实验室用果蔬真空冰温保鲜装置的设计

甄 仌,马羡平,王起霄,季阿敏,王 莹,张庆钢,孙 颖,周铁刚

(哈尔滨商业大学 土木与制冷学院,哈尔滨 150028)

随着社会经济的飞速发展,人民生活水平的不断提高,消费者对果蔬的新鲜度、外观以及口感的要求越来越高.因此,如何更好地保存果蔬已成为研究人员迫切需要解决的问题.目前,真空保鲜技术和冰温保鲜技术都是使用较为广泛的保鲜技术[1-2],为了达到更好的保鲜效果,本文将真空保鲜与冰温保鲜相结合,研究设计制造了实验室用真空冰温保鲜装置,并进行了测试,结果表明该装置在要求的压力范围内,可以有效的将罐内温度维持在冰温带内,对果蔬具有很好的保鲜效果[3-6].

1 基本原理及设备

1.1 基本原理

将果蔬置于密闭的容器中,启动真空泵和制冷压缩机,开启制冷机和真空设备上的各种阀门,真空泵对真空冰温罐进行抽真空,降低环境的压力,用压力表控制真空泵的运行,当真空冰温罐内的压力达到规定下限时,停止运行真空泵,当真空冰温罐内的压力达到规定上限时,开启真空泵.用温度控制仪表来控制压缩机的启停,当温度达到规定下限时,制冷压缩机停止运行,当罐内温度达到规定上限时,制冷压缩机运行.由于实验负荷一般较小,即使压缩机停止运转,蒸发器内的制冷剂尚没有蒸发完,罐内温度仍可能会继续下降,会引起制冷滞后效应.冰温带范围一般在 2～3℃左右,因此仅靠压缩机起停,冰温带难以维持.为防止真空冰温罐内的温度波动过大,在罐内加入一个由温度控制器控制的电加热带,用于调节真空冰温罐内的温度,与制冷压缩机一同工作使罐内温度维持在果蔬的冰温带内.其原理图如图1所示.

1.2 设备组成

实验室用真空冰温保鲜装置的主要设备如表1所示.

图1 真空冰温保鲜系统原理图

表1 真空冰温保鲜装置的主要设备

2 真空冰温装置的使用及保鲜效果

2.1 真空冰温装置的使用

真空冰温保鲜装置的操作和使用,比单一的真空装置和冰温装置都要复杂.即要求严格的控制真空冰温保鲜罐内的压力在一定的范围内,又要使其温度维持在一个稳定的冰温区域内.

2.1.1 温控系统

制冷系统可以独立控制,一般设定好上下限温度,制冷系统即可自动运行.当真空冰温保鲜罐内的温度达到上限时,温度控制器常开触点闭合,风机得电运行,继电器 KM 1线圈得电吸合,继电器KM1常开触点闭合,压缩机开始制冷;当真空冰温保鲜罐内的温度达到下限时,温度控制器常开触点断开,压缩机停止制冷.由于制冷滞后,会造成罐内温度过低,以至于贮藏物品发生冷害 .因此,本文在罐内加入加热带,并设定其控制温度高于控制压缩机温度 0.5℃,使温度严格控制在要求值内.

2.1.2 减压系统

减压系统主要是通过真空装置抽出罐内的部分气体,使罐内达到要求的负压指标.当真空冰温保鲜罐内的压力达到上限时,继电器 KM 2线圈得电吸合,继电器 KM2常开触点闭合,自锁完成,真空泵持续工作;当系统压力达到下限时,继电器KM3线圈得电吸合,继电器 KM3常闭触点断开,自锁被解除,真空泵停止工作,使低压贮藏箱内的压力达到稳定状态.

2.1.3 湿度控制

湿度控制是通过相对湿度监控装置、保湿设备和加湿装置完成的.由于鲜活食品含水量较高,所以要求罐内相对湿度有较高的水平,但仅靠加湿是无法达到的,而且还会增加冷风机的结霜和冷负荷,降低真空泵的效率和使用寿命.因此真空冰温装置的正确操作不是加湿,而是加强保鲜品的保湿措施,即可达到保鲜品的高湿要求.

2.2 保鲜效果

2.2.1 迅速冷却

普通冷藏库和 CA气调库都没有快速冷却功能,需要配备预冷设施,否则进库的果蔬需要很久才能达到适宜的温度.真空冰温贮藏罐即能够创造较低的气压环境,降低水分气化的条件,所以,真空冰温罐的产品只需 20 min就能冷却到预定温度,并能使库内温度维持在平稳的冰温带内.罐内温度变化如图2所示.

2.2.2 快速达到低 O2和超低 CO2效果

由于真空泵不断地工作,抽出罐内部分空气,使内部气压降低一定程度,空气中各种气体组分的分压都相应降低,O2也相应降低.所以,真空冰温贮藏能创造出一个低 O2或超低 CO2环境.同时,真空冰温保鲜能够将有害气体随时净化,有效抑制微生物生长,最大限度保障了果蔬的生理健康,所以贮藏的果蔬能够保持良好的生命状态,并能提高其风味与品质.

图2 罐内温度随时间变化

2.2.3 延长保鲜期

实验研究表明,利用真空冰温技术贮藏果蔬,可以抑制果蔬的新陈代谢,使之处于活体状态,抑制其呼吸作用,后熟过程仍缓慢进行,在色、香、味、口感方面都优于冷藏,几乎和新鲜果蔬处于同等水平,并可有效延长贮藏时间.

经过真空冰温贮藏的果蔬,在出库后的一定时间内,继续有保鲜效果,能够延长果蔬的运输时间和货架期,调节淡旺季食品供应.因此,真空冰温保鲜比一般的贮藏方法的保鲜期都要长.

3 实验验证

3.1 实验材料

本实验采用哈尔滨市松北区集市购买的青椒.选取无损伤、无断裂、无锈斑、表面光滑、大小均匀的青椒作为实验样品.

3.2 实验方法

将购买来的样品分为 3份,每份 500 g,并标签为 A、B、C.将 A样品放入调配好的 2%山梨糖醇溶液中浸泡 10min,捞出晾干后,用保鲜膜包装扎口与未经处理的 B样品一同放置于 0～-1.5℃真空冰温保鲜罐中贮藏.将 C样品放置于温度为 12℃的室内,以作为对照样品.

3.3 实验结果

辣椒(Capsocum annuum.L)属冷敏性蔬菜,真空冰温贮藏可以明显的抑制青椒的呼吸作用,从而使贮藏的青椒消耗的呼吸底物减少,使青椒保持了良好的生命状态,维持了其固有的风味与品质.本实验对青椒的质量变化及商品率进行了研究.

1)失重率

实验中青椒失重率的变化可由下式计算,

其中:W1为样品的原始质量;W2为样品贮藏后的质量.

青椒的质量变化情况如图3所示,从图3中可以看出,A、B组样品的质量变化没有太大的差异,C组样品失重率较为严重,可见,真空冰温贮藏可以有效的防止水份的流失.

图3 青椒贮藏过程中质量变化情况

2)商品率

从图4中可以看出,在A、B组样品中都保持了较高的商品率,而 C组样品在第 5天后急速下降,可见真空冰温保鲜青椒,可以有效的提高商品率,延长贮藏时间.

图4 青椒贮藏过程中商品率的变化情况

4 结 语

从实验研究可以看出,真空冰温保鲜装置兼有真空保鲜技术和冰温保鲜技术的优点,能使罐内温度迅速减低、达到低 O2和超低 CO2环境、有利于有害气体的排除、有效抑制微生物的生长、保持了果蔬原有的口感和风味、延长了果蔬的贮藏时间.装置运行稳定,能达到预期的目的,效果良好.但是,由于对装置气密性、耐压性的要求很高,该技术要应用于实际果蔬的大规模保鲜贮藏仍需要进一步的研究.

[1] 谢启军,林 奇.减压保鲜技术的研究进展[J].现代食品科技,2006,22(3):294-296.

[2] 伍 培,张卫华,郑 洁,等.果蔬减压保鲜技术的发展和研究[J].制冷与空调,2008,22(3):1-9.

[3] 梁庆沙,张东亚,冷 平,等.生长期喷钙对冰温贮藏“早凤”桃果实货架期的影响[J].食品科技,2009,34(5):50-53,56.

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[5] 郭 丽,程建军,马 莺,等.青椒冰温贮藏的研究[J].食品科学,2004,25(11):323-325.

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