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液氮食品冷凍技術(shù)分析

* 來源: * 作者: * 發(fā)表時(shí)間: 2020-04-17 0:29:34 * 瀏覽: 121
液氮速凍技術(shù)發(fā)展的背景:在1.50年代后期,由于航天技術(shù)的發(fā)展,對(duì)作為火箭燃料的大量液氧的需求推動(dòng)了液化分離工業(yè)的快速發(fā)展。液氮的產(chǎn)生使空氣中78%的氮大規(guī)模液化成為可能,從而為冷凍食品工業(yè)開辟了新途徑。 2.在1960年代初期,美國的冷凍食品行業(yè)面臨新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)時(shí),冷凍食品向三個(gè)方向發(fā)展:(1)向“冷凍”方向發(fā)展,并要求個(gè)體速凍(IQF);(2)要求連續(xù)速凍。該裝置提高了冷凍食品的產(chǎn)量,( 3)要求將冷凍食品發(fā)展為優(yōu)質(zhì)速凍保鮮食品。由于這些要求,必須對(duì)冷凍方法進(jìn)行技術(shù)更新,因此液氮快速冷凍技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并迅速得到廣泛應(yīng)用。液氮快速冷凍具有以下優(yōu)點(diǎn):1.液氮可以與不規(guī)則形狀的食品的各個(gè)部分緊密接觸,從而使傳熱阻力降至最低。 2.液氮無毒且對(duì)食品成分呈惰性。另外,由于它替代了食物中的空氣,因此可以在冷凍和包裝存儲(chǔ)過程中將氧化變化降至最低。 3.冷凍食品的質(zhì)量很高。由于液氮與食物之間的直接接觸,溫度差超過200K時(shí)進(jìn)行了強(qiáng)力的熱交換,冷凍速度非??欤糠昼娍山档?至15K的溫度。食物中的冰晶細(xì)而均勻,解凍后的食物質(zhì)量很高。 4.冷凍食品的干消費(fèi)少。普通冷凍裝置冷凍食品的干耗率在3%至6%之間,而液氮冷凍裝置冷凍食品的干耗率在0.6%至1%之間。因此,它適合冷凍一些水分含量高的食品,例如楊梅,西紅柿,蟹肉等。 5.占地面積小,初期投資低,設(shè)備效率高。隨著液氮速凍技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展,它被迅速,廣泛地應(yīng)用于魚,蝦,蟹,雞,鴨,肉(牛,羊等),水果(楊梅,荔枝等)中。 ,蔬菜和各種預(yù)先準(zhǔn)備好的食物(牛排,生魚片,肉丸,炸蝦,肉餅,漢堡包,比薩餅,蛋制品,湯等)都被冷凍。 1981年,英國的液氮冷凍食品占冷凍食品的10%,液氮的使用量超過100kt。西歐液氮產(chǎn)量的1/3用于食品的快速冷凍和冷藏運(yùn)輸。日本液氮速凍食品約占冷凍食品的40-50%。目前,美國有數(shù)百家食品加工公司使用液氮進(jìn)行快速冷凍,只有一家速凍牛排廠每天使用700噸液氮。 1970年代初,北京和上海建立了液氮速凍食品生產(chǎn)線。在1980年代,從日本,瑞典,法國,美國和丹麥引進(jìn)了各種速凍設(shè)備(包括液氮速凍)。成功地將新鮮水產(chǎn)品(如湖蟹和對(duì)蝦)中的液氮快速冷凍。由于液氮需要每公斤速凍食品0.8到1公斤,而受液氮價(jià)格高的影響,1991年中國生產(chǎn)的250種速凍設(shè)備中,液氮的使用非常少,導(dǎo)致我國目前的液氮速凍食品。冷凍食品的比例非常低,尚未得到廣泛普及。液氮是一種無色,無味,低粘度的透明液體,具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。常壓下液氮的沸點(diǎn)為-195.8℃,當(dāng)它與冷凍食品接觸時(shí),可以吸收的蒸發(fā)潛熱為198.9kJ / kg,然后使氮蒸氣加熱到-20℃ ,平均比熱為1.047kJ /(Kgmiddot,K)米,可吸收184.1kJ / kg。兩項(xiàng)合計(jì)為383.0kJ / kg,是理想的制冷劑。速凍食品液氮開始于美國。美國在1950年代開始對(duì)該領(lǐng)域的研究,到1960年正式用于速凍食品。1964年,它在生產(chǎn)中得到了迅速推廣。近年來,隨著改革開放的深入,國外大型跨國天然氣公司競(jìng)相在中國建立合資企業(yè),帶來了先進(jìn)的空分設(shè)備,技術(shù)和管理,極大地增加了中國低溫液體的生產(chǎn)和供應(yīng)。 。隨著范圍的不斷擴(kuò)大,價(jià)格大大降低(液氮的銷售價(jià)格從約2元/ kg降到1元/ kg以下),極大地促進(jìn)了液氮的應(yīng)用。使用液氮快速冷凍食品的優(yōu)點(diǎn)很多,但目前的應(yīng)用還存在以下問題需要解決:1.由于冷凍速度極快,瞬時(shí)溫差大,膨脹大。壓力會(huì)導(dǎo)致低溫?cái)嗔?,破壞食品的組織結(jié)構(gòu),并對(duì)食品質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。 2.液氮在蒸發(fā)后變成低溫氮,并具有吸收大量顯熱的能力。充分利用這部分制冷能力是提高液氮制冷設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的根本,但目前利用率不高。液氮食品速凍設(shè)備的液氮冷凍方法有三種:浸入式,噴霧式和冷空氣循環(huán)式。浸入式冷凍是將食物完全浸入液氮中,它可以實(shí)現(xiàn)所需的快速冷凍,食物占據(jù)的空間很小,容量變化的范圍也很大,但是液氮消耗很大,因?yàn)閮H使用液體。氮的潛熱是冷卻能力的一部分。噴霧冷凍具有三個(gè)冷凍區(qū)域:預(yù)冷卻區(qū)域,冷凍區(qū)域和溫度均衡區(qū)域。液氮被噴嘴霧化以與食物進(jìn)行熱交換。液氮吸收熱量并蒸發(fā)成氮?dú)?。氮?dú)庥糜陬A(yù)冷卻新進(jìn)入的食物。這既使用了液氮的潛熱又使用了液氮的顯熱。 ,要充分利用感冒。冷空氣循環(huán)式冷凍,循環(huán)的冷空氣被液氮冷卻,空氣被用作制冷劑來冷凍食品,這可以省去龐大的制冷設(shè)備并減少初期投資。具體的冷凍裝置可分為:液氮柜式冷凍裝置,隧道式冷凍裝置,浸入式冷凍裝置,旋轉(zhuǎn)式冷凍裝置等。流化食品速凍理論和裝置的流化現(xiàn)象早已為人們所認(rèn)識(shí)。它最初用于化學(xué)工程,后來被應(yīng)用于能源,冶金和食品工程領(lǐng)域。 1959年,瑞典公司Frigoscandia首次使用這種方法冷凍食品,并于1962年開發(fā)了世界上第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性流化冷凍裝置。從那以后,美國,法國,保加利亞,前蘇聯(lián),日本等國家高度重視流態(tài)化的應(yīng)用和理論研究,特別是近二十年來冷凍食品的發(fā)展,推動(dòng)了流態(tài)化的發(fā)展。流化冷凍設(shè)備。目前,該冷凍裝置已廣泛用于各個(gè)國家的冷凍食品工廠,特別是蔬菜加工廠??焖倮鋬隽骰称返幕驹硎牵焖倮鋬隽骰称返哪康氖鞘狗胖迷诤Y子或槽板上的顆粒狀,片狀或塊狀食品在低溫空氣的作用下,以一定的流量產(chǎn)生類似的效果。從下到上沸騰,像液體一樣運(yùn)動(dòng)并迅速凍結(jié)的過程。當(dāng)冷氣流從底部到頂部通過食物層并且流速低時(shí),食物顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài),稱為固定床A。隨著氣流速度的增加,食物兩側(cè)的氣流壓力下降床也將增加,食物床將開始松弛B。當(dāng)氣流速度達(dá)到一定值時(shí),食物顆粒不再保持靜止?fàn)顟B(tài),一些顆粒向上懸浮,導(dǎo)致床層膨脹和孔隙率增加,從而開始進(jìn)入流化狀態(tài)。該狀態(tài)是固定床和流化床之間的邊界,稱為臨界狀態(tài)。相應(yīng)的最大壓降稱為臨界壓力,而相應(yīng)的風(fēng)速稱為臨界風(fēng)速。臨界壓力和臨界速度是形成流化的必要條件C。當(dāng)氣流速度繼續(xù)增加時(shí),床將繼續(xù)膨脹,并且床的空隙也將增加。但是,床中的實(shí)際氣體流速保持不變,并且流體的壓降僅由固體顆粒的重量消耗,也就是說,床的壓降與氣體流速無關(guān),并且始終保持此時(shí),強(qiáng)烈的冷氣流與食物顆粒相互作用,導(dǎo)致食物顆粒上下不規(guī)則地運(yùn)動(dòng)。因此,食物層中的質(zhì)量和熱傳遞非常迅速,從而食物單體被迅速冷凍。如果進(jìn)一步提高氣流速度,顆粒將被流體帶走,床顆粒減少,空隙率增加,床壓降降低,流化床成為運(yùn)輸床E。冷凍生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)在傳送床的前部進(jìn)行,曲線AD是標(biāo)準(zhǔn)流化曲線。食品流態(tài)化快速冷凍的主要特征是:快速冷凍速度。流化冷凍過程具有很強(qiáng)的傳熱特性。與傳統(tǒng)的強(qiáng)制空氣循環(huán)冷凍裝置相比,熱交換強(qiáng)度提高了30到40倍。這是因?yàn)椋菏称窇腋『屠鋬鰰r(shí)的熱阻降低了15到18倍,產(chǎn)品表面和冷空氣的放熱系數(shù)()增加了4到6倍,有效的熱交換面積增加了3.5到10倍。因此,流化冷凍裝置的冷凍速度是普通冷凍裝置的冷凍速度的幾十倍。由于快速的冷凍速度,流化冷凍可以最大程度地保留食物的原始營養(yǎng)和新鮮度。實(shí)現(xiàn)單體的快速凍結(jié)。由于食品在冷凍過程中是懸浮的,因此冷凍后食品不會(huì)粘在一起,實(shí)現(xiàn)了IQF冷凍,不僅質(zhì)量好,而且便于包裝和消費(fèi)。食物消耗低。每種速凍食品的表面都有一層薄的冰膜,這有利于保持食品的新鮮度并防止氧化,并且干食量更少。瑞典學(xué)者對(duì)蘑菇,草莓等進(jìn)行的比較測(cè)試表明,流化冷凍干燥的消耗量幾乎僅是強(qiáng)制風(fēng)洞冷凍的一半左右。這對(duì)于高價(jià)食品尤其重要。機(jī)械化,自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)容易,生產(chǎn)效率高。工人在常溫條件下工作,從而改善了工作條件。當(dāng)然,食物的流化冷凍也有局限性。它僅適用于粒狀食品。通常,其特征尺寸在50mm以內(nèi),最大不得超過100mm。目前,在國外,通過流態(tài)化冷凍的主要食物類型為:肉:肉,切成丁的肉丸,魚片,魚條,蝦,蝦等。菜肴:青豆,豆,玉米,青豆,油炸或煮土豆,胡蘿卜丁或切片,整個(gè)或切成薄片的蘑菇,花椰菜,辣椒,西紅柿,卷心菜,然后切成塊,片,條各種蔬菜。水果:蘋果片,菠蘿片,草莓,黑莓,櫻桃,馬林魚,李子,杏,啤酒,紫色漿果,葡萄,荔枝,龍眼等。
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