用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑的製作方法

2023-09-19 05:39:20 1

專利名稱：用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及食品浸漬冷凍的載冷劑，具體涉及用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑。
背景技術：
浸漬冷卻及冷凍ICF(Immersion Chilling and Freezing)是指食品與載冷劑溶 液直接接觸，食品在與載冷劑溶液換熱後，迅速降溫凍結。在浸漬冷卻及冷凍技術中，載冷 劑起著至關重要的作用，直接制約著浸漬冷卻及冷凍技術的應用及發展。對未包裝食品的浸漬冷凍，目前常用的載冷劑是鹽(NaCl)水、酒精與糖類水溶 液。但乙醇溶液作為載冷劑存在易揮發等問題，而氯化鈉溶液存在凍結點較高、滲透性強及 對設備腐蝕等問題。糖類與水的二元載冷劑溶液在低溫條件下粘度很高，使運行管理非常 麻煩。國內對於適用食品工業的浸漬多元冷凍載冷劑的研究未見報導，目前國外有一部 分學者對載冷劑方面做了一些研究，但多元載冷劑研究的較少。Lucas 等(Factors Influencing Mass Transfer During Immersion Cold Storage of Apples in NaCl/Sucrose Solutions [J]. Lebensm-Wissu-Techno，1999，32 : 327-332.)通過研究在NaCl與水的二元載冷劑溶液中，蘋果的浸漬冷凍過程，結果發現，當 冷凍液溫度為-17.8°C時，蘋果中NaCl的含量2%，而當冷凍溫度為-5°C時，NaCl的含量7%。Peralta(Design and construction of a hydrofluidization system. Study of the heat transfer on a stationary sphere [J]. Journal of Food Engineering，2009， 90(3) 358-364.)採用自行設計小型試驗用浸漬凍結系統，用氯化鈉與水的二元載冷劑， 研究其表面熱傳遞係數，但得到的可利用數據不多。三元組分或更為複雜的溶液可限制溶質滲透，同時多元組分也會使乙醇的含量減 少，從而削弱乙醇的揮發與可燃問題。Raoult-Wack^ (Immersion chilling and freezing in aqueous refrigerating media :review and future trends [J]. International of Journal of Refrigeration， 1998，21 (6) 419-429.)研究發現在氯化鈉水溶液(4. 55mol/kg)中每千克溶劑加入2mol 蔗糖，在1個小時內，氯化鈉的滲透量減少40%。其機理是在食品表面上形成高濃度的蔗糖層。Skau 等(in Technique of Organic Chemistry(A-ffeissberger, ed. ),3rd ed, Part 1，Vol. 1，ffoley-Interscience, 1959 :287_355.)認為多元載冷劑在凍結過程中降溫 特性和純液體很大不同，表現為過冷點明顯下降，以及未出現明顯等溫期間等特點，但由凍 結曲線不能直接確定其凍結點。Yamada 等(Method for freezing foods and freezer thereof [P]. European Patent,91300541. 9. 1992.)等認為，載冷劑組成對食品物料與載冷劑之間傳熱速率有影 響，多元載冷劑，可以實現載冷劑的高傳熱，減少冷卻或凍結時間，從而可以減少載冷劑滲透。但是由於多元載冷劑與凍結品之間滲透規律以及多元溶液的凍結過程複雜等問 題，多元載冷劑方面的研究進展較慢。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術存在的上述不足，提供用於食品浸漬冷凍的四元 載冷劑，針對以前載冷劑的滲透性、運動粘度和傳熱係數進行改善的四元載冷劑。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其由乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構成。針對多元載冷劑存在的載冷劑與凍結品之間滲透以及多元溶液的凍結過程複雜、 凍結點的確定等問題，本發明提供的四元載冷劑可以對滲透性進行了改善，確定了四元載 冷劑的凍結點，同時得到了用於不同凍結工作溫度，不同組成的四元載冷劑，因此，本發明 提供如下進一步改進的技術方案所述的用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑，當浸漬凍結工作溫度高於-30°C時，所述 載冷劑優選以重量百分比計含20 25%乙醇，10 35%丙二醇，3 12%氯化鈉的水溶 液。所述的用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑，當工作溫度高於-40°C低於-30°C時，所 用載冷劑優選以重量百分比計含20 25%乙醇，18 35%丙二醇，4 12%氯化鈉的水溶 液。所述的用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑，當工作溫度高於_44°C低於-40°C時，所 用載冷劑優選以重量百分比計含20 25%乙醇，25 35%丙二醇，4 10%氯化鈉的水溶 液。本發明中，當浸漬凍結工作溫度高於-30°C時，普朗特數值小的溶液濃度範圍(以 重量百分比計)為20 25%乙醇，10 35%丙二醇，3 12%氯化鈉的水溶液。工作溫度 高於-40°C低於-30°C時，普朗特數值小的溶液濃度範圍(以重量百分比計)為20 25% 乙醇，18 35%丙二醇，4 12%氯化鈉的水溶液。當工作溫度高於_44°C低於-40°C時， 普朗特數值小的溶液濃度範圍(以重量百分比計)為20 25%乙醇，25 35%丙二醇， 4 10%氯化鈉的水溶液。與現有技術相比，本發明四元載冷劑比二元載冷劑具有以下有益效果(1)在相同總濃度下，乙醇、丙二醇、NaCl、水的四元溶液的滲透量各小於相同溫度 下的二元載冷劑。當載冷劑的凍結點為-30°C時，四元載冷劑冷凍的物料中的總的滲透量為 4. 30mg/cm2，用NaCl的水溶液冷凍的物料中的總的滲透量為7. llmg/cm2，用乙醇的水溶液 冷凍的物料中的總的滲透量為4. 62mg/cm2。當載冷劑的凍結點為_40°C，四元載冷劑冷凍的 物料中的總的滲透量為1. 81mg/Cm2。乙醇的水溶液冷凍的物料中的總的滲透量為2. 26mg/ cm2。測定此載冷劑的凍結點為-50°C，載冷劑冷凍的物料中的總的滲透量為1.80mg/Cm2。 乙醇的水溶液冷凍的物料中的總的滲透量為2. 06mg/Cm2。(2)相同濃度下，凍結點相同時，四元載冷劑的總濃度低於二元載冷劑酒精溶液， 而且酒精的含量少，可以降低載冷劑的揮發。乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構成四元溶液滲透量較二元溶液小，且相同凍結點時，四元溶液中乙醇的含量和氯化鈉的含量均比二元溶液低，降低了對設備的腐蝕性，並且可 保證冷凍溫度，與現有常用的載冷劑氯化鈉，乙醇與水的二元或三元載冷劑相比更適合於 直接浸漬冷凍用載冷劑。
具體實施例方式本發明研究不同組成的載冷劑，在不同組分濃度條件下凍結點的變化規律，並 在-20°C，-30-40°C條件下研究不同載冷劑對食品的滲透作用。通過少量添加氯化鈉， 使溶液的凍結點明顯降低。確定載冷劑的組成物質乙醇、丙二醇、氯化鈉與水。對不同組成載冷劑的粘度與熱擴散係數進行分析，計算普朗特(Pr)數，根據Pr數 (對流傳熱基本方程中的傳熱係數，決定製品物料與載冷劑之間傳熱速率)評價不同載冷 劑的傳熱特性，確定乙醇、丙二醇、氯化鈉與水在四元載冷劑中的比例構成。乙醇、丙二醇、氯化鈉或氯化鈣與水構成四元溶液和目前常用的鹽水與乙醇水溶 液相比，凍結點低，其中乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構成四元溶液的凍結點最低。乙醇、丙二 醇、氯化鈉與水構成四元載冷劑向食品的滲透量比目前常用的鹽水與乙醇水溶液小。確定 乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構成四元溶液作為直接浸漬冷凍用載冷劑。溶液的組成和溫度對粘度、熱擴散係數和Pr數影響很大。Pr數是其粘度與熱擴散 係數的比值。隨著在乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構成四元溶液中乙醇、丙二醇和氯化鈉的含 量增加，溶液Pr數變化趨勢都為增加後減少。溶液中乙醇、丙二醇、氯化鈉含量越大，溶液 粘度越高；當乙醇、丙二醇與氯化鈉的含量增加，熱擴散係數先減小後增加，且隨著溫度的 下降而減小。因此在乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構成四元溶液中乙醇、丙二醇和氯化鈉的含 量小，Pr數小，並且可保證冷凍溫度的溶液可作為適合的載冷劑。將一定濃度比例的載冷劑溶液從浸漬式低溫冷凍機溶液入口導入，並在制冷機中 達到預設溫度而維持，冷凍時將物料放入浸漬式低溫冷凍機中與載冷劑溶液直接接觸而被 快速凍結。以下結合具體實施例對本發明的具體實施作進一步說明，但本發明的實施和保護 範圍不限於此。實施例1以佔載冷劑總重量百分比計，由20%乙醇、10%丙二醇、3%氯化鈉與水構成四元 載冷劑，凍結點為-30. 7°C，滲透總量為4. 30mg/Cm2,乙醇的滲透量為2. 40mg/Cm2, NaCl的 滲透量為0. 80mg/Cm2，丙二醇的滲透量為1. 10mg/Cm2。溶液粘度為19. 5mm2/S，熱擴散係數 為0. 0325mm2/S，Pr數為600。NaCl與水的構成二元載冷劑，凍結點為_21. 2°C，滲透總量為 7. llmg/Cm2,NaCl的滲透量為7. llmg/Cm2。溶液粘度為6. 9mm2/S，熱擴散係數為0. 0157mm2/ S，Pr 數為 439。實施例2以佔載冷劑總重量百分比計，由20%乙醇，18%丙二醇，4%氯化鈉與水構成四 元載冷劑，凍結點為-40°C，滲透總量為1. 81mg/Cm2,乙醇的滲透量為0. 90mg/Cm2, NaCl的 滲透量為0. 45mg/Cm2,丙二醇的滲透量為0. 46mg/Cm2。溶液粘度為49. 9mm2/S，熱擴散系 數為0.02543mm2/S，Pr數為1962。乙醇與水的構成二元載冷劑，凍結點為-31 °C，滲透 總量為2. 10mg/Cm2,乙醇的滲透量為2. 10mg/Cm2。溶液粘度為39. 3mm2/S，熱擴散係數為0. 03568mm2/S, Pr 數為 1101。實施例3以佔載冷劑總重量百分比計，由20%乙醇，25%丙二醇，4%氯化鈉與水構成四元 載冷劑，凍結點為-50°C，滲透總量為1. 82mg/Cm2,乙醇的滲透量為0. 92mg/Cm2, NaCl的滲 透量為0.39mg/Cm2，丙二醇的滲透量為0.51mg/Cm2。溶液粘度為101. 6mm2/S，熱擴散係數 為0. 02418mm2/S,Pr數為4202。乙醇與水的構成二元載冷劑，凍結點為_40°C，滲透總量為 2. 26mg/Cm2,乙醇的滲透量為2. 26mg/Cm2。溶液粘度為65. 3mm2/S,熱擴散係數為0. 0327mm2/ S，Pr 數為 1997。實施例4以佔載冷劑總重量百分比計，由25%乙醇，35%丙二醇，10%氯化鈉與水構成四元 載冷劑，凍結點為_54°C，滲透總量為1. 91mg/Cm2,乙醇的滲透量為0. 95mg/Cm2, NaCl的滲 透量為0. 43mg/Cm2，丙二醇的滲透量為0. 53mg/Cm2。溶液粘度為141. 6mm2/S，熱擴散係數為 0.02314讓2/% 1~數為6119.27。乙醇與水的構成二元載冷劑，凍結點為_41°C，滲透總量為 5. 16mg/Cm2,乙醇的滲透量為5. 16mg/Cm2。溶液粘度為75. 4mm2/S,熱擴散係數為0. 0229mm2/ S, Pr 數為 3292. 58。故綜合考慮載冷劑的滲透量，溶液粘度，熱擴散係數以及Pr數確定當浸漬凍結 工作溫度高於-30°C時，所述載冷劑優選以重量百分比計含20 25%乙醇，10 35%丙二 醇，3 12%氯化鈉的水溶液。當工作溫度高於-40°C低於-30°C時，所用載冷劑優選以重量百分比計含20 25 %乙醇，18 35 %丙二醇，4 12 %氯化鈉的水溶液。當工作溫度高於-44。C低於-40。C時，所用載冷劑優選以重量百分比計含20 25%乙醇，25 35%丙二醇，4 10%氯化鈉的水溶液。
權利要求
用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其特徵是由乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構成。
2.根據權利要求1所述的用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其特徵是當浸漬凍結工作 溫度高於-30°C時，所述載冷劑為以重量百分比計含20 25%乙醇，10 35%丙二醇，3 12%氯化鈉的水溶液。
3.根據權利要求1所述的用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其特徵是當工作溫度高 於-40°C低於-30°C時，所用載冷劑為以重量百分比計含20 25%乙醇，18 35%丙二醇， 4 12%氯化鈉的水溶液。
4.根據權利要求1所述的用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其特徵是當工作溫度高 於_44°C低於-40°C時，所用載冷劑為以重量百分比計含20 25%乙醇，25 35%丙二醇， 4 10%氯化鈉的水溶液。
全文摘要
本發明公開了用於食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其由乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構成。當浸漬凍結工作溫度高於-30℃時，所述載冷劑優選以重量百分比計含20～25％乙醇，10～35％丙二醇，3～12％氯化鈉的水溶液。當工作溫度高於-40℃低於-30℃時，所用載冷劑優選以重量百分比計含20～25％乙醇，18～35％丙二醇，4～12％氯化鈉的水溶液。當工作溫度高於-44℃低於-40℃時，所用載冷劑優選以重量百分比計含20～25％乙醇，25～35％丙二醇，4～10％氯化鈉的水溶液。採用本四元載冷劑與其它的載冷劑相比，有更低的滲透量、運動粘度和更高的傳熱係數。
文檔編號C09K5/06GK101857796SQ20101020463
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月18日 優先權日2010年6月18日
發明者倪明龍, 曾慶孝, 朱志偉, 辛美麗, 陳斌, 韓光赫 申請人:華南理工大學