液氮食品冷冻技术分析

液氮速冻技术发展的背景：在1.50年代后期，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％的氮大规模液化成为可能，从而为冷冻食品工业开辟了新途径。 2.在1960年代初期，美国的冷冻食品行业面临新的转折点。当时，冷冻食品向三个方向发展：（1）向“冷冻”方向发展，并要求个体速冻（IQF）；（2）要求连续速冻。该装置提高了冷冻食品的产量，（ 3）要求将冷冻食品发展为优质速冻保鲜食品。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，并迅速得到广泛应用。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，从而使传热阻力降至最低。 2.液氮无毒且对食品成分呈惰性。另外，由于它替代了食物中的空气，因此可以在冷冻和包装存储过程中将氧化变化降至最低。 3.冷冻食品的质量很高。由于液氮与食物之间的直接接触，温度差超过200K时进行了强力的热交换，冷冻速度非常快，每分钟可降低7至15K的温度。食物中的冰晶细而均匀，解冻后的食物质量很高。 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，而液氮冷冻装置冷冻食品的干耗率在0.6％至1％之间。因此，它适合冷冻一些水分含量高的食品，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）中。 ，蔬菜和各种预先准备好的食物（牛排，生鱼片，肉丸，炸虾，肉饼，汉堡包，比萨饼，蛋制品，汤等）都被冷冻。 1981年，英国的液氮冷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1/3用于食品的快速冷冻和冷藏运输。日本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，只有一家速冻牛排厂每天使用700吨液氮。 1970年代初，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）。成功地将新鲜水产品（如湖蟹和对虾）中的液氮快速冷冻。由于液氮需要每公斤速冻食品0.8到1公斤，而受液氮价格高的影响，1991年中国生产的250种速冻设备中，液氮的使用非常少，导致我国目前的液氮速冻食品。冷冻食品的比例非常低，尚未得到广泛普及。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℃，当它与冷冻食品接触时，可以吸收的蒸发潜热为198.9kJ / kg，然后使氮蒸气加热到-20℃ ，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。速冻食品液氮开始于美国。美国在1950年代开始对该领域的研究，到1960年正式用于速冻食品。1964年，它在生产中得到了迅速推广。近年来，随着改革开放的深入，国外大型跨国天然气公司竞相在中国建立合资企业，带来了先进的空分设备，技术和管理，极大地增加了中国低温液体的生产和供应。 。随着范围的不断扩大，价格大大降低（液氮的销售价格从约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，但目前的应用还存在以下问题需要解决：1.由于冷冻速度极快，瞬时温差大，膨胀大。压力会导致低温断裂，破坏食品的组织结构，并对食品质量产生不利影响。 2.液氮在蒸发后变成低温氮，并具有吸收大量显热的能力。充分利用这部分制冷能力是提高液氮制冷设备经济性的根本，但目前利用率不高。液氮食品速冻设备的液氮冷冻方法有三种：浸入式，喷雾式和冷空气循环式。浸入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，食物占据的空间很小，容量变化的范围也很大，但是液氮消耗很大，因为仅使用液体。氮的潜热是冷却能力的一部分。喷雾冷冻具有三个冷冻区域：预冷却区域，冷冻区域和温度均衡区域。液氮被喷嘴雾化以与食物进行热交换。液氮吸收热量并蒸发成氮气。氮气用于预冷却新进入的食物。这既使用了液氮的潜热又使用了液氮的显热。 ，要充分利用感冒。冷空气循环式冷冻，循环的冷空气被液氮冷却，空气被用作制冷剂来冷冻食品，这可以省去庞大的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。流化食品速冻理论和装置的流化现象早已为人们所认识。它最初用于化学工程，后来被应用于能源，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，该冷冻装置已广泛用于各个国家的冷冻食品工厂，特别是蔬菜加工厂。快速冷冻流化食品的基本原理是，快速冷冻流化食品的目的是使放置在筛子或槽板上的颗粒状，片状或块状食品在低温空气的作用下，以一定的流量产生类似的效果。从下到上沸腾，像液体一样运动并迅速冻结的过程。当冷气流从底部到顶部通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。随着气流速度的增加，食物两侧的气流压力下降床也将增加，食物床将开始松弛B。当气流速度达到一定值时，食物颗粒不再保持静止状态，一些颗粒向上悬浮，导致床层膨胀和孔隙率增加，从而开始进入流化状态。该状态是固定床和流化床之间的边界，称为临界状态。相应的最大压降称为临界压力，而相应的风速称为临界风速。临界压力和临界速度是形成流化的必要条件C。当气流速度继续增加时，床将继续膨胀，并且床的空隙也将增加。但是，床中的实际气体流速保持不变，并且流体的压降仅由固体颗粒的重量消耗，也就是说，床的压降与气体流速无关，并且始终保持此时，强烈的冷气流与食物颗粒相互作用，导致食物颗粒上下不规则地运动。因此，食物层中的质量和热传递非常迅速，从而食物单体被迅速冷冻。如果进一步提高气流速度，颗粒将被流体带走，床颗粒减少，空隙率增加，床压降降低，流化床成为运输床E。冷冻生产和实验在传送床的前部进行，曲线AD是标准流化曲线。食品流态化快速冷冻的主要特征是：快速冷冻速度。流化冷冻过程具有很强的传热特性。与传统的强制空气循环冷冻装置相比，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冷冻速度的几十倍。由于快速的冷冻速度，流化冷冻可以最大程度地保留食物的原始营养和新鲜度。实现单体的快速冻结。由于食品在冷冻过程中是悬浮的，因此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。食物消耗低。每种速冻食品的表面都有一层薄的冰膜，这有利于保持食品的新鲜度并防止氧化，并且干食量更少。瑞典学者对蘑菇，草莓等进行的比较测试表明，流化冷冻干燥的消耗量几乎仅是强制风洞冷冻的一半左右。这对于高价食品尤其重要。机械化，自动连续生产容易，生产效率高。工人在常温条件下工作，从而改善了工作条件。当然，食物的流化冷冻也有局限性。它仅适用于粒状食品。通常，其特征尺寸在50mm以内，最大不得超过100mm。目前，在国外，通过流态化冷冻的主要食物类型为：肉：肉，切成丁的肉丸，鱼片，鱼条，虾，虾等。菜肴：青豆，豆，玉米，青豆，油炸或煮土豆，胡萝卜丁或切片，整个或切成薄片的蘑菇，花椰菜，辣椒，西红柿，卷心菜，然后切成块，片，条各种蔬菜。水果：苹果片，菠萝片，草莓，黑莓，樱桃，马林鱼，李子，杏，啤酒，紫色浆果，葡萄，荔枝，龙眼等。