降低真空冷卻失水的方法分析

降低真空冷卻失水的方法分析真空冷卻是利用低壓使物體中水的沸點(diǎn)降低，并在沸騰蒸發(fā)過程中帶走物體的熱量而迅速降溫，這一技術(shù)已在農(nóng)產(chǎn)品與食品等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)在人們更加重視冷飲食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。由于各人的口味不同，對(duì)冷飲食品的制作原料有不同的要求，使冷飲食品在人們?nèi)粘ＯM(fèi)中的地位發(fā)生了變化，它已融入了重營(yíng)養(yǎng)、高品位的層次。對(duì)液體食品開展真空冷卻具有降溫速度快、能根據(jù)各人的口味即時(shí)調(diào)制不同的原料與配比、即食即用、清潔衛(wèi)生、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，具有很廣闊的應(yīng)用前景。為使真空冷卻能有效地應(yīng)用于液體食品，最大限度地降低液體食品的無效失水是亟待解決的問題。

對(duì)液體食品開展真空冷卻具有非常明顯的降溫效果，但會(huì)發(fā)生液體的劇烈沸騰，導(dǎo)致水分飛濺出盛放液體的容器，造成大量失水，這部分失水對(duì)于降溫沒有作用，稱之為無效失水。失水對(duì)液體食品的質(zhì)具有不利的影響。如何降低無效失水成為保持冷卻后食品品質(zhì)的關(guān)鍵。本文提出失水率的判斷依據(jù)，并且以水作為試驗(yàn)對(duì)象，研究降低液體真空冷卻過程失水率的方法。1、試驗(yàn)裝置及方法1.1、試驗(yàn)裝置

真空冷卻試驗(yàn)裝置如圖1所示。該裝置包括制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及構(gòu)造部分。

真空冷卻室為圓筒形，采用不銹鋼材料，內(nèi)壁拋光，內(nèi)徑400mm,長(zhǎng)度470mm。上部為玻璃蓋板，便于真空冷卻過程的實(shí)時(shí)觀察，也可拍照或錄像。真空冷卻室下部有凝水器，其作用是將蒸發(fā)的水汽凝結(jié)下來，只有少部分水氣以及不可凝氣體才由真空泵排出，減少真空泵的負(fù)荷。真空冷卻過程結(jié)束后，凝結(jié)水由放水閥排出。凝水器內(nèi)的低溫載冷劑由制冷系統(tǒng)提供，通過循環(huán)泵使低溫載冷劑循環(huán)。

電氣控制系統(tǒng)由電腦、可編程邏輯控制器（PLC）以及電氣系統(tǒng)組成，用于檢測(cè)真空冷卻室內(nèi)壓力、試樣質(zhì)量、各點(diǎn)溫度以及電參量等，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制循環(huán)泵以及制冷機(jī)與真空泵的啟停，實(shí)時(shí)檢測(cè)壓力、溫度等參數(shù)，并開展試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存及處理。

1.真空冷卻室2.玻璃蓋3.試樣4.電子秤5.凝水器6.放水閥7.真空泵8.壓力變送器9.信號(hào)接口10.檢測(cè)控制系統(tǒng)11.制冷系統(tǒng)12.循環(huán)泵

圖1食品真空冷卻試驗(yàn)裝置1.2、失水率的判斷依據(jù)

為了比較真空冷卻過程中無效失水的程度，本文提出相對(duì)失水率的概念，定義為，實(shí)際失水量與理論失水量的比值，表達(dá)式如下：

式中Δmp———實(shí)際失水量，kg

Δmt———理論失水量，kg

m1———試驗(yàn)前樣品質(zhì)量，kg

ΔT———試驗(yàn)前后樣品溫差，K

c———水冷卻前比熱容，kJ/kg·k

γ———水的汽化潛熱，kJ/kg

式（1）中的Δmt是僅考慮樣品本身降溫的理論失水，在真空冷卻過程中，由于器材、空氣等降溫釋放熱量，甚至液體凍結(jié)時(shí)釋放相變潛熱，理論失水量會(huì)更大。而Δmp是真空冷卻過程中的實(shí)際失水量，即包括理論失水與無效失水。

從相對(duì)失水率vr的定義可知，這是一個(gè)與被冷卻樣品的質(zhì)量與降溫幅度無關(guān)的系數(shù)，具有可比照性。vr可作為實(shí)際失水量與理論失水量接近程度的判斷依據(jù)。vr是大于1的數(shù)，降低無效失水，就是要使vr接近于1。2、實(shí)驗(yàn)與分析

試驗(yàn)以水為樣品，將水參加到圓柱形廣口容器，容器底部直徑為6.5cm、高度為18cm。加水量分別為260g、280g、300g，相應(yīng)的液面高度約為73mm、81mm、89mm。試驗(yàn)步驟為：將裝有水的容器放置在真空室內(nèi)，安裝好熱電偶，蓋上玻璃蓋，開啟制冷系統(tǒng)，當(dāng)凝水器表面降溫至0℃時(shí)開啟真空泵，當(dāng)水溫降至5℃時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。將熱電偶固定在容器內(nèi)測(cè)溫，由電腦開展溫度、壓力等數(shù)據(jù)的采集。通過以下幾種不同方法開展失水率的研究：(1)無遮擋物的圓柱形廣口容器

無遮擋物的圓柱形廣口容器，如圖2所示。

圖2圓柱形廣口容器

真空泵開啟后，隨著真空室內(nèi)壓力的降低，有小氣泡從容器底部上升，并逐漸變成大氣泡。氣泡在液面處破裂。當(dāng)真空室內(nèi)的壓力低于水溫所對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓時(shí),樣品中水分大量汽化，液體開始沸騰，劇烈沸騰時(shí)有大量的水滴濺到盛水容器外。這時(shí)，在真空冷卻室的玻璃蓋底部也布滿水珠。失水是很嚴(yán)重的。（2）帶孔容器蓋作為遮擋物

帶孔容器蓋作為遮擋物，如圖3所示。

圖3帶孔容器蓋作為遮擋物

容器蓋