摘要：真空預(yù)冷、壓差預(yù)冷的概念和應(yīng)用過(guò)程。在研究中發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷用于預(yù)冷柔軟的蔬菜類食品，如生菜等的時(shí)候比壓差預(yù)冷更有效果。另外真空預(yù)還可以用來(lái)處理湯汁類食品。壓差預(yù)冷也有它獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，節(jié)約能源并且效果很好。它可以用來(lái)預(yù)冷硬度較大的蔬菜類食品如黃瓜、西紅柿等。兩種預(yù)冷方式對(duì)應(yīng)于不同的食品有各自的優(yōu)點(diǎn)。在預(yù)冷速度上真空預(yù)冷要快于壓差預(yù)冷，在預(yù)冷失重上壓差預(yù)冷比真空預(yù)冷好很多。

前言

 自從我國(guó)實(shí)施“菜籃子工程”以來(lái)，產(chǎn)銷發(fā)生了巨大的變化：（1）果蔬的產(chǎn)銷已經(jīng)有原來(lái)的供量偏緊轉(zhuǎn)向常年總量有余的總量平衡；（2）隨著大中城市居民生活水平的提高，對(duì)果蔬和各種食品的要求越來(lái)越高，不僅要求一年四季種類齊全，更注重食品的新鮮、營(yíng)養(yǎng)、清潔、環(huán)保等品質(zhì)指標(biāo)；（3）各種食品尤其是果蔬品種的流通領(lǐng)域由原來(lái)的國(guó)營(yíng)市場(chǎng)為主的單一渠道發(fā)展成多渠道的流通網(wǎng)絡(luò)。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，食品加工后的冷藏鏈一直沒(méi)有健全，大部分的食用產(chǎn)品經(jīng)過(guò)生產(chǎn)加工后就直接進(jìn)入市場(chǎng)銷售。而在運(yùn)輸和積存的過(guò)程中造成了很大的浪費(fèi)，使生產(chǎn)量和銷售量之間的落差很大，給國(guó)家和人民造成很大的損失。實(shí)踐證明這種冷藏鏈的不健全主要是生產(chǎn)后的預(yù)冷步驟不受重視造成的。

預(yù)冷的概念最早是由Powell和他的助手于1904年在美國(guó)的農(nóng)業(yè)部提出的。預(yù)冷是利用低溫處理方法將采摘后的果蔬和剛生產(chǎn)出來(lái)的食品的品溫迅速降低到工藝要求溫度的操作過(guò)程。預(yù)冷后的果蔬不僅品質(zhì)較高，有利于防止貯存過(guò)程中的質(zhì)量損失，而且降低了冷藏車、冷藏船和冷藏庫(kù)等的冷負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)冷藏、貯運(yùn)裝置的節(jié)能運(yùn)行。因此，美國(guó)、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家把預(yù)冷作為果蔬采摘后的必不可少的首道工序。此外，今年來(lái)預(yù)冷的領(lǐng)域大大擴(kuò)展，尤其在食品工業(yè)的嘗試取得偉大的成績(jī)。目前，發(fā)展的趨勢(shì)是把預(yù)冷技術(shù)融合到處理市售食品之中。例如：預(yù)冷熟肉、熟食等。

在過(guò)去的幾年中，預(yù)冷已經(jīng)被提上日程，一步步走進(jìn)人們的視線，目前，已經(jīng)被熟知的預(yù)冷方式主要有空氣預(yù)冷、水預(yù)冷、冰預(yù)冷、和真空預(yù)冷四種方法。 但是對(duì)于冰預(yù)冷來(lái)說(shuō)，冰點(diǎn)溫度較高，不適合預(yù)冷溫度較低的貨物，且預(yù)冷速度慢；其次，冰占據(jù)大量體積，減少貨物的裝載容量；此外，冰溶解后產(chǎn)生的水會(huì)污染貨物，成為其腐敗的直接原因。因此它的應(yīng)用逐漸淡出預(yù)冷方式的主流；水預(yù)冷也是由于預(yù)冷速度慢、并且容易造成產(chǎn)品的污染等缺點(diǎn)而淡出預(yù)冷市場(chǎng)?，F(xiàn)在重點(diǎn)發(fā)展的方式是真空預(yù)冷和壓差預(yù)冷，在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)它們不但速度快，預(yù)冷效果好，而且造成污染的機(jī)率小。真空預(yù)冷是利用減壓的方式，促成產(chǎn)品體內(nèi)水分低溫下沸騰蒸發(fā)帶走蒸發(fā)潛熱，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)冷。壓差預(yù)冷是利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓差是冷風(fēng)在產(chǎn)品的表面流過(guò)帶走產(chǎn)品的體熱實(shí)現(xiàn)預(yù)冷。這些預(yù)冷方式的應(yīng)用給產(chǎn)品的保存和運(yùn)輸帶來(lái)了很大的方便，從而提高了它們的產(chǎn)銷量。在歐洲和美洲的發(fā)達(dá)國(guó)家中預(yù)冷已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

1真空預(yù)冷

1.1原理

所謂真空預(yù)冷是指將所需預(yù)冷的產(chǎn)品放置在密閉的容器中，對(duì)其進(jìn)行減壓，引發(fā)產(chǎn)品本身水分蒸發(fā)，帶走大量的蒸發(fā)潛熱而被冷卻的預(yù)冷方法。用atm表示大氣壓，在一個(gè)大氣壓下水沸騰發(fā)生在100℃。當(dāng)大氣壓低于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)候，有壓力和溫度的飽和關(guān)系可知水分沸騰蒸發(fā)的溫度必定降低。（如圖1-1）  

因此，我們利用真空泵、真空室、冷凝器三個(gè)部分組成的真空預(yù)冷系統(tǒng)（如圖1-2）便可以完成產(chǎn)品在低溫下水分減壓沸騰蒸發(fā)，帶走自身的蒸發(fā)潛熱實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的降溫預(yù)冷。

在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，由于該系統(tǒng)利用自身的蒸發(fā)潛能，因此它只適用于含有較高水分的產(chǎn)品。另外在 真空預(yù)冷過(guò)程中由于整個(gè)系統(tǒng)溫度較低，低壓水蒸汽會(huì)在連接真空室的導(dǎo)管內(nèi)冷凝回流堵塞導(dǎo)管而造成真空室內(nèi)壓力回升，阻止水分的蒸發(fā)，影響預(yù)冷效果。為解決這一問(wèn)題，可以在真空室內(nèi)加裝冷凝器，使低壓的水蒸氣直接進(jìn)入冷凝器液化為水再通過(guò)排水系統(tǒng)直接排出。最后，通過(guò)調(diào)節(jié)真空室的壓力來(lái)準(zhǔn)確控制預(yù)冷產(chǎn)品的溫度。                                                                                   

真空預(yù)冷是一種技術(shù)含量較高，效率也較高的預(yù)冷方式，但是它需要合理、準(zhǔn)確的操作才可以實(shí)現(xiàn)。下面講述典型的真空預(yù)冷循環(huán)。首先將產(chǎn)品放進(jìn)密閉的真空室內(nèi)，開(kāi)啟真空泵，將壓力一直下降到與產(chǎn)品初始溫度相一致的飽和壓力。這一降壓過(guò)程依真空室的尺寸大小以及真空泵的功率不同而適當(dāng)把握工作時(shí)間，一般降壓時(shí)間維持7—10分鐘即可。當(dāng)真空室內(nèi)的壓力達(dá)到工作要求時(shí)產(chǎn)品內(nèi)的水分就開(kāi)始蒸發(fā)，產(chǎn)生的水蒸氣被真空泵排出室外。真空泵在此過(guò)程中只起到減壓的作用而并沒(méi)有產(chǎn)生冷量。另外在真空室內(nèi)加裝冷凝器可以使水氣迅速液化排出，促使室內(nèi)壓力大幅度降低而達(dá)到水迅速蒸發(fā)的目的。預(yù)冷過(guò)程一直維持到使產(chǎn)品達(dá)到儲(chǔ)藏要求為止。

2、壓差預(yù)冷

2-1原理

壓差預(yù)冷是空氣預(yù)冷的一種新形式，其原理圖（如2-1），它是利用壓差風(fēng)機(jī)的抽吸作用，在包裝容器的兩側(cè)形成一定的壓力差，使冷空氣經(jīng)過(guò)包裝容器上的通風(fēng)孔強(qiáng)制通過(guò)包裝容器內(nèi)部與預(yù)冷產(chǎn)品表面直接進(jìn)行換熱，從而使物品快速、均勻的冷卻到工藝要求的溫度范圍的預(yù)冷方法

1－冷風(fēng)機(jī)，2—壓差風(fēng)機(jī)，3—靜壓箱，4—包裝箱，5—預(yù)冷庫(kù)

圖2-1  壓差預(yù)冷原理圖

 壓差預(yù)冷系統(tǒng)中主要由；冷風(fēng)機(jī)、壓差風(fēng)機(jī)、靜壓箱、包裝箱和預(yù)冷庫(kù)組成。要進(jìn)行壓差預(yù)冷首先選取預(yù)冷產(chǎn)品，將產(chǎn)品進(jìn)行凈污處理。拿農(nóng)作物來(lái)說(shuō)，帶有的泥沙量越多預(yù)冷效果越差。之后將產(chǎn)品放入包裝箱內(nèi)，啟動(dòng)壓差風(fēng)機(jī)使包裝箱兩側(cè)產(chǎn)生靜壓差，之后啟動(dòng)冷風(fēng)機(jī)，冷風(fēng)在壓差的作用下流過(guò)包裝箱與產(chǎn)品直接接觸換熱。通過(guò)調(diào)節(jié)靜壓箱內(nèi)變頻風(fēng)機(jī)的頻率控制靜壓的大小。冷風(fēng)從包裝箱了另一側(cè)流出再進(jìn)入冷風(fēng)機(jī)形成循環(huán)。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)冷。

3、不同預(yù)冷方式在加工產(chǎn)品方面的比較

   目前，美國(guó)、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家已把預(yù)冷作為果蔬采摘后以及食品加溫后必不可少的工序。在我國(guó)，隨著人民生活水平的提高和對(duì)預(yù)冷認(rèn)識(shí)的加深，預(yù)冷也將會(huì)應(yīng)用的越來(lái)越廣泛。以下內(nèi)容闡述了真空預(yù)冷和壓差預(yù)冷對(duì)于不同的產(chǎn)品所具有的優(yōu)勢(shì)和不足。

   真空預(yù)冷的優(yōu)點(diǎn)中最重要的是它可以大大的縮短預(yù)冷時(shí)間。（如表3-1）。從表中我們可以看出真空預(yù)冷在預(yù)冷時(shí)間上的極大的優(yōu)勢(shì)，從預(yù)冷理念上分析真空預(yù)冷所具有的優(yōu)勢(shì)是由于和壓差預(yù)冷不同的預(yù)冷機(jī)制造成的。前者是通過(guò)水蒸發(fā)而獲得冷量而后者是利用冷風(fēng)掠過(guò)產(chǎn)品表面帶走熱量，即熱量交換和傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從導(dǎo)熱和蒸發(fā)換熱的效率上來(lái)比較不到1：16，在預(yù)冷時(shí)間上的差別就有了理論依據(jù)。冷卻時(shí)間的縮短不僅可以保證易腐食品的質(zhì)量，而且從衛(wèi)生角度看更加保險(xiǎn)，同時(shí)降低了運(yùn)行成本。

3-1  預(yù)冷時(shí)間比較表

   真空預(yù)冷與壓差預(yù)冷不同，它是通過(guò)水蒸氣的蒸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，蒸發(fā)過(guò)程同時(shí)發(fā)生在產(chǎn)品的內(nèi)部和表面，因此產(chǎn)品中有穩(wěn)定的溫度分布。例如：有一堆水果同時(shí)被真空預(yù)冷，所有的產(chǎn)品的溫度可以在同樣的速率下降低，包括頂部的，中部的和底部的，對(duì)于尺寸較大的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，用真空預(yù)冷時(shí)，產(chǎn)品表面和中心的溫度差比壓差預(yù)冷要小的多了。

從預(yù)冷的理論方面來(lái)講，真空預(yù)冷和壓差預(yù)冷所適用的產(chǎn)品種類有較大的區(qū)別。（如下表3-2）

表3-2    預(yù)冷產(chǎn)品比較

   最近的研究表明真空預(yù)冷不但用于食品保鮮方面效果突出，在鮮花的保鮮方面也有很明顯的成績(jī)。鮮花的生命很脆弱，如果把它們放在壓差預(yù)冷的條件下，根本無(wú)法接受預(yù)冷就會(huì)受到損傷，因?yàn)樗?jīng)不起包裝箱兩側(cè)由壓差造成的冷風(fēng)力影響。實(shí)驗(yàn)證明真空預(yù)冷瓶?jī)?nèi)水仙花和百合花使其延長(zhǎng)保鮮壽命收到了很好的效果。將真空預(yù)冷到2℃后的鮮花放在室溫19-20℃的水中，可以保存7-8天的新鮮度，而不經(jīng)過(guò)預(yù)冷處理的鮮花只能保存2-3天的時(shí)間，另外經(jīng)過(guò)處理后的鮮花無(wú)論是放在水中還是放在平面上都是一樣的保持新鮮，這就給花朵的運(yùn)輸帶來(lái)了極大的方便。

   預(yù)冷在歐洲和美洲的國(guó)家中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，在處理生菜等小蔬菜食品方面真空預(yù)冷比壓差預(yù)冷更有優(yōu)勢(shì)。這依然是由于真空預(yù)冷理想的預(yù)冷速率。例如在30分鐘內(nèi)就可以將3-5公斤的生菜從25℃冷卻到1℃，并使生菜的各部分組織結(jié)構(gòu)不受到損傷，菌類迅速死亡，比起壓差預(yù)冷下加PVC薄膜包裝毫不遜色。

   預(yù)冷蘑菇是真空法的一項(xiàng)專利應(yīng)用。蘑菇的滲透結(jié)構(gòu)和高潮濕性滿足了真空預(yù)冷實(shí)現(xiàn)的條件。研究指出真空預(yù)冷法可以把儲(chǔ)藏102小時(shí)以后的蘑菇在延長(zhǎng)24小時(shí)。另外真空法保存稍微變質(zhì)的蘑菇比壓差法好很多。蘑菇本身是一種食用菌，如果被其他的惡性菌侵染腐蝕很快，真空法依靠理想的冷卻速率可以達(dá)到保藏的效果，而壓差預(yù)冷不能那么快的使蘑菇表面的霉菌凍結(jié)死亡，即不能很好的保藏質(zhì)量較差的蘑菇。

   真空預(yù)冷法在處理松軟食品如：面包、蛋糕、果凍、果醬等含有較高黏膠性纖維結(jié)構(gòu)的食物時(shí)也收到很好的效果。真空預(yù)冷過(guò)程由于環(huán)境壓力低于產(chǎn)品內(nèi)部壓力，因此不會(huì)使產(chǎn)品產(chǎn)生褶皺，塌陷等損壞。在傳統(tǒng)的預(yù)冷方式中包括壓差預(yù)冷對(duì)于處理高纖維的產(chǎn)品存在的問(wèn)題除了會(huì)損壞產(chǎn)品的形狀外，主要表現(xiàn)在預(yù)冷效率大為降低，因?yàn)榻M織中大量的黏膠纖維結(jié)構(gòu)對(duì)熱量的傳導(dǎo)和疏散起到很大的阻滯作用，工作耗時(shí)大，耗能高，經(jīng)濟(jì)效益低。例如：預(yù)冷50Kg的含有酸乳酪的果脯真空法用1.2個(gè)小時(shí)就可以完成，用壓差法需要11個(gè)小時(shí)。

   真空法雖然具有不可替代的優(yōu)點(diǎn)，但是它的應(yīng)用受到很大的限制。①觀察可以真空預(yù)冷的產(chǎn)品得知此類產(chǎn)品都具有結(jié)構(gòu)上的相同點(diǎn)就是高潮濕性和痛透的氣孔組織，這些也是真空預(yù)冷得以進(jìn)行的前提條件。但是在生活中有很大的一部分的產(chǎn)品是不滿足這些要求的。如：蘋(píng)果、梨、西紅柿等具有光滑果皮的食物應(yīng)用真空法預(yù)冷就很困難了。②真空預(yù)冷的高縮水性也給產(chǎn)品生產(chǎn)商選用此方法增加了顧慮。一般情況下用壓差預(yù)冷以及其他的預(yù)冷方法處理產(chǎn)品時(shí)，縮水失重大約為2-3％左右，而用真空法達(dá)到了11％左右（如下表3-3）。這與生產(chǎn)商的經(jīng)濟(jì)利益聯(lián)系起來(lái)就不劃算了。

3-3 預(yù)冷失重比較

雖然真空預(yù)冷很有市場(chǎng)潛力，但是從綜合利益上來(lái)分析壓差預(yù)冷還是目前世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的預(yù)冷方式。壓差預(yù)冷通常采用中心抽吸式、側(cè)面抽吸式和隧道式三種形式縮小了生產(chǎn)所需空間，庫(kù)容利用更加合理，其預(yù)冷方式比其他預(yù)冷方式如水預(yù)冷、冰預(yù)冷，更為均勻。適用于各種果蔬，尤其對(duì)蘋(píng)果、黃瓜等硬度較大的果蔬效果更佳。預(yù)冷過(guò)程中減少了水分蒸發(fā)造成的產(chǎn)品表面凝縮，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。在對(duì)產(chǎn)品預(yù)冷后的色澤和口感上的調(diào)查表明壓差預(yù)冷較真空預(yù)冷有更高的可接受程度，這主要是從失水的方面考慮，真空預(yù)冷失水較大必然造成產(chǎn)品變硬是口感下降，而壓差預(yù)冷就不存在這樣的問(wèn)題了。最后從兩種系統(tǒng)的總投資費(fèi)用上比較壓差預(yù)冷要比真空預(yù)冷更節(jié)約，但是生產(chǎn)的運(yùn)行費(fèi)用較高，另外生產(chǎn)過(guò)程中碼垛堆積費(fèi)時(shí)，總之在生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品的需要合理選用預(yù)冷系統(tǒng)以達(dá)到省時(shí)節(jié)能高效的綜合目的。

4、實(shí)現(xiàn)預(yù)冷的技術(shù)關(guān)鍵和影響因素

4-1真空預(yù)冷

   真空預(yù)冷的實(shí)現(xiàn)首先要求系統(tǒng)的合理配置和安裝，選用與所用真空室相匹配的真空泵，一達(dá)到安全節(jié)能的效果；第二對(duì)預(yù)冷的產(chǎn)品有高度的選擇性，它要求產(chǎn)品具有通透的氣孔結(jié)構(gòu)和高含水量。第三對(duì)真空室內(nèi)的氣壓要求有精確的控制，產(chǎn)品的水分一旦開(kāi)始大量蒸發(fā)必然造成對(duì)室內(nèi)壓力的影響，影響過(guò)大時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)的停滯，因此必修保證室內(nèi)的壓力穩(wěn)定，加裝冷凝器可以收到很好的效果。

4-2壓差預(yù)冷

   壓差預(yù)冷的實(shí)現(xiàn)也受到很多外界條件的影響。首先，預(yù)冷前準(zhǔn)備工作的工作量較大，要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分類碼垛放進(jìn)包裝箱，因?yàn)椴煌拇a垛方式在預(yù)冷過(guò)程中形成不同的氣孔編排形式，對(duì)冷風(fēng)流過(guò)時(shí)造成的壓降有很大的影響。對(duì)于不同直徑，不同堆碼形式的橘子在一定的空氣流速下進(jìn)行的壓降測(cè)試如下表（表4-1）。其計(jì)算公式如下：

    △P=cLυaDb/ε3        

   △P—壓力降。Pa

    L—空氣流過(guò)長(zhǎng)度。m

   υ—箱體橫截面空氣平均流速，m/s

   ε—物品堆放的孔隙率：（總?cè)萘俊a(chǎn)品占用容積）/總?cè)萘?o:p>

D—產(chǎn)品（多空介質(zhì)）的平均當(dāng)量直徑，m

4-1 系數(shù)a、b、c的數(shù)值

第二，壓差預(yù)冷的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)箱體的開(kāi)孔位置有嚴(yán)格的要求。因?yàn)椴煌拈_(kāi)口位置造成不同的冷風(fēng)進(jìn)入方向和冷風(fēng)進(jìn)入量。它要依照所須大量預(yù)冷的產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5、結(jié)束語(yǔ)

    在上文中介紹了真空預(yù)冷和壓差預(yù)冷的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)流程以、對(duì)不同產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)候的優(yōu)缺點(diǎn)以及系統(tǒng)合理工作的技術(shù)要求和影響因素。

    真空預(yù)冷大大縮短生產(chǎn)時(shí)間而提高產(chǎn)量雖然會(huì)造成較大的質(zhì)量損失，但是目前已經(jīng)通過(guò)增設(shè)合理的預(yù)冷步驟而得到很大的改善。如加裝加濕器和噴淋器等在預(yù)冷進(jìn)行中增加濕氣；或者在預(yù)冷前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行鹽水注射，些方式都使失去的水分得到彌補(bǔ)。在預(yù)冷生菜和肉食產(chǎn)品時(shí)質(zhì)地鮮美，味道可口，從給予生活便利方面來(lái)講就是一筆很大的財(cái)富。從安全意識(shí)方面講真空預(yù)冷只與真空室內(nèi)的少量空氣接觸，從而阻斷了細(xì)菌的傳播路徑，使產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量更高。但是由于對(duì)產(chǎn)品的高選擇性在普及上受到很大的限制，因此仍需進(jìn)一步研究和更完善的系統(tǒng)。

    壓差預(yù)冷從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上講僅僅需要在普通冷庫(kù)基礎(chǔ)上加設(shè)靜壓箱和壓差風(fēng)機(jī)，這樣大大減少初投資，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易操作，干耗小，對(duì)所預(yù)冷產(chǎn)品的要求低。這些優(yōu)點(diǎn)使其在預(yù)冷領(lǐng)域廣泛普及。壓差預(yù)冷應(yīng)用箱體內(nèi)冷風(fēng)交換熱量，使箱體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，必須考慮冷風(fēng)的流量和流速以及方向等問(wèn)題，只有優(yōu)化包裝箱內(nèi)的氣流組織，產(chǎn)品才能迅速降溫，冷卻均勻。

對(duì)于小型的預(yù)冷系統(tǒng)應(yīng)盡可能的根據(jù)預(yù)冷產(chǎn)品的品質(zhì)、形態(tài)等特征選用單一的預(yù)冷方式。但是對(duì)于預(yù)冷產(chǎn)品種類多，品質(zhì)復(fù)雜的大型預(yù)冷系統(tǒng)來(lái)說(shuō)應(yīng)該將兩種預(yù)冷方式聯(lián)合起來(lái)應(yīng)用，以求達(dá)收到最高的經(jīng)濟(jì)效益。