[科普中国]-真空冷却

真空冷却是用真空泵抽真空室内的水果和蔬菜放入保温真空室。当相应的水蒸汽，水果和植物纤维间隙表面的水的饱和压力的水果和蔬菜的室内温度真空开始蒸发，蒸发将汽化的远潜热，使水果和蔬菜的温度降低，并进一步向下，直到蔬菜冷却到所需的温度。水在大气压力，100℃沸腾。但压力下降，沸点也减小，这可以减少对现象可以得知山的水的沸点，但为了以蒸发水，有必要以吸收热量。

原理及特点真空冷却，是基于汽态水分子比液态水分子具有更高的能量，因此水在汽化时必须吸收汽化潜热，而其汽化潜热又是随着沸点的下降而升高的这一原理而将处理物放入能耐受一定负压的、用适当真空系统抽气的密闭真空箱内，随着真空箱内真空度不断提高，水的沸点温度不断降低，水就变得容易汽化，水汽化时只能从被处理物自身吸收热量，被处理物便可得到快速的冷却。

日常生活中，在一个大气压（101 325 Pa）下，水在100 ℃时沸腾。但水的沸点温度不是一成不变的，随着压力的降低（或升高）而降低（或升高）。例如，水的沸点温度在40 196.6 Pa时是76 ℃，4 kPa时已降到29 ℃，到了1.6 kPa时则降到14 ℃。沸点的降低，使水容易汽化。由于汽态水分子比液态水分子具有更高的能量，因此水在汽化时必须吸收汽化潜热，而其汽化潜热又是随着沸点的下降而升高。根据这一原理，可以将被处理物放入能耐受一定负压的、用适当真空系统抽气的密闭真空箱内，随着真空箱内真空度不断提高，水的沸点温度不断降低，水就变得容易汽化，水汽化时只能从被处理物自身吸收热量，被处理物便可得到快速的冷却1。

应用由于真空无处不在，因此，与传统的传热方式（对流、传导、辐射）相比，真空冷却不但快速均匀，而且干净卫生，非常适合熟食品的冷却和果蔬预冷等。

让我们先看看熟食品生产的工艺流程：

原料 清洗 加工（蒸煮烧烤等） 冷却 包装 成品

毫无疑问，熟食品加工好后都必须经过冷却才能包装，传统的冷却方法有室内摊凉自然冷却、强制通风冷却、空调间冷却、冷库冷却等。这些冷却方法不但冷却时间长（几个—十几个小时），周转慢，占地多，而且冷却不均匀，表面和中心温差大，更重要的是影响食品卫生安全。

再看看果蔬冷链保鲜的流程：

采摘 整理 预冷 冷藏（包括保鲜库、气调库、减压库等） 冷藏运输 超市冷柜 家庭冰箱

采收后的果蔬，依然是有生命的机体。为了维持生命，仍进行着旺盛的呼吸和蒸发，分解和消耗自身的营养，并放出呼吸热；同时，新鲜果蔬采摘后还带来了大量田间热，鲜度和品质明显下降，加速成熟衰老。

保鲜的目的就是延缓衰老，因此，控制呼吸就十分必要，而与呼吸关系最密切的因素就是温度。温度升高会刺激呼吸。呼吸作用既然释放了能量，自然会引起品温升高。反过来又促进了呼吸作用，加快了果蔬的衰老。显然，如能降低果蔬的品温和环境温度，就能有效地控制呼吸进而延缓衰老。因此，果蔬采摘后必须进行预冷处理，尽早、尽快地除去田间热，降低呼吸热。就为延长保鲜期创造了条件。

现在一般采用自然摊凉方式冷却，占地大、时间长，不但难以达到快速预冷的要求，也不适合产业化生产。也有的直接放进冷库冷却，那是既不合理又不经济，并且也做不到快速均匀地冷却。

采用真空冷却方式来对熟食品及果蔬进行冷却或预冷，空气里的细菌不可避免地会沾到食品上去，造成食品的“二次污染”，特别是在60-30℃之间，那是细菌高速繁殖区域，快速通过这一温度区间，就可大大减少细菌繁殖世代,菌量容易得到控制，从而有利于提高食品的安全性，延长保质期。这对于贯彻“食品安全法”具有重要意义，由此可见，食品加工行业用样也需要一种快速冷却的先进方法和设备。

真空冷却就是可以满足以上要求的比较理想的快速冷却技术方法。

从上个世纪70年代开始到现在，日本、台湾及美国等地就陆陆续续有了各类真空冷却机生产和普及使用，其产品分两类，一是使用水喷射冷凝真空泵的常温型机组，即食品温度从100°C降到常温；再一种是以锅炉高压蒸汽为动力高能耗的蒸汽喷射冷凝真空泵组配置的中温机组，食品温度从100°C降到10°C左右。近几年在这个领域，我国也相继研发出同类技术更全面的产品，全国范围内以上海居多，如上海锦立保鲜科技有限公司等。

如今国内已开发出多种型号的真空冷却设备，现已被各大知名企业投入使用。

（一） 旋片真空泵、捕水器组合系统和果蔬真空预冷机

旋片泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一。这是一种抽速大、体积小、极限真空度高、工作噪音低的油封式机械真空泵。在这种真空泵中，油起着重要的作用，它兼具密封、润滑及冷却三种效能。

利用旋片真空泵完全可以达到果蔬预冷所需的真空度（≤660Pa），但是如前所述，真空冷却的原理正是利用水份汽化时吸热而造成自身降温。因此，在冷却过程中会产生水汽，如果水汽直接进入旋片泵，将引起泵油的乳化，不但影响泵的性能而且会对泵体本身造成损害。解决的办法是在泵的前面增加一套捕水器，利用低温将水汽凝结成水而排掉。为此必须再配置制冷系统，让除去了水汽的空气再经真空泵排出。

果蔬真空预冷机一般都是根据以上原理而设计制成的，其基本组成是真空箱体、捕水器、制冷机组和旋片式真空泵。

上海锦立保鲜科技有限公司生产的果蔬真空预冷机，将一般果蔬从30℃左右冷却到3℃以下，只需30分钟。

（二） 水力喷射真空技术和常温型真空速冷机

熟食品的冷却不同于果蔬的预冷，起始温度很高，一般在90℃以上，冷却过程中会有大量的水汽逸出，因此，如果还是采用旋片真空泵、捕水器组合系统，势必捕水器和制冷机组都要配得很大，不但机组庞大而且能耗很高，极不经济。而将水力喷射真空技术应用于熟食品的快速冷却，可以取得很好的效果。

该项技术集抽真空、冷凝、排水三种功能予一体。它是利用一定压力的水流，通过对称均布成一定侧斜度的喷咀高速喷出，聚合在一个焦点上，于是在周围形成负压，使与之相通的真空箱内产生真空。另外，由于水蒸汽与喷射水流直接接触，进行热交换，绝大部分的蒸汽凝结成水，通过扩压管被排除，体积大大缩小，这样又可进一步形成更高的真空2。

其优点是：

（1）抽速大，降温快

（2）无油真空系统，不怕水汽

（3）无捕水器，结构简单，价格便宜

（4）运动部件少，故障率低

上海锦立保鲜科技有限公司利用该项技术制成常温型的真空速冷机，熟食品从90℃以上冷却至常温一般只需12分钟。

该项技术也有其缺点：

（1） 高速水流冲击力大，一些部件容易腐蚀，一般半年左右需要调换。上海锦立保鲜科技有限公司采用新的材料、新的设计，大大提高了耐用性。

（2） 冷却温度与工作水温有关，因此，随季节而变化，冬天可冷却到较低的温度、夏天只能冷却到较高的温度。因为它的工作介质通常是普通的自来水，其温度随着气温而升降。系统中压力下降时，水的沸点温度也随之下降，当下降到相应水温时，作为工作介质的水也会汽化，于是压力就再也降不下去了，这时被冷却物品的温度也就很难再降低了。如果有温度比较均衡的地下水或冰水可供使用，当然也可得到比较低而恒定的冷却温度。

一般而言，使用这种机型，冷却的终点温度要比水温高2-5℃。这就是为什么把这种机型称为常温型真空速冷机，为什么说只能“冷却至常温”的原因。

（三） 双级真空系统和低温型真空速冷机

一般用户是没有地下水或冰水可供利用的，那么有没有可以不受气温影响，将冷却终点温度降得更低而又比较稳定的真空冷却技术设备呢？

如前所述，水力真空系统可将熟食品从90℃以上快速冷却到常温，这时水汽已大为减少。但再要往下冷却确实勉为其难了。而旋片真空泵、捕水器组合系统可将被处理物从30℃左右冷却到1-5℃。如能把二者结合起来，形成一个双级真空系统，让不怕水汽的无油真空系统先开始工作，待被处理物冷却到较低温度时启动第二个系统，自然可以达到很低的冷却温度。这种双级真空系统的配置可以充分发挥两种系统的长处，又避开了各自的短处。

上海锦立保鲜科技有限公司采用这种配置，制成了低温型真空速冷机。熟食品从90℃以上冷却到10℃以下，只需30分钟。

（四） 复合真空冷却技术和中温型真空速冷机

上述低温型真空速冷机，虽然能够不受气候限制将被处理物品的温度降得很低，但机组机构复杂，体积庞大，造价较高。而且难免还会有水汽进入旋片真空泵，须经常更换真空泵油。

针对上述缺点，也考虑到一般用户只需冷却到20℃以下的实际需要，上海锦立保鲜科技有限公司开发了复合真空冷却专利技术。并在此基础上制成了中温型熟食品真空速冷机，使熟食品从90℃以上冷却到20℃以下只需25分钟。这也是一种无油真空系统。抽速大、真空度高，而且造价较低，已被著名的美国上市公司“通用磨坊”上海工厂和广州工厂先后采用，效果很好。

三、真空技术其它应用

同样是采用抽真空的技术也可以运用到印刷行业里给印刷品脱除挥发性有机化合物（VOCs），尤其是烟标印刷对异味控制得比较严格。

真空脱异味设备的原理就是使产品处于真空动压状态下，产品中的异味物质在波动的压差作用下迅速脱离吸附表面，被真空泵排至室外，从而达到脱味的效果。真空脱味机脱味快速、均匀，与传统方法相比可显著缩短散味时间，大大提高生产效率和产品质量。另外也适用于食品包装纸、餐具、人造板、家具等所含苯、甲苯、甲醛、乙苯、丁酮等多种挥发性有机化合物。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所