在差壓預(yù)冷過(guò)程中,食品熱量的傳遞主要有兩種形式,一種是以熱傳導(dǎo)方式由物體內(nèi)部傳遞到物體表面,另一種是以對(duì)流換熱方式將熱量帶走。在這個(gè)過(guò)程中,空氣溫度、氣流速度、壓力降、容器開(kāi)口率、容器排列方式、食品層空隙率、食品品種及規(guī)格等是影響熱量傳遞即預(yù)冷速度的主要因素。因此,要想提高預(yù)冷速度,必須對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行討論。
(1)空氣溫度。空氣溫度降低可以增大空氣與食品之間的溫度差,食品傳熱加快,從而預(yù)冷速度加快,但較低的空氣溫度會(huì)對(duì)食品造成凍害。對(duì)于新鮮蔬菜和水果,預(yù)冷空氣溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在-1~0℃,因?yàn)榇蟛糠炙⑹卟说膬鼋Y(jié)點(diǎn)為-4.2~-1℃。但有些食品凍結(jié)點(diǎn)相對(duì)較高,例如生菜為-0.45℃,菠菜為-0.75℃,黃瓜為-0.84℃,西紅柿為-0.9℃,因此這些食品預(yù)冷時(shí)空氣溫度不得低于0℃。
(2)氣流速度。當(dāng)預(yù)冷空氣溫度一定時(shí),適當(dāng)提高氣流速度有利于預(yù)冷速度的提高。由對(duì)流換熱方程式可知,當(dāng)氣流速度增大時(shí),對(duì)流換熱系數(shù)增大,即對(duì)流換熱量增大。然而繼續(xù)提高風(fēng)速,雖然會(huì)繼續(xù)增大對(duì)流換熱系數(shù),但同時(shí)會(huì)增加風(fēng)機(jī)能耗和食品干耗,使實(shí)際效益下降。因此,在實(shí)際操作過(guò)程中必須設(shè)定適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速,一般為0.5~2m/s。
(3)壓力降。壓力降代表風(fēng)機(jī)能耗的大小,是與容器開(kāi)口率、容器排列方式、食品層空隙率以及氣流速度有關(guān)的值。對(duì)較小的顆粒狀食品,如青豌豆、櫻桃、青蠶豆、小西紅柿、小胡蘿卜、草莓等,壓力降為3432~4217Pa;對(duì)較大的球狀食品,如橘子、桃、梨、蘋(píng)果、西紅柿、土豆等,壓力降為490~980Pa。在實(shí)際操作過(guò)程中,希望保持恰當(dāng)?shù)膲毫?,以維持整個(gè)預(yù)冷過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益。
(4)容器開(kāi)口率。差壓預(yù)冷方式的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為容器的形狀及通氣口的開(kāi)口率,它們直接影響冷空氣進(jìn)氣量、預(yù)冷食品間的接觸面積和壓力降。容器一般采用塑料箱、紙箱、柳編筐等。設(shè)計(jì)容器的通氣口時(shí)應(yīng)考慮容器的強(qiáng)度,通氣口大小視產(chǎn)品規(guī)格確定,有圓孔、條形孔、菱形孔等,開(kāi)口率在5%~45%之間選定。開(kāi)口率越大,通過(guò)容器內(nèi)食品層的空氣量越大(在食品層空隙率一定時(shí)),即與食品表面接觸的冷空氣量越大,速度越快,預(yù)冷速度就越快。
(5)容器排列方式。容器排列方式會(huì)影響冷空氣在容器內(nèi)的前進(jìn)速度和路徑,這對(duì)食品的散熱是十分重要的。如前所述,容器排列方式有直列式、U字式、疊加式等。實(shí)驗(yàn)表明疊加式預(yù)冷速度最快,其次為U字式。
當(dāng)柑橘初溫為30℃,冷卻至終溫4℃時(shí),常規(guī)強(qiáng)制通風(fēng)冷卻時(shí)間為7.6h,直列式預(yù)冷為3.6h,U字式預(yù)冷為2.5h,而疊加式預(yù)冷為2h。由此可見(jiàn),當(dāng)其他條件一定時(shí),排列方式不同,冷卻速度也不同,當(dāng)食品體積較大時(shí)更為明顯。
(6)食品層空隙率??諝鈮毫蹬c空隙率成反比,即空隙率越大壓力降越??;反之,空隙率越小壓力降越大。無(wú)規(guī)烈排列的食品層比有規(guī)則排列(順排、橫排)的食品層壓力降大。
在實(shí)際操作中,由于大部分采用無(wú)規(guī)則排列,因而計(jì)算食品層空隙率、壓力降、氣流速度分布是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程,尚有待進(jìn)一步研究。
(7)食品品種及規(guī)格。食品品種不同,其屬性也不相同。即使是同一品種,由于規(guī)格不同,產(chǎn)生不同的溫度、速度、壓力降和空隙率,引起不同的傳熱效果,因而冷卻速度也不同。含水量大、脂肪含量高的食品以及體積較大的食品冷卻速度慢,例如西瓜、西紅柿、肉類、水產(chǎn)品等