食品的贮藏期限。但温度有不能过低，温度过低会引起植物性食品生理病害，甚至冻死。因此，贮藏温度应选择在接近冰点但又不使食品冻坏的温度。（2）动物性食品如畜、禽、鱼等，在贮藏时，因物体细胞都已死亡，因此，不能控制食品变质的酶作用，也不能抵抗微生物的侵害。如果把动物性食品放在低温条件下。则酶呼吸作用受到抑制，微生物的繁殖受到阻止，体内起的化学变化就会变慢，食品就可以较长时间维持它的新鲜状态。因此，贮藏动物性食品时，要求在冻结点以下的低温保藏，以抑制微生物的繁殖、酶的作用和减
13、慢食品的化学变化，食品就可以较长的维持它的品质。因此，冷藏链的建设和完善势在必行。食品冷藏链是 20世纪随这科学技术的进步、制冷技术的发展而建立起来的一项系统工程。它是建立在食品冷冻工艺学的基础上，以制冷技术为手段，使易腐农产品从生产者到消费者之间的所有环节，即从原料、生产、加工、运输、贮藏、销售流通的整个过程中，始终保持合适的低温条件，以保证食品的质量，减少损耗。这种连续的低温缓解称为冷藏链（Cold chain）。因此，冷藏链建设要求把所涉及的生产、运输、销售、经济和技术性问题集中起来考虑，协调相互的关系，以确保易腐农产品的加工、运输和销售。食品冷藏链由冷冻加工、冷冻贮藏、冷藏运输、冷冻销
14、售四个方面构成 2。（1）冷冻加工：包括肉禽类、鱼类和蛋类的冷却与冻结，以及在低温状态下的加工作业过程；也包括果蔬的预冷；各种速冻食品和奶制品的低温加工等。在这个环节上主要涉及冷链装备有冷却、冻结装置和速冻装置。本科毕业论文 正文 6（2）冷冻贮藏：包括食品的冷却储藏和冻结储藏，以及水果蔬菜等食品的气调贮藏，它是保证食品在储存和加工过程中的低温保鲜环境。在此环节主要涉及各类冷藏库加工间、冷藏柜、冻结柜及家用冰箱等等。（3）冷藏运输：包括食品的中、长途运输及短途配送等物流环节的低温状态。它主要涉及铁路冷藏车、冷藏汽车、冷藏船、冷藏集装箱等低温运输工具。在冷藏运输过程中，温度波动是引起食品品质下降
15、的主要原因之一，所以运输工具应具有良好性能，在保持规定低温的同时，更要保持稳定的温度，远途运输尤其重要。（4）冷冻销售：包括各种冷链食品进入批发零售环节的冷冻储藏和销售，它由生产厂家、批发商和零售商共同完成。随着大中城市各类连锁超市的快速发展，各种连锁超市正在成为冷链食品的主要销售渠道，在这些零售终端中，大量使用了冷藏冻陈列柜和储藏库，由此逐渐成为完整的食品冷链中不可或缺的重要环节。随着人们生活水平的日益提高，对食品的品质要求也更高。人们更加注意食品的营养价值、风味口感、外观特征，以及食用方便、卫生、安全等。蔬菜、水果和鲜花都有一个越来越受到消费者重视的质量指标就是鲜度。冷却是保持果蔬鲜度的有
16、效措施。所谓冷却是指果蔬采收后到贮运前，使其本体温度尽快冷却到所规定的温度范围，以较好地保持原有品质的方法。蔬菜和水果采后距离冷却的时间愈长，品质下降愈明显。采后立即冷却可保持鲜度。冷却可降低果蔬贮藏能耗、节约能源。一般真空冷却可使水分减少3%5% (主要是表面水)，减轻运输质量。同时预冷可降低冷库热负荷。预冷是实现冷链循环的第一个环节 冷链是指果蔬采摘、挑选后冷却-保鲜车输送-消费地气调库-市场保鲜柜-消费者保鲜箱-餐桌上这样一条完整的保鲜系统工程。冷链在发达国家已经形成 我国 “九五”期间有关部门已经开始着手实施，这是提高人民生活水平的一项重要举措 3。1.2 常见的食品冷却方法常用冷却食
17、品的方法有冷风冷却、冷水冷却、碎冰冷却和真空冷却等。具体使用时，应根据食品的种类及冷却要求的不同，选择其适用的冷却方法。四种冷却方法的基本特征 2：(1) 冷风冷却是利用被风机强制流动的冷空气使被冷却食品的温度下降的种冷却方法，它与自然冷却的区别在于配置了较大的风量、风压的风机，所以又称为强制风冷却方式，是一种使用范围较广的冷却方法。冷风冷却使用最多的是冷却水果、蔬菜，冷风机将冷空气从风道中吹出，冷空气流经库房内的水果、蔬菜表面吸收热量，然后货到冷风机的蒸发器中，将热量传递给蒸发器，空气自身温度降低后又被风机吹出。本科毕业论文 正文 7如此循环往复，不断的吸收水果、蔬菜的热量并维持其低温状态。
18、冷风的温度可以根据选择的贮藏温度进行调节和控制。(2) 冷水冷却是通过低温水把被冷却的食品冷却到指定的温度。冷水冷却可用于水果、蔬菜、家禽、水产品等食品的冷却，特别是对一些易变质的食品更适合。冷水冷却通常用预冷箱来进行，水在预冷箱中被布置于其中的制冷系统的蒸发器冷却，然后与食品接触，把食品冷却下来。现代冰蓄冷技术的研发与完善，为冷水冷却了更广阔的应用前景。冷水冷却有浸渍式、喷水式、混合式三种方式。(3) 碎冰冷却是用冰跟食品接触使食品降温。冰是一种很好的冷却介质，它有很强的冷却能力。在与食品接触的过程中，冰融化成水要吸收334.53kJ/kg的相变潜热，使食品迅速冷却。冰的价格便宜、无害、易携
19、带和贮藏。碎冰冷却能避免干耗现象。用来冷却食品的冰有淡水冰和海水冰两种。一般淡水鱼用淡水冰来冷却，海水鱼用海水冰冷却。在海上，鱼获物的冷却一般有加冰法、水冰法和冷海水法。(4) 真空冷却又名减压冷却。它的原理是根据水在不同压力下有不同的沸点，只要改变压力，就可以改变水的沸腾温度，真空冷却装置就是根据这个原理设计的。如正常的 101.3kPa 的压力下，水在 100沸腾，当压力为 0.66kPa 时，水在 1就沸腾。在沸腾过程中，要吸收气化潜热，这个相变热正好用于水果蔬菜的真空冷却。为了利用这个原理组装设备就必须设置冷却食品的真空槽和可以抽掉真空槽内空气的装置。和前面的三种的冷却方法相比，真空预
20、冷却主要具有如下优点 4：(1) 冷却速度快。真空预冷技术的突出特点是预冷速度快，对绝大部分叶类蔬菜，既使在预冷前经过包装，一般 2030 分钟就可以使温度降至 45 。对阔叶类蔬菜的真空预冷效果相当明显。(2) 效果均匀。由于预冷箱内各点的压力均衡，果蔬体内的水分能够同时蒸发吸收体内蓄存的田间热，使得箱内果蔬的温降非常均匀 5。(3) 能耗低。在系统中没有必要除去冷却介质，并且真空使得从外界传人的热量最小化。(4) 清洁。因为空气只有当真空冷却室被打开时才能进人，保证果菜的清洁。冷却过程中可通过对绝对压力的控制，实现温度精确控制，使产品保持在 13 。真空预冷的主要缺点：(1) 真空预冷在使
21、温度降低的同时不可避免的造成水汽散失导致减重。在预冷中通过加水的程序可以防止减重。但这种设备昂贵，需要可加水的包装。真空预冷过程本科毕业论文 正文 8和随后的水汽散失也会对质地、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，设备花费高，加工过程不适合那些为保证食品冷量需进行额外冷藏的食品。真空预冷的花费相比其他预冷方式高，即使是初期投资也需很高费用。1.3 真空冷却技术研究进展早在二十世纪40年代末，西方国家就已进行了真空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。日本从l966年开始真空预冷技术的研究，并已在全日本的果蔬生产基地中得到了应用。我国从8
22、0年代中期才开始进行真空预冷技术和设备的研究工作 6。真空预冷装置主要由真空处理室、真空系统、制冷系统及控制系统四大部分组成。关于它们的设计与计算，国内已有学者作过一些研究 7。真空处理室一般是圆形或长方形的；制冷系统包括制冷机组和水汽凝结器(捕集器)；真空系统一般由真空泵和管路组成；控制系统包括电气控制和气动控制。有的真空预冷装置采用蒸汽喷射方式，这种装置利用从喷嘴喷出蒸汽时产生的抽吸作用，进行真空冷却，它不需要水汽捕集器和制冷机组，这样就使电力容量变小，但是要配备产生蒸汽的设备。国内已有数所高校对真空预冷技术和设备进行了研究，他们的重点是设备的设计与开发问题，而对真空预冷的机理、制冷过程中
23、的气体传热与流动特性、物质在冷却过程中的传热传质特性方面的研究很少。韩厚德的“真空制冷机理及应用技术研究”在这方面作过报道，而国外相关的文献也不多见。把真空冷却的热力学过程分为两个过程，在第一个过程中，放入真空处理室的处于环境温度的被预冷物品(如果蔬)，其温度一直保持不变，直到真空室的压力降低到饱和蒸发压力，果蔬表面的水开始沸腾，一部分空气的体积被蒸汽所替代，此状态称为闪蒸，此时第一过程结束，第二过程开始；第二过程在饱和蒸发压力下进行，被冷物的温度迅速下降，直到物品被冷却到所要求的温度为止。如果将理想气体定律近似地应用于此两个过程， 可分别得到以下压力比容关系：第一过程：pv 1024=893
24、6， 第二过pv 1056=20229，式中，P为绝对压力(Pa)，v为比容(m 3kg)。当压力从大气压力降到饱和蒸发压力以前，真空处理室的温度理论上将保持不变，之后真空室的温度才沿着饱和线快速下降。因为水是唯一的制冷剂，所以从被冷物品中带走的热量等于水蒸汽的质量Wv与水的汽化潜热L之积(理想情况下)。目前国内外真空预冷技术的研究中，关于真空预冷过程数学模型的建立方面几乎没涉及，对空气侧或水蒸气侧的变化情况的研究很少，可见真空预冷技术的研究空间还很宽阔 8。本科毕业论文 正文 91.3.1 真空冷却技术的实验研究目前，在真空冷却实验的研究对象主要是蔬菜，花卉和熟肉等方面。在蔬菜预冷的实验研究
25、中，有以下几种研究。不同种类的蔬菜预冷达到的效果是不一样的。实践告诉我们在减压条件下，水分易蒸发的蔬菜，冷却效果愈高。而水分蒸发速度又取决于蔬菜体积与表面积之比，菜体结构，组织密度、厚度等亦有一定关系。因而不同蔬菜在冷却效果上也不相同。叶菜表面积大，组织柔软，有利水分蒸发，预冷时间短，效果明显。一般冷却到2-4，大约需时间15-20分钟。青花菜，花菜等表面积小，组织坚硬，冷却速度较慢，需较长时闻。圆椒、茄子、刀豆、黄瓜、豇豆等，表皮厚，组织较致密，水分蒸发困难，不适宜真空预冷。经分析，初温对预冷效果的影响，视蔬菜品种而异。冷却效果好的叶菜， 初温几乎不影响冷却效果。但冷却效果差的茄子，刀豆，则
26、初温愈高，终温愈高。经真空预冷处理的蔬菜失水率一般在2.5%-4%，不出现萎蔫状态，对品质风味影响不大 9。上海交大研究所金听祥 10等人对不同蔬菜的真空冷却实验，表面在真空冷却中真空度影响着真空冷却的时间和最终的冷却温度，真空冷却过程还受产品种类影响，不同类型产品的最终真空冷却效果也不同质量损失是真空冷却不可避免的现象，损失程度跟产品种类，温差以及比热容等因素有很大的关系。天津商学院制冷与空调工程系申江 11等人以大白菜、黄瓜、生菜和香菇四种蔬菜作为实验对象得出对于体面积比较大和多孔结构的蔬菜，如生菜和香菇，冷却速度非常快，温度均匀，非常适合于农产品基地大批量的处理。表皮带有角质的蔬菜，如黄
27、瓜，即使喷淋水分，预冷效果也不是太好，可以考虑应用其他预冷方式。蔬菜在喷水率方面上的研究。研究 9表明蔬菜真空预冷前喷淋一些水，有利降温，防止萎蔫。但应根据蔬菜品种贮藏要求和货架寿命，决定是否喷淋和喷淋的水量与时间。对豆苗、草头、菠菜等蒸发面积大，含水需求量较高的蔬菜品种可甩喷雾喷淋。采收预冷场的运输途中应采用遮阳的湿蒲包覆盖在商品上，贮藏后其新鲜度能保持l0-20天。叶面较薄，含水量需求不太高的品种，如落葵、蕹菜等，预冷前最好不喷淋，以免影响贮藏寿命，而芹菜预冷前作喷淋，能较好保持原有的鲜度和脆性。上海理工动力工程学院王雪琴 12等人，选取叶菜类有代表性的茼蒿在自行设计的装置中进行了真空冷却实验，考察了不同喷水率对相对能耗、降温速率和失水率的影响。结果表明，采用高喷水率时，真空冷却过程中的相对能耗较少，降温速率较快，失水率较低。对于蔬菜品质的研究实验。华南农业大学陈羽白 13等人，为进一步探讨叶菜真空预冷效果，采用实际生产使用的真空预冷设备对菜心进行小批量的真空预冷试验，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。结果表明：小批量(120kg/次)菜心真空预冷过程只需15min，平均质量损失率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；菜心、
