CN109393010B - 一种辅助杨梅真空预冷的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于杨梅保鲜设备设计领域，涉及一种用于辅助杨梅真空预冷的装置。该辅助装置的设计内容包括以下几个方面：其一，该装置主体框架为不锈钢所组成的空心长方体；空心长方体上下平面内嵌均匀分布的半球形槽，且半球形槽的平面与空心长方体上或下平面齐平。半球形槽彼此均匀地分布在空心长方体的上下平面，且在上下平面上彼此间距为半球形槽直径的一半。待半球形槽全部均匀内嵌至空心长方体上下平面后，其内部空隙(空心长方体去除内嵌的半球形槽)填充载冷剂。通过对采摘后的杨梅进行辅助真空预冷，用于获得快速的预冷速率、低的水分损失和高的品质要求，同时还实现大批量杨梅的预冷保鲜。

Description

一种辅助杨梅真空预冷的装置

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种辅助杨梅真空预冷的装置。

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。 如何改善真空预冷条件下杨梅温度下降速率慢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降低杨梅的温度，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，提供一种辅助杨梅真空预冷的装置，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；同时还减少了杨梅在预冷过程中的水分损 失，使水分损失控制在1％以内，效益显著，且还能够获得较为理想的保质期，最后，该装置 还能够实现大批量杨梅同时预冷的需求，且操作极其方便、卫生。

技术方案

该装置由空心体基板、容置腔以及载冷剂所组成，容置腔内嵌至空心体基板中与空心体基 板除去容置腔的其他部分形成密封的中空区域，中空区域内填充载冷剂，该装置经低温处理 后内置于真空预冷系统中的真空箱中并与真空预冷系统协同完成采摘后的杨梅的预冷。

进一步地，容置腔均匀、对称地通过空心体基板的上、下平面内嵌入空心体基板中，与 空心体基板衔接处进行密封处理，除去容置腔的其他部分形成所述的密封的中空区域。

进一步地，多个所述的装置可以形成上下相互重叠的辅助装置组，可以用于工业化生产。

进一步地，容置腔、空心体基板所用材料均为304不锈钢，且厚度均为4mm。

进一步地，空心体基板为空心长方体或空心圆柱体，优选地，空心体基板为空心长方体； 容置腔为半球形槽或长方体槽，优选地容置腔为空心半球形槽。

进一步地，空心长方体，其高度为75±7.5mm。

进一步地，半球形槽对称的在空心长方体长度和宽度组成的平面上均匀分布。

进一步地，半球形槽直径d为50±5mm。

进一步地，对称内嵌在空心长方体上下平面的半球形槽底部顶点在空心长方体高度方向 上彼此之间的距离为半球形槽直径d的0.5倍，即25±2.5mm。

进一步地，相邻内嵌在空心长方体上下平面的半球形槽底部顶点在空心长方体长或者宽 的方向上彼此之间的距离为半球形槽直径d的1.5倍，即75±7.5mm。

本发明所述的一种辅助杨梅真空预冷的装置，包括：将采摘后的杨梅放入至一种经过低 温、消毒处理后的辅助装置组中，然后一并转移至真空预冷机中进行真空预冷，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。

本发明利用该装置预冷刚采摘后的杨梅，低温处理后的装置不仅具有保湿和低温特性， 同时又不会阻碍杨梅本身的孔隙率(该装置所含有的特殊半球形槽结构不会对孔隙率产生影 响)，所以不仅可以大大降低杨梅预冷所需的时间，同时又减少其在预冷过程中的水分损失。

本发明的技术效果在于：

1)低温和消毒处理后的该装置辅助杨梅预冷，可以快速地降低杨梅表面的温度。

2)真空预冷时，经过低温处理后的该装置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(半球形槽独特的结构)，而且可以辅助真空预冷加快降温速率(不锈钢 金属界面能够与杨梅进行热传导)。该装置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全预冷整个降温段的降温(从32℃到4℃)，从而有助于减少水 分损失(真空预冷降温与水分损失存在正相关)，较好地保持了杨梅的品质。通过特定装置 参数的选择，获得了最优的杨梅真空预冷效果。

3)该辅助装置组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。 所以可以避免二次补水所导致杨梅品质变差和“二次污染”情况。

4)该辅助装置组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 别是当杨梅处于较高温阶段(该阶段也是真空预冷过程中水分损失较大的阶段)。

5)独特的上下平面内嵌半球形结构有利于对杨梅进行预冷。

6)洁净卫生，操作方便。同时，可以推广实现产业化发展。

7)能够充分利用晚上电费便宜特点，晚上预先冷却好该装置。

附图说明

图1真空预冷与辅助装置示意图；

图2辅助杨梅真空预冷辅助装置三视图(容置腔16为半球形槽)；

图3辅助杨梅真空预冷辅助装置三视图(容置腔16为长方体槽)；

图4辅助杨梅真空预冷辅助装置组三视图。

1、真空预冷箱；2.真空泵；3.气动阀；4.制冷机组；5.低温循环泵；6.排气阀；7.辅助装置组；8.重 量传感器；9.压力传感器；10.温度传感器；11.辅助装置；12.排水阀；13.冷凝器；14.数据处理器； 15.电脑；16.容置腔；17.空心体基板；18.内置载冷剂。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

本发明所用的压强下降速率系数由公式P＝P_ie^-Yt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1000mbar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1000mbar下降至6.5mbar所用的时间为8min， 则压强下降速率系数为0.629min^-1。而如果压强从1000mbar下降至6.5mbar所用的时间为 16min，则压强下降速率系数为0.315min^-1。

实施例1

本发明所涉及的辅助装置组7与真空预冷组合一并使用于杨梅的预冷。其中，真空预冷 机包括冷凝系统，真空系统，数据收集系统，和数据处理及操作系统组成，依次相连，包括 制冷机组4、冷凝器13、低温液循环泵5、真空箱1、真空泵2、气动阀3、排气阀6、排水 阀12、重量传感器8、压力传感器9和温度传感器10、数据处理器14和电脑15；冷凝系统 由制冷机组4、低温液循环泵5和冷凝器13组成；真空系统由真空箱1和真空泵2组成；数 据收集系统由重量传感器8、压力传感器9和温度传感器10组成；数据处理及操作系统由数 据处理器14和电脑15组成。辅助装置组7由辅助装置11堆叠而组成，所述辅助装置11由 空心体基板17、容置腔16和内置载冷剂18所组成，辅助装置组7低温处理后(具备足够的 载冷量)内置于真空预冷中的真空箱1中并与真空预冷机协同完成采摘后杨梅的预冷。当空 心体基板17和容置腔16分别为空心体基板和半球形槽时，具体实施情况如下：

首先，先将辅助装置组7用自来水清洗干净，然后放入-18℃冷库中预冷2-3h，再用75％ 的低温酒精消毒处理，处理后再用低温自来水清洗待用；

其次，将采摘后的新鲜杨梅快速地放入至预处理好的辅助单元装置11的半球形槽上，采 用一次叠加的方式至所有半球形槽填满为止。待上述操作完成后一并转移至真空预冷箱中进 行真空预冷。

最后，将真空箱门关闭，通过调节气动阀3的大小来控制压强下降速率，再开启制冷机 组4和低温液循环泵5，使得冷凝器13的温度控制在-2±2℃的范围，最后开启真空泵2，同 时需要控制最终的压强不低于650Pa，最后再通过数据处理系统来获得杨梅降温过程中的压 强和温度下降曲线，待杨梅的温度降至4℃时，关闭真空泵2、制冷机组4和低温液循环泵5， 同时打开排气阀6和排水阀12，恢复至常压后，取出辅助装置组7，将预冷结束后的杨梅取 出以检测其相关指标。辅助装置组7再通过上述步骤可以实现循环利用。

为了更好地表达权利要求中部分参数的范围对杨梅品质和过程参数的影响，具体实施例 (即表中“设计装置辅助真空预冷”)，半球形槽的直径为50mm、相邻半球形槽底部顶点在 空心长方体长度或者宽度方向上彼此之间的相隔距离为75mm、对称半球形槽底部顶点在空 心长方体高度方向上彼此之间的相隔距离为25mm、空心长方体17高度为75mm、长度和宽 度为1000mm，杨梅直径为45±2mm。

实施例2

(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45±2mm、无出汁、无破损的杨梅出来。

(2)预冷前，该装置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，再将其放入质量分数为75％的低温酒精中浸泡30s消毒，在用4±1℃的自来水冲洗 2min。

(3)将采摘后的杨梅逐个地放入空心长方体上面的半球形槽中，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^-1，30s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6.5mbar。

(4)实施例2、3、4、5中“设计装置辅助真空预冷”的操作条件与实施例1中“设计装置 辅助真空预冷”相同。

(5)该型号设备一次性可以放入12层空心长方体，每次可以预冷2028个。

(6)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设计装置辅助 真空预冷操作的条件相同。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、外观品质等指标。

比较实施例所采用的设计装置辅助真空预冷方法与风冷、真空预冷对杨梅的预冷效果， 结果见表1、2、3。设计装置辅助真空预冷中装置本身参数的优化比较结果如表4、5、6所 示。

从表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。设计装置辅助 真空预冷获得最快的预冷，其次为风冷，最后为真空预冷。不难发现，可以从表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；其二设 计装置辅助真空预冷获得了极佳的预冷效果；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，即设计装置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

指标	风冷	真空预冷	设计装置辅助真空预冷
				水分损失率(％)	2.03±0.15	3.44±0.56	0.18±0.06
预冷时间(min)	240.5±5.5*	/	26.5±4.5

备注：/表示时间无法估计；*表示最终温度为6.1℃。

从表1还可以获知，设计装置辅助真空预冷导致杨梅水分损失为0.18％，而风冷和真空 预冷的水分损失分别为2.03％和3.44％(并未完全降至4℃)。不难发现设计装置辅助真空预 冷较真空预冷、风冷而言能明显弥补水分损失。

表2不同预冷方式对杨梅储藏过程中腐烂率的影响

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)，然后一并放入至冷库(温度为4±1℃)中，结果表明不同的预冷方式对于杨梅的腐烂 率操作存在着差异，其中设计装置辅助真空预冷能够获得最低的腐烂率，同时也发现真空处 理对于杨梅的保鲜较未经过真空处理的杨梅而言有更明显的效果。

表3不同预冷方式对杨梅储藏过程中的外观品质变化的影响

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，结果表明设计装置辅 助真空预冷获得最佳的效果，其次为真空预冷，再其次为风冷。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改善其外观品质，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。

上述结果表明设计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3

实施例3和实施例1操作方法一样，不同的是装置不一样，实施例3所选用的装置与实 施例1中的装置不同在于半球形槽在空心长方体平面上彼此的间距，实施例3中所选用的分 别是间距10mm和40mm，其他参数包括半球形槽直径、空心长方体高度均相同，预冷后所 获得的结果如下：

表4不同装置辅助真空预冷方式对杨梅预冷过程中参数的影响

表4是不同装置辅助真空预冷方式对杨梅预冷过程的影响，结果表明空心长方体上嵌入 半球形槽的数量过多或者过少(不在本专利权利要求范围之内)都对杨梅的预冷过程中参数 都有一定的影响。松散的分布(间距大)能够获得更理想的预冷效果，但相对于本实施例 (25mm)而言效果优势并不明显，相反过于疏松的布置会降低生产效率(半球形槽数量减少)。 如果间距过小，冷却效果就会下降，同时也不方便制作。其他指标如腐败率和外观品质变化 方面，三种预冷方式差异则不大。上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的半球形槽在 空心长方体的间距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。

实施例4

实施例4和实施例1操作方法一样，不同的是装置不一样，实施例4所选用的装置与实 施例1中的装置不同在于半球形槽直径大小的选择，实施例4中所选用的半球形槽直径分别 为60mm和65mm，所述的杨梅为东魁杨梅，间距均为25mm，空心长方体高度均为75mm，其他操作条件也相同，预冷后所获得的结果如下：

表5不同装置辅助真空预冷方式对杨梅品质和过程参数的影响

表5选用了不同孔径的半球形槽来辅助杨梅进行真空预冷，结果表明过大的孔径会明显 导致水分损失率加大和预冷时间的延长，从保鲜的角度上是不利的。从腐败率参数来看，三 者差异不明显，都在11.8％左右(15d)；然而在外观品质上，本实施例所述的装置(50mm) 辅助效果要好于其他两种装置辅助真空预冷(60mm、65mm)，主要差别在于汁液流失量。

实施例5

实施例5的操作方法与实施例1的操作方法相同，不同的是空心长方体的高度大小，为 了验证本专利权利范围要求内所设定参数的合理性，本实施例选用了如下几种对比(对比1、 2)来比较其对杨梅预冷过程中参数的影响(其他参数，半球形槽的直径均为50mm，彼此在 空心长方体平面上的间距也均为25mm)，其结果如下：

表6不同装置(空心长方体17高度)辅助真空预冷方式对杨梅过程参数的影响

从表6中可以看出，针对45mm左右高度的杨梅进行设计装置辅助真空预冷，结果表明 不同的空心长方体高度对杨梅的真空预冷过程中水分损失率和预冷时间有一定的影响。增加 空心长方体的高度能够有效地降低杨梅在真空预冷过程中的水分损失率和预冷时间，然而当 高度达到75mm时，其效果已经和90mm高度的相似，相反，空心长方体高度过高会相应地 增加成本。然而，当空心长方体的高度过低(60mm)时，导致了水分损失和预冷时间明显偏 大的现象。从腐败率和外观来看，三者差异不明显。上述结果表明本专利权利范围所选定的 特定的空心长方体的高度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。

当然，从质量安全的角度上不难发现，消毒、低温处理后的设计装置参与辅助真空预冷 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。

上述结果表明低温装置辅助真空预冷不仅能够获得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，同时该 装置操作方便，可以实现大批量杨梅同时进行真空预冷。

Claims (8)

1.一种用于辅助杨梅真空预冷的装置，其特征在于：该辅助装置（11）由空心体基板（17）、容置腔（16）以及载冷剂（18）所组成，容置腔（16）内嵌至空心体基板（17）中，与空心体基板（17）中除去容置腔（16）的其他部分形成密封的中空区域，中空区域内填充载冷剂（18），该装置经低温处理后内置于真空预冷系统中的真空箱（1）中并与真空预冷系统协同完成采摘后的杨梅的预冷；其中，容置腔（16）均匀、对称地通过空心体基板（17）的上、下平面内嵌入空心体基板（17）中，与空心体基板（17）衔接处进行密封处理，与空心体基板（17）中除去容置腔（16）的其他部分形成所述的密封的中空区域；空心体基板(17)为空心长方体或空心圆柱体，容置腔（16）为半球形槽或长方体槽；其中，空心长方体，其高度为75±7.5mm；半球形槽直径d为50±5 mm。

2.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于：容置腔（16）、空心体基板（17）所用材料均为304不锈钢，且厚度均为4mm。

3.根据权利要求2所述的辅助装置，其特征在于：空心体基板(17)为空心长方体。

4.根据权利要求2所述的辅助装置，其特征在于：容置腔（16）为空心半球形槽。

5.根据权利要求1或4所述的辅助装置，其特征在于：半球形槽对称的在空心长方体长度和宽度组成的平面上均匀分布。

6.根据权利要求5所述的辅助装置，其特征在于：对称内嵌在空心长方体上下平面的半球形槽底部顶点在空心长方体高度方向上彼此之间的距离为半球形槽直径d的0.5倍，即25±2.5 mm。

7.根据权利要求6所述的辅助装置，其特征在于：相邻内嵌在空心长方体上下平面的半球形槽底部顶点在空心长方体长或者宽的方向上彼此之间的距离为半球形槽直径d的1.5倍，即75±7.5 mm。

8.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于：多个所述的辅助装置（11）可以形成上下相互重叠的辅助装置组（7），用于工业化生产。

Images