降低真空冷却失水的方法研究(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海理工大学 作者:陈儿同

  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:

(1) 无遮挡物的圆柱形广口容器

  无遮挡物的圆柱形广口容器,如图2所示。

图2 圆柱形广口容器

  真空泵开启后,随着真空室内压力的降低,有小气泡从容器底部上升,并逐渐变成大气泡。气泡在液面处破裂。当真空室内的压力低于水温所对应的饱和蒸气压时, 样品中水分大量汽化,液体开始沸腾,剧烈沸腾时有大量的水滴溅到盛水容器外。这时,在真空冷却室的玻璃盖底部也布满水珠。失水是很严重的。

(2)带孔容器盖作为遮挡物

  带孔容器盖作为遮挡物,如图3所示。

图3带孔容器盖作为遮挡物

  容器盖上打九个孔,直径为4mm。剧烈沸腾时有大量的水滴溅起,由于盖子的阻档,使大部分水滴回落,同时水汽凝结,盖子的小孔处会逐渐形成水膜。并有部分水滴通过小孔外溢。使用带孔容器盖可较好地降低失水率。

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