一种将气体作为载冷剂的冷冻及分段方法
【专利摘要】本发明涉及冷冻冷藏技术领域，特别为一种将气体作为载冷剂的冷冻及分段方法。本发明的冷冻方法包括步骤一：将无色、无味且无毒的液态气体或超临界气体作为冷冻载冷剂；步骤二：将待冷冻产品浸渍在液态气体或超临界气体中直到待冷冻产品的中心温度达到冷冻阶段温度为止；步骤三：将待冷冻产品取出并转移至冻藏低温的环境下储存。本发明的分段方法包括步骤一：将待冷冻产品的冷冻过程划分成至少两个冷冻阶段；步骤二：对待冷冻产品依次执行各冷冻阶段相应的冷冻操作；步骤三：将待冷冻产品的压力与大气压平衡后将待冷冻产品转移至冻藏低温的环境下储存。本发明在浸渍冷冻加工后使得载冷剂不残留于食品中，不改变食品风味且载冷剂能够保持原有质量。
【专利说明】
一种将气体作为载冷剂的冷冻及分段方法
技术领域
[0001]本发明涉及冷冻冷藏技术领域，特别为一种将气体作为载冷剂的冷冻及分段方法。
【背景技术】
[0002]浸渍式冻结指使用制冷机将冻结液降温，将食品浸入冻结液进行冷冻的方式，冻结液又称为载冷剂。浸渍式冻结技术是一种高效冻结方式，具有许多其它冻结方式不具备的优点，其至少具备以下几个显著的优点:
[0003]第一，冻结速度快。常温下空气的导热系数是0.024W/(m.k)，而大多数液体的导热系数为0.116?0.628W/(m.k)，是空气介质的5?26倍，由于空气强制对流冻结的冻结介质是常压的空气，浸渍式冻结的冻结介质是冻结液即载冷剂，因此相较于普通的空气强制对流冻结来说，浸渍式冻结速度非常快，冻结所需的时间很短。
[0004]第二，浸渍式冻结的能耗低。浸渍式冻结中冻结介质导热系数大，传热效率高，而空气强制对流冻结的冻结介质是常压的空气，导热系数小，传热慢，需要保持一定的空气流速才能将物质冻结，因此，浸渍式冻结的能耗非常低。据报道，浸渍式冻结的能耗比空气强制对流冻结低25%?30%以上，提高生产效率50%以上。
[0005]第三，浸渍式冻结的产品质量高。由于浸渍式冻结速度非常快，被冻物品内部形成的冰晶细小，且均匀分布在细胞内和细胞间隙中，解冻时汁液流失现象不明显，可较好地保持物质原有的质构、口感和外观。
[0006]传统的浸渍冷冻加工通常使用的载冷剂为二元及三元载冷剂。二元载冷剂主要为水溶液，比如氯化钠溶液、氯化钙溶液和酒精水溶液等;三元载冷剂主要为氯化钠、乙醇和水的混合溶液或者盐、糖和水的混合溶液。然而目前这些浸渍冷冻加工所采用的载冷剂在常温常压下均为液体，这就至少会带来以下几个问题:
[0007]食品的直接浸渍冻结处理实质上是一个传热和传质的过程，在一方面，在浸渍的过程中难免会有部分的载冷剂进入到食品当中，而这些液态载冷剂难以挥发就会长期残留在食品当中(而类似酒精一类的载冷剂虽然易挥发然而却会改变食品的风味)，这就可能导致该冷冻食品风味改变甚至出现食品添加物超标的问题；即使是事先将食品包装好采用间接浸渍冷冻的方式，在实际操作的过程中也难免会出现包装物破损而渗入食品中的问题，同时也增加了冷冻的成本，这是其一；
[0008]在另一方面，在浸渍的过程中食品中的物质也同样难免会有部分渗入到载冷剂当中，许多杂质溶解在载冷剂中难以分离，因而每次浸渍冷冻后都会导致载冷剂的质量下降，导致载冷剂的回收率低，大大增加了冷冻成本。
[0009]还有，现有这些载冷剂内都不同程度的含有盐类，高浓度的盐类容易腐蚀设备。
【发明内容】
[0010]本发明第一发明目的在于:提供在浸渍冷冻加工后使得载冷剂不残留于食品中，不改变食品风味且载冷剂能够保持原有质量的一种将气体作为载冷剂的冷冻方法。
[0011]本发明第一发明目的是通过如下技术方案实现的:一种将气体作为载冷剂的冷冻方法，其特征在于:包括如下顺序进行的步骤；
[0012]步骤一:将无色、无味且无毒的液态气体或超临界气体作为冷冻载冷剂，先预冷至设定的浸渍温度，所述浸渍温度低于待冷冻产品的冷冻阶段温度；
[0013]步骤二:将待冷冻产品浸渍在步骤一获得的液态气体或超临界气体中直到待冷冻产品的中心温度达到冷冻阶段温度为止，在冷冻过程中对液态气体或超临界气体进行控温循环制冷使得该液态气体或超临界气体的温度始终保持在所设定的浸渍温度，并在冷冻过程当中对液态气体或超临界气体持续施加压力使得液态气体或超临界气体始终处于液态或超临界状态；
[0014]步骤三:在待冷冻产品的中心温度达到冷冻阶段温度后，将待冷冻产品与液态气体或超临界气体分离，最后将待冷冻产品的压力与大气压平衡后将待冷冻产品取出并转移至冻藏低温的环境下储存。
[0015]为了更好的实施本方案，还提供如下优化方案:
[0016]进一步的，还包括步骤四:所述步骤三中:将取出的待冷冻产品先进行镀冰衣处理或抽真空包装，而后再将待冷冻产品转移至冻藏低温的环境下储存。
[0017]进一步的，所述无色、无味且无毒的气体为空气、二氧化碳或氮气。
[0018]本领域普通技术人员容易想到采用其他无色、无味且无毒的气体，也能够利用本发明的方法将其作为载冷剂使用而不需要付出创造性的劳动，因而采用这些无色、无味且无毒的气体作为载冷剂使用应当也属于本发明的保护范围之内。
[0019]本发明第二发明目的在于:提供一种将气体作为载冷剂的分段冷冻方法，其能够防止待冷冻产品在深冷速冻的过程中产生龟裂现象。
[0020]本发明第二发明目的是通过如下技术方案实现的:
[0021]—种将气体作为载冷剂的分段冷冻方法，其特征在于:包括如下顺序进行的步骤:
[0022]步骤一:将待冷冻产品的冷冻过程划分成至少两个冷冻阶段，并设定每个冷冻阶段的冷冻阶段温度;为每一个冷冻阶段各准备一份无色、无味且无毒的液态气体或超临界气体作为相应冷冻阶段的载冷剂，并将各冷冻阶段的载冷剂分别预冷至各冷冻阶段设定的阶段浸渍温度，所述阶段浸渍温度低于相应冷冻阶段的冷冻阶段温度并高于下一个冷冻阶段的冷冻阶段温度；
[0023]步骤二:依照各冷冻阶段的温度顺序对待冷冻产品依次执行各冷冻阶段相应的冷冻操作，每完成一个冷冻阶段的冷冻操作后，将待冷冻产品转移到下一个冷冻阶段的载冷剂中进行下一阶段的冷冻操作，直至完成所有冷冻阶段的冷冻操作；
[0024]所述冷冻操作过程如下:将待冷冻产品浸渍在当前冷冻阶段的载冷剂中直到待冷冻产品的中心温度达到当前冷冻阶段的冷冻阶段温度后，将待冷冻产品与当前冷冻阶段的载冷剂分离;在冷冻过程中对当前冷冻阶段的载冷剂进行控温循环制冷使得当前冷冻阶段的载冷剂的温度始终保持在当前冷冻阶段所设定的阶段浸渍温度，并在冷冻过程当中对当前冷冻阶段的载冷剂持续施加压力使得当前冷冻阶段的载冷剂始终处于液态或超临界状态；
[0025]步骤三:当完成所有冷冻阶段的冷冻操作后，将待冷冻产品的压力与大气压平衡后将待冷冻产品取出并转移至冻藏低温的环境下储存。
[0026]为了更好的实施本方案，还提供如下优化方案:
[0027]进一步的，所述无色、无味且无毒的气体为空气或氮气。
[0028]本领域普通技术人员容易想到采用其他无色、无味且无毒的气体，也能够利用本发明的方法将其作为载冷剂使用而不需要付出创造性的劳动，因而采用这些无色、无味且无毒的气体作为载冷剂使用应当也属于本发明的保护范围之内。
[0029]以上两个方案均是采用液态气体或超临界气体作为载冷剂，并且两种方案在冷冻的全过程中均采用保压冷冻的方式进行，以上两个特点结合即为本发明两个方案相较于现有技术的主要区别及创新所在，故而具备单一性。较之前技术而言，本发明以上两种技术方案共同具有以下优点:
[0030]1.本发明将液化或超临界气体作为载冷剂使用，从而在冷冻的过程中通过控温制冷设备可以精确的控制液化或超临界气体进而控制产品的冷冻温度；
[0031]2.本发明的载冷剂在常温常压下为气态，因而采用本发明方法冷冻的食品在解冻后内部残留的载冷剂自然气化并完全挥发，不会残留在食品内，且无色无味、无毒因而并不会改变被冷冻食品的风味，更不会造成食品安全问题；
[0032]3.本发明中的载冷剂泄压后自然气化很容易实现与杂质的分离，因此能够使得载冷剂的质量保持不变；
[0033]4.本发明的载冷剂不含盐类，因而不会腐蚀设备。
[0034]较现有技术而言，一种将气体作为载冷剂的分段冷冻方法还具有以下优点:
[0035]1.本发明利用不同温度的超临界气体和液化气体进行分段冷冻，大大降低了产品与载冷剂之间的温差，使得产品在深冷速冻的过程中不产生龟裂。
【具体实施方式】
[0036]下面结合各实施例对本发明做详细说明:
[0037]实施例1:
[0038]本实施例以液化二氧化碳作为浸渍冷冻的载冷剂，载冷剂设定的浸渍温度为-500C，待冷冻产品的冷冻阶段温度为-18°C。包括如下步骤:
[0039]步骤一:将液化二氧化碳预冷至-50°C;
[0040]步骤二:将预冷好的液化二氧化碳通入冷冻罐中，并将待冷冻产品浸渍在液化二氧化碳中直到待冷冻产品的中心温度达到-18°C为止，在冷冻过程中对液化二氧化碳进行控温循环制冷使得液化二氧化碳的温度始终保持在-50°C(在实际操作当中，受到制冷设备等因素的制约其实际温度可能会存在一定的偏差，通常偏差温度在±5°C以内均属于正常误差的范畴)并在冷冻过程当中对液化二氧化碳持续施加3.0MPa的工作压力使得液化二氧化碳始终处于液化状态；
[0041 ]步骤三:在待冷冻产品的中心温度达到-18 °C后，将待冷冻产品与液化二氧化碳分离，最后将冷冻罐内的压力与大气压平衡后打开冷冻罐并将待冷冻产品转移至冻藏低温的环境下储存。
[0042]进一步的，所述步骤三中:将取出的待冷冻产品先进行镀冰衣处理，而后再将待冷冻产品转移至冻藏低温的环境下储存。
[0043]实施例2:
[0044]本实施例以超临界空气作为浸渍冷冻的载冷剂，载冷剂设定的浸渍温度为-65°C，待冷冻产品的冷冻阶段温度为-60 0C ο包括如下步骤:
[0045]步骤一:将超临界空气预冷至_65°C;
[0046]步骤二:将预冷好的超临界空气通入冷冻罐中，并将待冷冻产品浸渍在超临界空气中直到待冷冻产品的中心温度达到_60°C为止，在冷冻过程中对超临界空气进行控温循环制冷使得超临界空气的温度始终保持在-650C (在实际操作当中，受到制冷设备等因素的制约其实际温度可能会存在一定的偏差，通常偏差温度在±5°C以内均属于正常误差的范畴)并在冷冻过程当中对超临界空气持续施加5.2MPa的工作压力使得超临界空气终处于超临界状态；
[0047]步骤三:在待冷冻产品的中心温度达到-600C后，将待冷冻产品与超临界空气分离，最后将冷冻罐内的压力与大气压平衡后打开冷冻罐并将待冷冻产品转移至冻藏低温的环境下储存。
[0048]实施例3:
[0049]本实施例以超临界氮气作为浸渍冷冻的载冷剂，载冷剂设定的浸渍温度为-60°C，待冷冻产品的冷冻阶段温度为-55 °C ο包括如下步骤:
[0050]步骤一:将超临界氮气预冷至-60°C;
[0051]步骤二:将预冷好的超临界氮气通入冷冻罐中，并将待冷冻产品浸渍在超临界氮气中直到待冷冻产品的中心温度达到-55°C为止，在冷冻过程中对超临界氮气进行控温循环制冷使得超临界氮气的温度始终保持在-600C (在实际操作当中，受到制冷设备等因素的制约其实际温度可能会存在一定的偏差，通常偏差温度在±5°C以内均属于正常误差的范畴)并在冷冻过程当中对超临界氮气持续施加3.5MPa的工作压力使得超临界氮气终处于超临界状态；
[0052]步骤三:在待冷冻产品的中心温度达到-600C后，将待冷冻产品与超临界氮气分离，最后将冷冻罐内的压力与大气压平衡后打开冷冻罐并将待冷冻产品转移至冻藏低温的环境下储存。
[0053]实施例4:
[0054]本实施例以超临界空气为载冷剂，冷冻过程分为两个冷冻阶段，各冷冻阶段设定的阶段浸渍温度依次为_55°C及-105°C，各冷冻阶段的冷冻阶段温度依次为_50°C及-100°C。包括如下步骤:
[0055]步骤一:将待冷冻产品的冷冻过程分成两个冷冻阶段，第一冷冻阶段的冷冻阶段温度设定为_50°C、第二冷冻阶段的冷冻阶段温度设定为-1OOtC ;
[0056]步骤二:为每一个冷冻阶段各准备一份超临界空气作为相应冷冻阶段的载冷剂，并将第一冷冻阶段的载冷剂预冷至_55°C、第二冷冻阶段的载冷剂预冷至-105°C ;
[0057]步骤三:将预冷好的第一冷冻阶段的载冷剂通入冷冻罐中，并让待冷冻产品浸渍在第一冷冻阶段的载冷剂中直到待冷冻产品的中心温度达到-50°C为止，在第一冷冻阶段中对第一冷冻阶段的载冷剂进行控温循环制冷使得第一冷冻阶段的载冷剂的温度始终保持在-55 °C (在实际操作当中，受到制冷设备等因素的制约其实际温度可能会存在一定的偏差，通常偏差温度在±5°C以内均属于正常误差的范畴)，并在第一冷冻阶段中对第一冷冻阶段的载冷剂持续施加5.2MPa的工作压力使得第一冷冻阶段的载冷剂始终处于超临界状态；
[0058]步骤四:当待冷冻产品的中心温度达到-50°C后，将待冷冻产品与第一冷冻阶段的载冷剂分离，而后将预冷好的第二冷冻阶段的载冷剂通入冷冻罐中，并让待冷冻产品浸渍在第二冷冻阶段的载冷剂中直到待冷冻产品的中心温度达到-100°c为止，在第二冷冻阶段中对第二冷冻阶段的载冷剂进行控温循环制冷使得第二冷冻阶段的载冷剂的温度始终保持在-105°c (在实际操作当中，受到制冷设备等因素的制约其实际温度可能会存在一定的偏差，通常偏差温度在±5°C以内均属于正常误差的范畴)，并在第二冷冻阶段中对第二冷冻阶段的载冷剂持续施加5.2MPa的工作压力使得第二冷冻阶段的载冷剂始终处于超临界状态；
[0059]步骤五:当待冷冻产品的中心温度达到-1000C后，将待冷冻产品与第二冷冻阶段的载冷剂分离，最后将冷冻罐内的压力与大气压平衡后打开冷冻罐并将待冷冻产品转移至冻藏低温的环境下储存。
[0060]实施例5:
[0061]本实施例以超临界氮气和液氮为载冷剂，冷冻过程分为四个冷冻阶段，各冷冻阶段设定的阶段浸渍温度依次为_50°(:、-100°(:、-145°(:及-193°(:，各冷冻阶段的冷冻阶段温度依次为-45 °C ^-95 °C、-140°C及_190°C。包括如下步骤:
[0062]步骤一:将待冷冻产品的冷冻过程分成四个冷冻阶段，第一冷冻阶段的冷冻阶段温度设定为_45°C、第二冷冻阶段的冷冻阶段温度设定为_95°C、第三冷冻阶段的冷冻阶段温度设定为-140°C、第四冷冻阶段的冷冻阶段温度设定为-190°C ;
[0063]步骤二:为前三个冷冻阶段各准备一份超临界氮气作为相应冷冻阶段的载冷剂，为最后一个冷冻阶段准备一份液氮作为最后一个冷冻阶段的载冷剂并将第一冷冻阶段的载冷剂预冷至_50°C、第二冷冻阶段的载冷剂预冷至-100°C、第三冷冻阶段的载冷剂预冷至-145°C、第四冷冻阶段的载冷剂预冷至-193°C ;
[0064]步骤三:将预冷好的第一冷冻阶段的载冷剂通入冷冻罐中，并让待冷冻产品浸渍在第一冷冻阶段的载冷剂中直到待冷冻产品的中心温度达到_45°C为止，在第一冷冻阶段中对第一冷冻阶段的载冷剂进行控温循环制冷使得第一冷冻阶段的载冷剂的温度始终保持在-45 °C (在实际操作当中，受到制冷设备等因素的制约其实际温度可能会存在一定的偏差，通常偏差温度在±5°C以内均属于正常误差的范畴)，并在第一冷冻阶段中对第一冷冻阶段的载冷剂持续施加3.6MPa的工作压力使得第一冷冻阶段的载冷剂始终处于超临界状态；
[0065]步骤四:当待冷冻产品的中心温度达到_45°C后，将待冷冻产品与第一冷冻阶段的载冷剂分离，而后将预冷好的第二冷冻阶段的载冷剂通入冷冻罐中，并让待冷冻产品浸渍在第二冷冻阶段的载冷剂中直到待冷冻产品的中心温度达到_95°C为止，在第二冷冻阶段中对第二冷冻阶段的载冷剂进行控温循环制冷使得第二冷冻阶段的载冷剂的温度始终保持在-100°C (在实际操作当中，受到制冷设备等因素的制约其实际温度可能会存在一定的偏差，通常偏差温度在±5°C以内均属于正常误差的范畴)，并在第二冷冻阶段中对第二冷冻阶段的载冷剂持续施加3.6MPa的工作压力使得第二冷冻阶段的载冷剂始终处于超临界状态；
[0066]步骤五:当待冷冻产品的中心温度达到-95°C后，将待冷冻产品与第二冷冻阶段的载冷剂分离，而后将预冷好的第三冷冻阶段的载冷剂通入冷冻罐中，并让待冷冻产品浸渍在第三冷冻阶段的载冷剂中直到待冷冻产品的中心温度达到-140 0C为止，在第三冷冻阶段中对第三冷冻阶段的载冷剂进行控温循环制冷使得第三冷冻阶段的载冷剂的温度始终保持在-145°C (在实际操作当中，受到制冷设备等因素的制约其实际温度可能会存在一定的偏差，通常偏差温度在± 5°C以内均属于正常误差的范畴)，并在第三冷冻阶段中对第三冷冻阶段的载冷剂持续施加3.6MPa的工作压力使得第三冷冻阶段的载冷剂始终处于超临界状态；
[0067]步骤六:当待冷冻产品的中心温度达到-140°C后，将待冷冻产品与第三冷冻阶段的载冷剂分离，而后将预冷好的第四冷冻阶段的载冷剂通入冷冻罐中，并让待冷冻产品浸渍在第四冷冻阶段的载冷剂中直到待冷冻产品的中心温度达到-190°C为止，在第四冷冻阶段中对第四冷冻阶段的载冷剂进行控温循环制冷使得第四冷冻阶段的载冷剂的温度始终保持在-193°C (在实际操作当中，受到制冷设备等因素的制约其实际温度可能会存在一定的偏差，通常偏差温度在±5°C以内均属于正常误差的范畴)，并在第四冷冻阶段中对第四冷冻阶段的载冷剂持续施加3.6MPa的工作压力使得第四冷冻阶段的载冷剂始终处于液态；
[0068]步骤七:当待冷冻产品的中心温度达到-190°C后，将待冷冻产品与第四冷冻阶段的载冷剂分离，最后将冷冻罐内的压力与大气压平衡后打开冷冻罐并将待冷冻产品转移至冻藏低温的环境下储存。
[0069]尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本发明不受任何意义上的限制。
【主权项】
1.一种将气体作为载冷剂的冷冻方法，其特征在于:包括如下顺序进行的步骤: 步骤一:将无色、无味且无毒的液态气体或超临界气体作为冷冻载冷剂，先预冷至设定的浸渍温度，所述浸渍温度低于待冷冻产品的冷冻阶段温度； 步骤二:将待冷冻产品浸渍在步骤一获得的液态气体或超临界气体中直到待冷冻产品的中心温度达到冷冻阶段温度为止，在冷冻过程中对液态气体或超临界气体进行控温循环制冷使得该液态气体或超临界气体的温度始终保持在所设定的浸渍温度，并在冷冻过程当中对液态气体或超临界气体持续施加压力使得液态气体或超临界气体始终处于液态或超临界状态； 步骤三:在待冷冻产品的中心温度达到冷冻阶段温度后，将待冷冻产品与液态气体或超临界气体分离，最后将待冷冻产品的压力与大气压平衡后将待冷冻产品取出并转移至冻藏低温的环境下储存。2.根据权利要求1所述的一种将气体作为载冷剂的冷冻方法，其特征在于:所述步骤三中:将取出的待冷冻产品先进行镀冰衣处理，而后再将待冷冻产品转移至冻藏低温的环境下储存。3.一种将气体作为载冷剂的分段冷冻方法，其特征在于:包括如下顺序进行的步骤: 步骤一:将待冷冻产品的冷冻过程划分成至少两个冷冻阶段，并设定每个冷冻阶段的冷冻阶段温度;为每一个冷冻阶段各准备一份无色、无味且无毒的液态气体或超临界气体作为相应冷冻阶段的载冷剂，并将各冷冻阶段的载冷剂分别预冷至各冷冻阶段设定的阶段浸渍温度，所述阶段浸渍温度低于相应冷冻阶段的冷冻阶段温度并高于下一个冷冻阶段的冷冻阶段温度； 步骤二:依照各冷冻阶段的温度顺序对待冷冻产品依次执行各冷冻阶段相应的冷冻操作，每完成一个冷冻阶段的冷冻操作后，将待冷冻产品转移到下一个冷冻阶段的载冷剂中进行下一阶段的冷冻操作，直至完成所有冷冻阶段的冷冻操作； 所述冷冻操作过程如下:将待冷冻产品浸渍在当前冷冻阶段的载冷剂中直到待冷冻产品的中心温度达到当前冷冻阶段的冷冻阶段温度后，将待冷冻产品与当前冷冻阶段的载冷剂分离;在冷冻过程中对当前冷冻阶段的载冷剂进行控温循环制冷使得当前冷冻阶段的载冷剂的温度始终保持在当前冷冻阶段所设定的阶段浸渍温度，并在冷冻过程当中对当前冷冻阶段的载冷剂持续施加压力使得当前冷冻阶段的载冷剂始终处于液态或超临界状态；步骤三:当完成所有冷冻阶段的冷冻操作后，将待冷冻产品的压力与大气压平衡后将待冷冻产品取出并转移至冻藏低温的环境下储存。
【文档编号】F25D3/10GK105831554SQ201610332881
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】黄翔, 黄雨诗
【申请人】黄翔