真空冷却技术是一种通过物料自身水分蒸发从而获得冷量的冷却技术,其特点是降温速度快,温度分布均匀,能耗低,近20年已经被广泛研究和应用到叶类蔬菜、熟肉、烘焙食品等固体食品中,然而对液体食品的相关研究和应用较少。目前食品工业中液体食品的冷却方法主要是采用列管换热器或板框式换热器,虽然这些方法冷却效率高,然而能耗大,换热器内容易产生结垢,且冷媒泄漏的风险也大。因此本文将通过液膜真空闪蒸冷却和喷雾真空闪蒸冷却两种冷却方式,分别对水、苹果和牛奶三种液体进行实验研究,从初温、过热度和降压速率三个方面来观察不同工况对液体真空冷却的温度曲线、沸腾过程、粒径变化、失水率、挥发性芳香物质损失情况等的影响,以更好的评估真空冷却技术在液体食品中的应用。得出的结果如下:1.初始温度的越高,液体在液膜真空闪蒸冷却过程中的温度变化率越大,越快达到平衡温度。当过热度ΔT=16℃,初温为20℃,40℃和60℃的纯水分别进行液膜真空闪蒸冷却时,其最大温度变化率分别为0.45℃/s,1.25℃/s和2.4℃/s;纯水分别在200 s,43 s和22 s达到平衡温度;苹果汁和牛奶也有相同的规律。结合高速摄像机所拍摄的图像发现,当初始温度越高,液膜沸腾越剧烈,对应的最大膨胀高度值越大。在初温为60℃的工况中,纯水的最大膨胀高度分别是初温为40℃时和20℃时的1.08倍和2.22倍。2.对于水、苹果汁、牛奶三种液体食品,在相同工况下进行液膜真空闪蒸冷却时,其最大温度变化率依次增加,而且根据其高速摄像机图像发现,三者的最大膨胀高度依次增加:初温为20℃的工况下,牛奶的最大膨胀高度分别是苹果汁和纯水的1.95倍和2.03倍。结合三者的表面张力发现,水、苹果汁和牛奶的表面张力依次减少,表面张力越小在沸腾闪蒸过程中越容易生产气泡,对闪蒸过程造成的扰动更剧烈,传热更快,所以其最大温度变化率依次增加。3.在进行喷雾真空闪蒸冷却过程中,随着真空腔体压力的下降,其雾化效果更充分,所获得的液体粒径更小。对于初温为20℃的纯水、苹果汁和牛奶三种工质,在喷雾真空闪蒸冷却过程中,第90 s(此时腔体压力P=0.7 kPa)的液滴粒径比第10 s(此时腔体压力P=24.3 kPa)的液滴粒径分别减少了13.4%,10.3%和10.3%。结合热红外成像图片和温度变化曲线发现,液体在喷雾过程中获得了很大温降。4.无论是液膜真空闪蒸冷却还是喷雾真空闪蒸冷却,都会对苹果汁和牛奶的挥发性芳香物质造成损失。而对于苹果汁而言,部分挥发性芳香物质可以通过捕水器进行回收。对真空冷却前的苹果汁检测到了25种挥发性芳香物质,其中醇类物质占了56.71%。在液膜真空闪蒸冷却的冷凝水中回收到了10种挥发性芳香物质,其中醇类的总含量占了83.33%;在喷雾真空闪蒸冷却的冷凝水中回收到了12种挥发性芳香物质,其中醇类的总含量占了80.54%。对真空冷却前的牛奶检测到了18种挥发性芳香物质,其中酮类物质占了72.61%,在牛奶的冷凝水中没有检查出挥发性芳香物质。5.随着降压速率的降低,初温为20℃的纯水的最大膨胀高度没有明显变化,而初温为80℃的苹果汁和初温为40℃的牛奶其最大膨胀高度明显降低;对于喷雾闪蒸真空冷却,降压速率越低,对应的液滴粒径越大;对于在10 s,50 s和100 s三个时刻拍摄喷雾真空闪蒸冷却的液滴,P-1降压速率下的液滴粒径分别比P-3降压速率下的液滴粒径小了6.73%,16.78%和2.33%。