食品冷却的设备原理解析

（一）食品真空冷却的原理与设备

真空冷却又名减压冷却，它的原理是根据水在不同压力下有不同的沸点。如在正常的101.3kPa压力下，水在100℃沸腾，当压力为0.66kPa时，水在1℃就沸腾。在沸腾过程中，要吸收汽化潜热，这个相变热正好用于水果、蔬菜的真空冷却。为了利用这个原理组装设备，必须设置冷却食品的真空槽和可以抽掉真空槽内空气的装置。图3⁃2为真空冷却设备原理图。

图3⁃2 真空冷却设备原理图

真空冷却主要用于生菜、芹菜等叶菜类的冷却。收获后的蔬菜经挑选、整理，装入打孔的塑料箱内，然后推入真空槽，关闭槽门，开动真空泵和制冷机。当真空槽内压力下降至0.66kPa时，水在1℃下沸腾，需吸收约2496kJ/kg的热量，这么大量的热量被吸收，使蔬菜本身的温度迅速下降到1℃。因冷却速度快，水分汽化量仅2%～4%，不会影响到蔬菜新鲜饱满的外观。真空冷却是蔬菜的各种冷却方式中冷却速度最快的一种，冷却时间虽然因蔬菜的种类不同稍有差异，但一般用真空冷却设备只需20～30min，而差压式冷却装置需4～6h，通风冷却装置约需12h，冷藏库冷却需15～24h。

由图3⁃2可见，真空冷却设备需配有冷冻机，它并不是用于直接冷却蔬菜的。常压下1mL的水，当压力变为599.5Pa、温度为0℃时，体积要增大近21万倍，此时即使用二级真空泵来抽，消耗很多电能，也不能使真空槽内压力快速降下来，用制冷设备就可以使大量的水蒸气重新凝结成水，保持真空槽内稳定的真空度。

除了用制冷方式排除真空槽内水蒸气外，还可以用如图3⁃3所示的水蒸气喷射方式。在这种方式中，利用锅炉产生的高压水蒸气，从喷嘴中以超音速喷出，将冷却槽中的空气和从蔬菜中蒸发出来的水蒸气一起卷入内部进行排气，利用的是一种喷雾原理。因为蒸汽喷射器与冷却水蒸气的喷水泵一起使用，所以不像用真空泵那样需要冷凝器。

虽然真空泵方式需要大量电力而且结构复杂，但只需进行真空泵的油及冷冻机的管理即可，而蒸汽喷射器虽不需要大量电力，构造也简单，但得进行真空泵油的管理、锅炉的管理及水槽中水的管理。

总之，真空冷却设备具有冷却速度快、冷却均匀、品质高、保鲜期长、损耗小、干净卫生、操作方便等优点，但设备初次投资大，运行费用高，冷却品种有限，一般只适用于叶菜类，如白菜、甘蓝、菠菜、韭菜、菜花、春菊，生菜等。

图3⁃3 水蒸气喷射式真空冷却原理图

（二）空气冷却方式及其装置

真空冷却设备对表面水分容易蒸发的叶菜类以及部分根菜和水果可发挥较好的作用，但对难以蒸发水分的苹果、胡萝卜等水果、根菜以及禽、蛋等食品就不能发挥作用了。这些食品的冷却就得利用空气冷却方式及后面介绍的冷水冷却方式等。

1.冷藏间冷却 将需冷却食品放在冷却物冷藏库内预冷却，称为室内冷却。这种冷却主要以冷藏为目的，库内制冷能力小，由自然对流或小风量风机送风，冷却速度慢，但操作简单，冷却与冷藏同时进行。一般只限于苹果、梨等产品，对易腐和成分变化快的水果、蔬菜不合适。

2.通风冷却 又称为空气加压式冷却。它与自然冷却的区别在于配置了较大风量、风压的风机，所以又称为强制通风冷却方式。这种冷却方式的冷却速率较上述有所提高，但不及差压式冷却，图3⁃4为两种冷风冷却的比较。

图3⁃4 强制通风式与差压式冷却的比较

a）强制通风式冷却 b）差压式冷却 1—通风机 2—箱体间设通风空隙 3—风从箱体外通过 4—风从箱体上的孔中通过 5—差压式空冷回风风道 6—盖布

3.差压式冷却 如图3⁃5所示为差压式冷却装置。这是近几年开发的新技术，将食品放在吸风口两侧，并铺上盖布，使高、低压端形成2～4kPa压差，利用这个压差，使-5～10℃的冷风以0.3～0.5m/s的速度通过箱体上开设的通风孔，顺利地在箱体内流动，用此冷风进行冷却。根据食品种类不同，差压式冷却一般需4～6h，有的可在2h左右完成。一般最大冷却能力为货物占地面积70m²，若大于该值，可对贮藏空间进行分隔，在每个小空间设吸气口。如图3⁃6所示为分隔为两间的差压式冷却间。

图3⁃5 差压式冷却装置(www.xing528.com)

图3⁃6 分隔为两间的差压式冷却间

图3⁃7是将强制通风冷却方式的库房改建为差压式冷却方式。冷风机吹出的冷风由导风板引入盖布，贴附着吹到冷却间右端，下降到入口空间，然后从箱体上的开孔进入。冷风将食品冷却后，经出口空间，返回蒸发器。原来的设置经这样改造后，成为差压式冷却装置，用同样的制冷设备可以得到较大的收益。当然，也可以开始就设计成差压式冷却装置，效果会更好。图3⁃8和图3⁃9是两例国外差压式冷却间。

图3⁃7 由强制通风冷却改建为差压式冷却装置

图3⁃8 采用地板吸引方式的差压式冷却间

差压式冷却具有能耗小、冷却速度快（相对于其他空气冷却方式）、冷却均匀、可冷却的品种多、易于由强制通风冷却改建的优点。但也有食品干耗较大、货物堆放（通风口要求对齐）麻烦、冷库利用率低的缺点。

图3⁃9 预制隧道差压式冷却间

1—冷风机 2—盖布自动升降机构 3—外壳 4—托盘 5—传送装置

（三）冷水冷却及其设备

冷水冷却是用0～3℃的低温水作为冷媒，把食品冷却到要求温度。水和空气相比热容量大，冷却效果好。冷水冷却设备一般有三种形式：喷水式（又分为喷淋式和喷雾式）、浸渍式和混合式（喷水和浸渍），其中又以喷水式应用较多。喷水式冷却设备如图3⁃10所示，它主要由冷却水槽、传送带、冷却隧道、水泵和制冷系统等部件组成。在冷却水槽内设冷却盘管，由压缩机制冷，使盘管周围的水部分结冰，因而冷却水槽中是冰水混合物，泵将冷却的水抽到冷却隧道的顶部，被冷却食品则从冷却隧道的传送带上通过。冷却水从上向下喷淋到食品表面，冷却室顶部的冷水喷头，根据食品不同而大小不同，对耐压产品，喷头孔较大，为喷淋式，对较柔软的品种，喷头孔较小为喷雾式，以免由于水的冲击造成食品损坏。

图3⁃10 喷水式冷水冷却设备

浸渍式冷却设备，一般在冷水槽底部有冷却排管，上部有放冷却食品的传达带。将欲冷却食品放入冷却槽中浸没，靠传送带在槽中移动，经冷却后输出。

冷水冷却设备适用于家禽、鱼、蔬菜、水果的冷却，冷却速度较快，无干耗。但冷水被污染后，就会通过冷水介质传染给其他食品，影响食品冷却质量。

（四）碎冰冷却

冰是一种很好的冷却介质，当冰与食品接触时，冰融解成水，要吸收334kJ/kg的相变潜热，使食品冷却。碎冰冷却主要用于鱼的冷却，此外它也可以用于水果、蔬菜等的冷却。

为了提高碎冰冷却的效果，应使冰尽量细碎，以增加冰与被冷却食品的接触面积。碎冰冷却中可以用淡水冰，也可以用海水冰。碎冰冷却用于鱼保鲜，使鱼湿润、有光泽，无干耗。但碎冰使用中易重新结块，并且由于其不规则形状，易对鱼体造成损伤。