专利名称：食品非直接接触超导超低温冷冻液冷冻方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及食品急速冷冻储藏保鲜领域的一种新的方法及实施该方法的装置。
背景技术：
食品冷冻所涉及的内容比较广泛，它不仅需要各种制冷装备的性能和特点，而且还需要具备食品性能及它们在低温保藏条件下的发生物理、化学的组织方面的变化，以至于相对应的冷冻加工工艺，其目的达到保存时间长及保存物品质构变化小，解冻后能达到原质、原味的高质量食品，食品冷冻保藏技术是通过食品内部水的冷冻固化，压制蛋白酶的活性、微生物的生长和减少物体细胞的破损来达到其保鲜的目的，其关键技术在于食品冻结有足够快的冻结速率，以及能形成足够小的冰结晶，减少水冻结过程中的细胞内外压差导致细胞壁(膜)破裂，使细胞质液外溢。
目前食品冷冻的方法大多数采用冷气冻结方法，为达到上述目的，提高食品冻结速度的方法1、提高分子热交换量(加快冷气流动速度)；2、提高分子内势能即温差(降低冷气温度)；3、提高单位质量的热交换面积(降低物品厚度)。
为了提高分子热交换量也有采用冷冻液体作为冷冻介质，人们常用有冷海水、冷盐水、酒精以及乙二醇水溶液等有其0℃以下不冻结性质，直接将被冻结食品浸泡在这些制冷剂中的冷冻液冷冻食品，效果较好。因1mol液体所带的内能与此同时1mol气体是一样，但1mol气体的体积为22.4L，所以单位体积贮存能相差极大，传热快。
问题是由于能用于食品冷冻上，没有新理想的超低温冷冻液和相应安全合理的操作方法。至今用于食品冷冻上的冷冻液都是采用盐、酒精、二醇类等物质与水的混溶液，这些物质直接浸渍食品，有一定程度渗入食品内部，改变食品的原质，并且食品(如水产品等)也会有一定量的内质溢出杂质混入冷冻液，使冷冻液腐蚀。及时更换已冷的冷冻液，会使冷冻能量大量损耗。为什么人们不用通过包装或隔离措施，使食品在冷冻液冷冻过程中，把冷冻液与食品隔离开呢？来克服上述问题。随着冷冻液的冰结点降低，盐、酒精、乙二醇等的比例增大，达到15％以上的盐水才能达到-20℃以下的冰结点，15％的盐水对设备腐蚀极为严重，盐水浓度变化对冰结点影响很大，往往很难控制。同样酒精含量50％以上才能达到-20℃以下的冰结点，已经存在着酒精燃烧的可能，再提高含量在操作过程中，带来一定的安全问题；而且乙二醇还是有微毒性的，含量过高会直接影响食品安全。由于上述原因，现有应用于食品冷冻的冷冻液，适用温度受到限止，不能很低。食品冻结过程主要是食品内部水分冰结晶，在食品内部的水分是混合物，它的结晶点在-1～-8℃以下(有些更低)。在现有冷冻液冻结过程中，已存在着冷冻温差小的问题，再采用包装或隔离物隔离冻结，由于现有的包装物或隔离物都是绝热材料，热传导率小、热阻大，在很大程度上影响了冷冻速度。失去了用冷冻液冷冻食品冻结速度快的特性。所以液体直接食品冷冻方法，没有被人们广泛应用。只能在-10℃左右不直接接触食品或用铁制品做隔离物，用于制冰等场合。
专利公开号100649413《快速冷却物品的设备及其方法》所公开一种在绝热溶器内采用液体碳氢化物或40％的酒精水，在0℃以下使物体直接浸泡冻结的典例。
对照文章专利公开号CN1408284《食品的冷冻装置》；公开一种装有不冻液被浸食品架能升降的冷冻箱，不冻液为氯化钙、乙二醇、丙二醇、酒精水溶液。即，本发明的方法，是一种将被冷冻物浸泡在不冻液中，进行冷冻的载冷剂冷冻方法，其特征是在其不冻液中，建立电场进行冷冻。使食品冷冻冰结晶生成带-1～-5℃时，通过时间减少20％。其结果是，能制造出鲜度好、口感和解冻时滴液少的冷冻食品。该发明为了解决上述共同的问题，采取的方法在于冷冻液中加上5～100kV的高压电场，减少食品结晶时间。
不足之处在于，在冷冻液中使用了10万伏高压电场，作用在液体上，存在着严重不安全隐患。在食品冷冻场合空气水分高、湿度大都是大量用水的地方，而且冷冻液在10万伏高压下是完全的导电体，在实际使用中电器绝缘成了很大问题，即使能解决10万伏高压电绝缘的触电安全问题，该设备的造价是十分昂贵的，还存在着有关部门的安全认可问题。在冷冻液加这样高的高压电场的装置，为了提高在食品冷冻通过结晶带20％的速度，而付出的代价实在太高了。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决现有的上述食品液态冷冻过程中，存在着没有足够低工作温度的冷冻液，为了达到需要的冷冻冻结速度，只能使食品直接接触冷冻液冷冻，带来冷冻液渗入食品影响冷冻食品安全和冷冻食品品质等问题。以及专利CN1408284存在的设备成本高及操作安全问题。达到高品质冷冻保鲜食品产业化，把冷冻产品提高到新的位置。
本发明是通过发明一种新的冷冻液、新的冷冻方法和新的装置设计来实现的。
提出一种被冷冻的食品是非直接接触式，采用新的完全天然无毒的超导超低温的冷冻液，作为传导冷源的冷冻介质，达到深冷急速冻结食品的方法及其实现自动流水大规模生产的装置。
其特点在于1.超导超低温冷冻液含有从低温微生物中提取的抗冻糖蛋白(AFGP)、植物中提取的食品级甘油20％～50％、食用酒精20％以内的水溶液(这里的食用酒精是白酒，调节液体粘度)，都是天然物质所组成的食品级超导超低温冷冻液。冷冻液冻结工作温度范围为-20～-70℃(根据不同食品要求而定)；食品冻结速度(魚体)达到20～60cm/h；传热系数＞2600(kcal/m2·h·℃)；食品冰结晶在0.8～5μm。食品冻结中由于结晶体足够小，极少损坏食品活细胞。实验证明完全能用于活细胞冷冻保藏，应用于医学、生命科学和动、植物物种保藏及基因等其它领域。
2.冷冻方法采用，先把要冷冻的食品包装好或用薄膜隔离后，再在冷冻液里冷冻。所以它的工序是通过真空包装、贴体包装、真空热塑成型封口包装或不需要包装的食品先用薄膜隔离，然后，在制冷到-20℃～-70℃冷冻液浸渍、浸泡或喷淋冷冻；吸真空回收或离心回收包装物表面残留冷冻液，最后冷藏；出库解冻，先放在常温水里解冻，然后再打开包装物。确保食品卫生。
3.冷冻装置采用专用薄膜隔离食品的冷冻篮，自动循环单体冷冻系统；实现液态冷冻自动流水生产线，具有在冷冻过程中冷冻液与食品完全隔离和冷冻液回收功能，主要有输送带、工作台面板、冷冻篮组成物流循环系统；超导超低温冷冻液、大功率、大流量螺旋桨搅拌器使冷冻液流速达到2m/s以上(液体传热系数K＝200+1220W(kcal/m2·h·℃)，W为液体流速(m/s)，当液体在足够低的温度和足够快的流速可以达到超导急速冷冻)、-70双级制冷机组、超低温大面积蒸发器组成超导超低温冷冻系统。
解决食品冷冻保鲜领域快速冷冻难题，完全保持食品原来的品质和食品安全卫生。使长期冷冻保藏食品达到鲜品的品位。实现冷冻液冷冻大规模生产线，並具有能耗小、效率高，特点(能耗比冷汽单冻机少1/3)。
本发明食品冷冻装置如图(1)所示在保温的冷冻液液体箱(1)内装有一定量冷冻液(8)；箱体内两侧装有两排大功率螺旋桨搅拌器(2)，其作中使冷冻液高速流动；搅拌器外侧装有制冷蒸发器(3)，其作用给冷冻液制冷，冷冻液加到满上蒸发器，使超低温的冷冻液快速不断流向被冻物体；在箱内上方两侧液面以上装有两条链条输送带(4)；输送带一头装有可调速电动机(5)；根据冷冻食品的要求调节输送带走速，达到控制食品冷冻冻结时间；其作用是传动装有被冷冻食品的不锈钢丝冷冻篮(7)如图(2)所示，简称为篮；不锈钢丝篮体(7b)内装有抗低温塑料薄膜袋(7c)；不锈钢丝篮体的作用保护薄膜袋在工作过程不受外伤破损，薄膜袋用于食品与冷冻液隔离；在输送带上方留5～10cm高度空隙让输送带上两个篮的挂杆(7a)通过；箱体两头留有一定空隙，一头为篮的放入口、另一头为篮提取口，中间是不锈钢工作台面板(6)，输送带的运动方向是从篮的放入口走向篮的提取口。
具体实施例方式
在操作过程中，把要冷冻的食品先包装好或不需要包装的食品放在一个能放入薄膜袋内的平面托盘上，将篮放在箱体上工作台面板上，张开篮内的低温塑料薄膜袋口，将食品均匀放入薄膜袋内或将已放上食品的托盘放入薄膜袋中，合上袋口，这个操作都在箱体上工作台面板上进行。然后将经薄膜隔离的装入食品的篮，在工作台面板上平移到篮的放入口，把篮上的两个挂杆分别挂在两条输送带上，另一头放入冷冻液中，让篮中的食品在薄膜隔离下全部浸入已冷的冷冻液，进行热交换。冷冻液的温度控制在-20℃～-70℃，根据食品冻结需要，把输送带的速度调到食品冻结时间相适应的速度。装有食品的篮在工作台面板下，由输送带将把装食品的篮传输到另一头，经过所需时间热交换，食品达到完全冻结。食品冻结完成后，从工作台面板的篮提取口，提取出篮，仍然放在工作台面板上，取出食品。整个过程，篮一直不离开工作台面板，可使滞留在篮上和薄膜袋上残留冷冻液通过工作台面板又流回到冷冻液液体箱内，使冷冻液损失最少。这样一头一直连续放装入塑料薄膜隔离食品的篮，另一头一直提取已冻食品，达到自动流水循环操作。
另一种实施方式冷冻液与食品非直接接触式喷淋冷冻装置。主体是一种网状输送带输送装置(长可以5～10m、宽1～2m、高度离地面60～100cm)中间不绣钢链网或链杆，用变速可调速电机带动；在输送带上方离开输送带高度5～20cm，一头比输送带短20～40cm作为被冷冻包装食品的进口，另一头短50～100cm，作为冷冻后食品出口，装一只底部装多个喷淋头的冷冻液保温箱，称上箱体，箱体内装一排排管式蒸发器，给冷冻液制冷；输送带下方装一只与上箱体一样长、宽，高与输送带底部一样高的冷冻液保温箱，称下箱体，安装位置上、下箱体上下对称，放在输送带底部，用于淋接和储存冷冻液；冷冻液装在下箱体内，装满为止，箱内可再装一排蒸发器(根据冷冻能力而定)；在下箱体留有20～40cm的一头，输送带下面装一只流量满足喷淋头要求的冷冻液液体泵，输入管接在下箱体内，输出管接到上箱体内；在下箱体的另一头、输送带下部装一只真空泵，排气口接入下箱体内上口，在输送带物品出口(上箱体、下箱体留有50～100cm的这一头)，输送带上下对应装一排吸气头，输送带上面的吸气头高于输送带与冷冻食品的高度，可根据不同食品厚度调节高度，让食品在输送上吸气头以下通过即可，吸口朝下；输送带下面的吸气头紧贴在输送带，吸口朝上；输送带的运动方向从食品进口走向出口。工作过程，开起冷冻液液体泵，让下箱体冷冻液通过蒸发器制冷后抽到上箱体，上箱体的冷冻液再次通过蒸发器冷却，从底部喷淋头喷淋到输送带传来的被冷冻食品上，使食品冷冻冻结，冷冻液又流回到下箱体，冷冻液一直循环喷淋完成食品的冷冻。食品被冻结后传送到输出口处的真空泵吸气口，经真空泵上下吸气口吸气，把残留在食品包装物表面上的冷冻液一同吸入，回收到下箱体。输送带把已冷冻好食品吸干残留冷冻液送出输出口，冷冻结末。被冷冻的食品必须先把食品进行真空包装、贴体包装、真空热塑成形封口包装后，放到输送带进口上，才能进入冷冻液喷淋冷冻。
经本发明方法和装置单体冻结带头南美白对虾(活虾)，经过理虾、分级、0℃冰水浸泡10min后，取出称重(2kg为一盘)、装托盘(虾与虾不重叠)、然后，把装虾的托盘在工作台面板上放入冷冻篮中的塑料薄膜袋内，按上述操作程序冷冻加工。70只/kg虾体冻结时间控制到4mix，冷冻液温度为-48℃，冻结后虾体中心温度为-15℃以下，冷冻加工能力达到500kg/h以上。冷冻加工好的虾，经包装放入-18℃～-22℃保温冷藏，一年后在冷水中解冻经出口商品商检完全保持原来的质构，肌动球蛋白仅恢复活性，使肌肉收缩。品质与冷冻前完全一致，没有发现质的变化，完全达到鲜活品的品位。
经本发明方法和装置冻结直径30cm；体重72公斤的金枪鱼，冷冻液温度为-59.6℃，在12小时内鱼体中心温度达到-50以下。在-50℃保温冷藏一年后，经常温升温到-5℃放入冰水中解冻。肌红蛋白(Myoglobin，Mb)恢复活性，开始出现色变。体内的菌群总数与鲜活品完全一致。
通过低温显微镜发现在-50℃以下冷冻液冻结的活美国红鱼生鱼片过程中，鱼体内部没有死亡的微生物和细菌都出现抗体外壳，变成孢子态，停止了生长和繁殖。当温度逐渐升高到-5℃以上，部份细菌开始脱壳恢复生长。常规低温冷冻微生物和细菌在冷冻到-18℃以下，部份出现死亡，部份活着的菌和微生物还在生长和繁殖。在超导超低温液态冷冻中，由于足够快的冻结速率，微生物受到瞬间急速的温度变化，生命体产生抗体，暂停了生命，抗击极大的环境条件变化，这证明本发明的超导超低温冷冻技术已达到冷冻活细胞生命体暂停保藏的能力。这对大量的生命体活细胞冷冻保藏奠定了基础。在冷冻食品加工保藏业中突破了一项冷冻保藏遏制微生物、细菌生长的重大难题。
权利要求
1.一种采用冷冻液为冷冻介质的快速食品冷冻的方法在食品冷冻过程中，冷源的冷量是通过一种液体作为冷冻介质，用低温冷冻的液体浸渍、浸泡或喷淋的方式，使食品冷冻冻结；其特征在于上述过程中冷冻液与被冷冻食品是非直接接触的，食品通过真空包装、贴体包装、真空热塑成形封口包装或薄膜隔离后进入冷冻。
2.根据权利要求1所述低温冷冻；其特征在于是超低温冷冻，工作温度范围为-20℃～-70℃。
3.在食品冷冻过程中，用冷冻液作为冷冻介质，冷冻冻结食品；其特征在于冷冻液含有食用酒精10％～40％或食品级甘油(丙三醇)10％～50％。
4.根据权利要求3所述超低温冷冻液；其特征在于含有抗冻糖蛋白(AFGP)含量PPB以上。
5.一种采用冷冻液为冷冻介质的快速食品冷冻装置在食品冷冻过程中，冷源的冷量是通过一种液体作为冷冻介质，用低温冷冻的液体浸渍、浸泡或喷淋的方式，使食品冷冻冻结；其特征在于浸渍冷冻装置有输送带、工作台面板、食品隔离的篮组成物流循环系统。
6.根据权利要求5所述装置；其特征在于冷冻箱内两侧装有两排大功率螺旋桨搅拌器，搅拌器外侧装有制冷蒸发器使冷冻液快速流动。
7.根据权利要求5所述的装置；其特征在于两侧装有两条链条有可调速电动机带动的输送带，进行自动流水线冷冻。
8.根据权利要求5所述的喷淋冷冻装置；其特征在于有输送带、冷冻液的喷淋头组成冷冻系统。
9.根据权利要求5.8所述的装置；其特征在于装有空真回收残留冷冻液。
全文摘要
本发明涉及食品急速冷冻储藏保鲜领域的一种新的方法及实施装置。提出一种被冷冻的食品与冷冻液是非直接接触浸渍、浸泡或喷淋冷冻方法。采用新的完全天然无毒的超导超低温的冷冻液，作为传导冷源的冷冻介质，工作温度范围为－20～－70℃，冻结速度(鱼体)达到20～60cm/h；传热系数＞2600(kcal/m
文档编号F25D3/00GK1529109SQ200310107809
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月8日 优先权日2003年10月8日
发明者高华明 申请人:高华明