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卷心菜真空預(yù)冷方式的實(shí)驗(yàn)研究
來源:真空技術(shù)網(wǎng)特靈空調(diào)系統(tǒng)有限公司 作者:程啟康
真空預(yù)冷是果蔬采摘后有效的預(yù)冷方式之一，具有冷卻速度快,、溫度均勻等特點(diǎn),。本文以組織致密類蔬菜卷心菜為研究對象，通過實(shí)驗(yàn)找出其適合的真空預(yù)冷終壓,，并以此終壓為實(shí)驗(yàn)結(jié)束壓力，分別對卷心菜進(jìn)行直接預(yù)冷,、噴水預(yù)冷,、噴水加保鮮膜和表面包覆吸水膜預(yù)冷實(shí)驗(yàn)研究,。結(jié)果表明：通過采用吸水膜包覆卷心菜這種預(yù)冷方式，可以顯著提高降溫速率,，縮短預(yù)冷時(shí)間,，降低失水率，降低能耗,。吸水膜包覆方式從初溫27 ℃降低到5 ℃需要的時(shí)間比直接預(yù)冷少48%,，失水率降低76.7%，能耗降低45%,。因此,，采用吸水膜包覆是提高卷心菜降溫速率，降低失水率的有效方法,。
在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下,，水的沸點(diǎn)是100 ℃，對應(yīng)的蒸發(fā)潛熱為2256 kJ/kg,，若將壓力降低到610 Pa,，水的沸點(diǎn)變?yōu)? ℃，對應(yīng)的蒸發(fā)潛熱為2500 kJ/kg,?？梢姡姆悬c(diǎn)溫度隨壓力的降低而降低,，而蒸發(fā)單位質(zhì)量的水帶走的熱量反而增加,。
卷心菜又名大頭菜、包心菜等,，干物質(zhì)含量較高,，外葉附有臘粉，貯藏過程中隨著乙烯的增加使得卷心菜的衰老加快,，出現(xiàn)脫幫,、失綠等癥狀。另外,，卷心菜具呼吸強(qiáng)度大的特點(diǎn),，因此在采摘之后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行真空預(yù)冷，降低其呼吸強(qiáng)度,，從而抑制貯藏過程中乙烯的生成速度,，這對卷心菜的保鮮來說具有重要意義。宋曉燕研究了青菜在不同預(yù)冷終壓下表面溫度的變化規(guī)律,，并得出比較合適的終壓,。Hayakawa 研究了水果、葉菜和根莖類蔬菜真空預(yù)冷的性質(zhì),，發(fā)現(xiàn)葉菜類蔬菜真空預(yù)冷效果較根莖類蔬菜更優(yōu),。目前的研究表明預(yù)冷前在果蔬的根,、莖、葉等部位噴灑部分水可以明顯降低果蔬預(yù)冷過程中的水分散失,。認(rèn)為預(yù)冷前進(jìn)行噴水預(yù)處理是解決蔬菜真空預(yù)冷關(guān)鍵問題的一個(gè)有效方法,，但通過包覆吸水膜對蔬菜進(jìn)行預(yù)冷研究比較少見。
本文選取卷心菜為研究對象,，研究了其適宜的預(yù)冷終壓,，對直接真空預(yù)冷、噴水真空預(yù)冷,、噴水加保鮮膜預(yù)冷和表面包覆吸水膜等真空預(yù)冷方法進(jìn)行了降溫效果和失水率的實(shí)驗(yàn)對比,。
1、材料與方法
1.1,、實(shí)驗(yàn)材料與裝置
實(shí)驗(yàn)材料卷心菜購自農(nóng)貿(mào)市場,。挑選外表無明顯外傷和病蟲害的卷心菜作為實(shí)驗(yàn)對象。實(shí)驗(yàn)裝置是購自上海某公司的VCE-15 型真空預(yù)冷機(jī),，真空箱有效容積為0.15 m3,。真空室內(nèi)的壓力、果蔬的溫度,、重量等數(shù)據(jù)通過采集系統(tǒng)采集,。實(shí)驗(yàn)的吸水膜材料是雙層脫脂棉紗，由浙江紹興某廠生產(chǎn),，吸水性*,，透氣性*。
1.2,、實(shí)驗(yàn)方法
果蔬真空預(yù)冷過程中,，隨著壓力的降低，果蔬表面的水分蒸發(fā),，吸收潛熱使表皮溫度迅速降低,，表面溫度與內(nèi)部溫度之間存在溫度差，產(chǎn)生傳熱作用使內(nèi)部溫度降低,，同時(shí)內(nèi)部也有少部分的自由水蒸發(fā)通過細(xì)胞之間的多孔結(jié)構(gòu)向外擴(kuò)散,，也使內(nèi)部溫度降低。實(shí)驗(yàn)采用穩(wěn)定性和線性響應(yīng)效果都較好的銅- 康銅T 型熱電偶測量溫度,，溫度測點(diǎn)布置在距離表皮3 mm 處,，熱電偶連接到西門子PLC 采集模塊，經(jīng)通訊模塊傳至計(jì)算機(jī)中保存,。
1.2.1,、卷心菜適宜的預(yù)冷終壓確定方法
將卷心菜放在室溫環(huán)境中(27 ℃)靜置4 h，使菜體溫度與環(huán)境溫度達(dá)到一致,，預(yù)冷終溫設(shè)為5 ℃,。在觸摸屏設(shè)置界面上設(shè)置卷心菜真空預(yù)冷終壓,，分別設(shè)定850~900 Pa,、660~700 Pa,、550~600Pa。
1.2.2,、不同補(bǔ)水方式實(shí)驗(yàn)方法
將實(shí)驗(yàn)對象等分成四組,，每組重量1 kg。第1組不經(jīng)預(yù)處理的空白對照組(CK),，直接放入真空預(yù)冷機(jī)預(yù)冷;第2 組采用噴水預(yù)處理,，噴水量為卷心菜重量的4%，噴水后再進(jìn)行真空預(yù)冷;第3 組將卷心菜先噴4%水,，然后在保鮮膜上打孔,，用保鮮膜包裹住卷心菜;第4 組將棉紗剪裁成面積大小剛好*覆蓋住卷心菜表面，采用噴槍將卷心菜重量4%的水均勻噴灑在吸水膜上,，吸水膜包裹好菜后用別針將接合處別好,，以保證菜被*緊密覆蓋住及實(shí)驗(yàn)過程中吸水膜能較好的和菜表面接觸。卷心菜菜體初溫均為27 ℃左右,，預(yù)冷終壓區(qū)間設(shè)定在實(shí)驗(yàn)方法確定好的適宜終壓,，預(yù)冷終溫設(shè)定為5 ℃。
2,、結(jié)果與討論
2.1,、不同預(yù)冷終壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
卷心菜在不同預(yù)冷終壓下的降溫曲線如圖1所示?？梢钥闯鼍硇牟苏婵绽鋮s*的終止壓力區(qū)間為660~700 Pa,。從水的飽和蒸汽壓表可知，壓力區(qū)間為800~900 Pa 時(shí),，水的平衡溫度為5~6 ℃,，能滿足本實(shí)驗(yàn)預(yù)冷終溫的要求。當(dāng)真空壓力降低到該區(qū)間時(shí),，由于此壓力區(qū)間是針對純水或者水分含量較大的闊葉類蔬菜,，所以菜體溫度可能正好達(dá)到水相的平衡溫度5~6 ℃。但是由于卷心菜含水量少,，表面水分含量不會(huì)是100%,，冷卻時(shí)熱量的傳遞不僅依靠表面水分蒸發(fā)帶走熱量，內(nèi)部同時(shí)具有傳熱和水分蒸發(fā)遷移出來,，所以降低5 ℃需要降到更低的壓力,，約在660~700 Pa 區(qū)間，此時(shí)所對應(yīng)的純水相平衡溫度為2 ℃左右;而對于真空室壓力降至550~600 Pa 區(qū)間時(shí),，降溫速率沒有繼續(xù)增大反而減小的原因是隨著卷心菜內(nèi)部水分的蒸發(fā),，表面溫度降低,，內(nèi)部水蒸汽分壓力與表面溫度對應(yīng)的閃點(diǎn)壓力的差值越來越小，因而蒸發(fā)的驅(qū)動(dòng)力也越來越小,，降溫速率也就越來越慢,。因此過度地降低真空壓力來換取預(yù)冷物品品溫的降低是不可取的。
圖1 不同真空室壓力下卷心菜的真空預(yù)冷降溫曲線
不同真空壓力下的失重率和能耗變化情況如圖2 所示。不同真空室終止壓力下的卷心菜真空預(yù)冷時(shí)間如表1 所示,?？梢钥闯鲱A(yù)冷能耗和時(shí)
間受真空室壓力變化的影響較為明顯，而失重率受其影響較小,。卷心菜真空預(yù)冷在真空室壓力區(qū)間為660~700 Pa 時(shí)的降溫速率zui大且能耗低,，因此是其*的真空室壓力區(qū)間。
圖2 不同真空室壓力下卷心菜的失重率和能耗
表1 不同真空室終止壓力下的卷心菜真空預(yù)冷時(shí)間
2.2,、不同補(bǔ)水方式實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
圖3 示出不同補(bǔ)水方式下卷心菜真空預(yù)冷的降溫曲線。由圖3 可見,，降溫效果的是吸水膜包覆補(bǔ)水方式,，其需要的時(shí)間比直接預(yù)冷少48%;效果次之的是噴水加保鮮膜的方式;降溫速率zui低的是不加水直接預(yù)冷方式，它的耗時(shí)zui長,。對于噴水加保鮮膜的方式,，由于保鮮膜材質(zhì)不能很好地鎖水，實(shí)驗(yàn)過程中噴灑在蔬菜表面的所有水分不能始終處于菜體外表面,，部分水分會(huì)滑落盤底,，成為無效的補(bǔ)水。因此,，只有始終處于菜體外表面的那部分水分有助于降溫速率的加快;而未加水的真空冷卻方式,，溫度降低僅靠菜體自身水分的蒸發(fā)，因而降溫緩慢,、干耗增加,。
圖4 為卷心菜不同補(bǔ)水方式下真空預(yù)冷失重率和能耗的變化。表2 為不同補(bǔ)水方式下的卷心菜真空預(yù)冷時(shí)間,。吸水膜包覆的真空預(yù)冷方式的優(yōu)點(diǎn)有預(yù)冷時(shí)間短,、能耗低、質(zhì)量損失小。因此可以作為提高卷心菜降溫速率,，降低失水率的一種有效途徑,。
圖3 不同處理方式卷心菜真空預(yù)冷的降溫曲線
圖4 不同處理方式卷心菜真空預(yù)冷的失重率和能耗
表2 不同補(bǔ)水方式下的卷心菜真空預(yù)冷時(shí)間
失水率是指實(shí)驗(yàn)結(jié)束后蔬菜重量比實(shí)驗(yàn)前減少的量占實(shí)驗(yàn)前蔬菜重量的百分比,。從圖4可以看出,，直接進(jìn)行真空預(yù)冷的蔬菜失水zui嚴(yán)重，失水率高達(dá)4.59%;噴水處理對防止失水有一定的作用,，但作用較小;吸水膜包覆處理可有效防止預(yù)冷過程中的失水問題,，失水率大大降低，比直接預(yù)冷低76.7%,。對于直接預(yù)冷,，由于蒸發(fā)的水分全部來自蔬菜本身，因此蔬菜失水較嚴(yán)重;而噴水處理由于能較好地附著在表面上的水分較少,，很大一部分蒸發(fā)的水分需要來自蔬菜本身,，因此對降低失水率效果不是很明顯;而采用吸水膜包覆處理時(shí)，蒸發(fā)的水分大部分來自于水膜上的水,，從而使需要從蔬菜本身蒸發(fā)的水分大大降低,，故果蔬自身失水較少。
3,、結(jié)論
通過對組織致密類蔬菜卷心菜真空室預(yù)冷適宜終壓的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,，直接真空預(yù)冷、噴水預(yù)冷,、噴水加保鮮膜和吸水膜包覆四種不同預(yù)處理方式下的實(shí)驗(yàn)研究,，發(fā)現(xiàn)660~700 Pa 是其*的真空室壓力區(qū)間。直接預(yù)冷的降溫速率zui慢,，失水率zui大;而吸水膜包覆真空預(yù)冷,，可以顯著提高降溫速率，降低失水率,，是卷心菜降低失水率行之有效的方法,。