卷心菜真空預(yù)冷方式的實(shí)驗(yàn)研究
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(lèi)蔬菜卷心菜為研究對(duì)象，通過(guò)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(duì)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(guò)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(duì)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(duì)應(yīng)的蒸發(fā)潛熱為2500 kJ/kg?？梢?jiàn)，水的沸點(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(guò)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(guò)程中乙烯的生成速度，這對(duì)卷心菜的保鮮來(lái)說(shuō)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(lèi)蔬菜真空預(yù)冷的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)葉菜類(lèi)蔬菜真空預(yù)冷效果較根莖類(lèi)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(guò)程中的水分散失。由此可見(jiàn)，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(wèn)題的一個(gè)有效方法，但通過(guò)包覆吸水膜對(duì)蔬菜進(jìn)行預(yù)冷研究比較少見(jiàn)。
本文選取卷心菜為研究對(duì)象，研究了其適宜的預(yù)冷終壓，對(duì)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(duì)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(gòu)自農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。挑選外表無(wú)明顯外傷和病蟲(chóng)害的卷心菜作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。實(shí)驗(yàn)裝置是購(gòu)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(guò)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)，吸水性極強(qiáng)，透氣性極好。
1.2、實(shí)驗(yàn)方法
果蔬真空預(yù)冷過(guò)程中，隨著壓力的降低，果蔬表面的水分率先蒸發(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(guò)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(cè)量溫度，溫度測(cè)點(diǎn)布置在距離表皮3 mm 處，熱電偶連接到西門(mén)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(duì)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(duì)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完全覆蓋住卷心菜表面，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，以保證菜被完全緊密覆蓋住及實(shí)驗(yàn)過(guò)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。可以看出卷心菜真空冷卻z*佳的終止壓力區(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(duì)純水或者水分含量較大的闊葉類(lèi)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(lái)，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(duì)應(yīng)的純水相平衡溫度為2 ℃左右;而對(duì)于真空室壓力降至550~600 Pa 區(qū)間時(shí)，降溫速率沒(méi)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(duì)應(yīng)的閃點(diǎn)壓力的差值越來(lái)越小，因而蒸發(fā)的驅(qū)動(dòng)力也越來(lái)越小，降溫速率也就越來(lái)越慢。因此過(guò)度地降低真空壓力來(lái)?yè)Q取預(yù)冷物品品溫的降低是不可取的。
預(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z*大且能耗低，因此是其z*佳的真空室壓力區(qū)間。
2.2、不同補(bǔ)水方式實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
不同補(bǔ)水方式下卷心菜真空預(yù)冷的降溫曲線。降溫效果z*好的是吸水膜包覆補(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z*低的是不加水直接預(yù)冷方式，它的耗時(shí)z*長(zhǎng)。對(duì)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(guò)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(pán)底，成為無(wú)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。
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。直接進(jìn)行真空預(yù)冷的蔬菜失水z*嚴(yán)重，失水率高達(dá)4.59%;噴水處理對(duì)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(guò)程中的失水問(wèn)題，失水率大大降低，比直接預(yù)冷低76.7%。對(duì)于直接預(yù)冷，由于蒸發(fā)的水分全部來(lái)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(lái)自蔬菜本身，因此對(duì)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(lái)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(guò)對(duì)組織致密類(lèi)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z*佳的真空室壓力區(qū)間。直接預(yù)冷的降溫速率z*慢，失水率z*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。
在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的沸點(diǎn)是100 ℃，對(duì)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(duì)應(yīng)的蒸發(fā)潛熱為2500 kJ/kg?？梢?jiàn)，水的沸點(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(guò)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(guò)程中乙烯的生成速度，這對(duì)卷心菜的保鮮來(lái)說(shuō)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(lèi)蔬菜真空預(yù)冷的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)葉菜類(lèi)蔬菜真空預(yù)冷效果較根莖類(lèi)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(guò)程中的水分散失。由此可見(jiàn)，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(wèn)題的一個(gè)有效方法，但通過(guò)包覆吸水膜對(duì)蔬菜進(jìn)行預(yù)冷研究比較少見(jiàn)。
本文選取卷心菜為研究對(duì)象，研究了其適宜的預(yù)冷終壓，對(duì)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(duì)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(gòu)自農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。挑選外表無(wú)明顯外傷和病蟲(chóng)害的卷心菜作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。實(shí)驗(yàn)裝置是購(gòu)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(guò)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)，吸水性極強(qiáng)，透氣性極好。
1.2、實(shí)驗(yàn)方法
果蔬真空預(yù)冷過(guò)程中，隨著壓力的降低，果蔬表面的水分率先蒸發(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(guò)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(cè)量溫度，溫度測(cè)點(diǎn)布置在距離表皮3 mm 處，熱電偶連接到西門(mén)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(duì)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(duì)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完全覆蓋住卷心菜表面，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，以保證菜被完全緊密覆蓋住及實(shí)驗(yàn)過(guò)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。可以看出卷心菜真空冷卻z*佳的終止壓力區(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(duì)純水或者水分含量較大的闊葉類(lèi)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(lái)，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(duì)應(yīng)的純水相平衡溫度為2 ℃左右;而對(duì)于真空室壓力降至550~600 Pa 區(qū)間時(shí)，降溫速率沒(méi)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(duì)應(yīng)的閃點(diǎn)壓力的差值越來(lái)越小，因而蒸發(fā)的驅(qū)動(dòng)力也越來(lái)越小，降溫速率也就越來(lái)越慢。因此過(guò)度地降低真空壓力來(lái)?yè)Q取預(yù)冷物品品溫的降低是不可取的。
預(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z*大且能耗低，因此是其z*佳的真空室壓力區(qū)間。
2.2、不同補(bǔ)水方式實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
不同補(bǔ)水方式下卷心菜真空預(yù)冷的降溫曲線。降溫效果z*好的是吸水膜包覆補(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z*低的是不加水直接預(yù)冷方式，它的耗時(shí)z*長(zhǎng)。對(duì)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(guò)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(pán)底，成為無(wú)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。
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。直接進(jìn)行真空預(yù)冷的蔬菜失水z*嚴(yán)重，失水率高達(dá)4.59%;噴水處理對(duì)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(guò)程中的失水問(wèn)題，失水率大大降低，比直接預(yù)冷低76.7%。對(duì)于直接預(yù)冷，由于蒸發(fā)的水分全部來(lái)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(lái)自蔬菜本身，因此對(duì)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(lái)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(guò)對(duì)組織致密類(lèi)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z*佳的真空室壓力區(qū)間。直接預(yù)冷的降溫速率z*慢，失水率z*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。
