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)

標準大氣壓下，水的沸點是100℃，蒸發(fā)潛熱為2256kJ/kg，當(dāng)壓力降低到610Pa時，水的沸點為0℃，蒸發(fā)潛熱為2500kJ/kg。由此可見，水的沸點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，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)，因此在實驗過程中失水比較嚴重。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，水分不易蒸發(fā)且比表面積小等特點真空預(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到預(yù)冷終溫之前一直處于降溫狀態(tài)，而葉邊因為供水不足而提前結(jié)束降溫，得出終壓在700～800Pa比較合適的結(jié)論。韓志等[4]對卷心菜不同真空度下的真空冷卻實驗進行了對比研究，發(fā)現(xiàn)700～900Pa自動補氣閥工作壓力下，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)鍵問題的一個有效方法，但通過包覆吸水膜對蔬菜進行預(yù)冷研究較少見。選取生菜、卷心菜和胡蘿卜為研究對象，分別對其進行直接真空預(yù)冷、噴水真空預(yù)冷和表面包覆吸水膜真空預(yù)冷實驗，研究了降溫效果和失水率的變化。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與裝置

供試材料均比較新鮮，生菜和卷心菜購自農(nóng)貿(mào)市場，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驗對象。

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

實驗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，透氣性極好。

1.2 實驗方法

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，同時內(nèi)部也有少部分的自由水蒸發(fā)通過細胞之間的多孔結(jié)構(gòu)向外擴散，也使內(nèi)部溫度降低。實驗采用穩(wěn)定性和線性響應(yīng)效果都較好的銅-康銅T型熱電偶測量溫度，溫度測點布置在距離表皮3mm處，熱電偶連接到西門子PLC采集模塊，經(jīng)通訊模塊傳至計算機中保存。吸水膜通過噴槍均勻噴濕，緊密覆裹在實驗對象(生菜、卷心菜、胡蘿卜)上;同時對噴水預(yù)冷和直接預(yù)冷進行實驗，對三種結(jié)果進行對比。方法如下:

將每種實驗對象等分成三組，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)處理的空白對照組(CK)，直接放入真空預(yù)冷機預(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驗對象表面，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驗過程中吸水膜能較好的和菜表面接觸。

實驗過程控制預(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)實時記錄和存儲。失水率按照公式(1)進行計算。

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

2 結(jié)果與討論

2.1 降溫速率的結(jié)果分析

三種實驗對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，需要的時間最長;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，水分較難附著在表面上，往往會滑落，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 失水率的實驗分析

失水率是指實驗結(jié)束后蔬菜重量比實驗前減少的量占實驗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，直接進行真空預(yù)冷的蔬菜失水最嚴重，生菜、卷心菜、胡蘿卜的失水率分別達到4.85%、4.59%和3.5%;噴水處理對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，因此對降低失水率效果不是很明顯;而采用吸水膜包覆處理時，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

通過對葉菜類、組織致密類和根果類蔬菜進行直接真空預(yù)冷、噴水預(yù)冷和吸水膜包覆三種不同預(yù)處理方式下的實驗研究，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，可以使該方法進一步推廣應(yīng)用至根果類蔬菜。

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

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