真空冷却的原理

真空冷却的原理

真空冷却的技术原理

水的物理特性：在一个标准大气压的状态下，即：1.01325X105Pa,水的沸点：100°C，水的蒸发潜热为：538.8Kcal/Kg;水在6626.10Pa时，水的沸点：38°C，水的蒸发潜热为：575.7Kcal/Kg;水在610.61Pa时，水的沸点：0°C，水的蒸发潜热为：597.1Kcal/Kg；

可见，在一定的状态下，随着环境压力的降低，水的沸点也在降低，其蒸发单位质量的水所消耗的热量却在增加。而真空冷却就是依靠人为地来实现低气压的真空状态，使真空冷却槽的食品物料内的水份在低气压的状态下迅速蒸发，水分子大量迁移是由于吸收了自身热量，就使食品物料的内能大大的降低，也就是说，水分子迅速迁移的同时，也迅速带走了食品物料内部的热量，从而实现了食品物料迅速冷却的目的。

真空冷却速度快的成因：

水在相态不变的情况下，1kg水温度升高1℃所吸收的热量

Q1＝c·m·Δt＝4.186×1×1＝4.186Kj＝1Kcal

而真空冷却食品物料中的水分发生相态的变化，水变成水蒸气，此时的水要吸收蒸发潜热。

水在不同温度下的蒸发潜热如下表：（表1）

沸点(℃)

(Pa)

蒸发潜热(Kcal/Kg)

沸点(℃)

(Pa)

蒸发潜热(Kcal/Kg)

610.61

597.1

18

2066.49

587.0

1

657.28

596.6

20

2333.14

585.9

2

705.27

596.0

22

2639.78

584.8

3

757.27

595.4

24

2986.41

583.6

4

813.26

594.9

26

3359.71

582.5

5

871.93

594.3

28

3773.01

581.4

6

934.59

593.8

29

3999.66

580.8

8

1071.91

592.6

38

6626.10

575.7

10

1266.56

591.5

52

13612.2

567.6

12

1399.88

590.4

76

40196.6

553.5

14

1599.86

589.3

83

53422.1

549.3

16

1813.18

588.1

100

101325

538.8

水在相态发生的情况下，1kg水在38℃发生汽化所吸收的热量，如上表，

Q2＝m·r＝1×575.7 Kcal/Kg＝575.7 Kcal

比较Q2与Q1：

Q2/ Q1=575.7 Kcal /1Kcal =575.7

这就是告诉我们：水发生汽化时吸收的热量是水在液态下升高1℃时所吸收热量的近600倍。所以相对其它食品物料冷却方法作比较，真空冷却是能够在较短时间内实现急速降温的首选制冷方式。

综上所述，我们也可以看出真空冷却过程的所消耗的能量（功率）是相当小的。实践告诉我们，真空制冷是基于直接蒸发原理，使得真空制冷系统所消耗的能量（功率）只有最常用的氨制冷系统、氟制冷系统1/3到1/5（氨制冷、氟制冷系统是通过制冷介质经压缩→蒸发膨胀吸热→再压缩→再蒸发的相变循环过程，同时其需要比较大的辅助动力消耗，才能实现制冷目的的。）。所以说，真空制冷是一种目前相当节能的制冷方式。

真空冷却的作用和机制

真空冷却实现了农产品和食品冷却过程中温度均匀、清洁，不会受到污染，能使食品的品质得到很好的保证。而且由于处理时间短，不产生局部干燥、脱水现象。同时又由于预冷过程时间短，相应设备运转能耗和费用与传统的制冷设备明显降低，另外还可以大大的减少由于预冷时间长导致周围环境渗透的热量所增加的负荷。真空冷却且不受食品包装承载物材料、尺寸、结构等限制，其冷却速度与不包装的产品几乎没有差别，在生产实践使用中极为方便快捷，所以已被广大农产品和食品生产以及研究的企事业单位大量使用。

事实上，真空冷却系统的实现受到许多因素的影响，包括被冷却食品物料的选择，被冷食品物料的初温和终温设定，真空获得的能力选择，真空抽速的调节及水分损失补偿控制调节等。

真空冷却根据系统不同的要求，现在大致分为六类真空冷却机，即：真空（果蔬）预冷机、高温真空急速冷却机、常温真空急速冷却机、中温真空冷却机、真空冷冻机（又称低温真空冷却机）及真空间接冷却机。通过对不同冷却食品物料在真空冷却中的冷却效果进行生产实践和实验分析研究，人们目前已找出了大量适合进行真空冷却的食品物料，同时也改善了不同真空冷却系统的冷却效果以及提高了不同被冷食品物料品质的方法。

我国虽然在20世纪80年代中后期才开始有真空冷却的技术研究和设备生产，然而时至今日，国内已由上海有洽爱纳公司、盈翔公司，深圳有万保琨公司、源洲公司等企业已长期从事着真空果蔬预冷设备的研究开发和生产，同时国内也有了大量的关于真空果蔬预冷设备实践和理论方面的研究著作。

真空冷却设备的特点

一．真空冷却的优点：

①冷却速度快。烘培类食品从160℃冷却到30℃需6~8分钟，一般食品物料从100℃冷却到常温也仅需10~15分钟，冷却到0°C以下需25~28分钟左右，冷却到-18°C以下需35分钟左右，可见具有极高的生产效率；

②冷却温度均匀。由于食品冷却温度取决于箱内真空度，而真空冷却箱内真空度（压力值）处处相等，所以食品温度非常均匀；

③避免环境对食品的二次污染。真空冷却完成后对箱体复压进气，其空气是经过食品安全级过滤的气体，充入冷却箱内的气体是几乎不含悬浮尘埃物的空气，所以完全避免了空气中尘埃悬浮物对食品的二次污染;

④提高熟食制品质量。由于冷却时间短，可最大限度地避免食品物料在高温是产生的油脂氧化，淀粉糊化等生物化学反应；同时也极大限度地避免了高温食品物料在65°C～30°C所产生的生物发酵（细菌繁殖），以及提高回锅口感度，为食品长期保鲜从根本上保障了其生理条件；这样，大量的熟食品就可避免添加防腐剂，从而使熟食制品成为真正的“绿色食品”有了根本保障。

⑤提高熟食制品品味。基于真空浸渍的原理，可以使得食品外部因失水而浓缩的汤汁（调料调味品）很方便迅速地进入到食品内部中去，从而提高了食品的口（风）味；

⑥能耗省，运行费用低。以DV－100CS型为例，机组功率为7.35Kw，选择快速冷却方式，每批冷却装置量为100Kg,每小时可至少冷却6次，即每小时可冷却600Kg，仅用掉7.35Kw电费。

⑦设备使用安全、方便。因设备真空冷却设备全部采用R304不锈钢材料制造，其运行过程不产生任何污染物，故可以直接安置在食品加工制作生产线现场使用，安全卫生，方便快捷。

二．真空冷却的缺点：

① 工作原理的先天性缺陷。

1. 真空冷却的工作过程，换一种说法，就是让食品物料在真空状态下，重新低温蒸煮了一次。所以说象“油面筋”、“腐竹”等已经经过高温膨化后的食品，再经过真空冷却处理，使得食品淀粉骨架结构发生了严重的塌变，就对食品整个形态造成了致命的破坏；

2. 对于不宜或能失水，同时又不能添加水份的一些物料也不适用，比如，药物膏脂，化妆品，皮鞋油膏等；

3. 由于水蒸发的原因，纯液态的食品（果汁、饮料、八宝粥、各种酱品糊装调料等）会造成严重的飞溅和外溢，所以用真空冷却方法冷却纯液态的食品，就会造成液态食品产品流失或浪费，同时还会污染真空冷却机的冷却处理槽以及食品物料包装盛放物。

4. 也有一定数量的食品产品需要在冷却过程中实现形态固化（凝固）定型，就不适合使用真空冷却，原因是真空冷却会在食品内部产生气孔，或是造成食品结构组织疏松以及外部形态不规整（如马蹄糕、凉粉、果冻、草冻等）。

5. 不能冷却水份较少的食品。真空冷却是靠食品物料失水（水蒸气低压蒸发原理）来达到制冷的目的。也就是说食品物料失水相对越多，食品物料的温度就下降得越多。然而，如饼干、桃酥、油炸脆片等，是由于这类食品物料本身不能提供实现真空冷却所需要的蒸发用水，所以不能采用真空冷却。

② 对于组织密实的食品物料，冷却速度较慢。例如，鸡蛋、粽子、芋头、马铃薯、大块牛肉等；

③ 造价较高，一次性设备投资较大。所以对于食品物料的内在品质要求不高或食品卫生安全要求档次较低的一些产品，以及产品本身附加值不高或食品货架（保鲜贮藏）期不作要求较短的熟食制品厂家一般不宜采用。

真空冷却过程中的失水量估算方法

农产品和及农产品加工后的各种熟食制品物料中大多数都含有大量的水，而以水和食品物料的结合形式，食品中的水又可以分为两类：一类为游离水，或叫自由水，其与食品物料的结合，仅仅是爱德华力附着作用，是很容易失去的；另一类为约束水，或叫束缚水，是以强氢链的结构形式和食品物料结合，要去除这部分水，就必须有较大的外力作用，使得这类水冲破食品物料细胞结构组织，所以，要去除这类水较难。

真空冷却过程中的失水和失水量，会直接影响到我们工厂企业食品产品工艺和食品产品的计量，所以正确认识真空失水和控制失水量的意义就很重要。