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液氮食品冷冻技术浅析

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020/01/22 0:52:03 * 浏览: 18
液氮快速冷冻技术的发展背景:在1.50年代末,由于航天技术的发展,对作为火箭燃料的大量长泰液氧的需求推动了液化分离工业的快速发展。液氮的产生使空气中78%的氮大量液化成为可能,这为冷冻食品工业的新应用开辟了道路。 2.在1960年代初,美国的冷冻食品行业面临着一个新的转折点。当时,冷冻食品的发展向三个方向发展:(1)冷冻食品进入“冷冻状态”,单个产品(IQF)的快速冷冻,(2)要求连续快速冷冻。该装置提高了冷冻食品的产量,(3) )需要冷冻食品发展为高品质速冻保鲜食品。由于这些要求,必须对冷冻方法进行技术更新,因此液氮快速冷冻技术应运而生并迅速被广泛使用。液氮快速冷冻具有以下优点:1.液氮可以与不规则形状的食品的各个部分紧密接触,从而使传热阻力最小。 2.液氮无毒且对食品成分呈惰性。此外,由于它可以代替食品中的空气,因此可以最大程度地减少冷冻和带包装存储期间的氧化变化。 3.冷冻食品的质量很高。由于液氮与食物直接接触,并且在200K以上的温差下进行强烈的热交换,因此冷冻速度非常快,并且每分钟可将温度降低7至15K。食物中的冰晶小且均匀,解冻后食物品质高。 4.冷冻食品的干消费少。普通冷冻装置冷冻食品的干耗率在3%至6%之间,液氮冷冻装置冷冻食品的干耗率在0.6%至1%之间。因此,它适用于冷冻某些水分含量较高的食品,例如杨梅,西红柿,蟹肉等。 5.占地面积小,初期投资低,设备效率高。随着液氮速冻技术的进一步改进和发展,它被迅速,广泛地应用于鱼,虾,蟹,鸡,鸭,肉(牛,羊等),水果(杨梅,荔枝等),蔬菜和各种冷冻准备食品(牛排,生鱼片,肉丸,炸虾,肉饼,汉堡包,披萨,蛋制品,汤等)。 1981年,液氮速冻食品占冷冻食品的10%,液氮的使用量超过100kt。西欧液氮产量的三分之一用于食品速冻和冷藏运输。日本的液氮速冻食品约占冷冻食品的40-50%。目前,美国有数百家食品加工公司使用液氮进行快速冷冻,只有一家速冻牛排馆每天使用700吨液氮。 1970年代初,中国在北京和上海建立了液氮速冻食品生产线。在1980年代,从日本,瑞典,法国,美国和丹麦引进了各种速冻设备(包括液氮速冻)。新鲜的水产品,如湖蟹和虾,已成功地在液氮中冷冻。由于每公斤速冻食品需要0.8至1公斤液氮,这受液氮价格高昂的影响,因此,在250台各种速冻设备中,几乎没有使用液氮1991年在中国的液氮速冻食品引起我国目前冷冻食品的比例非常低,尚未得到广泛应用。液氮是一种无色,无味,低粘度的透明液体,具有稳定的化学性质。常压下液氮的沸点为-195.8°C。当它与冷冻食品接触时,可以吸收198.9kJ / kg的蒸发潜热,然后使氮气蒸气温度升至-20°C ,平均比热为1.047kJ /(Kgmiddot,K)米,可吸收184.1kJ / kg。两项合计为383.0kJ / kg,是理想的制冷剂。美国开始使用液态氮速冻食品。美国于1950年代开始在这一领域进行研究,到1960年正式用于速冻食品。1964年开始在生产中迅速推广。近年来,随着改革开放的不断深入,主要的跨国跨国天然气公司公司已经竞争在中国建立合资企业,带来了先进的空气分离设备,技术和管理,极大地增加了中国及其供应地区的低温液体的产量。并且范围不断扩大,价格大大降低(液氮销售价格从约2元/ kg降到1元/ kg以下),极大地促进了液氮的应用。使用液氮快速冷冻食品的优点很多,但目前应用中还存在以下问题,亟待解决:1.由于冷冻速度极快,瞬时温差大。膨胀压力过大会导致低温断裂,损坏食品结构并对食品质量产生不利影响。 2.液氮蒸发成低温氮,具有吸收大量显热的能力。充分利用这种冷却量是提高液氮制冷设备经济性的基础,但是目前利用率不高。液氮食品速冻设备可以浸入,喷洒或冷空气循环。沉浸式冷冻是将食物完全浸入液氮中。它可以实现所需的快速冷冻。食物占用的空间很小,容量变化也很明显。但是,由于仅使用液体,因此液氮消耗大。氮气的潜热部分是冷的。喷雾冷冻具有三个冷冻区:预冷区,冷冻区和温度区。液氮以雾状通过喷嘴,与食物进行热交换。液氮吸收热量并蒸发成氮气。氮气还用于预冷新进入的食物。这既使用了液氮的潜热又使用了液氮的显热。要充分利用冷却能力。冷空气循环制冷。循环的冷空气由液氮冷却,空气被用作制冷剂来冷冻食品,这可以放弃大型制冷设备并减少初期投资。具体的冷冻装置可分为:液氮柜式冷冻装置,隧道式冷冻装置,浸入式冷冻装置,旋转式冷冻装置等。人们早已认识到流化食品快速冷冻的原理和设备的流化现象。它首先用于化学工程,然后应用于能源,冶金和食品工程领域。 1959年,瑞典公司Frigoscandia首次使用这种方法冷冻食品,并于1962年开发了世界上第一台实验性流化冷冻装置。从那以后,美国,法国,保加利亚,前苏联,日本等国家高度重视流态化的应用和理论研究,特别是近二十年来冷冻食品的发展,推动了流态化的发展。流化冷冻设备。目前,该冷冻装置已被广泛用于各个国家的冷冻食品工厂,特别是在蔬菜加工厂中。快速冷冻流化食品的基本原理是快速冷冻流化食品。沸腾的过程,像流体一样运动,并在运动过程中迅速冻结。当冷空气从底部到顶部流过食物层并且流速低时,食物颗粒处于静止状态,称为固定床A。随着空气速度的增加,食物两边的压力下降。食物床将增加,食物层将开始变松B。当空气速度达到一定值时,食物颗粒不再保持静止,并且一些颗粒向上悬浮,从而导致食物床膨胀并形成孔隙增加,即流化状态。该状态是固定床和流化床之间的边界,称为临界状态。相应的最大的压降称为临界压力,相应的风速称为临界风速。临界压力和临界速度是流化的必要条件C。当空气速度继续增加时,床将继续膨胀,床的空隙率也将增加。然而,床中的实际空气速度保持不变,并且流体的压降仅由负载的固体颗粒的重量消耗,也就是说,与空气无关,床中的压降具有恒定值D速度。此时,强烈的冷气流与食物颗粒相互作用,导致食物颗粒不时地不规则地运动,因此食物层中的质量和热传递非常迅速,从而实现食物单体的快速冷冻。如果空气流速进一步提高,则流体会将颗粒带走,颗粒物减少,孔隙率增加,床中的压降降低,流化床变为运输床E。冷冻生产和实验在输送床的前段进行。曲线AD是标准流化曲线。食物流态化和速冻的主要特征是:快速冷冻。流化冷冻过程具有很强的传热特性。与传统的强制循环冷冻装置相比,热交换强度提高了30到40倍。这是因为:食品悬浮和冷冻时的热阻降低了15到18倍,产品表面和冷空气的放热系数()增加了4到6倍,有效的热交换面积增加了3.5到10倍。因此,流化冷冻装置的冷冻速度是普通冷冻装置的数十倍。由于快速的冷冻速度,流化冷冻可以使食物的原始营养含量和新鲜度最大化。实现单体的快速冻结。由于食品在冷冻过程中处于悬浮状态,冷冻后食品不会粘在一起,实现了IQF冷冻,不仅质量好,而且便于包装和消费。少干粮。每种速冻食品的表面均具有薄的冰膜,这有利于保持食品的新鲜度并防止氧化,并且减少了干燥消耗。瑞典学者对蘑菇,草莓等进行的比较实验表明,流态化冷冻的干消耗几乎仅是强制风道冷冻的一半。这对于高价食品尤其重要。易于实现机械化和自动化的连续生产,生产效率高,工人在常温条件下工作,改善了劳动条件。当然,流化食品冷冻也有局限性。它仅适用于颗粒食品。通常,其特征尺寸在50mm以内,最大不能超过100mm。目前,在国外流化和冷冻的主要食物类型为:肉:切成丁的肉,炸丸子,鱼片,鱼条,虾,虾等。蔬菜:青豆,豆,玉米,绿豆,油炸或水煮土豆,胡萝卜切成丁或切成薄片,整个或切成薄片的蘑菇,花椰菜,辣椒,西红柿,卷心菜,切成块,片,条各种蔬菜。水果:苹果片,菠萝片,草莓,黑莓,樱桃,马林水果,李子,杏,葡萄,紫色浆果,葡萄,荔枝,龙眼等。