真空預(yù)冷技術(shù)在果蔬保鮮體系中的應(yīng)用

果蔬的一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)就是鮮度，而且消費(fèi)者對(duì)其鮮度的要求也越來(lái)越高。常溫保存已不能滿足人們對(duì)其鮮度的要求。降低溫度是一種普遍采用的有效辦法。果蔬收獲后，如何迅速消除田間熱，使其溫度（中心溫度）降至接近冰點(diǎn)，是關(guān)鍵的一步。真空預(yù)冷正是實(shí)現(xiàn)這種預(yù)冷的好方法。它是目前技術(shù)含量最高的果蔬類預(yù)冷技術(shù)。在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，真空預(yù)冷技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于果蔬的保鮮。實(shí)際上，真空冷卻已經(jīng)受到了極大的關(guān)注，它的應(yīng)用延伸到了花卉、蘑菇、魚、肉、火腿等產(chǎn)品加工上。本文將對(duì)真空預(yù)冷技術(shù)在果蔬保鮮體系中應(yīng)用的研究成果和現(xiàn)狀作一較全面的綜述，以利于進(jìn)一步推動(dòng)真空預(yù)冷在該領(lǐng)域中的應(yīng)用。

1 真空預(yù)冷技術(shù)的原理

水在一個(gè)大氣壓下，沸點(diǎn)為100℃，蒸發(fā)潛熱為2256kJ/kg，降低氣壓時(shí)，水的沸點(diǎn)也隨之降低。當(dāng)氣壓為613Pa時(shí)，水的沸點(diǎn)為0℃，蒸發(fā)潛熱為2500kJ/kg。真空預(yù)冷是利用降壓來(lái)降低水的沸點(diǎn)，靠水份氣化帶走果蔬產(chǎn)品熱量的冷卻方法。因此，只要維持一定的真空度，果蔬的水分就會(huì)在低溫下氣化，同時(shí)消耗較多的熱量，所需潛熱絕大部分來(lái)自于物品本身釋放的顯熱量，結(jié)果導(dǎo)致物品能極其迅速地低溫冷卻[3]。其中絕大部分的水在果蔬外表面氣化，也有可能一部分的水（自由水）在細(xì)胞之間氣化[4]。

2 真空預(yù)冷的特點(diǎn)

果蔬冷卻的傳統(tǒng)方法有：強(qiáng)制通風(fēng)冷卻、差壓通風(fēng)預(yù)冷、冰水冷卻等方法。其共同的特點(diǎn)是處理時(shí)間長(zhǎng)、溫度均勻性差、對(duì)果蔬有局部損傷、處理量有限等不足之處。相比之下，真空預(yù)冷具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）降溫速度快。冷卻時(shí)間只需20～30min?？梢钥焖俚匾种乒叩暮粑饔?，控制溫度，如用冷藏庫(kù)則需10～12h。

（2）冷卻均勻。由于預(yù)冷箱內(nèi)各點(diǎn)的壓力均衡，果蔬個(gè)體本身都形成了類似的冷卻系統(tǒng)，而且果蔬處于真空與較低溫度下，冷卻時(shí)各部分溫度梯度較小。因此，冷卻比較均勻。

（3）效果好。真空環(huán)境可以殺菌，果蔬的潔凈度高；真空預(yù)冷處理時(shí)間短，果蔬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并未破壞，也不會(huì)產(chǎn)生局部變形，保持原有的形態(tài)和風(fēng)味；有研究表明：真空預(yù)冷后，果蔬的保鮮期更長(zhǎng)，適合較長(zhǎng)時(shí)間貯藏及長(zhǎng)途運(yùn)輸，可在更大的范圍內(nèi)銷售。

同時(shí)，也存在一些問(wèn)題：

（1）真空預(yù)冷設(shè)備價(jià)格較高，一次性投資較大。

（2）對(duì)于表面積相對(duì)小的果蔬，如黃瓜、西紅柿，冷卻效果不理想，不適合采用此冷卻方式。

（3）采用真空預(yù)冷卻時(shí)，最好使被冷卻物質(zhì)(特別是蔬菜)表面的傳熱速率與其內(nèi)部的傳熱速率相近。否則，如果勉強(qiáng)用一般的真空冷卻方法冷卻，必將造成冷卻速率提高不大，干耗增加的后果。雖然可以采用真空加水冷卻的辦法來(lái)減少干耗，但不是最好的辦法。

3 真空預(yù)冷裝置

真空預(yù)冷裝置由真空容器、抽氣系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。如圖1所示。

l  真空容器是用來(lái)盛放果蔬的器具，它必須能承受外壓105Pa。通常有箱形和圓筒形兩種，內(nèi)側(cè)進(jìn)行防腐處理，外側(cè)噴涂高強(qiáng)度防銹材料。

l  制冷系統(tǒng)起著把從果蔬中氣化出來(lái)的水蒸汽冷卻成水滴的作用。水在655.6Pa和1℃時(shí)變成水蒸氣，其體積增大近19萬(wàn)倍。系統(tǒng)中增加了制冷設(shè)備，就可以保持真空槽內(nèi)穩(wěn)定的真空度。對(duì)小型真空預(yù)冷裝置應(yīng)選擇水冷或風(fēng)冷的氟利昂冷凝機(jī)組，大型真空預(yù)冷裝置則可以采用氨系統(tǒng)。

l  抽氣系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是真空泵，它需要將真空室的壓力從常壓在20～30min內(nèi)抽至665Pa。選用時(shí)應(yīng)該綜合考慮抽氣速率、功率、噪音、振動(dòng)等因素。

l  控制系統(tǒng)有手動(dòng)、自動(dòng)之分。主要對(duì)溫度和壓力進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和防凍害。如采用微型計(jì)算機(jī)及定序器等則可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。

l  為了優(yōu)化運(yùn)行與管理，真空預(yù)冷裝置分為間歇式、連續(xù)式、移動(dòng)式。間歇式真空預(yù)冷裝置一般用于小規(guī)模生產(chǎn)，連續(xù)式真空預(yù)冷裝置用于大型加工廠，移動(dòng)式真空預(yù)冷裝置便于異地使用。

4 果蔬真空預(yù)冷過(guò)程的理論分析

4.1 真空預(yù)冷過(guò)程

果蔬在真空室內(nèi)的預(yù)冷大致可以分成三個(gè)階段，現(xiàn)以菜心預(yù)冷過(guò)程為例加以說(shuō)明。

（1）抽真空階段。從一個(gè)大氣壓抽至果蔬溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力。這個(gè)過(guò)程中盡管壓力迅速降低，但果蔬的溫度并沒(méi)有明顯下降，質(zhì)量也無(wú)明顯變化。此階段歷時(shí)約9 min，占整個(gè)預(yù)冷過(guò)程時(shí)間的59％左右。

（2）冷卻階段。果蔬中的水份不斷氣化。如圖2所示，在這個(gè)過(guò)程中壓力繼續(xù)緩慢降低，溫度發(fā)生明顯下降，菜心質(zhì)量也在這個(gè)階段中出現(xiàn)減少。此階段歷時(shí)約5 min，占整個(gè)預(yù)冷過(guò)程時(shí)間的33％左右。

（3）復(fù)壓階段。壓力急劇恢復(fù)到常壓。如圖2所示，在這個(gè)過(guò)程中由于直接從外界環(huán)境吸入空氣，物料終溫有所回升，菜心的葉溫回升較大，而莖溫幾乎不變。此階段歷時(shí)約1.2 min，占整個(gè)預(yù)冷過(guò)程時(shí)間的8％左右。

4.2 真空預(yù)冷效果及加水預(yù)冷技術(shù)

在減壓過(guò)程中，水份越容易氣化的果蔬，冷卻效果越好。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?zèng)Q定了其真空冷卻的效果。也就是說(shuō)，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。根據(jù)果蔬的物理性質(zhì)和組織結(jié)構(gòu)可將果蔬真空預(yù)冷對(duì)象分為三類：

A類果蔬冷卻至0℃附近時(shí)大約需10～20min。幾乎都是葉菜類，這類果蔬的特點(diǎn)是表面積比較大、組織柔軟、其結(jié)構(gòu)有利于水分散發(fā)。

B類果蔬冷卻速度較慢，如菜豆、草莓與菜花，表面積相對(duì)小，組織堅(jiān)硬。

C類果蔬包括黃瓜、番茄、桃子、馬鈴薯等在真空預(yù)冷中效果最差。這類果蔬的特點(diǎn)是表面積相對(duì)小、表皮厚、組織較致密，水分氣化困難。因而不適宜用真空冷卻。

真空預(yù)冷時(shí)，一般要求果蔬水份損失不超過(guò)3%，否則將造成保鮮品萎縮。為了保持真空預(yù)冷冷卻速度快的優(yōu)點(diǎn)，又要克服干耗大的弊端，在果蔬表面補(bǔ)水，讓其代替果蔬內(nèi)部的水分氣化，這就是真空加水預(yù)冷技術(shù)。它是通過(guò)真空室中的噴淋裝置向果蔬噴水，抽真空時(shí)水分氣化吸熱對(duì)果蔬進(jìn)行間接冷卻的方法。加水過(guò)程又分抽真空前預(yù)加水和抽真空中加水兩種方法。試驗(yàn)表明，后一種加水方法的冷卻效果高于前一種加水方法，特別是對(duì)番茄的冷卻效果更為明顯。在這種方法中，噴水時(shí)刻是在真空室壓力約為1333Pa時(shí)，噴水多次，每次約10秒種。另外，也可以在果蔬采收前1～2天田間澆一次水，使菜本身有足夠的水量。

5 真空預(yù)冷技術(shù)在果蔬保鮮體系中的應(yīng)用 真空預(yù)冷機(jī),預(yù)冷機(jī),科美斯,果蔬真空預(yù)冷機(jī),真空冷卻機(jī)

歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家為了獲得高質(zhì)量的速凍產(chǎn)品，已把真空預(yù)冷作為果蔬采摘后，必須進(jìn)行的第一道工序。在國(guó)內(nèi)，目前尚處于起步階段，隨著對(duì)外交往與人們生活水平的提高，真空預(yù)冷必將越來(lái)越被重視。

真空預(yù)冷技術(shù)的應(yīng)用研究比較豐富，但還是以蔬菜研究為主。就國(guó)內(nèi)而言，相關(guān)研究也比較多。研究表明應(yīng)根據(jù)蔬菜品種貯藏要求和貨架壽命，決定是否噴淋和噴淋的水量與時(shí)間；華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的陳羽白等人采用實(shí)際生產(chǎn)使用的真空預(yù)冷設(shè)備對(duì)菜心進(jìn)行小批量的真空預(yù)冷試驗(yàn)，考察了預(yù)冷過(guò)程中菜心的質(zhì)量損失、溫度隨時(shí)間的變化情況及相互關(guān)系，以及真空預(yù)冷對(duì)菜心品質(zhì)的影響；臺(tái)北科技大學(xué)的鄭鴻斌等人利用自行開發(fā)的全自動(dòng)化的真空預(yù)冷機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并指出將葉菜類(小白菜、青蔥、空心菜、菠菜等) 置于真空腔進(jìn)行抽真空進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在7分鐘左右各類蔬菜的溫度降至4℃左右，又將液態(tài)水置于真空腔后進(jìn)行抽真空，發(fā)現(xiàn)在13～14分鐘后其溫度會(huì)下降至0℃以下。

同時(shí)，也出現(xiàn)了一些將真空預(yù)冷技術(shù)和其它技術(shù)相結(jié)合的保鮮方法。洛陽(yáng)工學(xué)院的王志華等人介紹了花卉果蔬的真空預(yù)冷和預(yù)冷氣調(diào)保鮮貯藏，指出該技術(shù)與其它的保鮮貯藏技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。閩西大學(xué)的石小瓊等人[18]將真空預(yù)冷技術(shù)配合塑料薄膜袋包裝應(yīng)用于冷藏保鮮子芋的預(yù)處理，研究表明是可行的，為提高子芋冷藏的保鮮效果提供了一個(gè)技術(shù)措施；譚經(jīng)望指出采用真空預(yù)冷和簡(jiǎn)易氣調(diào)包裝相結(jié)合的方法控制環(huán)境氣體組分，形成簡(jiǎn)易氣調(diào)狀態(tài)。

6 真空預(yù)冷技術(shù)的展望

縱觀國(guó)內(nèi)外關(guān)于真空預(yù)冷的研究，不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)真空預(yù)冷技術(shù)的研究還存在一些問(wèn)題，例如：這些研究大多強(qiáng)調(diào)和重視應(yīng)用，缺乏對(duì)真空冷卻機(jī)理的基礎(chǔ)研究；對(duì)真空預(yù)冷過(guò)程中內(nèi)部的熱質(zhì)傳遞研究比較少；對(duì)溫度和壓力的準(zhǔn)確控制、濕度和果蔬重量變化規(guī)律、復(fù)壓時(shí)間的影響和過(guò)程的能耗等研究也比較少。只有上述問(wèn)題都得到充分的研究后，再結(jié)合仿真模擬，才能優(yōu)化運(yùn)行管理，設(shè)計(jì)出高效節(jié)能型的真空預(yù)冷設(shè)備，特別是對(duì)真空冷卻過(guò)程的仿真模擬研究能夠減少實(shí)驗(yàn)投入、縮短實(shí)驗(yàn)周期，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

同時(shí)，為了使該技術(shù)能夠更具有實(shí)用性，需要社會(huì)對(duì)食品安全的要求，設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)符合HACCP（危害分析和關(guān)鍵點(diǎn)控制）要求：對(duì)于果蔬保鮮體系中確證有危害的環(huán)節(jié)，建立關(guān)鍵控制點(diǎn)，找到關(guān)鍵控制點(diǎn)以后，必須確定該控制點(diǎn)的限度，建立檢測(cè)控制點(diǎn)的具體措施，采取糾正措施的行動(dòng)方案，并有完全的文檔記錄[。

在設(shè)備方面，可以嘗試開發(fā)真空預(yù)冷、真空低溫干燥、冷凍干燥等多功能于一體的裝置。

可見(jiàn)，對(duì)于真空預(yù)冷技術(shù)的研究還有很大空間，隨著研究的深入，將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)其在果蔬保鮮體系中的應(yīng)用。