專利名稱：食品非直接接觸超導(dǎo)超低溫冷凍液冷凍方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及食品急速冷凍儲(chǔ)藏保鮮領(lǐng)域的一種新的方法及實(shí)施該方法的裝置。
背景技術(shù)：
食品冷凍所涉及的內(nèi)容比較廣泛，它不僅需要各種制冷裝備的性能和特點(diǎn)，而且還需要具備食品性能及它們?cè)诘蜏乇２貤l件下的發(fā)生物理、化學(xué)的組織方面的變化，以至于相對(duì)應(yīng)的冷凍加工工藝，其目的達(dá)到保存時(shí)間長(zhǎng)及保存物品質(zhì)構(gòu)變化小，解凍后能達(dá)到原質(zhì)、原味的高質(zhì)量食品，食品冷凍保藏技術(shù)是通過(guò)食品內(nèi)部水的冷凍固化，壓制蛋白酶的活性、微生物的生長(zhǎng)和減少物體細(xì)胞的破損來(lái)達(dá)到其保鮮的目的，其關(guān)鍵技術(shù)在于食品凍結(jié)有足夠快的凍結(jié)速率，以及能形成足夠小的冰結(jié)晶，減少水凍結(jié)過(guò)程中的細(xì)胞內(nèi)外壓差導(dǎo)致細(xì)胞壁(膜)破裂，使細(xì)胞質(zhì)液外溢。
目前食品冷凍的方法大多數(shù)采用冷氣凍結(jié)方法，為達(dá)到上述目的，提高食品凍結(jié)速度的方法1、提高分子熱交換量(加快冷氣流動(dòng)速度)；2、提高分子內(nèi)勢(shì)能即溫差(降低冷氣溫度)；3、提高單位質(zhì)量的熱交換面積(降低物品厚度)。
為了提高分子熱交換量也有采用冷凍液體作為冷凍介質(zhì)，人們常用有冷海水、冷鹽水、酒精以及乙二醇水溶液等有其0℃以下不凍結(jié)性質(zhì)，直接將被凍結(jié)食品浸泡在這些制冷劑中的冷凍液冷凍食品，效果較好。因1mol液體所帶的內(nèi)能與此同時(shí)1mol氣體是一樣，但1mol氣體的體積為22.4L，所以單位體積貯存能相差極大，傳熱快。
問(wèn)題是由于能用于食品冷凍上，沒(méi)有新理想的超低溫冷凍液和相應(yīng)安全合理的操作方法。至今用于食品冷凍上的冷凍液都是采用鹽、酒精、二醇類等物質(zhì)與水的混溶液，這些物質(zhì)直接浸漬食品，有一定程度滲入食品內(nèi)部，改變食品的原質(zhì)，并且食品(如水產(chǎn)品等)也會(huì)有一定量的內(nèi)質(zhì)溢出雜質(zhì)混入冷凍液，使冷凍液腐蝕。及時(shí)更換已冷的冷凍液，會(huì)使冷凍能量大量損耗。為什么人們不用通過(guò)包裝或隔離措施，使食品在冷凍液冷凍過(guò)程中，把冷凍液與食品隔離開(kāi)呢？來(lái)克服上述問(wèn)題。隨著冷凍液的冰結(jié)點(diǎn)降低，鹽、酒精、乙二醇等的比例增大，達(dá)到15％以上的鹽水才能達(dá)到-20℃以下的冰結(jié)點(diǎn)，15％的鹽水對(duì)設(shè)備腐蝕極為嚴(yán)重，鹽水濃度變化對(duì)冰結(jié)點(diǎn)影響很大，往往很難控制。同樣酒精含量50％以上才能達(dá)到-20℃以下的冰結(jié)點(diǎn)，已經(jīng)存在著酒精燃燒的可能，再提高含量在操作過(guò)程中，帶來(lái)一定的安全問(wèn)題；而且乙二醇還是有微毒性的，含量過(guò)高會(huì)直接影響食品安全。由于上述原因，現(xiàn)有應(yīng)用于食品冷凍的冷凍液，適用溫度受到限止，不能很低。食品凍結(jié)過(guò)程主要是食品內(nèi)部水分冰結(jié)晶，在食品內(nèi)部的水分是混合物，它的結(jié)晶點(diǎn)在-1～-8℃以下(有些更低)。在現(xiàn)有冷凍液凍結(jié)過(guò)程中，已存在著冷凍溫差小的問(wèn)題，再采用包裝或隔離物隔離凍結(jié)，由于現(xiàn)有的包裝物或隔離物都是絕熱材料，熱傳導(dǎo)率小、熱阻大，在很大程度上影響了冷凍速度。失去了用冷凍液冷凍食品凍結(jié)速度快的特性。所以液體直接食品冷凍方法，沒(méi)有被人們廣泛應(yīng)用。只能在-10℃左右不直接接觸食品或用鐵制品做隔離物，用于制冰等場(chǎng)合。
專利公開(kāi)號(hào)100649413《快速冷卻物品的設(shè)備及其方法》所公開(kāi)一種在絕熱溶器內(nèi)采用液體碳?xì)浠锘?0％的酒精水，在0℃以下使物體直接浸泡凍結(jié)的典例。
對(duì)照文章專利公開(kāi)號(hào)CN1408284《食品的冷凍裝置》；公開(kāi)一種裝有不凍液被浸食品架能升降的冷凍箱，不凍液為氯化鈣、乙二醇、丙二醇、酒精水溶液。即，本發(fā)明的方法，是一種將被冷凍物浸泡在不凍液中，進(jìn)行冷凍的載冷劑冷凍方法，其特征是在其不凍液中，建立電場(chǎng)進(jìn)行冷凍。使食品冷凍冰結(jié)晶生成帶-1～-5℃時(shí)，通過(guò)時(shí)間減少20％。其結(jié)果是，能制造出鮮度好、口感和解凍時(shí)滴液少的冷凍食品。該發(fā)明為了解決上述共同的問(wèn)題，采取的方法在于冷凍液中加上5～100kV的高壓電場(chǎng)，減少食品結(jié)晶時(shí)間。
不足之處在于，在冷凍液中使用了10萬(wàn)伏高壓電場(chǎng)，作用在液體上，存在著嚴(yán)重不安全隱患。在食品冷凍場(chǎng)合空氣水分高、濕度大都是大量用水的地方，而且冷凍液在10萬(wàn)伏高壓下是完全的導(dǎo)電體，在實(shí)際使用中電器絕緣成了很大問(wèn)題，即使能解決10萬(wàn)伏高壓電絕緣的觸電安全問(wèn)題，該設(shè)備的造價(jià)是十分昂貴的，還存在著有關(guān)部門(mén)的安全認(rèn)可問(wèn)題。在冷凍液加這樣高的高壓電場(chǎng)的裝置，為了提高在食品冷凍通過(guò)結(jié)晶帶20％的速度，而付出的代價(jià)實(shí)在太高了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了解決現(xiàn)有的上述食品液態(tài)冷凍過(guò)程中，存在著沒(méi)有足夠低工作溫度的冷凍液，為了達(dá)到需要的冷凍凍結(jié)速度，只能使食品直接接觸冷凍液冷凍，帶來(lái)冷凍液滲入食品影響冷凍食品安全和冷凍食品品質(zhì)等問(wèn)題。以及專利CN1408284存在的設(shè)備成本高及操作安全問(wèn)題。達(dá)到高品質(zhì)冷凍保鮮食品產(chǎn)業(yè)化，把冷凍產(chǎn)品提高到新的位置。
本發(fā)明是通過(guò)發(fā)明一種新的冷凍液、新的冷凍方法和新的裝置設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
提出一種被冷凍的食品是非直接接觸式，采用新的完全天然無(wú)毒的超導(dǎo)超低溫的冷凍液，作為傳導(dǎo)冷源的冷凍介質(zhì)，達(dá)到深冷急速凍結(jié)食品的方法及其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流水大規(guī)模生產(chǎn)的裝置。
其特點(diǎn)在于1.超導(dǎo)超低溫冷凍液含有從低溫微生物中提取的抗凍糖蛋白(AFGP)、植物中提取的食品級(jí)甘油20％～50％、食用酒精20％以內(nèi)的水溶液(這里的食用酒精是白酒，調(diào)節(jié)液體粘度)，都是天然物質(zhì)所組成的食品級(jí)超導(dǎo)超低溫冷凍液。冷凍液凍結(jié)工作溫度范圍為-20～-70℃(根據(jù)不同食品要求而定)；食品凍結(jié)速度(魚(yú)體)達(dá)到20～60cm/h；傳熱系數(shù)＞2600(kcal/m2·h·℃)；食品冰結(jié)晶在0.8～5μm。食品凍結(jié)中由于結(jié)晶體足夠小，極少損壞食品活細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)證明完全能用于活細(xì)胞冷凍保藏，應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)和動(dòng)、植物物種保藏及基因等其它領(lǐng)域。
2.冷凍方法采用，先把要冷凍的食品包裝好或用薄膜隔離后，再在冷凍液里冷凍。所以它的工序是通過(guò)真空包裝、貼體包裝、真空熱塑成型封口包裝或不需要包裝的食品先用薄膜隔離，然后，在制冷到-20℃～-70℃冷凍液浸漬、浸泡或噴淋冷凍；吸真空回收或離心回收包裝物表面殘留冷凍液，最后冷藏；出庫(kù)解凍，先放在常溫水里解凍，然后再打開(kāi)包裝物。確保食品衛(wèi)生。
3.冷凍裝置采用專用薄膜隔離食品的冷凍籃，自動(dòng)循環(huán)單體冷凍系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)液態(tài)冷凍自動(dòng)流水生產(chǎn)線，具有在冷凍過(guò)程中冷凍液與食品完全隔離和冷凍液回收功能，主要有輸送帶、工作臺(tái)面板、冷凍籃組成物流循環(huán)系統(tǒng)；超導(dǎo)超低溫冷凍液、大功率、大流量螺旋槳攪拌器使冷凍液流速達(dá)到2m/s以上(液體傳熱系數(shù)K＝200+1220W(kcal/m2·h·℃)，W為液體流速(m/s)，當(dāng)液體在足夠低的溫度和足夠快的流速可以達(dá)到超導(dǎo)急速冷凍)、-70雙級(jí)制冷機(jī)組、超低溫大面積蒸發(fā)器組成超導(dǎo)超低溫冷凍系統(tǒng)。
解決食品冷凍保鮮領(lǐng)域快速冷凍難題，完全保持食品原來(lái)的品質(zhì)和食品安全衛(wèi)生。使長(zhǎng)期冷凍保藏食品達(dá)到鮮品的品位。實(shí)現(xiàn)冷凍液冷凍大規(guī)模生產(chǎn)線，並具有能耗小、效率高，特點(diǎn)(能耗比冷汽單凍機(jī)少1/3)。


本發(fā)明食品冷凍裝置如圖(1)所示在保溫的冷凍液液體箱(1)內(nèi)裝有一定量冷凍液(8)；箱體內(nèi)兩側(cè)裝有兩排大功率螺旋槳攪拌器(2)，其作中使冷凍液高速流動(dòng)；攪拌器外側(cè)裝有制冷蒸發(fā)器(3)，其作用給冷凍液制冷，冷凍液加到滿上蒸發(fā)器，使超低溫的冷凍液快速不斷流向被凍物體；在箱內(nèi)上方兩側(cè)液面以上裝有兩條鏈條輸送帶(4)；輸送帶一頭裝有可調(diào)速電動(dòng)機(jī)(5)；根據(jù)冷凍食品的要求調(diào)節(jié)輸送帶走速，達(dá)到控制食品冷凍凍結(jié)時(shí)間；其作用是傳動(dòng)裝有被冷凍食品的不銹鋼絲冷凍籃(7)如圖(2)所示，簡(jiǎn)稱為籃；不銹鋼絲籃體(7b)內(nèi)裝有抗低溫塑料薄膜袋(7c)；不銹鋼絲籃體的作用保護(hù)薄膜袋在工作過(guò)程不受外傷破損，薄膜袋用于食品與冷凍液隔離；在輸送帶上方留5～10cm高度空隙讓輸送帶上兩個(gè)籃的掛桿(7a)通過(guò)；箱體兩頭留有一定空隙，一頭為籃的放入口、另一頭為籃提取口，中間是不銹鋼工作臺(tái)面板(6)，輸送帶的運(yùn)動(dòng)方向是從籃的放入口走向籃的提取口。
具體實(shí)施例方式
在操作過(guò)程中，把要冷凍的食品先包裝好或不需要包裝的食品放在一個(gè)能放入薄膜袋內(nèi)的平面托盤(pán)上，將籃放在箱體上工作臺(tái)面板上，張開(kāi)籃內(nèi)的低溫塑料薄膜袋口，將食品均勻放入薄膜袋內(nèi)或?qū)⒁逊派鲜称返耐斜P(pán)放入薄膜袋中，合上袋口，這個(gè)操作都在箱體上工作臺(tái)面板上進(jìn)行。然后將經(jīng)薄膜隔離的裝入食品的籃，在工作臺(tái)面板上平移到籃的放入口，把籃上的兩個(gè)掛桿分別掛在兩條輸送帶上，另一頭放入冷凍液中，讓籃中的食品在薄膜隔離下全部浸入已冷的冷凍液，進(jìn)行熱交換。冷凍液的溫度控制在-20℃～-70℃，根據(jù)食品凍結(jié)需要，把輸送帶的速度調(diào)到食品凍結(jié)時(shí)間相適應(yīng)的速度。裝有食品的籃在工作臺(tái)面板下，由輸送帶將把裝食品的籃傳輸?shù)搅硪活^，經(jīng)過(guò)所需時(shí)間熱交換，食品達(dá)到完全凍結(jié)。食品凍結(jié)完成后，從工作臺(tái)面板的籃提取口，提取出籃，仍然放在工作臺(tái)面板上，取出食品。整個(gè)過(guò)程，籃一直不離開(kāi)工作臺(tái)面板，可使滯留在籃上和薄膜袋上殘留冷凍液通過(guò)工作臺(tái)面板又流回到冷凍液液體箱內(nèi)，使冷凍液損失最少。這樣一頭一直連續(xù)放裝入塑料薄膜隔離食品的籃，另一頭一直提取已凍食品，達(dá)到自動(dòng)流水循環(huán)操作。
另一種實(shí)施方式冷凍液與食品非直接接觸式噴淋冷凍裝置。主體是一種網(wǎng)狀輸送帶輸送裝置(長(zhǎng)可以5～10m、寬1～2m、高度離地面60～100cm)中間不繡鋼鏈網(wǎng)或鏈桿，用變速可調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)；在輸送帶上方離開(kāi)輸送帶高度5～20cm，一頭比輸送帶短20～40cm作為被冷凍包裝食品的進(jìn)口，另一頭短50～100cm，作為冷凍后食品出口，裝一只底部裝多個(gè)噴淋頭的冷凍液保溫箱，稱上箱體，箱體內(nèi)裝一排排管式蒸發(fā)器，給冷凍液制冷；輸送帶下方裝一只與上箱體一樣長(zhǎng)、寬，高與輸送帶底部一樣高的冷凍液保溫箱，稱下箱體，安裝位置上、下箱體上下對(duì)稱，放在輸送帶底部，用于淋接和儲(chǔ)存冷凍液；冷凍液裝在下箱體內(nèi)，裝滿為止，箱內(nèi)可再裝一排蒸發(fā)器(根據(jù)冷凍能力而定)；在下箱體留有20～40cm的一頭，輸送帶下面裝一只流量滿足噴淋頭要求的冷凍液液體泵，輸入管接在下箱體內(nèi)，輸出管接到上箱體內(nèi)；在下箱體的另一頭、輸送帶下部裝一只真空泵，排氣口接入下箱體內(nèi)上口，在輸送帶物品出口(上箱體、下箱體留有50～100cm的這一頭)，輸送帶上下對(duì)應(yīng)裝一排吸氣頭，輸送帶上面的吸氣頭高于輸送帶與冷凍食品的高度，可根據(jù)不同食品厚度調(diào)節(jié)高度，讓食品在輸送上吸氣頭以下通過(guò)即可，吸口朝下；輸送帶下面的吸氣頭緊貼在輸送帶，吸口朝上；輸送帶的運(yùn)動(dòng)方向從食品進(jìn)口走向出口。工作過(guò)程，開(kāi)起冷凍液液體泵，讓下箱體冷凍液通過(guò)蒸發(fā)器制冷后抽到上箱體，上箱體的冷凍液再次通過(guò)蒸發(fā)器冷卻，從底部噴淋頭噴淋到輸送帶傳來(lái)的被冷凍食品上，使食品冷凍凍結(jié)，冷凍液又流回到下箱體，冷凍液一直循環(huán)噴淋完成食品的冷凍。食品被凍結(jié)后傳送到輸出口處的真空泵吸氣口，經(jīng)真空泵上下吸氣口吸氣，把殘留在食品包裝物表面上的冷凍液一同吸入，回收到下箱體。輸送帶把已冷凍好食品吸干殘留冷凍液送出輸出口，冷凍結(jié)末。被冷凍的食品必須先把食品進(jìn)行真空包裝、貼體包裝、真空熱塑成形封口包裝后，放到輸送帶進(jìn)口上，才能進(jìn)入冷凍液噴淋冷凍。
經(jīng)本發(fā)明方法和裝置單體凍結(jié)帶頭南美白對(duì)蝦(活蝦)，經(jīng)過(guò)理蝦、分級(jí)、0℃冰水浸泡10min后，取出稱重(2kg為一盤(pán))、裝托盤(pán)(蝦與蝦不重疊)、然后，把裝蝦的托盤(pán)在工作臺(tái)面板上放入冷凍籃中的塑料薄膜袋內(nèi)，按上述操作程序冷凍加工。70只/kg蝦體凍結(jié)時(shí)間控制到4mix，冷凍液溫度為-48℃，凍結(jié)后蝦體中心溫度為-15℃以下，冷凍加工能力達(dá)到500kg/h以上。冷凍加工好的蝦，經(jīng)包裝放入-18℃～-22℃保溫冷藏，一年后在冷水中解凍經(jīng)出口商品商檢完全保持原來(lái)的質(zhì)構(gòu)，肌動(dòng)球蛋白僅恢復(fù)活性，使肌肉收縮。品質(zhì)與冷凍前完全一致，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)質(zhì)的變化，完全達(dá)到鮮活品的品位。
經(jīng)本發(fā)明方法和裝置凍結(jié)直徑30cm；體重72公斤的金槍魚(yú)，冷凍液溫度為-59.6℃，在12小時(shí)內(nèi)魚(yú)體中心溫度達(dá)到-50以下。在-50℃保溫冷藏一年后，經(jīng)常溫升溫到-5℃放入冰水中解凍。肌紅蛋白(Myoglobin，Mb)恢復(fù)活性，開(kāi)始出現(xiàn)色變。體內(nèi)的菌群總數(shù)與鮮活品完全一致。
通過(guò)低溫顯微鏡發(fā)現(xiàn)在-50℃以下冷凍液凍結(jié)的活美國(guó)紅魚(yú)生魚(yú)片過(guò)程中，魚(yú)體內(nèi)部沒(méi)有死亡的微生物和細(xì)菌都出現(xiàn)抗體外殼，變成孢子態(tài)，停止了生長(zhǎng)和繁殖。當(dāng)溫度逐漸升高到-5℃以上，部份細(xì)菌開(kāi)始脫殼恢復(fù)生長(zhǎng)。常規(guī)低溫冷凍微生物和細(xì)菌在冷凍到-18℃以下，部份出現(xiàn)死亡，部份活著的菌和微生物還在生長(zhǎng)和繁殖。在超導(dǎo)超低溫液態(tài)冷凍中，由于足夠快的凍結(jié)速率，微生物受到瞬間急速的溫度變化，生命體產(chǎn)生抗體，暫停了生命，抗擊極大的環(huán)境條件變化，這證明本發(fā)明的超導(dǎo)超低溫冷凍技術(shù)已達(dá)到冷凍活細(xì)胞生命體暫停保藏的能力。這對(duì)大量的生命體活細(xì)胞冷凍保藏奠定了基礎(chǔ)。在冷凍食品加工保藏業(yè)中突破了一項(xiàng)冷凍保藏遏制微生物、細(xì)菌生長(zhǎng)的重大難題。
權(quán)利要求
1.一種采用冷凍液為冷凍介質(zhì)的快速食品冷凍的方法在食品冷凍過(guò)程中，冷源的冷量是通過(guò)一種液體作為冷凍介質(zhì)，用低溫冷凍的液體浸漬、浸泡或噴淋的方式，使食品冷凍凍結(jié)；其特征在于上述過(guò)程中冷凍液與被冷凍食品是非直接接觸的，食品通過(guò)真空包裝、貼體包裝、真空熱塑成形封口包裝或薄膜隔離后進(jìn)入冷凍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述低溫冷凍；其特征在于是超低溫冷凍，工作溫度范圍為-20℃～-70℃。
3.在食品冷凍過(guò)程中，用冷凍液作為冷凍介質(zhì)，冷凍凍結(jié)食品；其特征在于冷凍液含有食用酒精10％～40％或食品級(jí)甘油(丙三醇)10％～50％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述超低溫冷凍液；其特征在于含有抗凍糖蛋白(AFGP)含量PPB以上。
5.一種采用冷凍液為冷凍介質(zhì)的快速食品冷凍裝置在食品冷凍過(guò)程中，冷源的冷量是通過(guò)一種液體作為冷凍介質(zhì)，用低溫冷凍的液體浸漬、浸泡或噴淋的方式，使食品冷凍凍結(jié)；其特征在于浸漬冷凍裝置有輸送帶、工作臺(tái)面板、食品隔離的籃組成物流循環(huán)系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置；其特征在于冷凍箱內(nèi)兩側(cè)裝有兩排大功率螺旋槳攪拌器，攪拌器外側(cè)裝有制冷蒸發(fā)器使冷凍液快速流動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置；其特征在于兩側(cè)裝有兩條鏈條有可調(diào)速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的輸送帶，進(jìn)行自動(dòng)流水線冷凍。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴淋冷凍裝置；其特征在于有輸送帶、冷凍液的噴淋頭組成冷凍系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5.8所述的裝置；其特征在于裝有空真回收殘留冷凍液。
全文摘要
本發(fā)明涉及食品急速冷凍儲(chǔ)藏保鮮領(lǐng)域的一種新的方法及實(shí)施裝置。提出一種被冷凍的食品與冷凍液是非直接接觸浸漬、浸泡或噴淋冷凍方法。采用新的完全天然無(wú)毒的超導(dǎo)超低溫的冷凍液，作為傳導(dǎo)冷源的冷凍介質(zhì)，工作溫度范圍為－20～－70℃，凍結(jié)速度(魚(yú)體)達(dá)到20～60cm/h；傳熱系數(shù)＞2600(kcal/m
文檔編號(hào)F25D3/00GK1529109SQ200310107809
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月8日
發(fā)明者高華明 申請(qǐng)人:高華明