蔬菜真空預(yù)冷中降低失水率的方法研究

(上海理工大學(xué)低溫生物與食品冷凍研究所 上海 200093)

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的沸點(diǎn)是100℃，蒸發(fā)潛熱為2256kJ/kg，當(dāng)壓力降低到610Pa時(shí)，水的沸點(diǎn)為0℃，蒸發(fā)潛熱為2500kJ/kg。由此可見，水的沸點(diǎn)溫度隨壓力的降低而降低，而蒸發(fā)掉單位質(zhì)量的水帶走的熱量反而增加。真空預(yù)冷是指真空處理室內(nèi)食品表面的水分在低壓條件下迅速蒸發(fā)，水的蒸發(fā)需要熱源提供，在沒有外界熱源提供熱量時(shí)，蒸發(fā)所需的熱量只能來自食品自身，食品溫度降低，從而產(chǎn)生制冷效果[1－2]。由于溫度降低通過水分蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)，因此真空預(yù)冷中蔬菜失水問題不可避免。葉菜類蔬菜由于比表面積大，組織柔軟，表面游離水分多、容易蒸發(fā)，因此在實(shí)驗(yàn)過程中失水比較嚴(yán)重。而組織致密類蔬菜其含水量不高，干物質(zhì)含量較高，外葉附有臘粉，在冷卻過程中失水率次于葉菜類蔬菜。根類蔬菜由于存在表皮保護(hù)，水分不易蒸發(fā)且比表面積小等特點(diǎn)真空預(yù)冷過程中溫度降低最小，失水也最少。宋曉燕[3]研究了不同預(yù)冷終壓下青菜表面溫度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)大葉脈和小葉脈在達(dá)到預(yù)冷終溫之前一直處于降溫狀態(tài)，而葉邊因?yàn)楣┧蛔愣崆敖Y(jié)束降溫，得出終壓在700～800Pa比較合適的結(jié)論。韓志等[4]對(duì)卷心菜不同真空度下的真空冷卻實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)700～900Pa自動(dòng)補(bǔ)氣閥工作壓力下，卷心菜冷卻效果最好。目前的研究[5－7]表明預(yù)冷前在果蔬的根、莖、葉等部位噴灑部分水可以明顯降低果蔬預(yù)冷過程中的水分散失[8]。由此可見，預(yù)冷前進(jìn)行噴水預(yù)處理是解決蔬菜真空預(yù)冷關(guān)鍵問題的一個(gè)有效方法，但通過包覆吸水膜對(duì)蔬菜進(jìn)行預(yù)冷研究較少見。選取生菜、卷心菜和胡蘿卜為研究對(duì)象，分別對(duì)其進(jìn)行直接真空預(yù)冷、噴水真空預(yù)冷和表面包覆吸水膜真空預(yù)冷實(shí)驗(yàn)，研究了降溫效果和失水率的變化。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與裝置

供試材料均比較新鮮，生菜和卷心菜購(gòu)自農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，胡蘿卜采自上海市南匯區(qū)。挑選外表無明顯外傷和病蟲害的生菜、卷心菜和胡蘿卜作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。

課題所用的實(shí)驗(yàn)裝置是上海理工大學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，從上海錦立新能源科技有限公司購(gòu)得的VCE-15型真空預(yù)冷機(jī)，真空箱有效容積為0.15m3，設(shè)計(jì)緊湊，易于操作，能很好的達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。采集系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)記錄真空室內(nèi)的壓力、果蔬的溫度、重量等數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)的吸水膜材料是雙層脫脂棉紗，由浙江紹興某廠生產(chǎn)，吸水性極強(qiáng)，透氣性極好。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

果蔬真空預(yù)冷過程中，隨著壓力的降低，果蔬表面的水分率先蒸發(fā)，吸收潛熱使表皮溫度迅速降低，表面溫度與內(nèi)部溫度之間存在溫度差，產(chǎn)生傳熱作用使內(nèi)部溫度降低，同時(shí)內(nèi)部也有少部分的自由水蒸發(fā)通過細(xì)胞之間的多孔結(jié)構(gòu)向外擴(kuò)散，也使內(nèi)部溫度降低。實(shí)驗(yàn)采用穩(wěn)定性和線性響應(yīng)效果都較好的銅-康銅T型熱電偶測(cè)量溫度，溫度測(cè)點(diǎn)布置在距離表皮3mm處，熱電偶連接到西門子PLC采集模塊，經(jīng)通訊模塊傳至計(jì)算機(jī)中保存。吸水膜通過噴槍均勻噴濕，緊密覆裹在實(shí)驗(yàn)對(duì)象(生菜、卷心菜、胡蘿卜)上;同時(shí)對(duì)噴水預(yù)冷和直接預(yù)冷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)三種結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。方法如下:

將每種實(shí)驗(yàn)對(duì)象等分成三組，生菜每組重量0.3kg，卷心菜和胡蘿卜每組重量1kg。第1組是不經(jīng)預(yù)處理的空白對(duì)照組(CK)，直接放入真空預(yù)冷機(jī)預(yù)冷;第2組采用噴水預(yù)處理，噴水量為蔬菜重量的4%，噴水后再進(jìn)行真空預(yù)冷;第3組將棉紗剪裁成面積大小剛好完全覆蓋住實(shí)驗(yàn)對(duì)象表面，采用噴槍將蔬菜重量4%的水均勻噴灑在吸水膜上，吸水膜包裹好蔬菜后用別針將接合處別好，以保證菜被完全緊密覆蓋住及實(shí)驗(yàn)過程中吸水膜能較好的和菜表面接觸。

實(shí)驗(yàn)過程控制預(yù)冷終壓范圍為660～700Pa，蔬菜溫度和重量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄和存儲(chǔ)。失水率按照公式(1)進(jìn)行計(jì)算。

式中:G0為樣品預(yù)冷前起始重量，單位kg;G為樣品預(yù)冷后實(shí)測(cè)重量，單位kg。

2 結(jié)果與討論

2.1 降溫速率的結(jié)果分析

三種實(shí)驗(yàn)對(duì)象在不同處理方式下的降溫曲線如圖1～圖3所示。從圖中可以看出，生菜在噴水和吸水膜包覆處理方式下降溫速度都比較快，相差不多，直接預(yù)冷效果比較差。相同重量的生菜在噴水和吸水膜包覆處理方式下從初溫25℃附近降低到5℃需要9min，而直接預(yù)冷的方式，生菜溫度降至5℃卻需要16min，因此采用噴水和吸水膜包覆預(yù)處理后可使預(yù)冷時(shí)間縮短43%;卷心菜從初溫為27℃附近降低到5℃左右，吸水膜包覆的方式所需的時(shí)間僅需12min，噴水預(yù)冷需要20min，直接預(yù)冷降低到6.5℃則需要23min。吸水膜包覆預(yù)冷時(shí)間比噴水預(yù)冷和直接預(yù)冷分別縮短了40%和48%;胡蘿卜從初溫為24℃附近降低到8℃左右，吸水膜包覆的方式所需的時(shí)間僅需25min，噴水預(yù)冷需要29min，直接預(yù)冷溫度降到8.7℃則需要40min。吸水膜包覆預(yù)冷時(shí)間比噴水預(yù)冷和直接預(yù)冷分別縮短了13.8%和37.5%，降溫速率大大提高。

從三種蔬菜的降溫效果可以看出，直接預(yù)冷的降溫效果最差，需要的時(shí)間最長(zhǎng);采用噴水預(yù)處理效果次之;吸水膜包覆效果最好。由于生菜是葉菜類蔬菜，比表面積比較大，噴水可以較均勻的附著在表面上，因此噴水處理和吸水膜包覆效果相差不大。而卷心菜屬于組織致密類蔬菜，胡蘿卜屬于根莖類蔬菜，采用噴水處理時(shí)，水分較難附著在表面上，往往會(huì)滑落，因此降溫效果不是很好，而采用吸水膜包覆則可以緊密貼合在果蔬表面，相當(dāng)于增加了果蔬表面自由水分含量，使水分蒸發(fā)速度加大，從而提高了降溫速率，使預(yù)冷時(shí)間大大縮短。

圖1 不同處理方式生菜真空預(yù)冷的降溫曲線Fig.1 Temperature curves of iceberg vegetable during vacuum pre-cooling with different pre-wetting methods

圖2 不同處理方式卷心菜真空預(yù)冷的降溫曲線Fig.2 Temperature curves of cabbage during vacuum pre-cooling with different pre-wetting methods

圖3 不同處理方式胡蘿卜真空預(yù)冷的降溫曲線Fig.3 Temperature curves of carrot during vacuum pre-cooling with different pre-wetting methods

2.2 失水率的實(shí)驗(yàn)分析

失水率是指實(shí)驗(yàn)結(jié)束后蔬菜重量比實(shí)驗(yàn)前減少的量占實(shí)驗(yàn)前蔬菜重量的百分比。不同處理方式下生菜、卷心菜和胡蘿卜真空預(yù)冷的失水率變化圖4～圖6所示。

從圖4～圖6可以看出，直接進(jìn)行真空預(yù)冷的蔬菜失水最嚴(yán)重，生菜、卷心菜、胡蘿卜的失水率分別達(dá)到4.85%、4.59%和3.5%;噴水處理對(duì)防止失水有一定的作用，但作用較小;吸水膜包覆處理可有效防止預(yù)冷過程中的失水問題，失水率大大降低，生菜、卷心菜、胡蘿卜的失水率分別比直接預(yù)冷降低76.3%、76.7%和91%。

圖4 不同處理方式生菜真空預(yù)冷的失水率Fig.4 Changes in water loss of iceberg lettuce during vacuum pre-cooling with different pre-wetting methods

圖5 不同處理方式卷心菜真空預(yù)冷的失水率Fig.5 Changes in water loss of cabbage during vacuum pre-cooling with different pre-wetting methods

圖6 不同處理方式胡蘿卜真空預(yù)冷的失水率Fig.6 Changes in water loss of carrot during vacuum pre-cooling with different pre-wetting methods

對(duì)于直接預(yù)冷，由于蒸發(fā)的水分全部來自蔬菜本身，因此蔬菜失水較嚴(yán)重;而噴水處理由于能較好地附著在表面上的水分較少，很大一部分蒸發(fā)的水分需要來自蔬菜本身，因此對(duì)降低失水率效果不是很明顯;而采用吸水膜包覆處理時(shí)，蒸發(fā)的水分大部分來自于水膜上的水，從而使需要從蔬菜本身蒸發(fā)的水分大大降低，故果蔬菜自身失水較少。從三種蔬菜直接真空預(yù)冷和吸水膜包覆真空預(yù)冷失水率的各自對(duì)比可以看出，兩種方式下胡蘿卜的失水率相差較大，卷心菜次之，生菜的最小。原因是生菜葉子空隙較大，包裹之后內(nèi)部溫度降低很大程度上靠水分蒸發(fā)，導(dǎo)熱占較小比重;而卷心菜內(nèi)部孔隙相對(duì)于生菜小，內(nèi)部水分蒸發(fā)占的比重稍低，所以失水率變化稍大;而胡蘿卜內(nèi)部組織致密，內(nèi)部溫度降低主要靠導(dǎo)熱，水分蒸發(fā)主要發(fā)生在表面，失水率變化最大。

3 結(jié)論

通過對(duì)葉菜類、組織致密類和根果類蔬菜進(jìn)行直接真空預(yù)冷、噴水預(yù)冷和吸水膜包覆三種不同預(yù)處理方式下的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)直接預(yù)冷的降溫速率最慢，失水率最大;噴水降溫速率次之，失水率次之;而吸水膜包覆真空預(yù)冷，可以顯著提高降溫速率，降低失水率。吸水膜包覆真空預(yù)冷在根類蔬菜上的應(yīng)用尤見其效，可以使該方法進(jìn)一步推廣應(yīng)用至根果類蔬菜。

本文受上海市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(S30503)資助。(The project was supported by the key project of Shanghai city(No.S30503).)

[1] McDonald K，Sun D W.The formation of pores and their effects in a cooked beef product on the efficiency of vacuum cooling[J].Journal of Food Engineering，2001，47(3):175-183.

[2] Haas E，Gur G.Factors affecting the cooling rate of lettuce in vacuum cooling installation[J].International Journal of Refrigeration，1987，10(2):82-86.

[3] 宋曉燕，劉寶林.真空冷卻中的上海青表面溫度變化規(guī)律[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(1):266-269.(Song Xiaoyan，Liu Baolin.Temperature variation on Shanghaiqing surface during vacuum cooling process[J].Transactions of the CSAE，2012，28(1):266-269.)

[4] 韓志，謝晶，潘迎捷，等.在不同真空度下的卷心菜真空冷卻實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究[J].真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，26(2):142-145.(Han Zhi，Xie Jing，Pan Yingjie，et al.Vacuum cooling of cabbage in different low temperatures[J].Chinese Journal of vacuum science and technology，2007，26(2):142-145.)

[5] Hayakawa A，Kawano S，Iwamoto M，et al.Vacuum cooling characteristics of fruit vegetables and root vegetables[J].Report of the National Food Research Ins.，1983，43:109-115.

[6] Sun Da Wen，T Brosnan.Extension of vase life of cut daffodil flowers by rapid vacuum cooling [J].Refrigeration，1999，22(6):472-478.

[7] 馮圣洪，張國(guó)強(qiáng)，陳在康，等.果蔬真空預(yù)冷技術(shù)及其應(yīng)用分析[J].食品科技，2001(6):21-22.(Feng Shenghong，Zhang Guoqiang，Chen Zaikang，et al.Analyzing the Vacuum Pre-cooling Technique and Its Application to Fruits and Vegetables.[J].Food science and technology，2001(6):21-22.)

[8] 陶菲，張慜，余漢青，等.不同真空預(yù)冷終溫對(duì)雙孢蘑菇保鮮的影響[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)，2005，24(3):39-44.(Tao Fei，Zhang Min，Yu Hanqing，et al.Effect of different temperature on vacuum cooled agaricus bisporus.[J].Journal of food science and biotechnology，2005，24(3):39-44.)