一种能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结方法及装置

本发明属于食品领域，涉及一种冻结方法和装置，尤其涉及一种能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结方法及装置。

背景技术：

1、水产品含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸、维生素、矿物质等营养成分，是人体健康生长发育不可缺少的能量来源。在拥有丰富营养的同时，货架期短，容易因内源酶或外源微生物作用变质是其存在的最大问题。冷冻是用于延长水产品货架期的常用的简便手段。冷冻处理过程中，待处理品处于低温条件下，其中催化生化反应的酶活性下降，水的流动性减弱，导致各类生化反应速率减慢，并充分抑制各类外源微生物的生长作用。

2、液氮是一种无色、无味、低黏度、无腐蚀性、化学性质稳定的液体，同时也是一种制冷媒介，因其与产品间存在巨大温差，可释放出极大的冷冻强度，达到快速冻结产品的目的。根据我们利用液氮的方式不同，有液氮浸渍冻结、液氮喷淋冻结和液氮冷气循环式冻结三种类型。针对形体较大的水产品，在液氮冻结时温度急剧下降，冻结膨胀压的存在使其表面机械应力过大，水产品外壳的硬度和脆性增加导致其发生冻结龟裂，影响其商品价值。同时，液氮冻结过程由于吸热气化，并以气态方式排入大气造成浪费，针对水产品冻结过程中液氮冻结时能量损失大的技术难题，研发了能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结技术，在水产品液氮深冷速冻，大量晶核形成和均匀细小冰晶生成的同时，进行液氮回收蓄冷和节能技术处理。

3、本发明囊括了待冻品预冷，液氮深冷快速冻结以及气化液氮回收再利用的一整套过程。将喷淋冻结室的气化n2(温度-40～-80℃)聚集回收并通入温度为10～20℃的盐水(氯化钠浓度1.5～10％)，得到冷盐水(温度2～4℃)，根据实际情况具体调节进入流态冰机的冷盐水流量，制得微晶化流态冰(温度-5～-2℃)，用于将鱼体中心温度预冷至-1～4℃以下近冰温状态。随后进行液氮喷淋冻结阶段，该阶段有二个模式：一是当鱼体最大厚度＜10cm，进行液氮雾化喷淋冻结；二是当鱼体最大厚度≥10cm，则主动开启液氮触控阀进行目标定向液氮淋注冻结。冻结完成后的冻品再进行包装并进入后续既定阶段。

技术实现思路

1、本发明的目的一方面是提供一种能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结方法。

2、本发明的另一个目的是提供一套集待冻品预冷、高效冻结及气化液氮再利用于一体的能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结装置。

3、本发明的技术方案如下：

4、一种能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结方法，包括以下步骤：

5、1)采用流态冰机制备流态冰；

6、所述流态冰一般采用氯化钠盐浓度为1.5～10％的水溶液进行制备，液体流速为120～180l/h；由于盐浓度过高时，制备出的流态冰在预冷肉品时会使其产生发白现象，因此实际应用时必须要考虑盐水的浓度；

7、制备流态冰所用盐水温度正常情况下为室温10～20℃，通入从喷淋冻结室中聚集回收的气化n2(温度为-40～-80℃)用于将盐水温度预冷至2～4℃，用低温盐水制备流态冰可减少制冰时间，节约能耗；

8、2)将待处理的肉品浸没于步骤1)所得流态冰中进行预冷处理；

9、具体的，所述预冷处理的操作如下：将肉品浸渍于流态冰中，刚制得的微晶化流态冰的温度为-5～-2℃，随着放置时间延长，其温度会逐渐上升，但在浸渍预冷肉品的此段时间内温度波动不大；将测温电极插入到肉品几何中心位置，待肉品中心温度降至近冰温状态-1～4℃即结束预冷进程；具体预冷时间与肉品形状、尺寸大小等有关；

10、3)将步骤2)预冷处理后的肉品通过传送带送入液氮冻结设备中，设定冻结程序后进行冻结进程，得到的冻结肉品置于对应温度条件下冻藏；

11、在液氮冻结设备中有两种冻结模式，若待冻品最大厚度＜10cm，则进行液氮雾化喷淋冻结；若待冻品最大厚度≥10cm，则待冻品在传送带上行进时会主动开启液氮触控阀，进行目标定向液氮淋注冻结；

12、优选的，待冻品厚度控制在5～15cm，以保证最佳冻结效果；

13、优选的，液氮喷淋量为0.5～1.5l/kg待冻品；

14、4)对冻结过程气化的液氮进行收集并通入用于制备流态冰的盐水中，对盐水进行预冷处理，预冷后的盐水再通入流态冰机中用于制备流态冰；

15、其中，液氮冻结仓内气化的液氮被鼓风机通过设备上方出口吹入盐水预冷仓中，对盐水进行降温。

16、本发明还提供了一种能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结装置，所述装置包括：流态冰制备区、待冻品预冷区和待冻品冻结区；

17、流态冰制备区包括：盐水预冷仓、流态冰制备主体设备，流态冰制备主体设备通过水泵将盐水预冷仓中的盐水泵入并制备流态冰，制得的流态冰从出冰管道流入待冻品预冷区的待冻品预冷池中；

18、待冻品冻结区包括：喷淋冻结主体设备、可移动液氮罐，喷淋冻结主体设备和可移动液氮罐之间通过耐低温管路相连，喷淋冻结主体设备内部的上方设有若干液氮喷头，每个液氮喷头中心均设有触控阀门，大厚度(厚度≥10cm)物块经过会主动触发此阀门，使液氮直接淋注而下冻结待冻品，其余物块(厚度＜10cm)经过时则不触发阀门，进行液氮雾化喷淋冻结；

19、喷淋冻结主体设备上方留有气化液氮收集口，气化n2被鼓风机通过耐低温管路吹入流态冰制备区的盐水预冷仓中对盐水进行降温预冷；

20、待冻品通过传送带进入待冻品预冷池，然后再通过传送带进入喷淋冻结主体设备中。

21、进一步，在流态冰制备区中，可以通过调节流速旋钮来控制流态冰的出冰量(120～180l/h)。

22、进一步，在待冻品预冷区中，当流态冰温度上升化为水时，通过出水口将水排出去，提高预冷效率。

23、进一步，在待冻品冻结区中，可以通过调节液氮罐阀门来控制液氮量，进而调节液氮喷淋量。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

25、1)本发明集待冻品预冷、高效冻结及气化液氮再利用于一体，避免了液氮冻结过程由于吸热汽化，并以气态方式排入大气造成浪费，将冻结仓内的低温气化液氮收集起来，把剩余冷量用于预冷盐水预冷仓中的盐水，节约能耗，低碳环保。

26、2)本发明在液氮冻结阶段利用液氮触控阀门针对物料厚度大小进行精准控制冻结，对于厚度≥10cm的物块，液氮触控阀门主动开启，液氮直接淋注至待冻品表面进行冻结；对于厚度＜10cm的物块，进行液氮雾化喷淋冻结，两种冻结方式的最终目的都是进行深冷速冻，有效避免了鱼体表面的冷冻龟裂和肌细胞损伤，节约了液氮的冻结加工使用量。

技术特征：

1.一种能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结方法，其特征在于，步骤1)中，所述流态冰采用氯化钠盐浓度为1.5～10％的水溶液进行制备，液体流速为120～180l/h。

3.如权利要求1所述的能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结方法，其特征在于，步骤1)中，向制备流态冰所用盐水中通入从喷淋冻结室中聚集回收的气化n2，用于将盐水温度预冷至2～4℃。

4.如权利要求1所述的能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结方法，其特征在于，步骤2)中，所述预冷处理的操作如下：将肉品浸渍于流态冰中，将测温电极插入到肉品几何中心位置，待肉品中心温度降至近冰温状态-1～4℃即结束预冷进程。

5.如权利要求1所述的能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结方法，其特征在于，步骤3)中，待冻品厚度控制在5～15cm。

6.如权利要求1所述的能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结方法，其特征在于，步骤3)中，液氮喷淋量为0.5～1.5l/kg待冻品。

7.一种能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结装置，其特征在于，所述装置包括：流态冰制备区、待冻品预冷区和待冻品冻结区；

技术总结
本发明公开了一种能量回收节能型液氮喷淋深冷快速冻结方法及装置，本发明集待冻品预冷、高效冻结及气化液氮再利用于一体，避免了液氮冻结过程由于吸热汽化，并以气态方式排入大气造成浪费，将冻结仓内的低温气化液氮收集起来，把剩余冷量用于预冷盐水预冷仓中的盐水，节约能耗，低碳环保；本发明在液氮冻结阶段利用液氮触控阀门针对物料厚度大小进行精准控制冻结，对于厚度≥10cm的物块，液氮触控阀门主动开启，液氮直接淋注至待冻品表面进行冻结；对于厚度＜10cm的物块，进行液氮雾化喷淋冻结；两种冻结方式的最终目的都是进行深冷速冻，有效避免了鱼体表面的冷冻龟裂和肌细胞损伤，节约了液氮的冻结加工使用量。

技术研发人员：丁玉庭,周绪霞,丁娇娇,贾世亮,丁祎程
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11