真空预冷机(英文名:vacuum cooler或vacuum cooling machine)是运用真空预冷技术,利用真空泵抽取真空槽内空气和水蒸气以降低真空箱体内气压的冷却加工设备。在低气压下,水的沸点降低,蒸发潜热增加,被冷却物表面自由水发生汽化现象,带走自身及坏境热量,达到冷却降温效果。
新鲜农产品采收后仍具生命力,呼吸作用及其他生理变化持续进行,加速了产品老化、萎调及黄化。低温可抑制引起产品劣变的生理变化,减缓滋生。
在一个标准大气压下,水的沸点是100℃,蒸发热为2256KJ/kg;当压力下降到610 帕时,水的沸点是0℃,蒸发热为2500KJ/kg。随着气压的降低,水的沸点降低,而蒸发单位质量的水所消耗的热量增加。真空预冷就是在真空条件下,使水迅速在真空处理室内以较低的温度蒸发,在此过程中,消耗较多热量,在没有外界热源的情况下,在真空室内产生了制冷效果。真空预冷技术原理简单,降温速度高,广泛应用于农产品保鲜、运输与储存等。
真空预冷中,预冷是指在短时间内的急速降温,根据被冷却物的性质确定预冷时效,通常为数分钟或数小时。真空预冷处理不是简单的降温手段,而是运用了真空的环境实现快速降温的技术。
国内真空预冷技术应用于设备制造技术尚不成熟。相比而言,欧洲国家对于规模型牧场养殖和农场规模建设的时间长,对于真空预冷技术的研究具有丰富经验。其中,美国、西班牙、澳大利亚等发达国家在真空预冷技术的研究、开发及应用上已具规模。
二十世纪40年代末,西方国家开始进行真空预冷技术的研究。日本从1966年展开对于真空预冷技术的研究,并广泛应用于果蔬生产基地。我国从80年代中期开始注意到真空预冷对于物品保鲜的作用并着手进行真空预冷技术和设备的研究工作。 [1]
在、日本等发达国家,为了获得高质量的速冻产品,把真空预冷作为果蔬采摘后必须进行的道工序。在我国,随着人们生活水平的提高,对于新鲜食品的诉求日渐增强,传统冷却的食品无法
真空预冷机单盘达到应有的保鲜效果。
现代厨房加工菜肴、团餐等,每日单餐供餐动辄几万份、几十万份,其生产痛处:1、各环节处理量及处理效率;2、保鲜(至少要2-3小时保鲜)。真空速冷机、气调包装机能有效解决厨房后端环节的上述痛处。
真空速冷机
真空速冷机,我国约从2008年开始具有小规模化商用。因真空速冷机造价较高,加上应用领域较为特:较多应用于富含水分的高温食品快速降温,及消除**蔬菜田间热等,所以国人对真空速冷机认识缺乏系统性、对真空速冷机的普及率不高。
真空速冷机、冷库都是冷却设备,一般用于食品冷链保鲜。但是真空速冷机与冷库区别在于:冷却介质——真空速冷机冷却介质为水分子,冷库为空气;冷却方向——真空速冷机冷却方向由食品芯体往表层,冷库由表及内;冷却效率——箱体功率的真空速冷机冷却效率比冷库高出数倍乃至10多倍。
真空速冷机在生产、制造过程中对相应处理能力的设备真空泵的选用,及真空腔体(含真空箱体、捕水器箱体、真空管路)的密闭程度需要严格把关,尤其是真空腔体不能有微米级的漏洞。
真空冷却是用真空泵抽真空室内的水果和蔬菜放入保温真空室。当相应的水蒸汽,水果和植物纤维间隙表面的水的饱和压力的水果和蔬菜的室内温度真空开始蒸发,蒸发将汽化的远潜热,使水果和蔬菜的温度降低,并进一步向下,直到蔬菜冷却到所需的温度。水在大气压力,100℃沸腾。但压力下降,沸点也减小,这可以减少对现象可以得水的沸点,但为了以蒸发水,有必要以吸收热量。
原理及特点
真空冷却,是基于汽态水分子比液态水分子具有较高的能量,因此水在汽化时必须吸收汽化潜热,而其汽化潜热又是随着沸点的下降而升高的这一原理而将处理物放入能耐受一定负压的、用适当真空系统抽气的密闭真空箱内,随着真空箱内真空度不断提高,水的沸点温度不断降低,水就变得容易汽化,水汽化时只能从被处理物自身吸收热量,被处理物便可得到快速的冷却。
日常生活中,在一个大气压(101 325 Pa)下,水在100 ℃时沸腾。但水的沸点温度不是一成不变的,随着压力的降低(或升高)而降低(或升高)。例如,水的沸点温度在40 196.6 Pa时是76 ℃,4 kPa时已降到29 ℃,到了1.6 kPa时则降到14 ℃。沸点的降低,使水容易汽化。由于汽态水分子比液态水分子具有较高的能量,因此水在汽化时必须吸收汽化潜热,而其汽化潜热又是随着沸点的下降而升高。根据这一原理,可以将被处理物放入能耐受一定负压的、用适当真空系统抽气的密闭真空箱内,随着真空箱内真空度不断提高,水的沸点温度不断降低,水就变得容易汽化,水汽化时只能从被处理物自身吸收热量,被处理物便可得到快速的冷却 [1] 。
应用编辑
由于真空无处不在,因此,与传统的传热方式(对流、传导、辐射)相比,真空冷却不但快速均匀,而且干净卫生,非常适合熟食品的冷却和果蔬预冷等。
让我们先看看熟食品生产的工艺流程:
原料 清洗 加工(蒸煮烧烤等) 冷却 包装 成品
毫无疑问,熟食品加工好后都必须经过冷却才能包装,传统的冷却方法有室内摊凉自然冷却、强制通风冷却、空调间冷却、冷库冷却等。这些冷却方法不但冷却时间长(几个—十几个小时),周转慢,占地多,而且冷却不均匀,表面和中心温差大,较重要的是影响食品卫生安全。
真空预冷特点
真空预冷机不是冷藏设备,而是冷却加工设备,是产品放入储藏室前或放上货架前的降温设备。降温后的产品生理变化减缓,可延长产品的储存期或货架期。真空预冷机依靠低压下,水沸点低蒸发热量高的特性设计而成,其主要特点如下:
1. 冷却速度快:20-30分钟即可达到所需的冷藏温度。
2. 冷却均匀:产品表面自由水汽化带走自身热量达到冷却目的,实现从内到外均匀降温。
3. 干净卫生:真空坏境下,可杀菌或抑制繁殖,防止交叉污染。
4. 薄层干燥效应:有保鲜物表皮损伤或抑制扩大等特。
5. 不受包装限制:只要包装有气孔,即可均匀冷却物品。
6. 保鲜度高:可保有食物原有色、香、味,延长货架期。
7. 自动化程度高:可通过压力传感器控制制冷系统和真空系统压力,方便调节真空预冷机的真空度,并且可远程操控,便于设备运行和快速解决设备故障。
8. 高度精准:配备精密式数显温度、湿度控制器,控制真空度及湿度。
9. 安全稳定:电气部分采用产品,保证机器工作稳定寿命长久,操作安全。
真空预冷机存在的问题:(1)真空预冷设备价格较高,初始投资大。(2)对于表面积相对小的果蔬,如黄瓜、西红柿,冷却效果不理想。
比较编辑
传热机制的比较
常见冷却方式主要有四种:风冷、水冷、冰冷和真空预冷。**者冷却方式主要依靠温差驱动,通过对流方式从外物品表面放热,热量通过导热从物体的中心传递至外表面,因此温度分布从物品中心至外表面呈逐渐递减的趋势。真空预冷和**者的本质差别在于传热机制的不同,它通过降低真空箱体气压致使物体表面水分汽化吸热带走热量,因此温度分布从物品中心至表面是均匀的。降温速度的比较
传统冷却方式降温速度受制于多种外界因素,如坏境温度,水温,场地面积大小等,存在冷却处理时间长、降温均匀性差、对被冷却物品造成局部损伤、单位处理量有限等不足,因而无法达到快速、均匀降温的保鲜效果。 真空预冷机的降温速率取决于物品的表面积与体积之比和真空抽取的速度。其中,真空抽取速度可通过预冷机的设置决定。所以,传统冷却速度缓慢,而真空预冷降温速度快,通常只需25分钟左右即可将物品降至适储藏温度。
发展趋势编辑
在保鲜方面,将真空预冷技术和其他技术相结合,如花卉果蔬的真空预冷与气调包装相结合的保鲜贮藏,试验表明配合气调包装可进一步延长保质期。
但就真空预冷技术的研究而言,还存在许多问题。多数研究都倾向于应用, 忽视了对真空冷却机理的基础研究。对于温度和压力准确控制、湿度和物品重量变化规律、复压的准确时间等研究有待完善。优化真空预冷机的运行管理,设计出符合冷却物品的真空预冷设备需建立在机理的透彻研究,并结合仿真模拟实验。
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