實驗室用果蔬真空冰溫保鮮裝置的設計

甄 仌,馬羨平,王起霄,季阿敏,王 瑩,張慶鋼,孫 穎,周鐵剛

(哈爾濱商業大學 土木與制冷學院,哈爾濱 150028)

隨著社會經濟的飛速發展,人民生活水平的不斷提高,消費者對果蔬的新鮮度、外觀以及口感的要求越來越高.因此,如何更好地保存果蔬已成為研究人員迫切需要解決的問題.目前,真空保鮮技術和冰溫保鮮技術都是使用較為廣泛的保鮮技術[1-2],為了達到更好的保鮮效果,本文將真空保鮮與冰溫保鮮相結合,研究設計制造了實驗室用真空冰溫保鮮裝置,并進行了測試,結果表明該裝置在要求的壓力范圍內,可以有效的將罐內溫度維持在冰溫帶內,對果蔬具有很好的保鮮效果[3-6].

1 基本原理及設備

1.1 基本原理

將果蔬置于密閉的容器中,啟動真空泵和制冷壓縮機,開啟制冷機和真空設備上的各種閥門,真空泵對真空冰溫罐進行抽真空,降低環境的壓力,用壓力表控制真空泵的運行,當真空冰溫罐內的壓力達到規定下限時,停止運行真空泵,當真空冰溫罐內的壓力達到規定上限時,開啟真空泵.用溫度控制儀表來控制壓縮機的啟停,當溫度達到規定下限時,制冷壓縮機停止運行,當罐內溫度達到規定上限時,制冷壓縮機運行.由于實驗負荷一般較小,即使壓縮機停止運轉,蒸發器內的制冷劑尚沒有蒸發完,罐內溫度仍可能會繼續下降,會引起制冷滯后效應.冰溫帶范圍一般在 2～3℃左右,因此僅靠壓縮機起停,冰溫帶難以維持.為防止真空冰溫罐內的溫度波動過大,在罐內加入一個由溫度控制器控制的電加熱帶,用于調節真空冰溫罐內的溫度,與制冷壓縮機一同工作使罐內溫度維持在果蔬的冰溫帶內.其原理圖如圖1所示.

1.2 設備組成

實驗室用真空冰溫保鮮裝置的主要設備如表1所示.

圖1 真空冰溫保鮮系統原理圖

表1 真空冰溫保鮮裝置的主要設備

2 真空冰溫裝置的使用及保鮮效果

2.1 真空冰溫裝置的使用

真空冰溫保鮮裝置的操作和使用,比單一的真空裝置和冰溫裝置都要復雜.即要求嚴格的控制真空冰溫保鮮罐內的壓力在一定的范圍內,又要使其溫度維持在一個穩定的冰溫區域內.

2.1.1 溫控系統

制冷系統可以獨立控制,一般設定好上下限溫度,制冷系統即可自動運行.當真空冰溫保鮮罐內的溫度達到上限時,溫度控制器常開觸點閉合,風機得電運行,繼電器 KM 1線圈得電吸合,繼電器KM1常開觸點閉合,壓縮機開始制冷;當真空冰溫保鮮罐內的溫度達到下限時,溫度控制器常開觸點斷開,壓縮機停止制冷.由于制冷滯后,會造成罐內溫度過低,以至于貯藏物品發生冷害 .因此,本文在罐內加入加熱帶,并設定其控制溫度高于控制壓縮機溫度 0.5℃,使溫度嚴格控制在要求值內.

2.1.2 減壓系統

減壓系統主要是通過真空裝置抽出罐內的部分氣體,使罐內達到要求的負壓指標.當真空冰溫保鮮罐內的壓力達到上限時,繼電器 KM 2線圈得電吸合,繼電器 KM2常開觸點閉合,自鎖完成,真空泵持續工作;當系統壓力達到下限時,繼電器KM3線圈得電吸合,繼電器 KM3常閉觸點斷開,自鎖被解除,真空泵停止工作,使低壓貯藏箱內的壓力達到穩定狀態.

2.1.3 濕度控制

濕度控制是通過相對濕度監控裝置、保濕設備和加濕裝置完成的.由于鮮活食品含水量較高,所以要求罐內相對濕度有較高的水平,但僅靠加濕是無法達到的,而且還會增加冷風機的結霜和冷負荷,降低真空泵的效率和使用壽命.因此真空冰溫裝置的正確操作不是加濕,而是加強保鮮品的保濕措施,即可達到保鮮品的高濕要求.

2.2 保鮮效果

2.2.1 迅速冷卻

普通冷藏庫和 CA氣調庫都沒有快速冷卻功能,需要配備預冷設施,否則進庫的果蔬需要很久才能達到適宜的溫度.真空冰溫貯藏罐即能夠創造較低的氣壓環境,降低水分氣化的條件,所以,真空冰溫罐的產品只需 20 min就能冷卻到預定溫度,并能使庫內溫度維持在平穩的冰溫帶內.罐內溫度變化如圖2所示.

2.2.2 快速達到低 O2和超低 CO2效果

由于真空泵不斷地工作,抽出罐內部分空氣,使內部氣壓降低一定程度,空氣中各種氣體組分的分壓都相應降低,O2也相應降低.所以,真空冰溫貯藏能創造出一個低 O2或超低 CO2環境.同時,真空冰溫保鮮能夠將有害氣體隨時凈化,有效抑制微生物生長,最大限度保障了果蔬的生理健康,所以貯藏的果蔬能夠保持良好的生命狀態,并能提高其風味與品質.

圖2 罐內溫度隨時間變化

2.2.3 延長保鮮期

實驗研究表明,利用真空冰溫技術貯藏果蔬,可以抑制果蔬的新陳代謝,使之處于活體狀態,抑制其呼吸作用,后熟過程仍緩慢進行,在色、香、味、口感方面都優于冷藏,幾乎和新鮮果蔬處于同等水平,并可有效延長貯藏時間.

經過真空冰溫貯藏的果蔬,在出庫后的一定時間內,繼續有保鮮效果,能夠延長果蔬的運輸時間和貨架期,調節淡旺季食品供應.因此,真空冰溫保鮮比一般的貯藏方法的保鮮期都要長.

3 實驗驗證

3.1 實驗材料

本實驗采用哈爾濱市松北區集市購買的青椒.選取無損傷、無斷裂、無銹斑、表面光滑、大小均勻的青椒作為實驗樣品.

3.2 實驗方法

將購買來的樣品分為 3份,每份 500 g,并標簽為 A、B、C.將 A樣品放入調配好的 2%山梨糖醇溶液中浸泡 10min,撈出晾干后,用保鮮膜包裝扎口與未經處理的 B樣品一同放置于 0～-1.5℃真空冰溫保鮮罐中貯藏.將 C樣品放置于溫度為 12℃的室內,以作為對照樣品.

3.3 實驗結果

辣椒(Capsocum annuum.L)屬冷敏性蔬菜,真空冰溫貯藏可以明顯的抑制青椒的呼吸作用,從而使貯藏的青椒消耗的呼吸底物減少,使青椒保持了良好的生命狀態,維持了其固有的風味與品質.本實驗對青椒的質量變化及商品率進行了研究.

1)失重率

實驗中青椒失重率的變化可由下式計算,

其中:W1為樣品的原始質量;W2為樣品貯藏后的質量.

青椒的質量變化情況如圖3所示,從圖3中可以看出,A、B組樣品的質量變化沒有太大的差異,C組樣品失重率較為嚴重,可見,真空冰溫貯藏可以有效的防止水份的流失.

圖3 青椒貯藏過程中質量變化情況

2)商品率

從圖4中可以看出,在A、B組樣品中都保持了較高的商品率,而 C組樣品在第 5天后急速下降,可見真空冰溫保鮮青椒,可以有效的提高商品率,延長貯藏時間.

圖4 青椒貯藏過程中商品率的變化情況

4 結 語

從實驗研究可以看出,真空冰溫保鮮裝置兼有真空保鮮技術和冰溫保鮮技術的優點,能使罐內溫度迅速減低、達到低 O2和超低 CO2環境、有利于有害氣體的排除、有效抑制微生物的生長、保持了果蔬原有的口感和風味、延長了果蔬的貯藏時間.裝置運行穩定,能達到預期的目的,效果良好.但是,由于對裝置氣密性、耐壓性的要求很高,該技術要應用于實際果蔬的大規模保鮮貯藏仍需要進一步的研究.

[1] 謝啟軍,林 奇.減壓保鮮技術的研究進展[J].現代食品科技,2006,22(3):294-296.

[2] 伍 培,張衛華,鄭 潔,等.果蔬減壓保鮮技術的發展和研究[J].制冷與空調,2008,22(3):1-9.

[3] 梁慶沙,張東亞,冷 平,等.生長期噴鈣對冰溫貯藏“早鳳”桃果實貨架期的影響[J].食品科技,2009,34(5):50-53,56.

[4] 彭 丹,鄧潔紅,譚興和,等.冰溫技術在果蔬貯藏中的應用研究進展[J].包裝與食品機械,2009,27(2):38-43.

[5] 郭 麗,程建軍,馬 鶯,等.青椒冰溫貯藏的研究[J].食品科學,2004,25(11):323-325.

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