快速冷却是食品冷藏链中最为重要的环节之一,而真空冷却则是一种非常有效的快速食品冷却技术。目前,真空冷却技术已经被广泛地应用于莴苣、白菜、切花、水果、烘焙食品、米饭、熟肉、水产品、煮鸡蛋、豆腐、水果切片、面制品、汤圆等多种食品的采后加工或者热加工后处理。为了进一步推进真空冷却技术的发展和应用,国内外的研究人员先后提出了许多优化工艺,例如多级降压、补水、浸没式冷却等,然而,高失水率和温度分布不均等现象依然屡屡发生。为此,本文首先全面综述了近年来国内外在食品真空冷却技术方面的研究进展,然后以研究真空冷却过程中食品内部传热传质机理为出发点,从以下几方面开展了工作:1)在研究传统式真空预冷机的基础上,设计了一种新型真空预冷机。一站式抽真空是传统真空预冷机的典型工作模式,它的主要特点是让真空泵全速运转,直到真空室压力降到设定值。这种模式虽然可以保证真空室的压力在最短时间内降到设定值,然而它所带来的负面影响却很多,例如沸腾现象过于剧烈、食品结构被破坏等。而本文所设计的新型真空预冷机则使用了灵活的降压模式——实时改变真空泵的抽速。这种模式不仅可以根据冷却过程的进行将真空泵抽速调整到最匹配状态,还能根据物料的结构差异以及使用目的调整整套冷却工艺。此外,在真空冷却过程中食品表面不同位置之间的温度差异是评判真空冷却效果的重要指标,然而,目前还没有一种比较有效的方法可以直接测量真空冷却过程中食品表面的温度实时变化值。为此,本文设计了一种外置式红外热成像测量方法,可以准确地测量高湿环境中蔬菜、汤剂、熟肉等物体表面的温度,特别适用于真空冷却工艺的研究。为了使得新型真空预冷机的生产效率更高,本文还从其它方面(如缩短真空泵的延迟开启时间、机械式制冷机组的替换以及真空冷却设备的民用化)对它的进一步改进提出了建议。2)食品在真空冷却过程中的失水是商业上最受关注的因素之一,因为它直接牵涉到生产商的最终收益。因此,如何降低失水一直是研究热点。本文首先借助高速相机研究了真空冷却过程中食品的失水机理,发现气泡在生长过程中的剧烈破裂是导致水分无效损失的最重要因素之一,破裂越剧烈,失水率越大。然后,通过不同阶段的变速方案比较发现,在“闪点”附近适当地降低真空泵的抽速,可以抑制气泡的剧烈破裂,从而避免无效失水。3)物料内部的温度分布均匀程度直接关系到它真空冷却后的咀嚼感,尤其是肉制品。因此,本文借助自主设计的外置式红外热成像测温法发现了真空冷却过程中火腿内部截面的温度变化规律,并以此为基础进一步研究了真空冷却过程中火腿内部的传热传质机理。结果表明:火腿内部的温度并非遵从线性变化规律,而且整块火腿的最高温度点也并非一直处于几何中心;壳层与非壳层之间过度区域的变化是影响火腿内部温度分布的关键;使用合适的抽速方案不仅可以防止火腿内部最高温度点的偏移,从而提高整体温度分布均匀程度,还可以显著降低冷却后的失水以及设备的运行能耗。4)为了进一步研究肉制品在真空冷却过程中的传热传质机理,并为今后的工艺优化提供理论依据,本文还建立了水煮猪肉的真空冷却数学模型。此模型综合考虑了气液相变、液态水和水蒸汽在多孔介质中的迁移、相变热、外部对流热和辐射热等多个物理场的耦合作用,不仅可以准确地预测水煮猪肉在真空冷却过程中的温度分布,还可以预测出失水率以及基质孔隙率的变化。5)叶类蔬菜是真空冷却最为适用的食品之一,因此,优化叶类蔬菜的真空冷却工艺非常有必要。本文研究了上海常见的一种叶类蔬菜——上海青在真空冷却过程中的温度分布规律,结果表明:在整片叶子无损的条件下,叶部比叶柄的降温速率要快,因为下表皮有很多气孔,使得叶子具有很大的水分蒸发面积;如果蔬菜的叶柄受损,邻近损伤部位的温度将会比叶部的温度降低的快,因为受损部位与叶部之间形成了自由水竞争作用;叶部的不同部位之间也有明显的温差,在真空冷却的初始阶段,叶边温度降低最快,然而,这一优势在很短的时间内便会消失,因为可以输送到叶边的水分太有限;在真空冷却的最后阶段,叶部不同部位的终温随着与叶柄的距离的增加而升高;因此,要获得一个比较均匀的降温效果,必须要调整好真空冷却方案,尤其要选择合适的降压速率。6)基于上述研究,本文建立了叶类蔬菜的真空冷却数学模型。此模型不仅考虑了各个物理场之间的耦合关系,还考虑了叶类蔬菜的结构特性,尤其是叶部和叶柄之间的结构差异,叶部不同部位之间的结构差异等。此模型可以较为准确地模拟出蔬菜不同部位的温度变化和水分迁移趋势,对今后的研究具有一定的参考价值。