降低真空冷却失水的方法研究

2009-10-11 陈儿同上海理工大学

　　真空冷却是利用低压使物体中水的沸点降低，并在沸腾蒸发过程中带走物体的热量而迅速降温，这一技术已在农产品与食品等领域得到日益广泛的应用。

　　现在人们更加重视冷饮食品的营养价值。由于各人的口味不同，对冷饮食品的制作原料有不同的要求，使冷饮食品在人们日常消费中的地位发生了变化，它已融入了重营养、高品位的层次。对液体食品进行真空冷却具有降温速度快、能根据各人的口味即时调制不同的原料与配比、即食即用、清洁卫生、操作方便等优点，因此，具有很广阔的应用前景。为使真空冷却能有效地应用于液体食品，最大限度地降低液体食品的无效失水是亟待解决的问题。

　　对液体食品进行真空冷却具有非常明显的降温效果，但会发生液体的剧烈沸腾，导致水分飞溅出盛放液体的容器，造成大量失水，这部分失水对于降温没有作用，称之为无效失水。失水对液体食品的质具有不利的影响。如何降低无效失水成为保持冷却后食品品质的关键。本文提出失水率的判断依据，并且以水作为试验对象，研究降低液体真空冷却过程失水率的方法。

1、试验装置及方法

1.1、试验装置

　　真空冷却试验装置如图1 所示。该装置包括制冷系统、真空系统、电气控制系统以及结构部分。

　　真空冷却室为圆筒形，采用不锈钢材料，内壁抛光，内径400mm,长度470mm。上部为玻璃盖板，便于真空冷却过程的实时观察，也可拍照或录像。真空冷却室下部有凝水器，其作用是将蒸发的水汽凝结下来，只有少部分水气以及不可凝气体才由真空泵排出，减少真空泵的负荷。真空冷却过程结束后，凝结水由放水阀排出。凝水器内的低温载冷剂由制冷系统提供，通过循环泵使低温载冷剂循环。

　　电气控制系统由电脑、可编程逻辑控制器（PLC）以及电气系统组成，用于检测真空冷却室内压力、试样质量、各点温度以及电参量等，系统会自动控制循环泵以及制冷机与真空泵的启停，实时检测压力、温度等参数，并进行试验数据保存及处理。

食品真空冷却试验装置

1.真空冷却室 2.玻璃盖 3.试样 4.电子秤 5.凝水器 6.放水阀 7.真空泵 8.压力变送器 9.信号接口 10.检测控制系统 11.制冷系统 12.循环泵

图1 食品真空冷却试验装置

1.2、失水率的判断依据

　　为了比较真空冷却过程中无效失水的程度，本文提出相对失水率的概念，定义为，实际失水量与理论失水量的比值，表达式如下：

式中Δmp———实际失水量，kg
　　Δmt———理论失水量，kg
　　m1———试验前样品质量，kg
　　ΔT———试验前后样品温差，K
　　c———水冷却前比热容，kJ/kg·k
　　γ———水的汽化潜热，kJ/kg

　　式（1）中的Δmt 是仅考虑样品本身降温的理论失水，在真空冷却过程中，由于器材、空气等降温释放热量，甚至液体冻结时释放相变潜热，理论失水量会更大。而Δmp 是真空冷却过程中的实际失水量，即包括理论失水与无效失水。

　　从相对失水率vr的定义可知，这是一个与被冷却样品的质量与降温幅度无关的系数，具有可对比性。vr可作为实际失水量与理论失水量接近程度的判断依据。vr 是大于1的数，降低无效失水，就是要使vr接近于1。

2、实验与分析

　　试验以水为样品，将水加入到圆柱形广口容器，容器底部直径为6.5cm、高度为18cm。加水量分别为260g、280g、300g，相应的液面高度约为73mm、81mm、89mm。试验步骤为：将装有水的容器放置在真空室内，安装好热电偶，盖上玻璃盖，开启制冷系统，当凝水器表面降温至0℃时开启真空泵，当水温降至5℃时结束试验。将热电偶固定在容器内测温，由电脑进行温度、压力等数据的采集。通过以下几种不同方法进行失水率的研究：