多冷藏溫度要求下的系統(tǒng)配置及艙室布局研究

常 鴻

(天津新港船舶重工有限責(zé)任公司 天津300456)

多冷藏溫度要求下的系統(tǒng)配置及艙室布局研究

常 鴻

(天津新港船舶重工有限責(zé)任公司 天津300456)

從魚品變質(zhì)和保鮮的過程分析，找出了影響魚品新鮮度的癥結(jié)所在，針對(duì)這些問題點(diǎn)展開實(shí)踐、分析和研究，制定出艙室合理布局及系統(tǒng)合理配置方案，在降低能耗的同時(shí)，延長(zhǎng)魚品的保質(zhì)、保鮮時(shí)間，進(jìn)而提高整船的經(jīng)濟(jì)效益。

變質(zhì) 保鮮 冷庫溫度 冷庫艙室設(shè)計(jì) 冷庫系統(tǒng)配置

0 引 言

海洋魚品是人類攝取優(yōu)質(zhì)蛋白的重要來源，它所含有的 DHA通常高于其他食品。DHA是人類自身無法產(chǎn)生的一種不飽和脂肪酸，它是大腦正常活動(dòng)所必需的營養(yǎng)素之一，其中尤以金槍魚為之最。遠(yuǎn)洋漁業(yè)由于受環(huán)境污染的程度較低，所以深海魚類不僅是人們喜食的美味佳肴，而且是人們補(bǔ)充營養(yǎng)健康的重要來源。

但由于深海魚類處于特殊的生活環(huán)境，捕獲后如不進(jìn)行及時(shí)處理和貯存，或者采取不正確的方式處理和貯存，都會(huì)使其喪失原有的鮮味和營養(yǎng)價(jià)值，從而降低其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

我國的遠(yuǎn)洋漁業(yè)，一直處于比較落后的狀態(tài)，所以在我國現(xiàn)有制冷設(shè)備和保溫技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過研究多冷藏溫度下系統(tǒng)配置及艙室布局提高遠(yuǎn)洋漁業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力已勢(shì)在必行。

1 冷庫溫度的設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1 食品變質(zhì)分析

要正確設(shè)計(jì)冷庫。首先需對(duì)食品變質(zhì)的誘因進(jìn)行分析，然后從中找出最適宜的冷庫設(shè)計(jì)思路與方案。

各種微生物都有自己生長(zhǎng)的最適溫度，在最適溫度下，微生物生長(zhǎng)最快，偏離此溫度，生長(zhǎng)速度逐漸放緩甚至停止。微生物根據(jù)其最適溫度可分為嗜冷性微生物、嗜溫性微生物、嗜熱性微生物。微生物適應(yīng)溫度范圍見表1。

如表 1所示，當(dāng)把食品降低到某一溫度下時(shí)，就可以使食品中微生物和酶的作用得到抑制，使食品保持基本不變質(zhì)，從而達(dá)到長(zhǎng)期貯存的目的。

這里特別強(qiáng)調(diào)一下，大部分水中細(xì)菌都是嗜冷性微生物，而有些水中霉菌即使在－8,℃時(shí)，仍能生長(zhǎng)。所以在漁船的預(yù)冷區(qū)、加工作業(yè)區(qū)等處所，為了抑制細(xì)菌的滋生和繁殖，在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要保證溫度低于0,℃以下。

表1 微生物類別及適應(yīng)溫度表Tab.1 Types and adaptive temperatures of microorganisms

另外，從微生物適應(yīng)溫度范圍表，我們還可以看到：當(dāng)溫度升高到一定程度后，細(xì)菌也不適宜生長(zhǎng)，因本篇論文僅對(duì)低溫貯藏進(jìn)行討論，所以高溫殺菌將不作為研究課題。

任何食物都是由細(xì)胞組成的，所以要使食物維持原味，其細(xì)胞及其組成成分就要維持相對(duì)穩(wěn)定，這也就是我們常說的食品的新鮮度，即食品在貯藏過程中，要盡可能地維持原始細(xì)胞組織的完整性。

1.2 保鮮分析

魚體內(nèi)含水量較高，一般在 70%～80%左右，而生物體內(nèi)的水分分為游離水和結(jié)合水兩部分；游離水分布在細(xì)胞與細(xì)胞之間，結(jié)合水分布在細(xì)胞內(nèi)部，由于結(jié)合水含有鹽分，所以其冰晶點(diǎn)低于游離水。

魚品從常溫到完全凍結(jié)過程中，溫度的下降可大致分為 3個(gè)階段：①魚品從常溫下降到結(jié)晶溫度為止，此過程是顯熱過程。由于環(huán)境溫度很低，所以這個(gè)過程進(jìn)展得非常迅速，即溫度下降很快。②魚體結(jié)晶開始到體內(nèi)80%左右都已凍結(jié)的過程，此階段主要是潛熱過程。③凍結(jié)后的食品繼續(xù)降溫冷凍到最佳貯藏溫度的過程。

下面圖 1和圖 2就是一個(gè)典型冷凍全過程的溫度和時(shí)間曲線關(guān)系圖：

圖1 慢速凍結(jié)過程的溫度時(shí)間曲線Fig.1 Temperature and time curve during slow freezing

從上面分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，如果急速凍結(jié)，可以使細(xì)胞內(nèi)外幾乎同時(shí)到達(dá)結(jié)晶點(diǎn)，這時(shí)細(xì)胞形成的結(jié)晶體顆粒很小而且均勻。由于細(xì)胞膜內(nèi)外壓力基本一致，所以細(xì)胞膜穩(wěn)定，破壞較少，解凍后魚品賣相和質(zhì)量都較好。因此，只有采取快速冷結(jié)方式，使魚體以最快速度通過最大結(jié)晶區(qū)，才能保證魚品的品質(zhì)，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 速凍過程的溫度時(shí)間曲線Fig.2 Temperature and time curve during flash freezing

2 冷庫艙室的設(shè)計(jì)與配置

在設(shè)計(jì)冷庫艙室前，首先要根據(jù)使用要求計(jì)算出冷庫艙室的庫容，各個(gè)艙室的冷量，然后計(jì)算壓縮機(jī)制冷量，最后進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.1 冷庫艙室設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，首先考慮將冷庫艙室集中設(shè)計(jì)在一處，以便有效縮短制冷管線長(zhǎng)度；同時(shí)還要按照工作順序，將各個(gè)庫房進(jìn)行合理布局；通過縮短工作距離、減少開門次數(shù)，降低每道工序的溫差要求，來達(dá)到節(jié)能的目的。

考慮到捕獲上來的魚品放置要距上船位置最近，將預(yù)冷加工處理艙置于尾部，由于預(yù)冷艙和處理加工艙所需要的溫度基本相同，在設(shè)計(jì)時(shí)將它們合并為一個(gè)艙室，以有效節(jié)約空間，縮短工作距離，達(dá)到降低壓縮機(jī)能耗的目的。

為了縮短預(yù)冷加工處理艙到凍結(jié)艙的距離，減少魚體在此過程中的各類不利生物化學(xué)反應(yīng)，保證魚類的鮮度，把冷結(jié)艙設(shè)計(jì)到預(yù)冷加工處理艙兩側(cè)，并且根據(jù)魚品的不同，將其分為 3類：①平板速凍艙，用于體積較小的魚貨，溫度設(shè)計(jì)在－35,℃比較經(jīng)濟(jì)；②隧道式速凍艙，用于體積較大的魚貨，溫度也是在－35,℃比較經(jīng)濟(jì)；③金槍魚冷凍艙，由于金槍魚魚肉細(xì)胞內(nèi)的水分在－1.5,℃時(shí)開始凍結(jié)結(jié)晶，到－60,℃時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的所有水分全部?jī)鼋Y(jié)成結(jié)晶體，即金槍魚的共晶點(diǎn)是－60,℃，即在－60,℃時(shí)金槍魚達(dá)到完全凍結(jié)，其細(xì)胞生物體的反應(yīng)被維持在停止?fàn)顟B(tài)，從而得到長(zhǎng)期保持金槍魚鮮度的效果。圖 3為相對(duì)比較理想的典型冷庫艙室設(shè)計(jì)。

圖3 典型冷庫艙室設(shè)計(jì)Fig.3 Typical cold room design

2.2 系統(tǒng)配置

漁船出海未捕撈前，為了節(jié)能，通常魚品冷庫艙室處于不使用狀態(tài)，開始捕獲前一定時(shí)間內(nèi)才開制冷壓縮機(jī)，使各艙達(dá)到預(yù)計(jì)的使用溫度。針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，我們將保證1類庫房中的冷庫壓縮機(jī)制冷量應(yīng)用于 2類庫房的某些處所。另外考慮到靠港狀態(tài)，僅有集控室和個(gè)別艙室需要提供空調(diào)，這時(shí)可以停止空調(diào)壓縮機(jī)的工作，而用冷庫壓縮機(jī)的冷量服務(wù)于這些處所，從而真正做到通過系統(tǒng)配置上的優(yōu)化，達(dá)到節(jié)能目的，進(jìn)而提高魚貨產(chǎn)品在整個(gè)市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

首先從設(shè)計(jì)原理入手，通常壓縮機(jī)的制冷量是通過負(fù)荷計(jì)算得到的。我們知道不同的庫溫，對(duì)應(yīng)著不同的蒸發(fā)溫度，這就導(dǎo)致了回氣溫度和壓力都不同于標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算中所得到的參數(shù)，所以要保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須在冷庫的模式中設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的模式，通過人為切換，使得壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)工作模式并進(jìn)行正常工作。這種工作模式的實(shí)現(xiàn)，必須通過回氣溫度和壓力的感應(yīng)，來自動(dòng)控制、調(diào)整壓縮機(jī)的相關(guān)組件和閥件，從而達(dá)到這些功能。

另外，從上面分析可以看到，魚品質(zhì)量好壞直接跟魚品凍結(jié)速度有關(guān)，而凍結(jié)過程又是整個(gè)系統(tǒng)耗能最大的部分。為了保證魚品原有的營養(yǎng)價(jià)值和天然滋味，在速凍過程中不破壞細(xì)胞壁，必須讓游離水形成很細(xì)粒子的冰晶。所以將凍結(jié)艙劃分為三類，這樣有利于根據(jù)捕獲的魚品分艙開啟壓縮機(jī)，達(dá)到節(jié)能目的。在設(shè)備配置上，我們還考慮到因金槍魚庫溫很低，而且捕獲概率也較低，因此應(yīng)優(yōu)先考慮金槍魚處所的冷量負(fù)荷，尤其要計(jì)算凍結(jié)艙、冷藏艙包括其他艙庫可能同時(shí)啟用條件下的最大負(fù)荷點(diǎn)，以及這些負(fù)荷點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的冷凝器、制冷量的情況，即保證在此最大負(fù)荷工況下不發(fā)生超電流和降溫時(shí)間過長(zhǎng)的現(xiàn)象。

3 結(jié)論與展望

本文就多冷藏溫度下的系統(tǒng)配置和艙室布局做了初步的探討、論證與部分實(shí)踐，為多冷藏溫度要求下的系統(tǒng)配置及艙室布局研究提供了一定的思考途徑與設(shè)計(jì)依據(jù)，具體為：魚品貯藏溫度、庫容的確定；冷庫艙室及系統(tǒng)的合理配置與使用效率。

因受總體布局的影響，實(shí)船冷庫與我們理想的冷庫設(shè)計(jì)有差距；另外沒有出海經(jīng)驗(yàn)，無法掌握實(shí)際航行中冷庫的真實(shí)情況，所以有些參數(shù)還有待于通過實(shí)踐反復(fù)確定。但是不管怎樣，通過合理布局艙室、優(yōu)化系統(tǒng)配置是我們降低能耗、提高魚類經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要途徑。

［1］《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)——冷載通風(fēng)》編寫組．船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)——冷藏通風(fēng)[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1975：557-582．

［2］楊富華．金槍魚冷凍冷藏鏈研究與開發(fā)[D]. 大連：大連理工大學(xué)，2006．

［3］李碧婷，張惠琴．冷凍工藝知識(shí)[M]. 北京：中國商業(yè)出版社，1984：219-366．

［4］彭光，王永杭．淺談制冷技術(shù)在漁船保鮮領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代漁業(yè)信息，2007(7)：25-26．

［5］王士剛．超低溫冷凍金槍魚的處理和凍結(jié)方法[J]. 水產(chǎn)科技，2002(1)：43-46．

Cold Room System Configuration and Cabin Layout under Multiple Refrigerated Storage Temperatures

CHANG Hong
(Tianjin Xin’gang Shipbuilding Heavy Industry Co.，Ltd.，Tianjin 300456，China)

Based on an analysis on processes of quality deterioration and fresh keeping of fishes，the key that influences fish freshness was found. Then，based on real practices，analyses and discussions，a scheme of rational layout of cabin and system configuration was worked out，which not only reduces energy consumption，but also extends the quality preservation time for fishes and improves the economic benefit of ships.

quality deterioration；fresh keeping；cold room temperature；design of cold room cabin；cold room system configuration

TS254.3

A

1006-8945(2014)10-0050-03

2014-09-10