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真空预冷技术

2019-11-08

真空预冷技术

一.  农产品和食品真空冷却的必要性和意义

    我国是农业大国,是世界上果蔬和粮食产品种类最多、种植面积巨大的国家。目前,人们的饮食已由温饱型过渡到营养型、以及健康型,国内外的保鲜果蔬和安全健康食品的需求量、消费量的迅猛增长已成为发展必然趋势。真空冷却由于所使用的场所的不同,现在分别被称为:真空预冷、真空急速冷却、真空冷冻、真空预冷保鲜等叫法;起先真空冷却仅仅用于田间农产品的保鲜链第一环节……预冷, 迅速的冷却达到要求的低温就可以抑制农产品食品致腐微生物的生长,抑制酶的作用和呼吸作用,且可以减少农产品的酒精发酵作用。真空冷却比直接放在冷库里降温速度快而均匀,能保持原有产品的色、香、味和营养成份。而真空冷却正是目前降温速度最快的最理想的一门制冷技术,它能使蔬菜、果品和鲜花等农产品以及肉类,鱼类,烘焙类,熟食制品等食品在真空状态下快速,均匀冷却,使产品的质量,鲜度和营养价值得到有效而安全保证。因此,该技术已在众多食品处理加工领域得到了广泛的应用。

二. 真空冷却技术原理

水的物理特性:在一个标准大气压的状态下,即:1。01325X105Pa,水的沸点:100°C,水的蒸发潜热为:538。8Kcal/Kg;水在6626。10Pa时,水的沸点:38°C,水的蒸发潜热为:575。7Kcal/Kg;水在610。61Pa时,水的沸点:0°C,水的蒸发潜热为:597。1Kcal/Kg;可见,在一定的状态下,随着环境压力的降低,水的沸点也在降低,其蒸发单位质量的水所消耗的热量却在增加。而真空冷却就是依靠人为地来实现低气压的真空状态,使真空冷却槽的食品物料内的水份在低气压的状态下迅速蒸发,水分子大量迁移是由于吸收了自身热量,就使食品物料的内能大大的降低,也就是说,水分子迅速迁移的同时,也迅速带走了食品物料内部的热量,从而实现了食品物料迅速冷却的目的。

真空冷却速度快的成因:

水在相态不变的情况下,1kg水温度升高1℃所吸收的热量 Q1=c·m·Δt=4.186×1×1=4.186Kj=1Kcal

而真空冷却食品物料中的水分发生相态的变化,水变成水蒸气,此时的水要吸收蒸发潜热。

水在不同温度下的蒸发潜热如下表:(表1)

沸点(℃)

(Pa)

蒸发潜热(Kcal/Kg)

沸点(℃)

(Pa)

蒸发潜热(Kcal/Kg)

0

610。61

597.1

18

2066。49

587.0

1

657.28

596.6

20

2333。14

585。9

2

705。27

596.0

22

2639。78

584。8

3

757。27

595.4

24

2986.41

583.6

4

813.26

594.9

26

3359.71

582。5

5

871.93

594.3

28

3773.01

581.4

6

934。59

593.8

29

3999。66

580.8

8

1071.91

592.6

38

6626。10

575。7

10

1266。56

591.5

52

13612.2

567.6

12

1399。88

590.4

76

40196.6

553。5

14

1599.86

589。3

83

53422。1

549.3

16

1813.18

588。1

100

101325

538.8

水在相态发生的情况下,1kg水在38℃发生汽化所吸收的热量,如上表,

Q2=m·r=1×575.7 Kcal/Kg=575.7 Kcal   比较Q2与Q1:Q2/ Q1=575.7 Kcal /1Kcal =575.7

这就是告诉我们:水发生汽化时吸收的热量是水在液态下升高1℃时所吸收热量的近600倍。所以相对其它食品物料冷却方法作比较,真空冷却是能够在较短时间内实现急速降温的首选制冷方式。

综上所述,我们也可以看出真空冷却过程的所消耗的能量(功率)是相当小的。实践告诉我们,真空制冷是基于直接蒸发原理,使得真空制冷系统所消耗的能量(功率)只有最常用的氨制冷系统、氟制冷系统1/3到1/5(氨制冷、氟制冷系统是通过制冷介质经压缩→蒸发膨胀吸热→再压缩→再蒸发的相变循环过程,同时其需要比较大的辅助动力消耗,才能实现制冷目的的。)。所以说,真空制冷是一种目前相当节能的制冷方式。

三.真空冷却的作用和机制

真空冷却实现了农产品和食品冷却过程中温度均匀、清洁,不会受到污染,能使食品的品质得到很好的保证。而且由于处理时间短,不产生局部干燥、脱水现象。同时又由于预冷过程时间短,相应设备运转能耗和费用与传统的制冷设备明显降低,另外还可以大大的减少由于预冷时间长导致周围环境渗透的热量所增加的负荷。真空冷却且不受食品包装承载物材料、尺寸、结构等限制,其冷却速度与不包装的产品几乎没有差别,在生产实践使用中极为方便快捷,所以已被广大农产品和食品生产以及研究的企事业单位大量使用。

事实上,真空冷却系统的实现受到许多因素的影响,包括被冷却食品物料的选择,被冷食品物料的初温和终温设定,真空获得的能力选择,真空抽速的调节及水分损失补偿控制调节等。真空冷却根据系统不同的要求,现在大致分为六类真空冷却机,即:真空(果蔬)预冷机、高温真空急速冷却机、常温真空急速冷却机、中温真空冷却机、真空冷冻机(又称低温真空冷却机)及真空间接冷却机。通过对不同冷却食品物料在真空冷却中的冷却效果进行生产实践和实验分析研究,人们目前已找出了大量适合进行真空冷却的食品物料,同时也改善了不同真空冷却系统的冷却效果以及提高了不同被冷食品物料品质的方法。

我国虽然在20世纪80年代中后期才开始有真空冷却的技术研究和设备生产,然而时至今日,国内已有洽爱纳公司、盈翔公司,深圳有万保琨公司、源洲公司等企业已长期从事着真空果蔬预冷设备的研究开发和生产,同时国内也有了大量的关于真空果蔬预冷设备实践和理论方面的研究著作。

四.真空冷却在生鲜农产品和熟食制品生产加工过程中的用途:

a.蔬菜类:叶菜、茎菜、花菜、菌菇菜等;

b.主食类:米饭、面条、馒头、玉米、饺子、寿司、密饯等;

c.家禽类:蒸煮鸡鸭、烧烤鸡鸭、盐水鹅等;

d.肉食类:蒸煮猪、牛、羊、兔肉等;

e。鱼虾类:河鱼、海鱼、贝、虾、蟹等;

f。油炸类:油炸食品、炸丸子等;

g。烘培类:月饼,蛋糕,面包,蛋黄派等;

h.馅料类:月饼馅、汤圆馅、调理食品等;

i.其他类:化工高温物料冷却及结晶体,金属铸造型砂等。

五.真空冷却设备的特点

(一)真空冷却的优点:

①冷却速度快。烘培类食品从160℃冷却到30℃需6~8分钟,一般食品物料从100℃冷却到常温也仅需10~15分钟,冷却到0°C以下需25~28分钟左右,冷却到-18°C以下需35分钟左右, 生鲜果蔬农产品,根据各自产品生理特点不同,真空冷却时间一般要取30min左右,可见具有极高的生产效率;

②冷却温度均匀。由于食品冷却温度取决于箱内真空度,而真空冷却箱内真空度(压力值)处处相等,所以食品温度非常均匀;

③避免环境对食品的二次污染(针对熟食品)。真空冷却完成后对箱体复压进气,其空气是经过食品安全级过滤的气体,充入冷却箱内的气体是几乎不含悬浮尘埃物的空气,所以完全避免了空气中尘埃悬浮物对食品的二次污染;

④提高熟食制品质量(针对熟食品)。由于冷却时间短,可最大限度地避免食品物料在高温是产生的油脂氧化,淀粉糊化等生物化学反应;同时也极大限度地避免了高温食品物料在65°C~30°C所产生的生物发酵(细菌繁殖),以及提高回锅口感度,为食品长期保鲜从根本上保障了其生理条件;这样,大量的熟食品就可避免添加防腐剂,从而使熟食制品成为真正的“绿色食品”有了根本保障。

⑤提高熟食制品品味(针对熟食品)。基于真空浸漬的原理,可以使得食品外部因失水而浓缩的汤汁(调料调味品)很方便迅速地进入到食品内部中去,从而提高了食品的口(风)味;

⑥能耗省,运行费用低。以DV-100CS型为例,机组功率为7。35Kw,选择快速冷却方式,每批冷却装置量为100Kg,每小时可至少冷却6次,即每小时可冷却600Kg,仅用掉7。35Kw电费。

⑦设备使用安全、方便。因设备真空冷却设备全部采用R304不锈钢材料制造,其运行过程不产生任何污染物,故可以直接安置在食品加工制作生产线现场使用,安全卫生,方便快捷。

(二)真空冷却的缺点:

①  工作原理的先天性缺陷。

1.  真空冷却的工作过程,换一种说法,就是让食品物料在真空状态下,重新低温蒸煮了一次。所以说象“油面筋”、“腐竹”等已经经过高温膨化后的食品,再经过真空冷却处理,使得食品淀粉骨架结构发生了严重的塌变,就对食品整个形态造成了致命的破坏;

2.  对于不宜或能失水,同时又不能添加水份的一些物料也不适用,比如,药物膏脂,化妆品,皮鞋油膏等;

3.  由于水蒸发的原因,纯液态的食品(果汁、饮料、八宝粥、各种酱品糊装调料等)会造成严重的飞溅和外溢,所以用真空冷却方法冷却纯液态的食品,就会造成液态食品产品流失或浪费,同时还会污染真空冷却机的冷却处理槽以及食品物料包装盛放物。

4。  也有一定数量的食品产品需要在冷却过程中实现形态固化(凝固)定型,就不适合使用真空冷却,原因是真空冷却会在食品内部产生气孔,或是造成食品结构组织疏松以及外部形态不规整(如马蹄糕、凉粉、果冻、草冻等)。

5。  不能冷却水份较少的食品。真空冷却是靠食品物料失水(水蒸气低压蒸发原理)来达到制冷的目的。也就是说食品物料失水相对越多,食品物料的温度就下降得越多。然而,如饼干、桃酥、油炸脆片等,是由于这类食品物料本身不能提供实现真空冷却所需要的蒸发用水,所以不能采用真空冷却 。

② 对于组织密实的食品物料,冷却速度较慢。例如,鸡蛋、粽子、芋头、马铃薯、大块牛肉等;

③ 造价较高,一次性设备投资较大。所以对于食品物料的内在品质要求不高或食品卫生安全要求档次较低的一些产品,以及产品本身附加值不高或食品货架(保鲜贮藏)期不作要求较短的熟食制品厂家一般不宜采用。

六.真空冷却过程中的失水量估算方法

 农产品和及农产品加工后的各种熟食制品物料中大多数都含有大量的水,而以水和食品物料的结合形式,食品中的水又可以分为两类:一类为游离水,或叫自由水,其与食品物料的结合,仅仅是爱德华力附着作用,是很容易失去的;另一类为约束水,或叫束缚水,是以强氢链的结构形式和食品物料结合,要去除这部分水,就必须有较大的外力作用,使得这类水冲破食品物料细胞结构组织,所以,要去除这类水较难。

真空冷却过程中的失水和失水量,会直接影响到我们工厂企业食品产品工艺和食品产品的计量,所以正确认识真空失水和控制失水量的意义就很重要。

注:蒸发潜热(kcal/kg)参《表1》,从《表1》中可以看出,水随着沸点的降低,其蒸发潜热就越大,所以说上面估算公式中的蒸发潜热值,计算时只能取其平均值或大约值,以作参考;实际生产中,根据食品物料的性质的不同,目前全部以实际计量检测为准。

七.真空冷却设备的用户选型原则

1.品相原则:从被冷却物料的种类,作相对应的机型选择;

2.产量原则:从被冷却物料的实际生产量及后续生产发展量上考虑;

3。工艺要求原则:从生产工艺要求上考虑,被冷却物料需要的温度条件、贮藏保鲜的时间(贮藏特点、周转期、货架期)等因素要求;

4.生产效率原则:每批被冷却物料所需要的冷却时间要求;台式,人力进出料;卧式及落地式,车载物料进出料;双槽式,可节约进出料时间等因素;

5.可靠性原则:从机器本身配套设备的可靠性、使用年限及维护的方便性上考虑,以保证设备正常运转率;

6.使用环境原则:真空冷却机一般适合温度在0℃~50℃之间、湿度≤80的环境下工作,特殊环境条件下,如防爆、防火要求,噪声要求,腐蚀气体环境要求等应对设备制造厂家提出相应要求;另需参考《附录二:中国主要城市室外气象条件》;

7。操作要求原则:低压电器控制系统、PLC控制系统、按钮屏、触摸屏等选择要求;

8.结构布置原则:以服从产品生产流水线为第一原则,再考虑物料周转走向,真空冷却槽开门方向,单开门、双开门、对开门以及其他空间尺寸相关要求;

9.环保节能原则:设备待机状态下,不得存在长流水、长通电及运转时有环境污染源出现;

10.技术提升原则:应考证设备制造商的生产能力、技术发展及售后服务能力等情况。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

附表一:水在不同压力状态下的沸点对照表:

温度℃

压强Pa

温度℃

压强Pa

温度℃

压强Pa

温度℃

压强Pa

-75

0.12

-31

34.0

13

1497。2

57

17305.2

-74

0.14

-30

37.4

14

1598.5

58

18145.2

-73

0.17

-29

42.0

15

1705.2

59

19011.8

-72

0.19

-28

47.1

16

1817。2

60

19918。4

-71

0.23

-27

52。0

17

1937.2

61

20851.6

-70

0.26

-26

57.2

18

2063.8

62

21838。2

-69

0.30

-25

63.0

19

2197。2

63

22851.5

-68

0.35

-24

70.1

20

2328。5

64

23904.7

-67

0.46

-23

77.0

21

2486。5

65

24998.0

-66

0。47

-22

85。8

22

2643.8

66

26144.5

-65

0.54

-21

94。4

23

2809。1

67

27331。1

-64

0.6

-20

102.9

24

2983.8

68

28557.7

-63

0.7

-19

113.3

25

3167。7

69

29824。2

-62

0。8

-18

124.6

26

3361。0

70

31157。4

-61

0.9

-17

136.9

27

3565.0

71

32517.3

-60

1。1

-16

150.4

28

3779.7

72

36943.9

-59

1.2

-15

165.0

29

4005。0

73

35423.8

-58

1.4

-14

180.9

30

4242.3

74

36957。0

-57

1。6

-13

198.1

31

4492.9

75

38543.5

-56

1.8

-12

216.9

32

4754.3

76

40183。4

-55

2.1

-11

237.3

33

5030.3

77

41876.6

-54

2.3

-10

259。4

34

5319.6

78

43636.4

-53

2.5

-9

283。3

35

5623.5

79

45462.9

-52

3.0

-8

309.4

36

5940.8

80

47342.8

-51

3。5

-7

377.6

37

5275.5

81

49289.3

-50

4。0

-6

368.1

38

6619.5

82

51315。8

-49

4。5

-5

401.0

39

6991.4

83

53408。9

-48

5。0

-4

436.8

40

7375。4

84

55568。8

-47

5.5

-3

475。4

41

7778.0

85

57808.6

-46

6.0

-2

517.2

42

8199.3

86

60115.1

-45

7.0

-1

562.1

43

8639。3

87

62488。2

-44

8.0

0

610。0

44

9100.6

88

64941.3

-43

9.0

1

657.3

45

9583。2

89

67474。5

-42

10.0

2

705。3

46

10085.8

90

70110.9

-41

11.0

3

758。6

47

10612.5

91

72807。4

-40

12。8

4

813。3

48

11160.4

92

75593.8

-39

14。0

5

871.9

49

11735.0

93

78473。5

-38

16。1

6

934.6

50

12333.7

94

81446.7

-37

18.0

7

1001.3

51

12958.9

95

84513.1

-36

20.1

8

1073。2

52

13612。2

96

87672.8

-35

22。0

9

1147.9

53

14292.2

97

90939。2

-34

24.9

10

1227.9

54

14998.8

98

94298.9

-33

28.0

11

1311。9

55

15732.0

99

97752。0

-32

30。9

12

1402。6

56

16505.3

100

101325

 

 

附表二:中国主要城市室外气象条件

中国主要城市室外气象条件

序号

地名

大气压力/kPa

年平均温度/℃

室外相对湿度/%

冬季

夏季

最冷月平均(冬季)

最热月平均(夏季)

平均

1

北京

102.04

99.86

11.4

45

78

57

2

密云

101.8

99。69

10。8

42

77


3

天津

102.66

100.48

12。2

53

78

63

4

塘沽

102.66

100.47

12。0

62

79

72

5

承德

98.00

96.28

8。9

46

72

57

6

唐山

102。34

100.22

11。1

52

79


7

保定

102。47

100.26

12.3

55

76

58

8

石家庄

101.60

90.59

12。9

52

75

62

9

张家口

93.9

92.4

8.2

(43)

(67)

55

10

太原

93。29

91.92

9.5

51

71

61

11

运城

98.21

96.28

13.6

57

69


12

海拉尔

94.72

93。55

-2.1

78

71


13

锡林浩特

96.57

89.56

1.7

71

62


14

通辽

100.58

98。43

6。0

56

73


15

呼和浩特

90.09

88.94

5.8

56

64

56

16

磴口




49

55


17

赤峰

95。6

94.1


40

66


18

开原

101。30

99.43

6.5

66

80


19

抚顺

101.06

99。24

6。6

69

80


20

沈阳

102。08

100。07

7。8

64

78


21

朝阳

100.46

98。57

8.4

44

73


22

本溪

100.32

98。55

7。8

65

75


23

大连

101.38

99.47

10.2

58

83

67

24

旅顺



10.2



69

25

鞍山

101.7

99.7

8.4

(61)

(76)

63

26

锦州

102.0

99.9

9。0

47

81


27

营口

102.7

100.5

8.6

61

79

65

28

丹东

102.4

100。4

8.5

57

89


29

长春

99.4

97.79

4.9

68

78

67

30

四平

100.41

98.63

5.9

68

78

67

31

延吉

100。03

98.65

5.0

60

80


32

通化

97.45

96.07

4.9

72

80


33

伊春

99.20

97.86

0.4

75

78


34

齐齐哈尔

100.46

98.77

3.2

71

73

64

35

佳木斯

101。10

99。60

2.9

71

78


36

哈尔滨

100。15

98.51

3.6

74

77

70

37

牡丹江

99。21

97.85

3。5

71

76


38

蒙自

87。1

86.5


70

66


39

嫩江

99。3

97.9


73

79


40

博克图

92.9

92.1


70

80


41

海伦

99。2

97.7


73

67


42

鸡西

99.5

98.0


(64)

(59)


43

上海

102.51

100。52

15.7

75

83

80

44

徐州

102。18

100.07

14.2

64

81

71

45

南京

102。25

100.40

15.3

73

81

77

46

芜湖

102.4

100.3

16.0

(77)

(80)

78

47

杭州

102.00

100.05

16.2

77

80

82

48

温州

102.35

100。15

17。9

75

84

85

49

淀海




67

87


50

衢县




76

76


51

亳县

102.45

99.93

14.5

67

80


52

蚌埠

102.41

100.23

15。1

71

80


53

合肥

102.23

100。09

15.7

75

81


54

安庆

102。37

100.29

16.5

74

79


55

景德镇

101.76

99.82

17.0

76

79


56

南昌

101.08

99。91

17.5

74

75

80

57

吉安

101。52

99.62

18.3

78

73


58

赣州

100.38

99.09

19.4

75

70


59

九江

102.2

100.1

17.0

(75)

(76)

79

60

淄博

102.26

100.10

12.9

60

76


61

潍坊

102。07

99.97

12.3

61

81


62

济南

102.02

98.85

14.2

54

73

57

63

青岛

101.69

99.72

12.2

64

85

73

64

菏泽

102。06

99。89

13.6

67

79


65

开封

101.8

99.6

14.7

(64)

(79)

72

66

郑州

101.28

99.17

14.2

60

76


67

洛阳

101.88

98.76

14.6

57

75


68

驻马店

101.66

99。51

14.8

65

81


69

信阳

101.25

99.09

15。1

74

80


70

卢氏




61

73


71

武汉

102.33

100.17

16.3

76

79

72

72

黄石

102。20

100.20

17。0

77

78


73

岳阳

101.6

99.8

16。7

(77)

(75)

83

74

光化




69

78


75

宜昌

101.5

99。3

16。7

72

80

79

76

衡阳

101.2

99。3

17.6

(80)

(71)

80

77

常德

102.15

100.02

16.7

79

75


78

长沙

101.99

99.09

17。2

81

75

77

79

芷江

99。24

97。43

16.5

79

79


80

零陵

100。39

98.52

17.8

79

72


81

拉萨

65.00

66。23

7.5

28

54


82

林芝

70.59

70.54

8.5

49

76


83

日喀则

65.10

63.83

6。3

27

53


84

昌都


68。1

7.4

34

67

54

85

延安

91.33

90.02

9.4

54

72


86

西安

97.87

95。92

13。3

67

76

68

87

汉中

96。41

94.74

14.3

77

81


88

榆林

90。2

89.0

8。1

57

63


89

略阳




62

79


90

敦煌

89.33

87.96

9。3

50

43


91

酒泉

85。60

84.70

7。3

55

52

43

92

兰州

85。14

84。31

9.1

58

61

58

93

武都

89.69

88.58

14.5

56

67

81

94

山丹




58

51


95

平凉




51

74


96

天水

89.2

88.3

11.3

61

74

60

97

西宁

77。51

77.35

5。7

48

65

39

98

林格木

72。35

72.40

4.2

41

36


99

玛多

60。33

61.08

-4。1

56

68


100

银川

89.57

88.35

8.5

58

64


101

盐池

86.92

85.95

7.7

50

57


102

共和




38

63


103

伊宁

94。71

98.35

8。4

78

58

67

104

乌鲁木齐

91.99

90.67

5。7

80

44

62

105

吐鲁番

102。84

99。77

13.9

59

31


106

哈密

93.97

92。11

9.8

63

34

40

107

喀什

87。69

86.50

11.7

67

40


108

和田

86.71

85.65

12.2

53

40

46

109

福州

102.2

99.6

19。8

72

77

81

110

永安




77

75


111

厦门

101。4

99.5

21.6

(73)

(81)

79

112

桂林

100.3

98。5

19。2

68

79

77

113

百色




73

80


114

梧州


99.1

21。5

72

81

76

115

南宁

100。8

99。3

22.1

72

81

78

116

韶关

101.4

99.7

20。3

70

75


117

汕头

101。9

100。5

21.5

78

84

83

118

广州

101.9

100。4

21.9

68

84

78

119

阳江




73

85


120

海口

101.5

100。1

24.3

84

83

85

121

甘孜

67.1

67.5


39

73


122

南充




30

77


123

成都

96.3

94.7

17.0

80

86

81

124

宜宾

98.5

96.9


82

83


125

西昌

88.3

83。5


52

76


126

重庆

99。1

97。2

18.6

81

76

83

127

遵义

92。3

91。1


81

78


128

峨嵋山


70。3

16。6



82

129

毕节




85

78


130

贵阳

89。7

88.8


76

78


131

兴仁




81

84


132

昆明

81。1

80。8


69

65


133

恩施




83

79



 

 


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