草莓真空預冷及冷藏實驗研究

姜莎，劉穎，劉寶林，張威

（上海理工大學能源與動力工程學院，上海 200093）

0 引言

草莓屬薔薇科，多年生常綠草本植物。其果實為漿果，含水量大、果皮極薄、組織嬌嫩、柔軟多汁，缺乏堅硬外皮保護，耐貯藏性差。草莓在常溫下呼吸強度較大，而且在收獲和運輸過程中極易受傷害和遭受微生物侵染，一般在常溫下1～2天就變色、變味和軟化腐爛，失去商品價值。因此，尋找適宜的草莓貯藏保鮮技術[1]，延長草莓果實的貯藏期或貨架壽命，成為草莓遠銷和草莓種植業規模化發展亟待解決的問題，而真空預冷與低溫貯藏相結合是解決這一問題的有效手段[2,3]。

目前果蔬類預冷技術在菜葉類蔬菜上應用較普遍，對球形果蔬則有很高的要求才能達到預冷目的。真空預冷是依靠果蔬內的水分蒸發吸熱來帶走果蔬反應熱，使果蔬溫度降低[4]。預冷終壓越低，果蔬溫度下降越快，反之，預冷終壓越高，果蔬溫度下降越慢[5]。另外，在真空預冷過程中，果蔬的失水是不可避免，而失水過多會造成果蔬萎縮，失去原有風味。果蔬終溫設置的越低，預冷時間越短，果蔬失水率就越小，如何在保證降溫速率的前提下減少果蔬內部水分散失是目前的研究熱點[6]。本研究以草莓為例，探索在真空預冷過程中，草莓表面及的內部溫度變化、水分損失、真空室溫度變化和能量消耗情況，尋求預冷的最佳條件，拓展真空預冷技術的應用范圍。同時，將經過真空預冷后的草莓置于4℃下冷藏，測定其在貯藏期內的維生素含量、硬度等品質指標的變化情況[7]，以進一步探討真空預冷結合低溫貯藏的的保鮮效果，為真空預冷和冷藏保鮮技術在草莓等球狀果貯藏保鮮領域的大規模推廣應用提供參考。

1 實驗研究

1.1 實驗裝置

本實驗的真空預冷裝置采用上海錦立新能源科技有限公司生產的VCE-15型真空預冷機。其主要技術參數和系統結構如表1和圖1所示。

1.2 實驗條件

實驗采用市場上剛從田園采摘的新鮮草莓。將草莓放在不同終壓下（300 Pa、500 Pa、700 Pa）進行真空預冷，最后達到相同的終溫為1℃。因此，將真空預冷實驗分成三組，如表2所示。真空預冷結束后，把此三組草莓與作為對照組的未經過真空預冷的草莓一起置于4℃冰箱內冷藏。

表1 真空預冷機主要技術參數

圖1 真空預冷機系統結構圖

表2 草莓真空預冷實驗分組情況

1.3 實驗方法

本實驗主要研究真空冷卻過程中，草莓的表面及內部溫度變化和失水率、真空室溫度變化和能量消耗，及冷藏期間草莓果實的Vc含量、硬度等指標隨時間的變化情況。各主要參數的測定方法如下：

(1) 果實表面溫度、內部溫度及真空壓力：由真空預冷機自動顯示；

(2) Vc含量測定：2,6-二氯靛酚鈉法；

(3) 果實硬度測定：采用食品物性測試儀（質構儀），測試儀速率為50 mm/min(SHIMADZU公司生產，日本)。

1.4 實驗步驟

每隔一定時間，用真空預冷實驗機本身檢測草莓中失水情況，實驗步驟如下：

(1) 把0-3號熱電偶分別插在不同草莓個體的中心附近，測量草莓預冷的溫度變化，用2號熱電阻測量真空室（環境）溫度，并對測量結果進行記錄，每組重復實驗2-3次。

(2) 測量能量消耗時，主要測定真空預冷機的電量消耗情況。

(3) 測定草莓硬度和Vc含量變化。將三組經過真空預冷的草莓與作為對照組的未預冷草莓一起放在溫度為4℃的冰箱內貯藏，每兩天測定一次草莓的Vc含量和硬度隨時間的變化情況，每組至少重復測量三次，求取平均值。在測定草莓硬度時，將草莓放在質構儀上，測量從正面、側面穿透草莓所需的力，以最大的力來衡量草莓硬度。

2 實驗結果及討論

按照以上方法進行草莓真空預冷和冷藏實驗，實驗結果如圖2—圖9所示。

圖2、圖3和圖4顯示了0-3號熱電偶紀錄的草莓溫度變化情況。即使同一組在同一時間內的實驗，不同草莓個體之間也存在差異。如圖2所示，草莓在真空預冷過程中，傳熱與個體形狀的大小有一定關系，但在同一組內，它們的溫度曲線變化的趨勢大體相同，絕大部分溫度曲線變化的趨勢相近。從熱電阻2紀錄的真空室溫度變化看出，在三種不同的終壓下，真空室溫度變化的趨勢相近，在實驗即將結束時，真空室內最終溫度相差不大。

表3顯示了真空預冷后草莓的失水情況。在終壓300 Pa、500 Pa、700 Pa下，失水率分別為5.1‰、6.2‰、7.5‰。草莓中的水在真空室中蒸發，帶走草莓的熱量，導致草莓溫度下降，達到真空預冷的目的。所以，壓力相對越大，失水率越高。

圖2 在終壓300 Pa下草莓及真空室溫度變化

圖3 在終壓500 Pa下草莓及真空室溫度變化

圖4 在終壓700 Pa下草莓及真空室溫度變化

表3 草莓在不同預冷終壓下失水情況

圖5顯示了同一終溫不同終壓下草莓溫度的變化情況。實驗中對草莓進行真空預冷，能在極短的時間內達到預冷終溫1℃。終壓700 Pa下用17分鐘，終壓500 Pa下用14分鐘，而終壓300 Pa下僅用11分鐘。由圖5可見曲線總的趨勢是相似的，且終壓越低，達到相同終溫的時間越短，單位時間內溫度下降的速度越快。這也說明草莓傳熱性能良好，極適合真空冷卻。

圖5 在不同終壓下草莓溫度變化

由圖6可知，在不同終壓下，真空預冷機電量消耗變化情況。由此看出消耗的電量與真空預冷機運行的時間成正比，運行的時間越長，消耗的電量越大。而真空預冷機電量的消耗與預冷終溫的關系不大，電量消耗的大小與真空預冷機運行的時間密切相關。因此，在真空預冷機壓降允許的范圍內，可通過降低終壓，來降低電量的消耗，達到節約能源，提高預冷效率的目的。

圖6 在不同終壓下消耗電量

圖7中表示不同終壓下，真空室內壓力的變化情況。可見預冷機抽真空的時間大體相同，曲線趨于重疊，說明同一真空預冷機抽真空的時間只與其本身有關。

圖7 真空室內壓力變化

圖8和圖9分別為草莓中Vc的含量和硬度隨時間的變化情況。圖8中，在4℃溫度下貯藏兩天后，未預冷的草莓 Vc含量最高，而在預冷草莓中Vc含量是終壓500 Pa預冷下相對較高，而終壓300 Pa和終壓700 Pa下預冷相對則較低。但未預冷的草莓 Vc含量損失的速度隨儲藏的時間延長，草莓Vc含量下降變快，預冷組則變化平緩。圖9顯示，未預冷草莓硬度的變化曲線幾乎是直線，這表明未預冷草莓硬度降低的速率最大，硬度下降與腐敗軟化的速度也最快。在預冷草莓中，終壓500 Pa預冷的軟化速度的最快，其次是300 Pa和700 Pa條件下預冷的草莓。

圖8 草莓Vc隨時間的變化

圖9 草莓硬度隨時間的變化

3 結論

對真空預冷過的三組和未經預冷的對照組草莓，置于 4℃冷藏溫度下的實驗結果進行比較分析表明，草莓在終壓越低情況下，失水越少，其溫度下降的就越快，預冷時間越短。預冷過的草莓，初期 Vc下降的速率較快，而后就逐漸減慢。初期終壓700 Pa預冷含量最低，初期終壓300 Pa預冷下降速率最快。在整個實驗過程中，終壓500 Pa下預冷草莓，硬度及 Vc含量下降的速率最慢，硬度下降速率最小，腐敗軟化最慢，是預冷效果相對最好的一組。

[1] 康明麗.草莓貯藏保鮮方法的研究進展[J]. 山西食品工業, 2004(04): 34-38.

[2] McDonald K. Vacuum cooling technology for the food processing industry: a review [J]. Journal of Food Engineering, 2000, (45): 55-65.

[3] Dostal M. Vacuum cooling of solid foods[J]. Czech Journal of Food Science, 1999, 17: 103-112.

[4] 肖芳.真空制冷溫降實驗研究[J].機電設備,2006,23: 9-16

[5] 馬騫, 果蔬真空預冷技術的研究概況[J].河北農業科學,2009,13(3):15-16,38.

[6] 金聽祥.不同蔬菜真空冷卻過程影響因素分析[J]. 河南農業大學學報, 2005,3:71-74.

[7] 陶菲.真空預冷對白蘑菇貯藏品質的影響[J].食品與機械,2006.3:47-48.