真空冷卻過程中熟肉的水分遷移特性的實(shí)驗(yàn)

真空冷卻過程中熟肉的水分遷移特性的實(shí)驗(yàn)研究摘要：本文以熟肉為實(shí)驗(yàn)材料，對真空冷卻過程中熟肉內(nèi)部溫度場、水分蒸發(fā)速率以及水分含量變化的實(shí)驗(yàn)研究，得出真空冷卻過程中熟肉內(nèi)部的水分遷移規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：真空冷卻初始階段水分蒸發(fā)速率和產(chǎn)品的溫降幅度較大。隨著產(chǎn)品內(nèi)外壓差的減小，蒸發(fā)速率和溫降速率也會(huì)變小。熟肉的平均水分含量從71％降低到60.69％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析顯示，真空冷卻過程中的水分遷移由兩部分組成，一部分為由于產(chǎn)品內(nèi)部溫度不同造成不同的化學(xué)勢引起食品內(nèi)部的水分轉(zhuǎn)移；另一部分為由于壓力降低引起的水分蒸發(fā)或者沸騰后所產(chǎn)生的水蒸氣的遷移，且后者在水分遷移中占主導(dǎo)地位。關(guān)鍵字：真空冷卻熟肉水分遷移1引言真空冷卻是一種依靠水分蒸發(fā)來進(jìn)行快速冷卻的方法。在50年前，真空冷卻就已經(jīng)被應(yīng)用于萵苣、蘑菇以及切花的預(yù)冷。近幾年來，食品安全問題，尤其是肉制品的安全問題已經(jīng)越來越受到世界各國人們的重視。另外，通過把肉煮熟可以破壞肉中病原性微生物的滋養(yǎng)階段。但是煮的過程并不能殺死所有的微生物。微生物學(xué)家推薦熟肉的溫度應(yīng)該被快速降低，特別是在5℃～60℃溫度范圍內(nèi)，細(xì)菌特別容易繁殖。熟肉的快速降溫可以減少細(xì)菌繁殖降低污染[1]。真空冷卻已經(jīng)被作為快速冷卻食品的一種冷卻方法[2]?？刂剖称返某跏妓趾亢退诌w移對食品的安全和質(zhì)量是非常重要的[3]。真空冷卻過程中的水分蒸發(fā)會(huì)使食品內(nèi)部的水分損失一部分，這可能會(huì)對產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此有必要研究真空冷卻過程中的水分遷移機(jī)理，國內(nèi)在這方面的研究很少。本文通過實(shí)驗(yàn)對真空冷卻過程熟肉內(nèi)部的水分遷移特性作一些初步研究。2實(shí)驗(yàn)裝置、材料與方法2.1實(shí)驗(yàn)材料與裝置本試驗(yàn)所用的樣品為豬后腿去骨肉，通過電熱鍋（型號為RF-P130Y）把樣品的中心溫度加熱到75℃左右，然后樣品被稱重和冷卻。本實(shí)驗(yàn)所用的主體裝置為真空冷卻機(jī)，如圖1所示。真空冷卻機(jī)主要有真空系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)兩大部分組成，真空室的容積為0.3m3，真空泵由上海真空泵廠制造，型號為2XZ－2，泵的抽速為2L·s-1。實(shí)驗(yàn)過程中真空室內(nèi)的真空度一般控制在610Pa～650Pa。2.2數(shù)據(jù)測量和采集實(shí)驗(yàn)過程中樣品的溫度是通過T型銅－康銅熱電偶進(jìn)行測量的，測量精度為℃。在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)樣品的中心溫度、表面溫度以及真空室內(nèi)的溫度都被測量。真空室內(nèi)的壓力是通過壓力傳感器來測量的，壓力傳感器為CPCA-130Z型電容薄膜式絕對壓力變送器，精度為Pa。監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用北京亞控自動(dòng)化軟件科技有限公司開發(fā)的工業(yè)自動(dòng)化通用組態(tài)軟件組態(tài)王5.0。壓力和溫度信號的數(shù)據(jù)采集由牛頓模塊I-7018P來實(shí)現(xiàn)。熟肉含水量變化和水分的蒸發(fā)速率通過電子天平（JA12002）在線進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，電子天平讀數(shù)的時(shí)間間隔為30s/次，最大允許誤差為0.1g。熟肉冷卻前后的含水量測定按照GB9695.15－88來進(jìn)行。水分的蒸發(fā)速率可以通過下式來表達(dá)：（1）式中為時(shí)間間隔，為時(shí)間，min，為時(shí)刻樣品的質(zhì)量，g。真空冷卻過程中，樣品的水分含量可以通過下式來計(jì)算：（2）式中m0為樣品的初始質(zhì)量，g；W0為樣品的初始水分含量，％，。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析圖2顯示了真空冷卻過程熟肉中水分的蒸發(fā)速率。從圖中可以看出，真空泵剛開始時(shí)水分的蒸發(fā)速率很低，只有0.65g/min左右。然后水分蒸發(fā)速率迅速上升，達(dá)到最大的2.8g/min，并持續(xù)了幾分鐘，從第十分鐘開始，真空冷卻的蒸發(fā)速率就一直很小。危圖囑3榴顯示了真踩空冷卻過徑程中熟肉猴水分含量于變化。由器于實(shí)驗(yàn)條縫件的限制階，只能從悠圖砌3駁中看出真姐空冷卻過縱程中熟肉群平均水分臨含量的變怕化。但是居從冷卻前鄙后測定的顧水分含量銅來看，冷呼卻前熟肉帝中心與表朱面的水分皂含量差別佛不是很大省，冷卻前計(jì)熟肉中心踩水分含量頭為倘73.5繞1拋％，表面熔水分含量靠為慘71.原3雕％，兩者鑒之差只容有弊2.2貍1滔％。冷卻蝶后熟肉中繁心與表面糊的水分含跡量有很明戰(zhàn)顯的差別鑰，中心水劃分含量習(xí)為幸69.4專8繩％，表面永水分含量酷為誰61.0退4固％，中心桶與表面水案分含量之糧差高舉達(dá)處8.4預(yù)4荒％。真空畝冷卻過程趟中，水分敬蒸發(fā)的結(jié)變果使得熟缺肉的平均終水分含量惜從塑7昌1番％降低床到安60.6堂9躬％稼。而?籍真空冷卻慚過程中熟旁肉內(nèi)部溫道度場和真版空室內(nèi)壓氧力的變化度過程。對荒比曲線可燥以看出：逼在真空冷鳴卻的初始棍階段，熟托肉的中心年溫度較高矩，達(dá)疊到化6視3跳℃白，表面溫洽度較低，巖只甘有書4體1終℃隊(duì)，從中心串到表面的值溫度是逐輕漸降低的際。真空冷茅卻的前十板分鐘內(nèi)，例熟肉溫度游的降幅較打大，最大癢降幅可以徑達(dá)迎到爬4劃0糞℃疾左右。隨奧著時(shí)間的篩變化，真逆空冷卻的齒降幅逐漸存減小，這乞主要是由鍋于真空冷垂卻的蒸發(fā)皺速率變小請的原因，綱這一點(diǎn)可本以在溫圖筋2的中看出。壇在真空冷烘卻結(jié)束時(shí)贏，中心與燙表面的溫閑度基本一脂致。真空賄冷卻過程多中真空室驢內(nèi)真空壓哄力的變化沃，由于實(shí)侮驗(yàn)中的真笨空壓力測注量范圍鳳為恨1鄭0圓～孫1000辭0P持a覽，所以高申于月1000辟0P濫a樂的壓力沒碧有顯示。胖當(dāng)真空冷燒卻開始時(shí)粥，在五分執(zhí)鐘內(nèi)，真泰空室內(nèi)的某壓力從大裂氣壓降低招到酸610P覺a春左右，此滑后真空室匙內(nèi)的壓力財(cái)就一直保籍持駛在問610P蔽a啄左右直至砌真空冷卻突結(jié)束。滔4苦取水分遷移融特性的分救析飛熟肉中的賓水分主要林包含自由覆水和結(jié)合乳水，在真刻空冷卻過嶄程發(fā)生轉(zhuǎn)茂移的水都崖是自由水補(bǔ)。從實(shí)驗(yàn)情的結(jié)果來帆看，熟肉舉中心的水聾分含量在喉真空冷卻罷前后并沒系有太大的弱變化，這奇就說明真故空冷卻時(shí)常，熟肉內(nèi)萍部自由水第遷移的驅(qū)卵動(dòng)力不僅字僅取決于桶水分含量魚梯度，那氏么在真空吐冷卻過程晌中熟肉內(nèi)竭部水分遷穿移的主要礦驅(qū)動(dòng)力是伶什么呢？巾可以設(shè)想維，由于隨螞著壓力的凱降低，水午的沸點(diǎn)也乏會(huì)相應(yīng)降啊低，因此裙當(dāng)熟肉溫讓度高于相陽同壓力下超水蒸氣的踩飽和溫度膀時(shí)，熟肉查內(nèi)部的水截分就會(huì)劇組烈地汽化范達(dá)到沸騰遍。從藍(lán)圖艦4區(qū)中可見，木在真空冷屈卻過程中筒，產(chǎn)品失國去了很多建熱能，產(chǎn)拼品的中心青溫度下降名的幅度較集大，產(chǎn)品秒的顯熱主哀要被用于寫自由水的覽蒸發(fā)和沸乓騰了。另梨一方面，水在真空冷鉛卻過程中餅，產(chǎn)品的買中心溫度歸總是高于館產(chǎn)品表面袋的溫度，此這標(biāo)明產(chǎn)禾品內(nèi)部也神存在著熱絲傳導(dǎo)。由憤于肉類的凱導(dǎo)熱系數(shù)坦比較小，話因溫差向姑表面?zhèn)鲗?dǎo)隊(duì)的熱量只革占汽化帶餡走熱量的血很小一部趴分。在產(chǎn)將品內(nèi)部由醒于溫度不孩同，會(huì)造嗚成化學(xué)勢掉不同，水哲分就要沿猴著化學(xué)勢杰降低的方搞向運(yùn)動(dòng)，俊從而造成倉熟肉中水補(bǔ)分的轉(zhuǎn)移系。因此可惕以認(rèn)為真慣空冷卻過岔程中產(chǎn)品酷內(nèi)部的溫平度變化與婚水分遷移字有關(guān)。雞通過上述靠分析可以暗認(rèn)為，在禾真空冷卻凱過程中自雀由水的遷歲移可以由邁兩部分組憐成：一部品分為溫差秋作用下水越分的遷移村。根據(jù)熱扒力學(xué)定律想，熟肉中汽自由水的館化學(xué)勢（嫌）可以表現(xiàn)示為棄[4]越：（3）孤另一部分姨為在壓力栽梯度下，酸由于壓力北降低而引叛起水分蒸眨發(fā)或沸騰窩后所產(chǎn)生坐的水蒸氣音的遷移。禾而且，后今者在真空患冷卻過程虛中水分遷柿移過程中慎占主導(dǎo)地叉位。當(dāng)真桶空室內(nèi)的給壓力等于軍或者低于識表面溫度答和中心溫告度對應(yīng)的爸飽和壓力勁時(shí)，產(chǎn)品狼內(nèi)部的水演分將開始拔沸騰蒸發(fā)冠產(chǎn)生冷卻款效應(yīng)。尤在雜0精℃娘～憶10演0階℃紐范圍內(nèi)，臂飽和壓力槍與產(chǎn)品溫策度的對應(yīng)腰的關(guān)系式疲可以由下晴式來表達(dá)訪[5]停：（4）性這里，是通飽和壓王力盈,客;黨是產(chǎn)品的陶溫衡度紅,著。后由于壓力痰梯度引起玩的水分遷握移在真空厲冷卻過程平中占據(jù)主卵導(dǎo)地位，般因此在真森空冷卻初惜始階段，騙隨著真空男室內(nèi)壓力挺的快速降澡低，相應(yīng)狀的產(chǎn)品內(nèi)留外的壓力中梯度也變描大，從而粱導(dǎo)致高的咐水蒸氣蒸該發(fā)速率和專產(chǎn)品溫度桐的快速降蹈低，這一勇點(diǎn)可以明脅顯的從襲圖篩2肥和怒4怕中看出。屢當(dāng)真空室常內(nèi)壓力達(dá)順到盆610P只a遙左右時(shí)，艘真空室內(nèi)賢的壓力將雖不再降低評，產(chǎn)品內(nèi)證外的壓力良梯度也會(huì)聯(lián)相應(yīng)的減射小，蒸發(fā)殊速率和產(chǎn)魯品的溫降恨速率也變稍小。5結(jié)論緊本文對熟肢肉真空冷寶卻過程中姥的水分遷治移進(jìn)行了追實(shí)驗(yàn)研究箭，結(jié)果表針明：真空式冷卻初始址階段水分柄蒸發(fā)速率你和產(chǎn)品的頃溫降幅度嫩較大。隨符著產(chǎn)品內(nèi)貧外壓差的兇減小，蒸唐發(fā)速率和四溫降速率心也會(huì)變小謠。真空冷育卻結(jié)束后貸，熟肉的枕平均水分寇含量怨從賀7址1壇％降低山到師60.6這9鉆％。同時(shí)蔽根據(jù)實(shí)驗(yàn)布結(jié)果對真講空冷卻過瘡程中內(nèi)部坦自由水的蒜遷移機(jī)理勒和驅(qū)動(dòng)力陵進(jìn)行了理森論分析，規(guī)發(fā)現(xiàn)真空艙冷卻過程舉中的水分維遷移由兩裁部分組成諸，一部分瓣為由于產(chǎn)標(biāo)品內(nèi)部溫斗度不同造叛成不同的鋤化學(xué)勢引私起食品內(nèi)鮮部的水分屑轉(zhuǎn)移；另恐一部分為竭由于壓力愚降低引起肝的水分蒸諷發(fā)或者沸高騰后所產(chǎn)見生的水蒸奏氣的遷移割。關(guān)于真耀空冷卻過藝程中水分扛遷移的數(shù)錢學(xué)模型需崇要進(jìn)一步富的探討和市研究。參考文獻(xiàn)頑[1]西S,J冒,Ja存mes,角C,赤Jame哭s.M筍eat漫refr榴iger芝atio她n[M久].U伸SA,必New辜York呆:CR乏CPr受ess送LLC,燒200己0.標(biāo)[2]虛Karl阿McD某onal殃d,D截a-We棄nSu序n.V導(dǎo)acuu濫mco歐olin青gte羽chno叨logy利for別the失foo溫dpr旗oces至sing霸indu私stry繪:a油revi童ew.喘Jour尼nal蠅ofFo陰odE包ngin方eeri別ng[踩J],躲2000鼻,45腔:55奮~65.墓[3]匯T,P爬,La枝buza防,C,站R,榨Hyma塞n.Mo朱istu殿rem站igra接tion窩and栽con瓜trol思