宋曉燕，劉寶林*

（上海理工大學(xué)低溫生物與食品冷凍研究所，上海 200093)

食品真空冷卻技術(shù)研究進(jìn)展

宋曉燕，劉寶林*

（上海理工大學(xué)低溫生物與食品冷凍研究所，上海 200093)

真空冷卻是一種快速、清潔的食品冷卻技術(shù)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于蔬菜、水果、焙烤食品、黏性食品、海鮮、小塊熟肉以及切花的冷處理。然而，與傳統(tǒng)的冷卻方式（例如風(fēng)冷和水冷等）相比，真空冷卻卻有失重率大和初投資大等缺點(diǎn)。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們對(duì)食品的質(zhì)量安全要求越來(lái)越高。真空冷卻技術(shù)作為最具潛力的高溫食品快速冷卻技術(shù)之一，在食品安全方面扮演的角色越來(lái)越重要。為促進(jìn)真空冷技術(shù)的進(jìn)一步研究，本文綜述了國(guó)內(nèi)外近些年來(lái)的部分研究成果。

食品科學(xué)；預(yù)冷技術(shù)；真空冷卻；傳熱傳質(zhì)；失水率

溫度是影響食品質(zhì)量安全最重要的參數(shù)之一。例如，在41～46℃之間，肉類產(chǎn)品中的病原性產(chǎn)芽孢厭氧菌微生物會(huì)快速繁并產(chǎn)生毒素[1]。而果蔬等新鮮農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，在它們采摘的時(shí)候品質(zhì)就開(kāi)始衰敗，只有及時(shí)采取降溫措施才能得到緩解。為了盡快將食品冷卻到安全的溫度范圍內(nèi)，美國(guó)、英國(guó)和愛(ài)爾蘭等國(guó)均對(duì)食品的冷卻時(shí)間提出了嚴(yán)格的規(guī)定。尤其是對(duì)于西方國(guó)家的主要飲食之一——熟肉的冷卻提出了特殊的規(guī)定。例如，美國(guó)農(nóng)業(yè)部（United States Department of Agriculture，USDA）建議將未腌制的熟肉從54.4℃冷卻到4℃的最長(zhǎng)時(shí)間為300min[2]。而對(duì)于大塊的熟肉，使用風(fēng)冷、冷庫(kù)降溫以及水冷等傳統(tǒng)方法根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此，尋找新型冷卻技術(shù)成為了關(guān)鍵。

真空冷卻是一種新型的快速冷卻方法，它主要是依靠蒸發(fā)水分來(lái)獲取冷量。真空冷卻中的食品不僅溫度分布均勻，而且降溫很快。之前的研究表明，真空冷卻不僅僅適用于生菜、蘑菇、卷心菜、菠菜等蔬菜，也適用于切花、烘焙食品、米飯、小塊熟肉、水產(chǎn)品。后來(lái)，茶葉蛋、豆腐、草莓、水果切片、面制品、水煮湯圓等生產(chǎn)商也都嘗試著將真空冷卻技術(shù)作為冷卻替代技術(shù)之一[3-7]。然而，真空冷卻帶來(lái)的質(zhì)量損失等問(wèn)題卻一直不能被商業(yè)上接受，大大阻礙了這項(xiàng)技術(shù)的全面推廣。

隨著食品行業(yè)生產(chǎn)力的快速提高以及高質(zhì)量食品需求的急速增加，許多科學(xué)家和相關(guān)專業(yè)人員都希望盡快找到一種失重小、降溫更快且食品品質(zhì)更高的新型真空冷卻工藝。為此，本文綜述了國(guó)內(nèi)外近些年來(lái)在真空冷卻方面的部分研究成果，并對(duì)今后的發(fā)展提出一些見(jiàn)解。

1 真空冷卻原理與設(shè)備

1.1 真空冷卻的原理

真空冷卻是通過(guò)制造低壓環(huán)境強(qiáng)迫水分從食品表面和內(nèi)部快速蒸發(fā)以獲取冷量的一種快速制冷技術(shù)[8]。標(biāo)準(zhǔn)的真空冷卻過(guò)程為：1）把食品放進(jìn)真空室，關(guān)上真空門并開(kāi)啟真空泵；2）當(dāng)壓力達(dá)到與食品初始溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí)（“閃點(diǎn)”），水分開(kāi)始快速蒸發(fā)，并吸收大量熱量使得食品迅速被冷卻?！伴W點(diǎn)”之前的制冷量很小，通常被忽略；3）當(dāng)真空室壓力降到終壓并維持一段時(shí)間之后，食品的最高溫部分達(dá)到目標(biāo)溫度，真空冷卻過(guò)程結(jié)束。

1.2 真空冷卻設(shè)備

真空冷卻設(shè)備的核心部件是真空室和真空泵。由于水分蒸發(fā)時(shí)的比體積會(huì)劇增，還須配備水汽凝結(jié)器將水蒸氣從真空室及時(shí)除去。必要時(shí)，也會(huì)在真空室上安裝噴水裝置和滲氣裝置。對(duì)于魚(yú)香肉絲等熟食快餐的快速冷卻，必須安裝油過(guò)濾裝置和易更換的快速清洗裝置，必要時(shí)可以考慮安裝紫外線殺菌裝置。

2 真空冷卻優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 真空冷卻的優(yōu)點(diǎn)

真空冷卻的最大優(yōu)點(diǎn)是降溫速度極快。例如，將6kg的火腿從70℃降到4℃只需要2h，而風(fēng)冷卻要9.4h。因此，它給食品加工行業(yè)帶來(lái)很多好處，例如縮短食品的滯留時(shí)間、增加生產(chǎn)能力、節(jié)能、減小冷卻設(shè)備的占地面積以及提高衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)等。真空冷卻的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是降溫均勻，即便是一堆食品在一起真空冷卻，任何部位的降溫速率都基本相同。這對(duì)食品加工也有好處。例如，真空冷卻后的面包要比其他方法冷卻過(guò)的面包的結(jié)構(gòu)好，收縮和塌陷現(xiàn)象明顯減少。因?yàn)檎婵绽鋮s過(guò)程中食品不受強(qiáng)空氣流的沖擊，無(wú)論怎么放置都不會(huì)影響食品的冷卻效果，所以減小了很多勞動(dòng)量，同時(shí)也避免了很多不必要的機(jī)械損傷。

盡管真空冷卻的初投資比較大，但是用電能效比較低。Thompson等[9]比較了真空冷卻、水冷、風(fēng)冷以及噴水后真空冷卻的用電能效比（冷卻負(fù)荷與用電量之比）。結(jié)果是真空冷卻最好（為1.8），其次是水冷（1.4），接著是噴水后真空冷卻（1.1），最后是風(fēng)冷（0.4）。

2.2 真空冷卻的缺點(diǎn)

高失重率一直是制約真空冷卻技術(shù)推廣的最主要因素之一。將蔬菜從25 ℃降到4 ℃的失重大約3%，而將剛加工好的熟肉從75 ℃冷卻到4 ℃則會(huì)失重10%左右。此外，真空冷卻設(shè)備的初投資較大，對(duì)于小型的加工作坊是一筆不小的開(kāi)資。因此，國(guó)外有專門的機(jī)構(gòu)租賃真空冷卻機(jī)或者幾個(gè)加工作坊共用一套設(shè)備，以降低生產(chǎn)成本。

真空冷卻食品獲得的溫度均勻性僅僅是相對(duì)于傳統(tǒng)方法而言，并非絕對(duì)均勻。例如，真空冷卻葉類蔬菜和切花時(shí)，單支蔬菜或者切花的表面溫度分布是不均勻的，而且呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律，如果操作不當(dāng)，會(huì)使得葉子局部枯萎嚴(yán)重，甚至凍傷，嚴(yán)重影響銷售時(shí)的品相[10-11]。對(duì)于面包，如果真空冷卻時(shí)因操作上的不慎而造成面包殼和面包心的溫差多大，會(huì)導(dǎo)致水分在真空冷卻結(jié)束的時(shí)候聚集在外殼或者包裝材料上，縮短面包殼的壽命。如果對(duì)熟肉不加措施直接真空冷卻，它會(huì)變硬而且降低多汁性。

3 真空冷卻前的準(zhǔn)備工作

3.1 待處理樣品的挑選

食品的品質(zhì)狀態(tài)和外形特征有時(shí)對(duì)真空冷卻效果也有很大的影響。因此，在真空冷卻前需要對(duì)食品做認(rèn)真地篩選。例如，對(duì)于原先有局部缺陷的蘑菇，真空冷卻會(huì)加速蘑菇蓋的酶性褐變[12]。局部破損嚴(yán)重的葉類蔬菜經(jīng)真空冷卻后會(huì)被凍傷[13]。而真空冷卻尺寸過(guò)大的整塊肉時(shí)，不僅失重過(guò)大而且處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

3.2 包裝

將要真空冷卻的食品既可以裝在箱子里也可以分開(kāi)擺放，既可以直接處理也可以采用薄膜外包。但是，箱子和薄膜都必須均勻地打上足夠數(shù)量的孔。而且，在用薄膜捆包芹菜、萵苣等蔬菜時(shí)，不能困得太緊。在對(duì)湯汁類食品真空冷卻的時(shí)候，在容器上面加一層紗布或者微孔金屬絲網(wǎng)較好。也有研究對(duì)冬棗、黃瓜和蘋果等原本不適合于真空冷卻的食品采用了吸附膜包裹的方法，但是效果并不是特別明顯，而且工作量比較大。

3.3 樣品的裝載

不同的產(chǎn)品對(duì)裝載率的要求差別較大。例如，對(duì)于月季切花而言，以50枝為一簇真空冷卻后的失重最小、壽命最長(zhǎng)[14]。而對(duì)于非洲菊切花，單枝 花要比一束花的冷卻效果好[15]。

4 真空冷卻的改進(jìn)方案

4.1 預(yù)冷前補(bǔ)水

因?yàn)樵黾邮称穬?nèi)部或者表面的水分均可以減小食品的失重率，很多研究均從此角度改進(jìn)現(xiàn)有真空冷卻技術(shù)。例如，在真空冷卻黏性食品之前，按照一定比例加入純水，不僅不用擔(dān)心失重現(xiàn)象，也不用擔(dān)心其他組分的濃度等問(wèn)題。在預(yù)冷前或者預(yù)冷中對(duì)果蔬均勻?yàn)⑺?，不僅可以減小失重，還可以加快冷卻速率、提高溫度的均勻性。此方法對(duì)熟肉也非常有效，尤其是小塊的熟肉，可以大大減小失重。

4.2 預(yù)冷前注射鹽水

此法主要用于真空冷卻熟肉的前處理，目的在于增加其吸水能力和減小失重。一些研究證明，隨著生肉中鹽水注射量（20%～45%）的增加，失重率不斷減小，甚至獲得的產(chǎn)品質(zhì)量比原先的生肉質(zhì)量還大[16]。同時(shí)，增加注射量還可以使肉更軟、增加多汁性以及使顏色變淺，這對(duì)于肉的品質(zhì)十分有利，但也會(huì)導(dǎo)致肉的味道太咸。

4.3 預(yù)冷前用傳統(tǒng)冷卻方法處理

Jackman等[17]研究了真空冷卻前風(fēng)冷預(yù)處理對(duì)熟肉真空冷卻效果的影響。結(jié)果證明，先將熟肉用風(fēng)冷冷卻到35 ℃，然后再真空冷卻到4 ℃，可以使失重率最?。?.5%），遠(yuǎn)小于單獨(dú)使用真空冷時(shí)的失重（10%～11%），因?yàn)檎婵绽鋮s的失重主要發(fā)生在中高溫階段（大于15 ℃）。此法也可以用于昂貴而且適合于真空冷卻的食品，例如盤裝鱈魚(yú)片。

4.4 將食品放在熱加工液體中真空冷卻

無(wú)論肉塊大小，在湯劑中真空冷卻后的失重均比單獨(dú)使用真空冷卻有所減少，有時(shí)質(zhì)量反而有所增加。都柏林大學(xué)的食品制冷和計(jì)算機(jī)食品技術(shù)研究組將大塊豬肉火腿和牛肉塊分別與煮肉時(shí)所用的部分湯汁在一起真空冷卻。結(jié)果表明平均失重僅為6.99%，相當(dāng)于單獨(dú)對(duì)肉真空冷卻后失重的一半[18]。Houska等[19]將不同類型的小塊熟牛肉片放在不同的湯中真空冷卻到5 ℃。結(jié)果證明，無(wú)論牛肉取自牛的哪個(gè)部位，在湯劑中真空冷卻的失重均比單獨(dú)使用真空冷卻時(shí)的失重小很多，但是處理時(shí)間會(huì)有所延長(zhǎng)。為此，Dong等[20]先將熟豬肉單獨(dú)真空冷卻到25 ℃，然后放在湯劑中真空冷卻到10 ℃。結(jié)果表明，不僅處理時(shí)間縮短, 而且含水量和咀嚼感都比單獨(dú)使用真空冷卻好。

對(duì)于果蔬，可以直接將它放在冷水中真空冷卻。例如，Cheng[21]發(fā)明了竹筍的真空冷卻與水冷混合冷卻法，不僅可以縮短冷卻時(shí)間，還可以減少細(xì)菌數(shù)量、獲得穩(wěn)定性高的良好感官指標(biāo)。但是，竹筍的半浸沒(méi)式真空冷卻能否適用于大規(guī)模的生產(chǎn)和加工還有待考證，因?yàn)楦鼡Q冷卻槽中的水也是一項(xiàng)很繁瑣的工作，而且設(shè)備初投資比較大。

4.5 冷熱加工設(shè)備一體化

通常，在真空冷卻之前，需要把加熱好（或煮熟）的食品從烹飪?cè)O(shè)備中取出，然后放在真空冷卻設(shè)備中。如果將真空冷卻設(shè)備和加熱裝置（蒸汽加熱或者水加熱）一體化設(shè)計(jì)，不僅可以省去食品的中間轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)，還可以降低食品接觸細(xì)菌的機(jī)率，大大提高生產(chǎn)效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，熟雞胸塊（180～230 g）在水中加熱之后直接在水中被真空冷卻的失重率最小，僅為（3.0%），而且質(zhì)地松軟[22]。然而，如果先用蒸汽加熱，再用真空冷卻的失重卻非常大，為45.8%，在商業(yè)上無(wú)法被接受。

這一設(shè)計(jì)對(duì)于黏性食品也極有好處。因?yàn)轲ば允称啡菀尊じ皆谌萜鞅谏希谵D(zhuǎn)移熱食品或者清洗加工室的時(shí)候，需要用特殊刮刀將這些黏附食品及時(shí)清除。如果將冷熱加工設(shè)備一體化設(shè)計(jì)，不僅可以省略一套刮刀裝置，還可以省略一道刮壁程序，增加產(chǎn)出率。

4.6 調(diào)節(jié)降壓模式

在真空冷卻焙烤類食品的時(shí)候，一定要很準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)和控制壓力變化速率，以盡量減小真空冷卻可能給食品的結(jié)構(gòu)和體積帶來(lái)的不良影響，因?yàn)槊姘鼉?nèi)部有的地方滲水性差，容易產(chǎn)生相對(duì)高壓，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)塌陷或者崩裂?？刂平祲核俾实牧硪粋€(gè)好處是降低失重率。McDonald等的研究發(fā)現(xiàn)，熟肉在真空冷卻中的失重隨著抽氣速率的降低明顯減小[23]。 此外，適當(dāng)減小真空泵的容積排氣量也可以起到降低失重的作用。

通常，在真空冷卻過(guò)程中真空室的壓力不能有大的回升。然而，在浸沒(méi)式真空冷卻的基礎(chǔ)上，脈動(dòng)式地調(diào)節(jié)真空室內(nèi)的壓力卻會(huì)減小火腿的失重。研究發(fā)現(xiàn)，在真空冷卻火腿的時(shí)候，將真空室的壓力平均的恢復(fù)到大氣壓4次以上可以明顯降低火腿的失重率并增加火腿的柔軟度[19]。因?yàn)楫?dāng)壓力突增時(shí)，水分會(huì)滲入火腿的孔隙中。然而，脈動(dòng)次數(shù)也不能過(guò)多，因?yàn)槿獾募?xì)胞總是存在一個(gè)吸水上限值。

另一種比較典型的壓力調(diào)節(jié)模式是多級(jí)降壓。Chen等[24]發(fā)明的多級(jí)降壓工藝可以提高卷心菜心的降溫速率并降低總體能耗。此外，有研究還證明，壓力波動(dòng)次數(shù)的改變對(duì)卷心菜的真空冷卻效果有顯著影響[25]。

4.7 真空冷卻后處理

真空冷卻后的貯藏技術(shù)也對(duì)實(shí)際貨架期有很大的影響。例如，對(duì)于水仙花，真空冷卻后先在2 ℃下貯藏7 d，再放在19～20 ℃的水中貯藏的保質(zhì)期最長(zhǎng)[26]。真空冷卻后的豆腐和火龍果切片均在4 ℃環(huán)境下保存的時(shí)間最長(zhǎng)[6-7]。

4.8 真空冷卻的節(jié)能技術(shù)

目前，針對(duì)真空冷卻機(jī)的節(jié)能技術(shù)研究的還非常少。但是有學(xué)者認(rèn)為，利用煙囪中的廢棄煙氣作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)泵系統(tǒng)來(lái)真空冷卻小型魚(yú)類或者蝦等甲殼類動(dòng)物[27]，不僅能夠節(jié)約能源，還可以彌補(bǔ)真空冷卻海鮮時(shí)因失重而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。此外，太陽(yáng)能、風(fēng)能是農(nóng)場(chǎng)最為豐富的天然能源之一，今后的真空泵可以將太陽(yáng)能或者風(fēng)能作為一部分驅(qū)動(dòng)力。

5 真空冷卻的基礎(chǔ)理論研究

5.1 真空冷卻過(guò)程中的水分蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)力

1991年，Tambunan利用蒸汽壓力擴(kuò)散公式（vapor pressure difference，VPD）計(jì)算了真空冷卻過(guò)程中萵苣表面的水分蒸發(fā)效率，估計(jì)值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好[28]。此文獻(xiàn)中的壓力驅(qū)動(dòng)力為與萵苣表面溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓與距離萵苣表面1厘米處的壓力之間的差值。而在2006年，Sun等[29]在對(duì)熟肉真空冷 卻過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，將飽和蒸汽壓力乘上相對(duì)濕度作為修訂系數(shù)，取得了很好的預(yù)測(cè)效果?？梢?jiàn)，影響冷卻效果的不僅是真空室的全壓，各組分的分壓力也需要考慮在內(nèi)。然而，在達(dá)到閃點(diǎn)之前，水蒸氣會(huì)在其他兩個(gè)因素的影響下發(fā)生遷移，造成食品初步降溫。盡管此部分降溫比較慢，但對(duì)于比較薄的葉菜而言，此冷量也不可忽略。這兩個(gè)因素為：1）食品表面與真空室的最大水蒸氣濃度差。如果真空室內(nèi)有局部的超低水蒸氣濃度存在，即便是食品溫度較低而且真空室總壓力較高，水分一樣會(huì)不斷地從食品內(nèi)部蒸發(fā)。例如，內(nèi)置冷阱會(huì)迫使食品在達(dá)到終溫之后繼續(xù)降溫；2）真空室內(nèi)的氣流擾動(dòng)。一般都認(rèn)為真空室的壓力均勻分布，所以，計(jì)算時(shí)把真空室的總壓力直接帶入VPD公式的居多。然而，在較大的系統(tǒng)中，放氣閥與真空泵接口之間存在的壓力差會(huì)迫使真空室內(nèi)有明顯的氣流擾動(dòng)。一旦發(fā)生擾動(dòng)，食品表面的靜壓便會(huì)減小，降低了實(shí)際終壓，導(dǎo)致食品進(jìn)一步降溫。

5.2 真空冷卻過(guò)程中食品微結(jié)構(gòu)的變化

Sun等[30]對(duì)真空冷卻過(guò)程中熟肉的孔隙率、孔隙尺寸以及分布做了研究。真空冷卻過(guò)程中熟肉的孔隙一般在0.2～10μm之間。隨著真空冷卻過(guò)程的進(jìn)行，孔的生長(zhǎng)和水分傳輸速度互相促進(jìn)。如果在冷卻時(shí)對(duì)熟肉加以翻滾，更能促進(jìn)這些孔隙的生長(zhǎng)。Jin等[31]發(fā)現(xiàn)經(jīng)真空冷卻后的熟肉會(huì)發(fā)生肌肉纖維分離以及細(xì)胞間隙增大等現(xiàn)象，這些都有利于水分在肉內(nèi)部的快速遷移，從而提高真空冷卻速率。賀素艷等[32]發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)在真空冷卻過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部膜系統(tǒng)和細(xì)胞器的損壞現(xiàn)象，但是，可以通過(guò)調(diào)節(jié)降壓速率減小這一損壞程度，并建議試用312Pa/min。

5.3 食品真空冷卻的數(shù)值模擬

在食品加工和研究領(lǐng)域，數(shù)學(xué)模型可以大大促進(jìn)技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)明速度。在真空冷卻方面，也有一些很成功的數(shù)值模型已經(jīng)被建立起來(lái)，并且取得了很好的預(yù)測(cè)效果。Tambunan利用VPD計(jì)算了真空冷卻過(guò)程中萵苣表面的水分蒸發(fā)效率，與實(shí)驗(yàn)結(jié)合后發(fā)現(xiàn)萵苣的表面有效蒸發(fā)率是純水的1/4[28]。Wang等[33-34]建立了一個(gè)三維有限元模型去模擬和分析描述熟肉的真空冷卻，溫度預(yù)測(cè)誤差最大為2.5℃，失重預(yù)測(cè)誤差僅為7.5%。Hu等[35]利用一個(gè)CFD模型模擬了多孔食品在真空冷卻過(guò)程中的溫度分布和失重變化，估計(jì)值與實(shí)驗(yàn)值相差很小，尤其對(duì)于溫度的預(yù)測(cè)，與實(shí)驗(yàn)值最大誤差為0.5℃。Dostal等[36]基于膜理論建立了純水的真空冷卻模型，并提出真空冷卻時(shí)的傳質(zhì)阻力主要在液體一側(cè)。2006—2007年，Jin等[37-38]利用有限差分法描述了真空冷卻過(guò)程中熟肉內(nèi)部的水分遷移情況，預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值之間的溫度偏差和失重偏差最大為5℃和4%。他們推斷出蒸汽移動(dòng)主要是靠壓力差，而并非是液體擴(kuò)散，而且水分是先從內(nèi)部到外部，然后再到真空室內(nèi)。除此之外，Jin等[31,39]還通過(guò)模擬得出失重主要發(fā)生在早期階段、沸騰首先發(fā)生在肉的表層等結(jié)論。Drummond等[40]也使用有限差分法描述了浸沒(méi)式真空冷卻中液體和肉的不同點(diǎn)的溫度值，合理的預(yù)測(cè)到了冷卻時(shí)間和失重，最大表面溫度預(yù)測(cè)誤差為±5℃，最大中心溫度預(yù)測(cè)誤差為±2℃。然而，對(duì)于肉的預(yù)測(cè)值比實(shí)驗(yàn)值高（絕對(duì)誤差0.5%～1.2%）；周圍液體的失重預(yù)測(cè)值比實(shí)驗(yàn)值要小（最大絕對(duì)誤差為4%）。Drummond等[41]又建立了牛肉的浸沒(méi)式真空冷卻新模型，預(yù)測(cè)了牛肉中心和水的溫度變化趨勢(shì)以及牛肉在不同壓力變化方案下的失重，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果吻合非常好。Cepeda等[42]也建立了即食食品的3D有限元冷卻模型，此模型的幾何框架來(lái)自于CT掃描得到的真空模型。它不僅沒(méi)有對(duì)樣品形狀做任何簡(jiǎn)化，還使用了真實(shí)空氣流速、真實(shí)空氣相對(duì)濕度以及真實(shí)熱物性參數(shù)。雖然，此模型沒(méi)有考慮即食食品在冷卻過(guò)程中的內(nèi)部水分遷移情況，然而，得出的結(jié)果卻與實(shí)際值非常吻合，而且可以將模型改進(jìn)后用于預(yù)測(cè)微生物生長(zhǎng)。

6 展 望

6.1 從微觀角度研究失重的基本原理

根據(jù)上述討論可知，失重是真空冷卻最大的缺點(diǎn)。為了盡量減少真空冷卻后的失重率，尤其是大塊肉的失重率，研究人員嘗試了很多種方法，例如壓力控制、浸沒(méi)式真空冷卻、真空冷卻與傳統(tǒng)冷卻方法組合、生肉注射鹽水等。然而，在補(bǔ)償失重的同時(shí)，卻帶來(lái)了交叉污染和延長(zhǎng)加工時(shí)間等負(fù)面問(wèn)題。究其原因，還沒(méi)有形成完整系統(tǒng)的有關(guān)真空冷卻失水的基本理論。例如，水分在食品的內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)究竟是怎樣、真空冷卻過(guò)程中食品孔隙內(nèi)的水蒸氣流態(tài)與外界壓力之間的關(guān)系會(huì)對(duì)失重造成什么影響等眾多問(wèn)題還沒(méi)有解決。因此，對(duì)真空冷卻過(guò)程中食品微通道內(nèi)的蒸汽產(chǎn)生與流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證非常有必要，這將對(duì)設(shè)備優(yōu)化和工藝優(yōu)化提供最基礎(chǔ)的參考依據(jù)。

氣體是食品在熱加工的時(shí)候進(jìn)入的外來(lái)物。然而它卻在真空冷卻的時(shí)候會(huì)隨著其他可揮發(fā)性氣體逃逸出來(lái)。在逃逸的時(shí)候，隨著內(nèi)外壓力的變化，氣體的膨脹和流動(dòng)必然會(huì)對(duì)食品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化和水分遷移帶來(lái)很大的影響。然而，目前的文獻(xiàn)中很少提及氣體釋放與真空冷卻時(shí)間、失重以及食品結(jié)構(gòu)與品質(zhì)之間的關(guān)系。因此，在今后建立熟肉真空冷卻的數(shù)學(xué)模型時(shí)，引入氣體因素也許會(huì)得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果。

此外，當(dāng)前比較成熟的真空冷卻模型大多是針對(duì)于熟肉，而有關(guān)果蔬的卻很少。這是因?yàn)槭卟说耐庑翁卣骱蛢?nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，導(dǎo)致目前的相關(guān)數(shù)值模型過(guò)于簡(jiǎn)化。因此，將來(lái)需要從微通道理論、果蔬的微結(jié)構(gòu)與果蔬的宏觀外形特征等多方面綜合建模，而不能簡(jiǎn)單地視為規(guī)則幾何體或者均質(zhì)結(jié)構(gòu)。

6.2 優(yōu)化現(xiàn)有真空冷卻技術(shù)

目前，相當(dāng)一部分的研究都是針對(duì)熟肉的真空冷卻展開(kāi)。雖然小塊肉（尤其是切碎的肉塊）很適合用真空冷卻技術(shù)處理，卻還沒(méi)有一項(xiàng)關(guān)于大塊熟肉的真空冷卻技術(shù)完全被工業(yè)上接受[43-44]。正如前面所討論的，在冷卻火腿的時(shí)候，與真空冷卻相比，浸沒(méi)式真空冷卻的失重率更小而且質(zhì)量更好。然而，浸沒(méi)式真空冷卻的處理時(shí)間卻比真空冷卻長(zhǎng)得多。因此，如何縮短浸沒(méi)式真空冷卻的時(shí)間是關(guān)鍵。但是，在縮短時(shí)間的同時(shí)，不能僅僅局限于實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，而應(yīng)該適合大規(guī)模生產(chǎn)，否則還是難以應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)線。

快餐已經(jīng)成為當(dāng)前中國(guó)所有人口高度密集區(qū)的一大餐飲特色，隨之而來(lái)的食品安全問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。例如送外賣用的塑料袋子和塑料盒子大多不是用耐熱性材料加工而成，一旦受熱就會(huì)變形并釋放出有毒物質(zhì)。此外，外賣一般都是加工完成便開(kāi)始裝袋，食物沒(méi)有一個(gè)冷卻的過(guò)程，在袋子里的溫度大都處于細(xì)菌最佳生長(zhǎng)帶之內(nèi)。無(wú)論從食物毒性和細(xì)菌生長(zhǎng)速率考慮，這種做法都極不安全。因此，政府的管理和監(jiān)督部門針對(duì)外賣裝袋前的冷處理成立相應(yīng)的法律法規(guī)迫在眉睫。但是，在國(guó)家立法的同時(shí)，加速設(shè)計(jì)和生產(chǎn)適用于小批量快餐的小型真空冷卻設(shè)備非常關(guān)鍵。遺憾的是，我國(guó)目前生產(chǎn)的都是大中型真空冷卻機(jī)，造價(jià)比較高，很難被小商小販所接受，推廣起來(lái)也幾乎不可能。對(duì)于一臺(tái)真空冷卻機(jī)，除了真空室外，大部分的體積被制冷機(jī)組代替，因此，要想實(shí)現(xiàn)小型真空冷卻機(jī)的批量生產(chǎn)，需要對(duì)捕水器的性能和外形尺寸進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，與快餐和外賣相關(guān)的多組分真空冷卻技術(shù)也需要進(jìn)一步研究。

果蔬的真空冷卻技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是，還有改進(jìn)的空間。比如，多級(jí)降壓系統(tǒng)可以發(fā)展為無(wú)級(jí)變速降壓系統(tǒng)，不僅使整個(gè)冷卻過(guò)程中的壓力呈現(xiàn)出連續(xù)的有規(guī)律變化，還能使能耗、溫度分布和處理時(shí)間三者之間達(dá)到最佳配合。此外，真空系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)的配合也應(yīng)該更進(jìn)一步，真正達(dá)到冷凝器溫度和真空泵抽速雙變頻的最佳效果。

7 結(jié) 語(yǔ)

真空冷卻是一項(xiàng)快速的食品冷卻技術(shù)，傳統(tǒng)上用它來(lái)處理萵苣和蘑菇，從而延長(zhǎng)它們的貨架期。后來(lái)，真空冷卻也被成功地用于冷卻焙烤食品、調(diào)味醬、濃縮水果、黏性食品、切花等傳統(tǒng)方法很難冷卻或者冷卻效果差的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，均取得了非常好的效果，也得到了工業(yè)上的大規(guī)模推廣。真空冷卻已被認(rèn)為是快速冷卻熟肉的最佳選擇，然而，卻存在眾多問(wèn)題。例如真空冷卻熟肉的失重率過(guò)大，工業(yè)上難以接受。盡管可以找到補(bǔ)償?shù)霓k法，但會(huì)帶來(lái)交叉污染、延長(zhǎng)處理時(shí)間等問(wèn)題。因此，對(duì)于熟肉的真空冷卻技術(shù)還需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)?？觳褪且环N典型的多組分產(chǎn)品，與真空冷卻的專項(xiàng)性沖突，如何找到一個(gè)同時(shí)適合于眾多組分的真空冷卻工藝需要進(jìn)行深入研究。

真空冷卻雖然能帶來(lái)更加均勻的溫度分布，但這只是相對(duì)于傳統(tǒng)冷卻方法而言。目前真空冷卻中或者真空冷卻后的食品的不同部位的溫度還有一定的差別。例如，面包在真空冷卻時(shí)，心部和外殼的溫度差有時(shí)候過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致外殼的壽命縮短；葉類蔬菜，尤其是大葉子蔬菜，在真空冷卻的時(shí)候葉子的不同部位溫度差異很大，這會(huì)給冷卻后的蔬菜帶來(lái)極差的銷售品相。如果通過(guò)調(diào)高壓力來(lái)獲取均勻的溫度分布，則會(huì)導(dǎo)致蔬菜的實(shí)際貨架期遠(yuǎn)小于理想貨架期；熟肉在真空冷卻過(guò)程中的表層和心部的溫度差會(huì)導(dǎo)致表層過(guò)硬，影響咀嚼感和感官，降低其商品價(jià)值。因此從微觀上研究其傳熱傳質(zhì)機(jī)理非常重要，必要時(shí)應(yīng)建立或改進(jìn)相關(guān)數(shù)值模型，為技術(shù)的改進(jìn)做引導(dǎo)。在建立數(shù)學(xué)模型的時(shí)候，可揮發(fā)性氣體對(duì)水蒸氣的傳遞過(guò)程的影響也應(yīng)該考慮在內(nèi)。

綜上所述，真空冷卻技術(shù)是一項(xiàng)非常先進(jìn)而且具有很大推廣空間的技術(shù)，但也存在很多不足，需要更多的科研人員一起努力做進(jìn)一步研究，使其早日實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。

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Recent Advances in Vacuum Cooling Technology for Food Processing

SONG Xiao-yan, LIU Bao-lin*
(Institute of Cryobiology and Food Freezing, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

Vacuum cooling is a clean and rapid technology for cooling the porous and moist foods, and has been widely applied to vegetables, fruits, bakery food, v iscous foods, fishery products, minced meat and cut flowers. However, it has a number of inherent limitations (e.g. high weight loss and big initial cost) compared to traditional cooling methods such as air-blast cooling, hydrocooling and so on, which have not yet been solved thoroughly. With the rapid development of the modern society, higher standards related to food safety are required by consumers. The role played by the vacuum cooling technology in the food safety field is becoming more and more important, because it is the best alternative method for rapid cooling hot food. With the aim of promoting further study on vacuum cooling, this paper reviews recently published literature regarding this technology and puts forward some suggestions.

food science; pre-cooling technology; vacuum cooling; heat and mass transfer; weight loss

TS205.7

A

1002-6630（2014）11-0319-06

10.7506/spkx1002-6630-201411062

2013-07-19

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD19B00）；東方學(xué)者跟蹤計(jì)劃項(xiàng)目

宋曉燕（1985—），男，講師，博士，研究方向?yàn)槭称防洳乇ｕr。E-mail：xishi.rujin@163.com

*通信作者：劉寶林（1968—），男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。E-mail：blliuk@163.com