液氮食品冷冻技术浅析

液氮快速冷冻技术的发展背景：在1.50年代末，由于航天技术的发展，对作为火箭燃料的大量液氧的需求推动了液化分离工业的快速发展。液氮的产生使空气中78％的氮大量液化成为可能，这为冷冻食品工业的新应用开辟了道路。 2.在1960年代初，美国的冷冻食品行业面临着一个新的转折点。当时，冷冻食品的发展向三个方向发展：（1）冷冻食品进入“冷冻状态”，单个产品（IQF）的快速冷冻，（2）要求连续快速冷冻。该装置提高了冷冻食品的产量，（3） ）需要冷冻食品发展为高品质速冻保鲜食品。由于这些要求，必须对冷冻方法进行技术更新，因此液氮快速冷冻技术应运而生并迅速被广泛使用。液氮快速冷冻具有以下优点：1.液氮可以与不规则形状的食品的各个部分紧密接触，从而使传热阻力最小。 2.液氮无毒且对食品成分呈惰性。此外，由于它可以代替食品中的空气，因此可以最大程度地减少冷冻和带包装存储期间的氧化变化。 3.冷冻食品的质量很高。由于液氮与食物直接接触，并且在200K以上的温差下进行强烈的热交换，因此冷冻速度非常快，并且每分钟可将温度降低7至15K。食物中的冰晶小且均匀，解冻后食物品质高。 4.冷冻食品的干消费少。普通冷冻装置冷冻食品的干耗率在3％至6％之间，液氮冷冻装置冷冻食品的干耗率在0.6％至1％之间。因此，它适用于冷冻某些水分含量较高的食品，例如杨梅，西红柿，蟹肉等。 5.占地面积小，初期投资低，设备效率高。随着液氮速冻技术的进一步改进和发展，它被迅速，广泛地应用于鱼，虾，蟹，鸡，鸭，肉（牛，羊等），水果（杨梅，荔枝等），蔬菜和各种冷冻准备食品（牛排，生鱼片，肉丸，炸虾，肉饼，汉堡包，披萨，蛋制品，汤等）。 1981年，液氮速冻食品占冷冻食品的10％，液氮的使用量超过100kt。西欧液氮产量的三分之一用于食品速冻和冷藏运输。日本的液氮速冻食品约占冷冻食品的40-50％。目前，美国有数百家食品加工公司使用液氮进行快速冷冻，只有一家速冻牛排馆每天使用700吨液氮。 1970年代初，中国在北京和上海建立了液氮速冻食品生产线。在1980年代，从日本，瑞典，法国，美国和丹麦引进了各种速冻设备（包括液氮速冻）。新鲜的水产品，如湖蟹和虾，已成功地在液氮中冷冻。由于每公斤速冻食品需要0.8至1公斤液氮，这受液氮价格高昂的影响，因此，在250台各种速冻设备中，几乎没有使用液氮1991年在中国的液氮速冻食品引起我国目前冷冻食品的比例非常低，尚未得到广泛应用。液氮是一种无色，无味，低粘度的透明液体，具有稳定的化学性质。常压下液氮的沸点为-195.8°C。当它与冷冻食品接触时，可以吸收198.9kJ / kg的蒸发潜热，然后使氮气蒸气温度升至-20°C ，平均比热为1.047kJ /（Kgmiddot，K）米，可吸收184.1kJ / kg。两项合计为383.0kJ / kg，是理想的制冷剂。美国开始使用液态氮速冻食品。美国于1950年代开始在这一领域进行研究，到1960年正式用于速冻食品。1964年开始在生产中迅速推广。近年来，随着改革开放的不断深入，主要的跨国跨国天然气公司公司已经竞争在中国建立合资企业，带来了先进的空气分离设备，技术和管理，极大地增加了中国及其供应地区的低温液体的产量。并且范围不断扩大，价格大大降低（液氮销售价格从约2元/ kg降到1元/ kg以下），极大地促进了液氮的应用。使用液氮快速冷冻食品的优点很多，但目前应用中还存在以下问题，亟待解决：1.由于冷冻速度极快，瞬时温差大。膨胀压力过大会导致低温断裂，损坏食品结构并对食品质量产生不利影响。 2.液氮蒸发成低温氮，具有吸收大量显热的能力。充分利用这种冷却量是提高液氮制冷设备经济性的基础，但是目前利用率不高。液氮食品速冻设备可以浸入，喷洒或冷空气循环。沉浸式冷冻是将食物完全浸入液氮中。它可以实现所需的快速冷冻。食物占用的空间很小，容量变化也很明显。但是，由于仅使用液体，因此液氮消耗大。氮气的潜热部分是冷的。喷雾冷冻具有三个冷冻区：预冷区，冷冻区和温度区。液氮以雾状通过喷嘴，与食物进行热交换。液氮吸收热量并蒸发成氮气。氮气还用于预冷新进入的食物。这既使用了液氮的潜热又使用了液氮的显热。要充分利用冷却能力。冷空气循环制冷。循环的冷空气由液氮冷却，空气被用作制冷剂来冷冻食品，这可以放弃大型制冷设备并减少初期投资。具体的冷冻装置可分为：液氮柜式冷冻装置，隧道式冷冻装置，浸入式冷冻装置，旋转式冷冻装置等。人们早已认识到流化食品快速冷冻的原理和设备的流化现象。它首先用于化学工程，然后应用于能源，冶金和食品工程领域。 1959年，瑞典公司Frigoscandia首次使用这种方法冷冻食品，并于1962年开发了世界上第一台实验性流化冷冻装置。从那以后，美国，法国，保加利亚，前苏联，日本等国家高度重视流态化的应用和理论研究，特别是近二十年来冷冻食品的发展，推动了流态化的发展。流化冷冻设备。目前，该冷冻装置已被广泛用于各个国家的冷冻食品工厂，特别是在蔬菜加工厂中。快速冷冻流化食品的基本原理是快速冷冻流化食品。沸腾的过程，像流体一样运动，并在运动过程中迅速冻结。当冷空气从底部到顶部流过食物层并且流速低时，食物颗粒处于静止状态，称为固定床A。随着空气速度的增加，食物两边的压力下降。食物床将增加，食物层将开始变松B。当空气速度达到一定值时，食物颗粒不再保持静止，并且一些颗粒向上悬浮，从而导致食物床膨胀并形成孔隙增加，即流化状态。该状态是固定床和流化床之间的边界，称为临界状态。相应的最大的压降称为临界压力，相应的风速称为临界风速。临界压力和临界速度是流化的必要条件C。当空气速度继续增加时，床将继续膨胀，床的空隙率也将增加。然而，床中的实际空气速度保持不变，并且流体的压降仅由负载的固体颗粒的重量消耗，也就是说，与空气无关，床中的压降具有恒定值D速度。此时，强烈的冷气流与食物颗粒相互作用，导致食物颗粒不时地不规则地运动，因此食物层中的质量和热传递非常迅速，从而实现食物单体的快速冷冻。如果空气流速进一步提高，则流体会将颗粒带走，颗粒物减少，孔隙率增加，床中的压降降低，流化床变为运输床E。冷冻生产和实验在输送床的前段进行。曲线AD是标准流化曲线。食物流态化和速冻的主要特征是：快速冷冻。流化冷冻过程具有很强的传热特性。与传统的强制循环冷冻装置相比，热交换强度提高了30到40倍。这是因为：食品悬浮和冷冻时的热阻降低了15到18倍，产品表面和冷空气的放热系数（）增加了4到6倍，有效的热交换面积增加了3.5到10倍。因此，流化冷冻装置的冷冻速度是普通冷冻装置的数十倍。由于快速的冷冻速度，流化冷冻可以使食物的原始营养含量和新鲜度最大化。实现单体的快速冻结。由于食品在冷冻过程中处于悬浮状态，冷冻后食品不会粘在一起，实现了IQF冷冻，不仅质量好，而且便于包装和消费。少干粮。每种速冻食品的表面均具有薄的冰膜，这有利于保持食品的新鲜度并防止氧化，并且减少了干燥消耗。瑞典学者对蘑菇，草莓等进行的比较实验表明，流态化冷冻的干消耗几乎仅是强制风道冷冻的一半。这对于高价食品尤其重要。易于实现机械化和自动化的连续生产，生产效率高，工人在常温条件下工作，改善了劳动条件。当然，流化食品冷冻也有局限性。它仅适用于颗粒食品。通常，其特征尺寸在50mm以内，最大不能超过100mm。目前，在国外流化和冷冻的主要食物类型为：肉：切成丁的肉，炸丸子，鱼片，鱼条，虾，虾等。蔬菜：青豆，豆，玉米，绿豆，油炸或水煮土豆，胡萝卜切成丁或切成薄片，整个或切成薄片的蘑菇，花椰菜，辣椒，西红柿，卷心菜，切成块，片，条各种蔬菜。水果：苹果片，菠萝片，草莓，黑莓，樱桃，马林水果，李子，杏，葡萄，紫色浆果，葡萄，荔枝，龙眼等。