熟食品真空快速冷却最新进展

熟肉真空冷却技术的最新进展 1.引言 真空冷却是一种快速蒸发冷却技术，它的基本原理是通过抽真空降压的方法, 使食品内水份在低压状态下蒸发的同时吸收自身热量,从而达到冷却的目的。这项技术早期只应用于蔬菜和鲜花的冷却保鲜上，直到二十世纪九十年代后期，食品安全问题，尤其是肉制品的安全问题引起了世界各国的重视之后，国际食品界重新认识到食品保鲜的重要性并开始研究真空冷却技术在食品工业中的应用。 文献[1]在对熟肉真空冷却的研究中发现冷却无骨火腿时，真空冷却的速度远远超过了传统冷却方式。世界各国，尤其是欧洲国家制定了一系列的肉制品生产 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，对冷却 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 也制定了严格的要求，如爱尔兰食品安全咨询委员会规定大块肉制品在熟制加热后应在2.5h 内从74℃冷却到10℃，实际上采用传统冷却技术难以使100mm 厚的肉块达到上述冷却要求。实验表明，目前只有真空冷却技术可以做到这一点。所以,近年来国内外学者对真空冷却熟肉制品技术做了大量的研究。 2.真空冷却装置 真空冷却机的分类方法很多，按其真空室的容积可以分为大、中、小三种类型；按其目的和用途可以分为实验型真空冷却机和工业生产型真空冷却机；按运转方式有均压式、串连式和连续式。 文献[2]介绍了一种真空制冷机，如图1.所示，它由真空室、真空系统、制冷系统和控制系统组成，根据需要有时还装有加湿装置等。真空冷却的具体工艺过程是：物料放入真空室后密封，开始阶段真空泵从真空室里抽走空气，真空室压力不断降低；在压力达到产品的饱和压力之前，产品中水份不能大量蒸发，真空泵的运行还不能对产品制冷；随着压力降低，真空室里达到一定真空度后，产品中水份开始大量汽化，与此同时从产品中吸收热量，使得产品迅速降温，此时的状态称为闪发点；从产品中蒸发出来的水蒸汽被真空泵抽出，通过冷凝器制冷蛇管时绝大部分水蒸汽被冷凝排出，剩下少量蒸汽由真空泵抽走；当温度降到某一特定温度区域时，温降速度减缓，直至温度平稳，即达到产品的冷却终温。 3.熟肉真空冷却的工艺特性 3.1.熟肉真空冷却的优点 3.1.1.冷却速度快且与产品尺寸无关 文献[3][4][5]中大量实验结果表明，真空冷却速度比传统冷却有了很大的提高。文献[5]用真空冷却的方法，把熟肉从70－74℃冷却到4℃，只用了1-2.5h，而采用传统冷却方式诸如强制风冷，自然风冷或者水冷等，冷却时间分别增加到9.4-11.7h，12.1-14.3h，5-14.3h。 导致冷却速度差异的主要原因在于它们的传热特性不同，传统冷却主要靠热传导的方式将熟肉中心的热量传递到表面，而从表面到冷却介质的传热方式主要是对流换热，其传热的驱动力是冷却介质和熟肉的温差。由于熟肉的导热性较差，内部传热缓慢，使得样品的大小成为影响传热速度的决定性因素。几种传统方法冷却方式的冷却速度相差不大，其主要取决于样品尺寸。 和传统制冷方法不同，真空冷却利用水蒸气在真空状态下蒸发制冷。真空冷却过程通过两步进行热量传递，水在样品的内部小孔里的蒸发，水蒸气从样品内部到扩散外部环境里。所以，样品小孔的结构，小孔的尺寸，形状，空间间隔，分布等等是影响水蒸发速率以及冷却速度的决定性因素。文献[4]以孔隙性作为一个参数，来描述熟肉的结构，如下式：       -孔隙性 -熟肉视密度 -熟肉真比重 同时指出，孔隙性和真空冷却速率有直接的联系。切碎的牛肉的孔隙性为9.8－11.8％，把它冷却到4℃需要21-15min。而孔隙性为1.44-2.6％的整块牛肉，冷却则需要100-154min。 此外，大量的实验和理论研究表明，真空冷却速率与样品的尺寸无关，这使得真空冷却成为冷却大块熟肉的好办法。 3.1.2.温度分布均匀 在真空冷却中，样品内部温度分布比强制风冷和水冷却要均匀的多。文献[6]通过实验对比了在真空冷却所需的时间内（25min），各种冷却方式下样品内部和表面的温差变化。如图2，在整个过程中，真空冷却下的样品的温差最小，换言之，就是温度分布最均匀。 真空冷却之所以能达到这种平衡是因为，水蒸发同时发生在产品的表面和内部。文献[3]指出，真空冷却中，内部小孔分布决定了样品温度分布。小孔分布均匀，产品内部温度分布就均匀。而传统的冷却方式是从中心到表面导热，所以两者之间存在温差，并且这种情况要持续整个冷却过程。 3.1.3.其他优点 不同于其他传统方法，真空冷却对产品的包装要求不高，只要包装有孔隙或者通风即可。而且，真空冷却过程中可以通过控制室内绝对压力来控制产品温度。另外，真空快速冷却还有利于保持食品的营养。 因为真空冷却过程中不需要移动冷媒，而且真空环境也隔断了对环境的传热，所以真空冷却要比风冷和水冷节能。此外由于空气只在冷却末期进入房间，所以它还是一种非常卫生的方法。 3.2.熟肉真空冷却的主要缺点 在真空冷却中，因为要蒸发水份以达到冷却的目的，所以水的损失是不可避免的，这样，就导致熟肉中的部分营养随着水份而流失，造成产品品质下降以及产品产量降低，自然使得产品成本升高。同时，过于干燥也使得产品的口感和外观受到很大影响，从而降低了产品的受欢迎程度。 真空冷却中的质量损失可以达到熟肉质量的10％，远大于传统制冷（风冷5％，水冷少于2％）。文献[5]指出，温度每降低6－6.5℃，质量损失是产品最初质量的1％。他们还建立数学模型，估算出冷却之后质量损失为8.7％，其中1.8％从表面损失，其余从内部损失。 由于产品不同，真空冷却造成的重量损耗率和冷却时间也有所不同，主要与样品的表面积、含水量和组织形态有关,表面积大、含水量大、组织松散多孔的产品真空冷却的速率快、时间短、产品重量损耗大。 文献[3]提出，用下面公式用来估算质量损失： -冷却损失 -制冷前熟肉质量 -熟肉的特殊热容量 -产品最初和最终温度差 -水的蒸发潜热 计算出的损失要小于实际损失，这是因为 的精确度不够，或者过程中有其他形式的质量损失。因为在等式中，是假设只有蒸发损失。 因为有很高的质量损失，影响了产品的产量和品质，真空冷却还不能取代当前得冷冻技术。另外，虽然它的能量损失比其他方法低，但是最初的设备投资高。所以有必要继续研究真空冷却方法，改善它运行的连续性，提高运行效率。 4.影响熟肉真空冷却的因素 4.1.生肉的预处理 生肉的预处理也会影响到真空冷却的性能，其主要包括滚揉和注射盐水两方面。 滚揉用来使肉柔软，它不仅能分解肉膜和肌内膜的连接组织，而且还能破坏肌肉纤维。文献[4]通过实验证明，滚揉使样品冷却速度得到很大提高。 注射盐水可以提高净重，增加产量，同时多磷酸盐可以帮助保持水份，从而降低烹饪中的损失，保存了产品的营养，提高了产量。西方国家普遍采用这种方法来处理熟肉制品，文献[7]提出用下式计算注射等级： 注射等级 -注射后生肉质量 -生肉质量 文献[3][5]通过实验得出了注射量，质量损失，产量，产品品质之间的对比关系。如表1.所示，盐水注射量越大，冷却速度越慢，但是它也能减小质量损失，增加产量和水含量，使得产品柔软多汁，同时高注射量还可以使产品的色泽改善。但是，也不能无限制的增大注射量，这样会使产品中盐分增大，影响口感以及外观。研究发现，注射量为135％的牛肉颜色是最好看的，而且注射量为130％的牛肉的滋味是最好的。 表1 注射量对真空冷却产品的影响 （上标a表示产品从72℃冷却到4℃，上标b表示产品从70℃冷却到4℃） 产品类型 注射量（％） 冷却时间（h） 质量损失（％） 产量(％) 颜色 口味 肌理 可接受性 柔软度 多汁性 牛肉，3.0－3.5kg真空滚揉， 120 10.4 85.8 颜色随注射量增大变浅，最佳为130％ 最佳130％，过多口味变差 随注射量增大 随注射量增大 130％最佳 125 10.4 90.9 130 10.4 100.3 135 10.3 106.1 140 10.5 112.2 145 10.3 116.0 猪肉5－6kg，真空滚揉 120 10.7 100.3 颜色稍微变浅，当注射量为130％ 差别不大 差别不大 差别不大 差别不大 130 11.4 106.5                     4.2.抽真空速率 真空房间里如果安装了调节控制装置，那么抽真空速率将得到精确的控制。文献[5][8]通过实验研究了抽真空速率对冷却速度，质量损失，产品品质的影响。表2.是抽真空速率对熟肉真空冷却的影响。可以看出，当抽真空速率小于6700Pa/min时，增大抽真空速率可以提高冷却速度。当速度大于6700Pa/min时，影响就不明显。但是，降低抽真空速率可以降低冷量损失，最终增加了产量，提高了冷却效率。 表2 抽真空速率对熟肉真空冷却的影响 产品类型 抽真空速率(Pa/min) 冷却时间(h) 产品初温(℃) 冷却终温(℃) 冷量损失(％) 产量(％) 熟牛肉，平均质量5kg，注射入120％的盐水 935 2.5 74 4 12.4 87.6 467 2.5     11.7 88.3 312 2.6     11.3 88.6 234 2.6     11.1 88.9 187 3.3     10.7 89.2 156 3.4     10.6 89.4 商业火腿，4.2－7.4kg，注射入110－140％的盐水 近似3300－11700 0.2－1 70 10 9.9－12.7不受抽真空速率的影响   熟鸡胸脯，170g 60000 12min 80 30     7000 17min                   4.3.冷凝温度 冷凝温度是影响真空冷却的另外一个运行参数。真空冷却中产生了大量的蒸汽。需要安装蒸汽冷凝器来冷凝产生的蒸汽，然后把冷凝水排出。文献[5]建立模型说明了蒸汽冷凝器的重要性。计算结果表明，把冷凝温度从7.5℃降低到2.5℃，真空冷却速度逐渐增大。但是进一步降低冷凝温度到0℃，冷却速度反而降低了，所以，一般把冷凝温度定为2.5℃。 4.4.房间自由体积 房间自由体积指的是房间总体积减去产品的体积。文献[4]研究发现减少自由体积可以提高冷却速度，因为它降低了最初的空气的量，使得抽真空速率增大。 5.熟肉真空冷却的数学模拟 数学模型可以更深入研究真空冷却过程对产品的物理，化学，感官等方面的影响。它还可以揭示影响产品产量和品质的一系列因素，有利于真空冷却的设备 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ，进程优化和产品质量控制。 真空冷却的模拟研究是从近几年才开始的。文献[9][10]在真空室内水和水蒸气的质量平衡的基础上，针对熟肉真空冷却建立数学模型。即在真空条件下，食品中的水份被蒸发，水蒸气通过蒸汽冷凝器和真空泵被除去。然后利用有限元方法，模拟了熟肉在真空冷却过程中的三维瞬态的热量质量耦合，他们的数学模型包含两部分：内部产生蒸汽的质量交换模型和内部产生热量的交换模型。水份在食品中的蒸发途径有两种：水份在食品表面蒸发和水份通过食品内部的通道蒸发。