一種肉類產品保鮮的液冷閃凍裝置及方法與流程
2023-12-03 00:19:21
本發明涉及一種液冷閃凍方法及裝置，具體涉及的是一種為解決肉類產品低溫冷凍過程中冷凍不均、冷凍效率低造成冷凍後動物細胞受到破壞失活問題而設計的肉類產品保鮮的液冷閃凍方法及裝置。
背景技術：
肉類產品(豬、牛、羊等)是食用價值很高的食品，能夠提供人體所需的蛋白質、脂肪、無機鹽和維生素，是人類的重要食品之一。然而，動物細胞中存在的動物酶及細胞內部適合微生物進行生長繁殖的營養環境，使肉類產品極易產生腐敗變質，制約肉類產品的長期保存。
低溫冷凍技術是目前實現肉類產品保存的常見方式。通常是在低溫環境下直接將動物細胞中的水直接凍結成晶體，從而降低酶的活性並抑制細胞內微生物的生長繁殖，達到肉類產品長期保存的目的。目前常用的低溫冷凍技術有吹風式凍結、平板凍結和微凍液凍結等。其中吹風式凍結和平板凍結均是利用熱阻較高的空氣作為換熱介質，冷凍時間一般需要2-12小時，如此長時間的冷凍，不僅會造成水分丟失、細胞液冰晶增大等問題，而且在解凍後肉類產品會產生嚴重的營養流失，影響肉類產品的新鮮度及食用價值。
為解決空氣換熱造成的冷凍問題，具有粘度調節、凝固點調節特性的微凍液被作為冷凍工質應用於肉類產品冷凍工業。由於液體相對於氣體有更高的換熱係數，故而微凍液一般能夠在30分鐘內實現肉類產品的快速凍結，同時，由於在微凍液中添加有凝固點和粘度調節劑，能夠保證細胞凍結過程中不被冰晶破壞，減少解凍過程中的營養物質流失。
由於人們對食品要求的越來越高，很多肉類產品的冷凍已經不再局限於加工後的小型肉類產品，對大型肉類產品的冷凍保鮮要求也越來越高。然而，當前微凍液冷凍技術在小型肉類產品，如豬小腿、羊肉小腿等部位有比較好的冷凍效果，但是在較大型肉類產品，如半隻羊、半隻牛、豬大腿等肉類產品的冷凍上效果卻不是很好。這是由於微凍也冷凍技術採用直接浸沒法，將肉類產品整體置於微凍液中，這種粗糙的處理方式，使得置於微凍液中的肉類產品的不同部位受凍不均，並且內部及外部的冷凍效果有較大差別，一般來講，內部的冷凍中心溫度會比外部的溫度差距10℃以上，這種差別在越大型肉類產品的冷凍上體現的更為明顯。為此，迫切需要開發一種用於實現大型肉類產品保鮮的液冷閃動液及均勻化冷凍裝置。
微波是一種常見的電磁波，研究發現，適當的微波作用，能夠對水產生共振作用，誘導水分子中的偶極子旋轉，從而幹擾液體凍結時冰核的形成過程，達到降低液體凝固點及均勻化冷凍流體溫度的目的。同時，受人體氣管結構實現流體均勻輸運的啟發，本發明開發了具有特定成分的低溫閃凍液作為液冷冷凍介質，保證冷凍低溫及肉類產品細胞結構完整，減少肉類產品的冷凍變性和營養損失；利用微波輔助冷凍，均勻化低溫閃凍液溫度的同時降低低溫閃凍液凝固點，從而更快速的促使肉類產品均勻凍結；最後基於人體氣管結構仿生構造低溫閃凍液均勻輸運流量優化裝置，提供均勻冷凍目標肉類產品的實現裝置。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對肉類產品低溫冷凍過程中，現有技術在快速達到低溫及冷凍均勻性方面的不足，而提供了一種具有低溫閃凍液、微波輔助冷凍及梯級流量優化循環結構特徵的肉類產品保鮮的液冷閃動方法及裝置。該系統通過利用特定配方的低溫閃凍液作為循環冷凍工質，採用微波輔助促進低溫閃凍液凝固點降低及均勻化低溫閃凍液溫度，並利用梯級流量優化循環結構實現閃凍液的均勻分配輸運及快速循環，實現了肉類產品的均勻、快速、高質量冷凍。
為解決肉類產品冷凍過程中存在的技術問題，本發明採用的技術方案是：
一種肉類產品保鮮的液冷閃凍裝置，其特徵在於：包括低溫閃凍液循環池、微波輔助冷凍裝置、控制器及在所述低溫閃凍液循環池內循環的低溫閃凍液，所述低溫閃凍液循環池包括預冷池及閃凍池，所述預冷池及冷凍池通過循環泵管相連構成循環系統；所述閃凍池底部安裝梯級流量分配裝置，頂部為閃凍池保溫板和微波輔助冷凍裝置安裝板，在所述微波輔助冷凍裝置安裝板內部設有與所述控制器相連的溫度傳感器；所述預冷池內安裝有制冷機組，上部為預冷池保溫板；所述微波輔助冷凍裝置具有磁控管及微波共振腔，所述磁控管安裝在所述微波輔助冷凍裝置安裝板外並與所述控制器相連，所述微波共振腔安裝在所述的安裝板下部垂直於閃凍池液面並同所述磁控管相連；所述磁控管通過所述微波共振腔產生作用於低溫閃凍液液面的微波，所述控制器根據所述溫度傳感器獲取的閃凍液的溫度控制所述磁控管調整發出的微波功率及微波頻率；所述梯級流量分配裝置包括進液口、分布槽以及出液口，所述閃凍池的進液口與所述梯級流量分配裝置的進液口連接，所述閃凍池的出液口位於所述梯級流量分配裝置出液口的上端；所述低溫閃凍液由質量百分比的以下物質組成：15-20％的氯化鈉、15-20％的乙醇、5-10％的葡聚糖，其餘為蒸餾水。
所述梯級流量分配裝置包括仿生梯度底板及通道頂板，所述仿生梯度底板上設置所述分布槽，所述分布槽為基於人體血管構形特徵而設計的流動優化分散槽道，所述流動優化分散槽道的第n級與第n-1級的長度關係為ln＝ln-1n-/α，其中，n為每級通道分支數目(n≥2)，α為長度維數(當3≥α≥2時可獲得較均勻的分支結構)；所述的流動優化分散槽道的第n級與第n-1級的寬度關係為wn＝wn-1n-/β，其中，n為每級通道分支數目(n≥2)，β為寬度維數(當3≥β≥2時，可獲得較均勻的分支結構)；所述頂板為通孔板，該通孔板上開設有與所述流動優化分散槽道分級數相對應的通孔，梯級流量分配裝置中，所述低溫閃凍液從主通道進入後，在下級各通道逐步實現流量優化分配。
一種採用所述肉類產品保鮮的液冷閃凍裝置對肉類產品進行閃凍處理的低溫閃凍方法，其特徵在於，方法為：將被凍肉類產品置入所述閃凍池中安放好，並將所述低溫閃凍液倒入所述預冷池中，開機讓所述預冷池中的所述制冷機組製冷；當所述低溫閃凍液達到理想溫度時，開啟所述預冷池與所述閃凍池之間的所述循環泵管，通過所述梯級流量分配裝置將所述低溫閃凍液流量優化分配並均勻輸運至所述閃凍池中，同時操作所述控制器開啟所述磁控管放出微波，對所述低溫閃凍液進行溫度控制；在對一批肉類產品均勻冷凍30～40分鐘後將被凍肉類產品取出，瀝水，再過清水後進行存放。
在未使用所述微波輔助冷凍時，低溫閃凍液凝固點可達到-40℃，其中冷凍溫度較佳為-30℃～-35℃，冷凍時間較佳為10～15分鐘。所述的低溫閃凍液除主要的物質組分外，還可根據需求添加抗菌成分槲皮素(1％-2％)，保鮮成分檸檬酸(1％-2％)、山梨酸(1％-2％)。
本發明冷凍裝置的梯級流量分配裝置基於人體氣管結構的構形特徵設計，實現流量的優化分配，均勻提供所述閃凍液；所述微波輔助冷凍裝置開啟後能進一步降低所述低溫閃凍液凝固點，使用微波輔助冷凍可使低溫閃凍液凝固點溫度下降5-10℃。同時均勻化所述閃凍液溫度，根據前端溫度反饋，對不同溫度的冷凍過程進行輔助調節。
所述微波輔助冷凍裝置包括所述磁控管、所述微波共振腔，所述磁控管用於產生激發微波，通過所述共振腔引到產生的微波誘導所述低溫閃凍液水分子的偶極子產生旋轉，所述共振腔呈喇叭狀。所述控制器為輸出控制電路，與所述溫度傳感器相連，實時監控所述低溫閃凍液溫度，對應發出電信號調節微波頻率及強度。
所述預冷池、所述閃凍池和所述管道均包覆保溫材料，減少設備和外界換熱，提高經濟性。
有益效果：
本發明涉及的是一種肉類產品保鮮的液冷閃凍方法及裝置，為滿足人類對肉類產品長時間保鮮食用的需求，通常採用冷凍的方法對肉類產品進行處理。本發明通過採用含有高分子聚合物葡聚糖的低溫閃凍液作為肉類產品冷凍工質，不僅能夠降低閃凍液的凝固點，調節閃凍液的粘度及滲透壓，而且能夠減少冷凍過程中閃凍液對肉類產品細胞造成的傷害。利用仿生人體氣管構形特徵，設計梯級流量分配裝置，將低溫閃凍液由下至上層級冷凍肉類產品，並利用循環管路，始終在均勻冷凍的條件下處理肉類產品。增設的微波輔助冷凍系統，針對不同的溫度反饋，通過控制器實時進行微波頻率及強度操控，抑制低溫閃凍液發生凝固，均勻化流體溫度。在均勻冷凍、快速輸運下實現肉類產品的均勻、快速、高質量冷凍。
本發明肉類產品低溫閃凍裝置通過閃凍液及閃凍裝置的協同工作，能夠在保證被凍肉類產品長期儲存的條件下，減少被凍肉類產品的營養流失，使用對象包括常見的豬肉、牛肉、羊肉等肉類產品。
附圖說明
圖1一種肉類產品保鮮的液冷閃凍方法及裝置結構圖。
圖2梯級流量分配裝置結構圖(n＝3)。
圖3仿生梯度底板結構圖(n＝3)。
圖4梯級流量分配裝置結構圖(n＝2)。
圖5仿生梯度底板結構圖(n＝2)。
圖中1.預冷池；2.閃凍池；3.梯級流量分配裝置；4.磁控管；5.微波共振腔；6.控制器；7.溫度傳感器；8.制冷機組；9.循環泵管；10.預冷池頂蓋；11.閃凍池頂蓋；12.仿生梯度底板；13.通道頂板。
具體實施方式:
下面結合附圖進行更進一步的詳細說明：
圖1給出了本發明一種肉類產品保鮮的液冷閃凍裝置的結構圖，包括低溫閃凍液循環池、微波發生裝置及控制器。具體結構包括：預冷池1；閃凍池2；梯級流量分配裝置3；磁控管4；微波共振腔5；控制器6；溫度傳感器7；制冷機組8；循環泵管9等主要組成部分。預冷池1通過循環泵管9與閃凍池2相連，循環泵管9是通過泵作用實現低溫閃凍液在兩循環池中的循環。預冷池1中安裝有制冷機組8，頂部為預冷池頂蓋10。閃凍池2底部為梯級流量分配裝置3，頂部的一半位置安裝有多個磁控管4，用於產生微波，所有的磁控管4均與控制器6相連，上部懸空位置安裝有微波共振腔5，實現微波輔助冷凍的微波引導作用。同時，在閃凍池2內還安裝有溫度傳感器7，直接與控制器6相連，實現閃凍池2中的溫度實時監測，以此調整微波功率及微波頻率，實現對低溫速凍液溫度的準確反饋調控。
圖2給出了本發明的梯級流量分配裝置結構圖，該分配裝置採用3級分支結構，仿生梯度底板12與通道頂板13的出口位置直接相連，實現低溫閃凍液流量的均勻分配。
圖3給出了本發明的仿生梯度底板結構圖，該底板採用3級分支結構。該分支結構利用構形設計規律進行設計，採用的長度維數α＝3，寬度維數β＝2，能夠實現流量的優化控制。
圖4給出了本發明的梯級流量分配裝置結構圖，該分配裝置採用2級分支結構，仿生梯度底板12與通道頂板13的出口位置直接相連，實現低溫閃凍液流量的均勻分配。
圖5給出了本發明的仿生梯度底板結構圖，該底板採用2級分支結構。該分支結構利用構形設計規律進行設計，採用的長度維數α＝2，寬度維數β＝2，能夠實現流量的優化控制。
實施例1
本發明一種肉類產品保鮮的液冷閃凍方法及裝置用於冷凍較大型肉類產品整頭豬的操作過程為：
按如下質量百分比配製冷凍液：15％的氯化鈉、20％的乙醇、8％的葡聚糖，其餘為蒸餾水；該閃凍液能夠在-50℃的製冷條件下，迅速降溫5分鐘至-35℃，並能保持低溫溫度冷凍整頭豬肉。將被凍整頭豬肉產品置入閃凍池中安放好，並將低溫閃凍液倒入預冷池中，開機讓預冷池中的制冷機組製冷。當低溫閃凍液達到理想溫度時，開啟預冷池與閃凍池之間的循環泵管，通過梯級流量分配裝置將低溫閃凍液流量優化分配並均勻輸運至閃凍池中，同時操作控制器開啟磁控管放出微波，對低溫閃凍液進行溫度控制。在對一批肉類產品均凍30～40分鐘後將被凍肉類產品取出，瀝水，再過清水後進行存放。低溫閃凍液，會通過循環泵管在預冷池及閃凍池之間進行循環，保證閃凍液能夠持續的在閃凍池中對整頭豬肉產品進行均勻、快速冷凍。冷凍後的整頭豬肉的組織在解凍後，經顯微鏡觀測，仍然具有很好的細胞活性。
實施例2
本發明一種肉類產品保鮮的液冷閃凍方法及裝置用於冷凍小型肉類產品羊腿的操作過程為：按如下質量百分比配製冷凍液：20％的氯化鈉、15％的乙醇、10％的葡聚糖，其餘為蒸餾水；該閃凍液能夠在-40℃的製冷條件下，迅速降溫5分鐘至-30℃，並能保持低溫溫度冷凍羊腿肉產品。將被凍羊腿肉置入閃凍池中安放好，並將低溫閃凍液倒入預冷池中，開機讓預冷池中的制冷機組製冷。當低溫閃凍液達到理想溫度時，開啟預冷池與閃凍池之間的循環泵管，通過梯級流量分配裝置將低溫閃凍液流量優化分配並均勻輸運至閃凍池中，同時操作控制器開啟磁控管放出微波，對低溫閃凍液進行溫度控制。在對一批羊腿肉類產品均凍10～15分鐘後將被凍肉類產品取出，瀝水，再過清水後進行存放。低溫閃凍液，會通過循環泵管在預冷池及閃凍池之間進行循環，保證閃凍液能夠持續的在閃凍池中對目標肉類產品進行均勻、快速冷凍。冷凍後的羊腿肉組織在解凍後，經顯微鏡觀測，仍然具有很好的細胞活性。
實施例3
本發明一種肉類產品保鮮的液冷閃凍方法及裝置用於冷凍小型肉類產品牛腿的操作過程為：按如下質量百分比配製冷凍液：18％的氯化鈉、17％的乙醇、5％的葡聚糖，其餘為蒸餾水；該閃凍液能夠在-40℃的製冷條件下，迅速降溫10分鐘至-30℃，並能保持-30℃低溫溫度冷凍牛腿。將被凍牛腿置入閃凍池中安放好，並將低溫閃凍液倒入預冷池中，開機讓預冷池中的制冷機組製冷。當低溫閃凍液達到理想溫度時，開啟預冷池與閃凍池之間的循環泵管，通過梯級流量分配裝置將低溫速凍液流量優化分配並均勻輸運至閃凍池中，同時操作控制器開啟磁控管放出微波，對低溫閃凍液進行溫度控制。在對一批肉類產品均凍10～15分鐘後將被凍肉類產品取出，瀝水，再過清水後進行存放。低溫閃凍液，會通過循環泵管在預冷池及閃凍池之間進行循環，保證閃凍液能夠持續的在閃凍池中對牛腿肉類產品進行均勻、快速冷凍。冷凍後的牛腿肉組織在解凍後，經顯微鏡觀測，仍然具有很好的細胞活性。