卷心菜真空预冷方式的实验研究
真空预冷是果蔬采摘后有效的预冷方式之一，具有冷却速度快、温度均匀等特点。本文以组织致密类蔬菜卷心菜为研究对象，通过实验找出其适合的真空预冷终压，并以此终压为实验结束压力，分别对卷心菜进行直接预冷、喷水预冷、喷水加保鲜膜和表面包覆吸水膜预冷实验研究。结果表明：通过采用吸水膜包覆卷心菜这种预冷方式，可以显著提高降温速率，缩短预冷时间，降低失水率，降低能耗。吸水膜包覆方式从初温27 ℃降低到5 ℃需要的时间比直接预冷少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温速率，降低失水率的有效方法。
在标准大气压力下，水的沸点是100 ℃，对应的蒸发潜热为2256 kJ/kg，若将压力降低到610 Pa，水的沸点变为0 ℃，对应的蒸发潜热为2500 kJ/kg。可见，水的沸点温度随压力的降低而降低，而蒸发单位质量的水带走的热量反而增加。
卷心菜又名大头菜、包心菜等，干物质含量较高，外叶附有腊粉，贮藏过程中随着乙烯的增加使得卷心菜的衰老加快，出现脱帮、失绿等症状。另外，卷心菜具呼吸强度大的特点，因此在采摘之后应及时进行真空预冷，降低其呼吸强度，从而抑制贮藏过程中乙烯的生成速度，这对卷心菜的保鲜来说具有重要意义。宋晓燕研究了青菜在不同预冷终压下表面温度的变化规律，并得出比较合适的终压。Hayakawa 研究了水果、叶菜和根茎类蔬菜真空预冷的性质，发现叶菜类蔬菜真空预冷效果较根茎类蔬菜更优。目前的研究表明预冷前在果蔬的根、茎、叶等部位喷洒部分水可以明显降低果蔬预冷过程中的水分散失。由此可见，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为预冷前进行喷水预处理是解决蔬菜真空预冷关键问题的一个有效方法，但通过包覆吸水膜对蔬菜进行预冷研究比较少见。
本文选取卷心菜为研究对象，研究了其适宜的预冷终压，对直接真空预冷、喷水真空预冷、喷水加保鲜膜预冷和表面包覆吸水膜等真空预冷方法进行了降温效果和失水率的实验对比。
1、材料与方法
1.1、实验材料与装置
实验材料卷心菜购自农贸市场。挑选外表无明显外伤和病虫害的卷心菜作为实验对象。实验装置是购自上海某公司的VCE-15 型真空预冷机，真空箱有效容积为0.15 m3。真空室内的压力、果蔬的温度、重量等数据通过采集系统采集。实验的吸水膜材料是双层脱脂棉纱，由浙江绍兴某厂生产，吸水性极强，透气性极好。
1.2、实验方法
果蔬真空预冷过程中，随着压力的降低，果蔬表面的水分率先蒸发，吸收潜热使表皮温度迅速降低，表面温度与内部温度之间存在温度差，产生传热作用使内部温度降低，同时内部也有少部分的自由水蒸发通过细胞之间的多孔结构向外扩散，也使内部温度降低。实验采用稳定性和线性响应效果都较好的铜- 康铜T 型热电偶测量温度，温度测点布置在距离表皮3 mm 处，热电偶连接到西门子PLC 采集模块，经通讯模块传至计算机中保存。
1.2.1、卷心菜适宜的预冷终压确定方法
将卷心菜放在室温环境中(27 ℃)静置4 h，使菜体温度与环境温度达到一致，预冷终温设为5 ℃。在触摸屏设置界面上设置卷心菜真空预冷终压，分别设定850~900 Pa、660~700 Pa、550~600Pa。
1.2.2、不同补水方式实验方法
将实验对象等分成四组，每组重量1 kg。第1组不经预处理的空白对照组(CK)，直接放入真空预冷机预冷;第2 组采用喷水预处理，喷水量为卷心菜重量的4%，喷水后再进行真空预冷;第3 组将卷心菜先喷4%水，然后在保鲜膜上打孔，用保鲜膜包裹住卷心菜;第4 组将棉纱剪裁成面积大小刚好完全覆盖住卷心菜表面，采用喷枪将卷心菜重量4%的水均匀喷洒在吸水膜上，吸水膜包裹好菜后用别针将接合处别好，以保证菜被完全紧密覆盖住及实验过程中吸水膜能较好的和菜表面接触。卷心菜菜体初温均为27 ℃左右，预冷终压区间设定在实验方法确定好的适宜终压，预冷终温设定为5 ℃。
2、结果与讨论
2.1、不同预冷终压实验结果分析
卷心菜在不同预冷终压下的降温曲线如图1所示。可以看出卷心菜真空冷却最佳的终止压力区间为660~700 Pa。从水的饱和蒸汽压表可知，压力区间为800~900 Pa 时，水的平衡温度为5~6 ℃，能满足本实验预冷终温的要求。当真空压力降低到该区间时，由于此压力区间是针对纯水或者水分含量较大的阔叶类蔬菜，所以菜体温度可能正好达到水相的平衡温度5~6 ℃。但是由于卷心菜含水量少，表面水分含量不会是100%，冷却时热量的传递不仅依靠表面水分蒸发带走热量，内部同时具有传热和水分蒸发迁移出来，所以降低5 ℃需要降到更低的压力，约在660~700 Pa 区间，此时所对应的纯水相平衡温度为2 ℃左右;而对于真空室压力降至550~600 Pa 区间时，降温速率没有继续增大反而减小的原因是随着卷心菜内部水分的蒸发，表面温度降低，内部水蒸汽分压力与表面温度对应的闪点压力的差值越来越小，因而蒸发的驱动力也越来越小，降温速率也就越来越慢。因此过度地降低真空压力来换取预冷物品品温的降低是不可取的。
图1 不同真空室压力下卷心菜的真空预冷降温曲线
不同真空压力下的失重率和能耗变化情况如图2 所示。不同真空室终止压力下的卷心菜真空预冷时间如表1 所示。可以看出预冷能耗和时
间受真空室压力变化的影响较为明显，而失重率受其影响较小。卷心菜真空预冷在真空室压力区间为660~700 Pa 时的降温速率最大且能耗低，因此是其最佳的真空室压力区间。
图2 不同真空室压力下卷心菜的失重率和能耗
表1 不同真空室终止压力下的卷心菜真空预冷时间
2.2、不同补水方式实验结果分析
图3 示出不同补水方式下卷心菜真空预冷的降温曲线。由图3 可见，降温效果最好的是吸水膜包覆补水方式，其需要的时间比直接预冷少48%;效果次之的是喷水加保鲜膜的方式;降温速率最低的是不加水直接预冷方式，它的耗时最长。对于喷水加保鲜膜的方式，由于保鲜膜材质不能很好地锁水，实验过程中喷洒在蔬菜表面的所有水分不能始终处于菜体外表面，部分水分会滑落盘底，成为无效的补水。因此，只有始终处于菜体外表面的那部分水分有助于降温速率的加快;而未加水的真空冷却方式，温度降低仅靠菜体自身水分的蒸发，因而降温缓慢、干耗增加。
图4 为卷心菜不同补水方式下真空预冷失重率和能耗的变化。表2 为不同补水方式下的卷心菜真空预冷时间。吸水膜包覆的真空预冷方式的优点有预冷时间短、能耗低、质量损失小。因此可以作为提高卷心菜降温速率，降低失水率的一种有效途径。
图3 不同处理方式卷心菜真空预冷的降温曲线
图4 不同处理方式卷心菜真空预冷的失重率和能耗
表2 不同补水方式下的卷心菜真空预冷时间
失水率是指实验结束后蔬菜重量比实验前减少的量占实验前蔬菜重量的百分比。从图4可以看出，直接进行真空预冷的蔬菜失水最严重，失水率高达4.59%;喷水处理对防止失水有一定的作用，但作用较小;吸水膜包覆处理可有效防止预冷过程中的失水问题，失水率大大降低，比直接预冷低76.7%。对于直接预冷，由于蒸发的水分全部来自蔬菜本身，因此蔬菜失水较严重;而喷水处理由于能较好地附着在表面上的水分较少，很大一部分蒸发的水分需要来自蔬菜本身，因此对降低失水率效果不是很明显;而采用吸水膜包覆处理时，蒸发的水分大部分来自于水膜上的水，从而使需要从蔬菜本身蒸发的水分大大降低，故果蔬自身失水较少。
3、结论
通过对组织致密类蔬菜卷心菜真空室预冷适宜终压的实验验证，直接真空预冷、喷水预冷、喷水加保鲜膜和吸水膜包覆四种不同预处理方式下的实验研究，发现660~700 Pa 是其最佳的真空室压力区间。直接预冷的降温速率最慢，失水率最大;而吸水膜包覆真空预冷，可以显著提高降温速率，降低失水率，是卷心菜降低失水率行之有效的方法。
