國內(nèi)外真空冷卻的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　建筑環(huán)境與設(shè)備工程</b></p><p>　　國內(nèi)外真空冷卻的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用</p><p>　　摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的日益提高，人們對與物質(zhì)生活的要求也愈加提高，果蔬采摘后立即預(yù)冷，可有效降低其呼吸強(qiáng)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(guān)鍵詞：真空冷卻；研究；應(yīng)用</p><p><b>　　1 真空預(yù)冷的原理</b></p><p>　　在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下。水的沸點是100℃[1] ，蒸發(fā)熱為2256kJ／kg，而當(dāng)壓力下降到610Pa時，水的沸點是0℃ ， 蒸發(fā)熱為2500kJ／kg?？梢?，

3、隨著壓力的降低，水的沸點溫度降低，蒸發(fā)單位質(zhì)量的水所消耗的熱量反而增加。真空預(yù)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(yù)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(yīng)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(guān)鍵的一步。真空預(yù)冷正是實現(xiàn)這種目的的一種好方法。我國由于受設(shè)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(yù)冷工藝， 而在歐美日等發(fā)達(dá)國家，為獲得高品質(zhì)的果蔬，已把真空預(yù)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(zhì)的要求也會越來越高， 真空預(yù)冷工藝將

5、被提到議事日程。</p><p>　　3 真空預(yù)冷技術(shù)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(jìn)行了真空冷卻技術(shù)的應(yīng)用研究。結(jié)果表明，在真空冷卻過程中，熟食品內(nèi)部孔隙中溶質(zhì)水的蒸發(fā)是一質(zhì)量傳遞過程，利用質(zhì)量傳遞系數(shù)的預(yù)測性無量綱方程算出預(yù)期的質(zhì)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(zhì)量問題。實驗表明，真空冷卻技術(shù)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(yīng)。</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(dāng)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(jìn)行真空冷

7、卻降溫實驗。 結(jié)果表明，用廣口杯進(jìn)行真空冷卻具有很好的降溫效果，甚至能結(jié)冰，但是失水非常嚴(yán)重；而采用較大空隙的遮擋物或細(xì)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(jié)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(jìn)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(dāng)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(zhì)傳遞， 導(dǎo)致水的溫度降低。由于真空泵的不斷抽取， 過熱度增大， 當(dāng)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(dāng)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(yīng)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(fù)荷</p><p>　　預(yù)冷是蔬菜冷鏈的首要環(huán)節(jié)，對蔬菜保鮮至關(guān)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(yù)冷。試驗過程：首先檢查設(shè)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(yù)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(guān)閉預(yù)冷室門，開啟計算機(jī)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(jī)屏幕觀察蔬菜各點參數(shù)的變化，預(yù)冷結(jié)束時停止抽真空并打開放氣閥，壓力恢復(fù)至常壓后打開預(yù)冷室門，停止數(shù)據(jù)采集，試驗結(jié)束。得到了這幾種蔬菜的真空預(yù)冷實驗數(shù)據(jù)，（1)對于體面積比較大和多孔結(jié)構(gòu)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(zhì)的蔬菜， 如黃瓜，即使噴淋水分，預(yù)冷效果也不是太好，可以考慮應(yīng)</p><p>　　4 真空預(yù)冷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　4.1真空預(yù)冷技術(shù)在果蔬的應(yīng)用</p><p>　　現(xiàn)在真空預(yù)冷技術(shù)主要應(yīng)用于果蔬的真空(預(yù))冷卻方面。在對果蔬真空(預(yù))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(dāng)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(jié)果使果蔬本身溫度下降。真空預(yù)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(rèn)為果蔬的外表面積與其體積之比、果蔬本身組織構(gòu)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(gòu)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(xì)胞之間蒸發(fā)。重量每損失1％ ，溫度下降5.5～6C。當(dāng)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(yù)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(rèn)為以下果蔬適合真空預(yù)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(yù)冷中的應(yīng)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(zhì)和保證肉的安全性， 應(yīng)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(jī)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(yù)冷被應(yīng)用到熟肉的快速冷卻過程中。對于相同質(zhì)量（5～6㎏）的熟肉，溫度從70℃降低到4℃時，真空預(yù)冷的時間為1.9h，比強(qiáng)制風(fēng)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(yù)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(yù)冷過程中不同鹽水注射量對熟肉質(zhì)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(yù)冷過程中熟牛肉的導(dǎo)熱系數(shù)與產(chǎn)品的含水量和孔隙率有很大的關(guān)系，導(dǎo)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(yù)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(jìn)行了試驗研究，結(jié)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(yù)冷中的應(yīng)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(zhì)。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(dāng)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(yīng)立即進(jìn)行快速降溫處理， 即預(yù)冷。采收后的花卉如果不經(jīng)過預(yù)冷就直接進(jìn)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(yīng)付滿載大量田間熱的花卉而設(shè)計的， 未經(jīng)預(yù)冷花卉直接進(jìn)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(jié)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(jié)水滴， 浸

20、潤花卉， 會引起腐爛?；ɑ苓M(jìn)入貯藏庫或運輸車之前進(jìn)行預(yù)冷處理， 消除田間熱， 既可避免這些現(xiàn)象， 又使花卉進(jìn)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(jì)觀點上</p><p>　　花卉的預(yù)冷保鮮方法比較多，其中最有效的方法是真空預(yù)冷保鮮。真空預(yù)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(yù)冷槽內(nèi)進(jìn)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(dá)到預(yù)冷目的。真空預(yù)冷與其它預(yù)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(yù)冷槽內(nèi)進(jìn)行真空處理， 降溫時間很短， 每一次預(yù)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(jìn)行處理。（2）效果好?；ɑ苷婵疹A(yù)冷不受包裝方式影響，冷卻均勻。（3）清潔、衛(wèi)生。花卉是放在真空預(yù)冷槽內(nèi)進(jìn)行真空處理，有效防止了二次污染。（4）有

22、效保證品質(zhì)?；ɑ苷婵疹A(yù)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(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄧東泉，孫恒，肖尤明，徐 烈.真空預(yù)冷技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J]. 上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所，上海：2000（3）</p

23、><p>　　[2] 蔣其斌 張克儉 廖敏，食品真空冷卻技術(shù)的應(yīng)用研究[J].四川：2002（1）</p><p>　　[3] 陳兒同，王艷，徐彬凱，徐文強(qiáng).真空冷卻中失水率問題研究[J]. 上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院， 上海</p><p>　　[4] 周冰、陳兒同、王雪芹、徐波，凝水器對真空冷卻效果的影響分析[J]. 真空. 上海理工大學(xué)，上海</p>

24、;<p>　　[5] 申江、劉洋、鄒同華、劉峻，幾種蔬菜真空預(yù)冷的對比實驗研究[J]. 制冷學(xué)報. 天津商學(xué)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