姜莎，劉穎，劉寶林，張威

（上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)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(shí)為漿果，含水量大、果皮極薄、組織嬌嫩、柔軟多汁，缺乏堅(jiān)硬外皮保護(hù)，耐貯藏性差。草莓在常溫下呼吸強(qiáng)度較大，而且在收獲和運(yùn)輸過(guò)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(jià)值。因此，尋找適宜的草莓貯藏保鮮技術(shù)[1]，延長(zhǎng)草莓果實(shí)的貯藏期或貨架壽命，成為草莓遠(yuǎn)銷(xiāo)和草莓種植業(yè)規(guī)?；l(fā)展亟待解決的問(wèn)題，而真空預(yù)冷與低溫貯藏相結(jié)合是解決這一問(wèn)題的有效手段[2,3]。

目前果蔬類(lèi)預(yù)冷技術(shù)在菜葉類(lèi)蔬菜上應(yīng)用較普遍，對(duì)球形果蔬則有很高的要求才能達(dá)到預(yù)冷目的。真空預(yù)冷是依靠果蔬內(nèi)的水分蒸發(fā)吸熱來(lái)帶走果蔬反應(yīng)熱，使果蔬溫度降低[4]。預(yù)冷終壓越低，果蔬溫度下降越快，反之，預(yù)冷終壓越高，果蔬溫度下降越慢[5]。另外，在真空預(yù)冷過(guò)程中，果蔬的失水是不可避免，而失水過(guò)多會(huì)造成果蔬萎縮，失去原有風(fēng)味。果蔬終溫設(shè)置的越低，預(yù)冷時(shí)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(nèi)部水分散失是目前的研究熱點(diǎn)[6]。本研究以草莓為例，探索在真空預(yù)冷過(guò)程中，草莓表面及的內(nèi)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(yù)冷的最佳條件，拓展真空預(yù)冷技術(shù)的應(yīng)用范圍。同時(shí)，將經(jīng)過(guò)真空預(yù)冷后的草莓置于4℃下冷藏，測(cè)定其在貯藏期內(nèi)的維生素含量、硬度等品質(zhì)指標(biāo)的變化情況[7]，以進(jìn)一步探討真空預(yù)冷結(jié)合低溫貯藏的的保鮮效果，為真空預(yù)冷和冷藏保鮮技術(shù)在草莓等球狀果貯藏保鮮領(lǐng)域的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)的真空預(yù)冷裝置采用上海錦立新能源科技有限公司生產(chǎn)的VCE-15型真空預(yù)冷機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如表1和圖1所示。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)采用市場(chǎng)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(jìn)行真空預(yù)冷，最后達(dá)到相同的終溫為1℃。因此，將真空預(yù)冷實(shí)驗(yàn)分成三組，如表2所示。真空預(yù)冷結(jié)束后，把此三組草莓與作為對(duì)照組的未經(jīng)過(guò)真空預(yù)冷的草莓一起置于4℃冰箱內(nèi)冷藏。

表1 真空預(yù)冷機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

圖1 真空預(yù)冷機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

表2 草莓真空預(yù)冷實(shí)驗(yàn)分組情況

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)主要研究真空冷卻過(guò)程中，草莓的表面及內(nèi)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(shí)的Vc含量、硬度等指標(biāo)隨時(shí)間的變化情況。各主要參數(shù)的測(cè)定方法如下：

(1) 果實(shí)表面溫度、內(nèi)部溫度及真空壓力：由真空預(yù)冷機(jī)自動(dòng)顯示；

(2) Vc含量測(cè)定：2,6-二氯靛酚鈉法；

(3) 果實(shí)硬度測(cè)定：采用食品物性測(cè)試儀（質(zhì)構(gòu)儀），測(cè)試儀速率為50 mm/min(SHIMADZU公司生產(chǎn)，日本)。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

每隔一定時(shí)間，用真空預(yù)冷實(shí)驗(yàn)機(jī)本身檢測(cè)草莓中失水情況，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1) 把0-3號(hào)熱電偶分別插在不同草莓個(gè)體的中心附近，測(cè)量草莓預(yù)冷的溫度變化，用2號(hào)熱電阻測(cè)量真空室（環(huán)境）溫度，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行記錄，每組重復(fù)實(shí)驗(yàn)2-3次。

(2) 測(cè)量能量消耗時(shí)，主要測(cè)定真空預(yù)冷機(jī)的電量消耗情況。

(3) 測(cè)定草莓硬度和Vc含量變化。將三組經(jīng)過(guò)真空預(yù)冷的草莓與作為對(duì)照組的未預(yù)冷草莓一起放在溫度為4℃的冰箱內(nèi)貯藏，每?jī)商鞙y(cè)定一次草莓的Vc含量和硬度隨時(shí)間的變化情況，每組至少重復(fù)測(cè)量三次，求取平均值。在測(cè)定草莓硬度時(shí)，將草莓放在質(zhì)構(gòu)儀上，測(cè)量從正面、側(cè)面穿透草莓所需的力，以最大的力來(lái)衡量草莓硬度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

按照以上方法進(jìn)行草莓真空預(yù)冷和冷藏實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2—圖9所示。

圖2、圖3和圖4顯示了0-3號(hào)熱電偶紀(jì)錄的草莓溫度變化情況。即使同一組在同一時(shí)間內(nèi)的實(shí)驗(yàn)，不同草莓個(gè)體之間也存在差異。如圖2所示，草莓在真空預(yù)冷過(guò)程中，傳熱與個(gè)體形狀的大小有一定關(guān)系，但在同一組內(nèi)，它們的溫度曲線變化的趨勢(shì)大體相同，絕大部分溫度曲線變化的趨勢(shì)相近。從熱電阻2紀(jì)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(shì)相近，在實(shí)驗(yàn)即將結(jié)束時(shí)，真空室內(nèi)最終溫度相差不大。

表3顯示了真空預(yù)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(fā)，帶走草莓的熱量，導(dǎo)致草莓溫度下降，達(dá)到真空預(yù)冷的目的。所以，壓力相對(duì)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(yù)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(shí)驗(yàn)中對(duì)草莓進(jìn)行真空預(yù)冷，能在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)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(jiàn)曲線總的趨勢(shì)是相似的，且終壓越低，達(dá)到相同終溫的時(shí)間越短，單位時(shí)間內(nèi)溫度下降的速度越快。這也說(shuō)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(yù)冷機(jī)電量消耗變化情況。由此看出消耗的電量與真空預(yù)冷機(jī)運(yùn)行的時(shí)間成正比，運(yùn)行的時(shí)間越長(zhǎng)，消耗的電量越大。而真空預(yù)冷機(jī)電量的消耗與預(yù)冷終溫的關(guān)系不大，電量消耗的大小與真空預(yù)冷機(jī)運(yùn)行的時(shí)間密切相關(guān)。因此，在真空預(yù)冷機(jī)壓降允許的范圍內(nèi)，可通過(guò)降低終壓，來(lái)降低電量的消耗，達(dá)到節(jié)約能源，提高預(yù)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(nèi)壓力的變化情況?？梢?jiàn)預(yù)冷機(jī)抽真空的時(shí)間大體相同，曲線趨于重疊，說(shuō)明同一真空預(yù)冷機(jī)抽真空的時(shí)間只與其本身有關(guān)。

圖7 真空室內(nèi)壓力變化

圖8和圖9分別為草莓中Vc的含量和硬度隨時(shí)間的變化情況。圖8中，在4℃溫度下貯藏兩天后，未預(yù)冷的草莓 Vc含量最高，而在預(yù)冷草莓中Vc含量是終壓500 Pa預(yù)冷下相對(duì)較高，而終壓300 Pa和終壓700 Pa下預(yù)冷相對(duì)則較低。但未預(yù)冷的草莓 Vc含量損失的速度隨儲(chǔ)藏的時(shí)間延長(zhǎng)，草莓Vc含量下降變快，預(yù)冷組則變化平緩。圖9顯示，未預(yù)冷草莓硬度的變化曲線幾乎是直線，這表明未預(yù)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(yù)冷草莓中，終壓500 Pa預(yù)冷的軟化速度的最快，其次是300 Pa和700 Pa條件下預(yù)冷的草莓。

圖8 草莓Vc隨時(shí)間的變化

圖9 草莓硬度隨時(shí)間的變化

3 結(jié)論

對(duì)真空預(yù)冷過(guò)的三組和未經(jīng)預(yù)冷的對(duì)照組草莓，置于 4℃冷藏溫度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(yù)冷時(shí)間越短。預(yù)冷過(guò)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(yù)冷含量最低，初期終壓300 Pa預(yù)冷下降速率最快。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，終壓500 Pa下預(yù)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(yù)冷效果相對(duì)最好的一組。

[1] 康明麗.草莓貯藏保鮮方法的研究進(jìn)展[J]. 山西食品工業(yè), 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(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)電設(shè)備,2006,23: 9-16

[5] 馬騫, 果蔬真空預(yù)冷技術(shù)的研究概況[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,13(3):15-16,38.

[6] 金聽(tīng)祥.不同蔬菜真空冷卻過(guò)程影響因素分析[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005,3:71-74.

[7] 陶菲.真空預(yù)冷對(duì)白蘑菇貯藏品質(zhì)的影響[J].食品與機(jī)械,2006.3:47-48.