CN109393009B - 一种加快杨梅真空预冷过程中预冷速率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于杨梅保鲜的方法，涉及一种加快杨梅真空预冷过程中预冷速率的方法，其方法是将杨梅均匀地放置于一种经过速冻、重组的金属冰的空格中（图1所示），然后一并转移至真空预冷机中进行预冷，开启真空预冷机的制冷系统，再打开真空泵并控制压强下降速率，使得杨梅在真空环境下快速冷却，预冷后金属冰可进行回收，然后再经过速冻又可以进行下一次使用，从而达到循环利用。本发明不仅可以使得杨梅获得快速的冷却速率，同时又能降低其在真空预冷过程中的水分损失，且还增加了杨梅的保质期，最后，预冷结束后的金属冰还能够做到循环利用，从而可以有效降低运行成本。
Description
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，涉及一种加快杨梅真空预冷过程中预冷速率的方法。
背景技术
采收后杨梅果实虽然脱离了母体，但仍具有生命力，能延续生长期的各种生理过程，由于水分的缺失，呼吸作用加强，大量乙烯形成，致使果实成熟衰老加速。有研究表明，杨梅属于无呼吸高峰型果实，但属于呼吸强度较高的水果。在一定温度范围内，温度越低其呼吸作用也越低，从而可延缓果实采后衰老的速度。无疑快速降低杨梅的温度是确保其质量的关键。
真空预冷主要是通过降低物料环境的压强以引起物料中自由水的蒸发，而水蒸发所需要的巨大潜热来自于物料本身从而使得物料快速降温。不难发现物料具有一定的孔隙结构和自由水含量是保证其能够被真空预冷的关键。最近研究也表明，真空预冷不仅能够快速降低物料的温度，其较低压强的操作环境（类似减压贮藏技术）对于果蔬中的酶和微生物都有一定的破坏作用，从而为果蔬的保鲜提供了一种有效方法。
然而，相关研究表明杨梅表皮所凸起的富含蜡质层的囊状结构对于真空预冷技术的应用有一定的限制作用，因为其阻碍了杨梅内部的水分向外扩散，从而降低了真空预冷的效率。如何加快真空预冷条件下杨梅温度下降速率的问题成为目前迫切需要解决的问题。专利（CN101642161）中提到采用真空预冷加快杨梅的温度，然而其使用的真空度为0.06MPa，而该真空度是无法完成杨梅温度下降至4℃的要求，故其并非真正传统意义上的真空预冷技术。所以，估计专利发明人是先将杨梅的温度通过其他冷却方式先冷却至2℃后再转移至真空预冷中，利用真空环境来达到杨梅的保鲜作用，并没有充分利用真空预冷预冷快的优势。其他专利则大部分是采用风冷进行较长时间的降温。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种加快杨梅真空预冷过程中预冷速率的方法，本发明不仅大大降低了杨梅从中心温度32℃降至4℃所需的预冷时间和水分损失(低于1%)，而且还能够获得较为理想的保质期。
本发明所述的一种加快杨梅真空预冷过程中预冷速率的方法，包括：将杨梅放置在金属冰特殊设计好的空格中，后将它们一并放入真空预冷机的真空箱内进行抽真空冷却。
技术方案：
将杨梅均匀地放置于一种经过速冻、重组的金属冰的空格中，然后一并转移至真空预冷机的真空箱中进行真空预冷，开启真空预冷机的冷凝器，降低冷凝器的温度，再开启真空泵，并控制压强下降速率，使杨梅在真空环境下持续冷却，直至达到设定的温度（4℃）。
进一步地，在进行抽真空冷却过程中，压强下降系数控制在0.5min-1～0.6 min-1的范围之内，终压维持在6.5±0.5 mbar。
进一步地，金属冰由内置载冷剂和不锈钢外壁所组成；
内置载冷剂灌入至空心不锈钢槽内部后，上表面再用不锈钢块进行焊接密封；优选地，所有不锈钢外壁均为304不锈钢材质，且壁厚为0.4mm。
进一步地，内置载冷剂由海藻酸钠、95%乙醇和水的混合物所组成，其中海藻酸钠的比例为1～3%，95%乙醇的比例为10～20%，水余量。
进一步地，金属冰载冷剂的制作方法为先将海藻酸钠完全溶解在沸水中，冷却至常温后再添加95%的乙醇，组成特定的载冷剂。
进一步地，金属冰为正方体，且其边长大小比所需冷却的杨梅直径D大5mm，为D+5mm，优选地为50±5mm。
进一步地，重组的金属冰制作方法为金属冰通过特殊的组合，同一平面上四块金属冰各直角边重叠使得其中间腾出一个边长与金属冰边长大小一样的空格，各金属冰边与边重叠处通过焊接组合在一起。
进一步地，组合后的金属冰，上下相互错开叠加从而组成金属冰组，保证了杨梅6边都能够接触到金属冰。
进一步地，该装置需先用自来水清洗干净，然后放入-18±2℃的冷库中预冷2～3h，满足载冷剂温度达到-2±2℃，然后用75%的酒精消毒1min，再用4±1℃自来水冲洗2min。
进一步地，杨梅真空预冷结束后，金属冰组可以回收，再经过冷处理后又循环利用。
本发明的技术效果在于：
1）低温和消毒处理后的金属冰，均匀覆盖在采摘后的杨梅四周能够快速下降杨梅表面的温度，特别是抑制水蒸气向外蒸发，从而有效降低水分损失。
2）真空预冷时，经过低温处理后的金属冰所具备足够的制冷量不仅不会影响杨梅在真空环境下的降温速率（金属冰的空隙远大于杨梅的空隙，不影响其在真空条件下的降温效果），而且可以辅助真空预冷加快降温速率（金属冰能够与杨梅进行热传导）。金属冰对杨梅的辅助降温可以降低由真空预冷所引起的降温，即真空预冷不需要完成整个降温段（从32℃到4℃）的降温，从而有助于水分的减少（真空预冷降温与水分损失存在正相关），并且通过金属冰特定制冷剂以及金属冰组合的选择，实现了较好的真空预冷效果。
（3）金属冰只是起到辅助降温作用，特别是前阶段的降温，避免了从外界直接补水。所以可以避免杨梅品质变差和二次补水所导致的二次污染。
（4）金属冰外壁相对薄的尺寸和高的导热系数可以极大程度地降低杨梅的温度，特别是当杨梅处于高温阶段（该阶段也是真空预冷过程中水分损失较大的阶段）。
（5）金属冰其固体特性可以无限次地循环使用。
（6）上下金属冰组相互错开的摆放的样式可以确保杨梅6个面均有热传递。
附图说明
图1 不同预冷方式对杨梅的降温曲线图。
图2金属冰组堆叠示意图（白色为空格，黑色为金属冰，白色方格可以放置杨梅）。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
本发明所用真空预冷机为KM-50设备，真空预冷机主要有真空箱、冷凝器、真空泵以及操作界面等，其中操作界面可以控制管路阀门开启的大小、真空泵开启及关闭、冷凝器开启及关闭、排水阀的开启及关闭。
本发明所用的压强下降速率系数由公式
确定。其中，P为运行过程中真空预冷机真空箱体内绝地压强，单位为mbar；P i 为当地大气压，单位为mbar；t为真空箱抽气时间，单位是min；Y则为压强下降速率，单位为min-1；以当地大气压1000 mbar降至绝地压强6.5mbar所用时间t来计算压强下降速率Y值。压强下降速率系数Y表示压强下降速率的快慢，压强下降速率系数越大，表示压强下降的速率越快，所用时间也越短。反之，则压强下降的速率越慢，所用时间也越长。例如，如果压强从1000 mbar下降至6.5 mbar所用的时间为8min，则压强下降速率系数为0.629 min-1。而如果压强从1000 mbar下降至6.5 mbar所用的时间为16min，则压强下降速率系数为0.315 min-1。
实施例 1
（1）新鲜采摘后的东魁杨梅立即送入实验室，时间不超过2h。通过对采摘后的杨梅进行预处理，挑选出色泽较深、无异味、样品完整、直径为45mm左右（较大颗杨梅的平均直径）、无出汁、无破损的杨梅出来，每批次实验所选用的杨梅为2kg。
（2）重组后的金属冰先用自来水进行清洗，清洗后放入-18±2℃的冷库中进行处理，2h后取出（中心温度值-2±2℃），在将其放入质量分数为75%的低温酒精中浸泡30s消毒。其中，本实施例金属冰中载冷剂的组成的比例为15%的95%酒精、83%水和2%的海藻酸钠。金属冰的尺寸为50mm。同时，实施例2、3中“金属冰辅助真空预冷”的操作条件与实施例1中“金属冰辅助真空预冷”的操作条件相同。
（3）将杨梅放入预先速冻、消毒和重组后的金属冰空格中，再将重组后的金属冰通过相互错开叠加，然后一并放入真空预冷机的真空箱内，将温度探头插入至杨梅的几何中心，关闭真空预冷机真空箱门，开启真空泵，把真空泵的压强下降速率系数调节为0.5min-1，30 s后启动冷凝器，同时把冷凝温度设定为-2±2℃，开启真空泵，控制电磁阀的大小使得真空箱内的压强最终值不低于6.5 mbar。
（4）通过操作界面观察温度的变化，待杨梅的温度降至4 ℃时，关闭真空泵，开启排气阀，待压强恢复至常压后，取出已冷却好的杨梅，并称重。
同时，分别采用风冷、真空预冷杨梅进行对比，使杨梅的中心温度从32 ℃降至4℃，记录每种方法的预冷时间和预冷结束后的水分损失率，其中真空预冷操作条件和金属冰辅助真空预冷的操作条件相同。风冷采用温度为2±1℃，风速为1±0.5m/s的冷库（4000mm*3000mm*2400mm，2.5kw）进行预冷。预冷后分别保存15d，并在5、10、15d观察杨梅品质的腐败率、外观品质变化等指标。预冷结果见图1和表1、2、3。
从图1中可以看出，不同的预冷方式对杨梅的降温曲线存在着明显差异。金属冰辅助真空预冷获得最快的预冷速率，最后为风冷和真空预冷。不难发现，可以从图1中获得如下结论，其一、杨梅表层突起的富含蜡质层的囊状结构大大降低了真空预冷的效率；其二金属冰辅助如预期结果一样能够获得良好的预冷速率；其三，风冷经历了4h也无法将杨梅的中心温度降至4℃。由此可以得出如下结论，即金属冰辅助真空预冷能够获得最快的预冷速率。
表1 不同预冷方式对杨梅水分损失的结果
从表1可以获知，金属冰辅助真空预冷导致杨梅水分损失为0.11%，而风冷和真空预冷的水分损失分别为2.26%和3.68%（并未完全降至4℃）。不难发现金属冰辅助真空预冷较真空预冷、风冷而言能明显减少了水分损失率。
表2不同预冷方式对杨梅储藏过程中杨梅腐烂率的影响
备注：果实腐烂指数的测定按果实腐烂大小划分为4级，0级：无腐烂；1级：果面有：1～3个小腐烂斑点；2级：腐烂面积占果实面25～50%；3级腐烂面积大于果实面积的50%。
按下式计算腐烂指数：腐烂指数=∑［(腐烂级别×该级果实数)/(总果实数×最高腐烂级别)］×100%。
由表2可以获知，不同预冷方式后采用相同的气调包装（气调包装，O2：CO2：N2=5：3：92），然后一并放入至4±2℃的冷库中，结果表明不同的预冷方式对于杨梅的腐烂率存在着差异，其中金属冰辅助真空预冷能够获得最低的腐烂率，同时也发现真空对于杨梅的保鲜较常压而言效果也明显。
表3为不同预冷方式对杨梅在贮藏过程中的外观品质变化的影响，结果表明金属冰真空预冷在杨梅贮藏期间获得最佳的效果，其次为真空预冷，最后为风冷。单纯撇开降温速率的影响，不难发现杨梅经过真空处理能够明显降低其外观品质，当然，如果这个过程中配合快速的预冷速率则效果会更加理想。
上述结果表明金属冰辅助真空预冷不仅能够获得极快的预冷速率和低的水分损失率，而且还能够获得较理想的保鲜效果，从而大大促进了真空预冷技术在杨梅预冷、保鲜方面的应用。除此之外，该装置还能够实现大批量杨梅同时预冷的需求，为杨梅的保鲜提供了帮助。
实施例2
实施例2与实施例1相似，不同的是金属冰边长的大小，为了形成对比和确定最佳的尺寸大小，我们选择了边长为60mm、65mm的金属冰来做比较，结果如表4所示：随着金属冰的边长的增加杨梅的预冷时间和水分损失率都出现增大现象。上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的金属冰的边长能有效地降低了杨梅水分损失率、预冷时间和外观品质变化。
表4 不同金属冰边长对杨梅水分损失、预冷时间的影响
实施例3
实施例3与实施例1的操作方法相同，不同的是金属冰中的载冷剂，为了形成对比，我们选择了多种比例的载冷剂作为比较，如表5中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ，而本实施例使用的是15%的95%酒精、83%水和2%的海藻酸钠（Ⅲ）。结果如表4所示：载冷剂不同也会导致结果之间存在差异，从表5的数据结果可以推测过高或者过低的海藻酸钠及酒精含量都会导致杨梅预冷过程中参数的变化，本实施例比例范围（Ⅲ）较其他组比例而言能够获得最低的水分损失率和预冷时间。上述5种预冷方式对杨梅腐败率和外观品质变化差异不大。同时，上述结果也表明本专利权利范围所选定的特定的载冷剂比例能有效地降低了杨梅水分损失率、预冷时间。
表5 金属冰中不同载冷剂比例对杨梅水分损失、预冷时间和色差的影响
备注：上图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，其中Ⅰ：载冷剂组成比例(15%的95%酒精、84.5%水和0.5%的海藻酸钠)；Ⅱ：载冷剂组成比例(15%的95%酒精、81%水和4%的海藻酸钠)；Ⅲ：载冷剂组成比例(15%的95%酒精、83%水和2%的海藻酸钠)；Ⅳ：载冷剂组成比例(5%的95%酒精、93%水和2%的海藻酸钠)；Ⅴ：载冷剂组成比例(30%的95%酒精、68%水和2%的海藻酸钠); *：表示制作困难。
从质量安全的角度上不难发现，消毒后的金属冰参与辅助真空预冷与样品仅仅存在着热传导的关系，属于纯物理手段，对样品的卫生和安全不存在任何负面影响。
上述结果表明金属冰辅助真空预冷不仅能够获得极快的预冷速率和低的水分损失，而且还能够获得较理想的保质期，从而大大促进了真空预冷技术在杨梅预冷方面的应用。
Claims (8)
1.一种加快杨梅真空预冷过程中预冷速率的方法，其特征在于：将杨梅均匀地放置于一种经过速冻、重组的金属冰的空格中，然后一并转移至真空预冷机的真空箱中进行真空预冷，开启真空预冷机的冷凝器，降低冷凝器的温度，再开启真空泵，并控制压强下降速率，使杨梅在真空环境下持续冷却，直至达到设定的温度；其中，金属冰由内置载冷剂和不锈钢外壁所组成；内置载冷剂灌入至空心不锈钢槽内部后，上表面再用不锈钢块进行焊接密封；所述的内置载冷剂由海藻酸钠、95%乙醇和水的混合物所组成，其中海藻酸钠的比例为1～3%，95%乙醇的比例为10～20%，水余量；所述的金属冰为正方体，且其边长大小比所需冷却的杨梅直径D大5mm，为D+5 mm；所述的重组金属冰制作方法为金属冰通过特殊的组合，同一平面上四块金属冰各直角边重叠使得其中间腾出一个边长与金属冰边长大小一样的空格，各金属冰边与边重叠处通过焊接组合在一起。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在进行抽真空冷却过程中，压强下降系数控制在0.5min-1～0.6 min-1的范围之内，终压维持在6.5±0.5 mbar。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所有不锈钢外壁均为304不锈钢材质，且壁厚为0.4mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：金属冰载冷剂的制作方法为先将海藻酸钠完全溶解在沸水中，冷却至常温后再添加95%的乙醇，制成特定的载冷剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：金属冰边长大小为50±5mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：组合后的金属冰，上下相互错开叠加从而组成金属冰组，将杨梅放入空格中，保证了杨梅6边都能够接触到金属冰。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该装置需先用自来水清洗干净，然后放入-18±2℃的冷库中预冷2～3h，满足载冷剂温度达到-2±2℃，然后用75%的酒精消毒1min，再用4±1℃自来水冲洗2 min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：杨梅真空预冷结束后，金属冰组可以回收，再经过冷处理后又循环利用。
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Patent Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| JPH03125880A (ja) * | 1989-10-06 | 1991-05-29 | Isao Namiki | メタルアイス |
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| Title |
|---|
| 抗冻保护剂在冷冻面食中的应用;孙玥等;《粮食加工》;20181001;第43卷(第5期);第19页的正文第1段和第21页第2.2节 * |
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