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液氮食品冷凍技術分析

* 來源: * 作者: * 發表時間: 2020-04-17 0:29:34 * 瀏覽: 122

液氮速凍技術發展的背景：在1.50年代后期，由于航天技術的發展，對作為火箭燃料的大量液氧的需求推動了液化分離工業的快速發展。液氮的產生使空氣中78％的氮大規模液化成為可能，從而為冷凍食品工業開辟了新途徑。 2.在1960年代初期，美國的冷凍食品行業面臨新的轉折點。當時，冷凍食品向三個方向發展：（1）向“冷凍”方向發展，并要求個體速凍（IQF）；（2）要求連續速凍。該裝置提高了冷凍食品的產量，（ 3）要求將冷凍食品發展為優質速凍保鮮食品。由于這些要求，必須對冷凍方法進行技術更新，因此液氮快速冷凍技術應運而生，并迅速得到廣泛應用。液氮快速冷凍具有以下優點：1.液氮可以與不規則形狀的食品的各個部分緊密接觸，從而使傳熱阻力降至最低。 2.液氮無毒且對食品成分呈惰性。另外，由于它替代了食物中的空氣，因此可以在冷凍和包裝存儲過程中將氧化變化降至最低。 3.冷凍食品的質量很高。由于液氮與食物之間的直接接觸，溫度差超過200K時進行了強力的熱交換，冷凍速度非常快，每分鐘可降低7至15K的溫度。食物中的冰晶細而均勻，解凍后的食物質量很高。 4.冷凍食品的干消費少。普通冷凍裝置冷凍食品的干耗率在3％至6％之間，而液氮冷凍裝置冷凍食品的干耗率在0.6％至1％之間。因此，它適合冷凍一些水分含量高的食品，例如楊梅，西紅柿，蟹肉等。 5.占地面積小，初期投資低，設備效率高。隨著液氮速凍技術的進一步改進和發展，它被迅速，廣泛地應用于魚，蝦，蟹，雞，鴨，肉（牛，羊等），水果（楊梅，荔枝等）中。，蔬菜和各種預先準備好的食物（牛排，生魚片，肉丸，炸蝦，肉餅，漢堡包，比薩餅，蛋制品，湯等）都被冷凍。 1981年，英國的液氮冷凍食品占冷凍食品的10％，液氮的使用量超過100kt。西歐液氮產量的1/3用于食品的快速冷凍和冷藏運輸。日本液氮速凍食品約占冷凍食品的40-50％。目前，美國有數百家食品加工公司使用液氮進行快速冷凍，只有一家速凍牛排廠每天使用700噸液氮。 1970年代初，北京和上海建立了液氮速凍食品生產線。在1980年代，從日本，瑞典，法國，美國和丹麥引進了各種速凍設備（包括液氮速凍）。成功地將新鮮水產品（如湖蟹和對蝦）中的液氮快速冷凍。由于液氮需要每公斤速凍食品0.8到1公斤，而受液氮價格高的影響，1991年中國生產的250種速凍設備中，液氮的使用非常少，導致我國目前的液氮速凍食品。冷凍食品的比例非常低，尚未得到廣泛普及。液氮是一種無色，無味，低粘度的透明液體，具有穩定的化學性質。常壓下液氮的沸點為-195.8℃，當它與冷凍食品接觸時，可以吸收的蒸發潛熱為198.9kJ / kg，然后使氮蒸氣加熱到-20℃ ，平均比熱為1.047kJ /（Kgmiddot，K）米，可吸收184.1kJ / kg。兩項合計為383.0kJ / kg，是理想的制冷劑。速凍食品液氮開始于美國。美國在1950年代開始對該領域的研究，到1960年正式用于速凍食品。1964年，它在生產中得到了迅速推廣。近年來，隨著改革開放的深入，國外大型跨國天然氣公司競相在中國建立合資企業，帶來了先進的空分設備，技術和管理，極大地增加了中國低溫液體的生產和供應。。隨著范圍的不斷擴大，價格大大降低（液氮的銷售價格從約2元/ kg降到1元/ kg以下），極大地促進了液氮的應用。使用液氮快速冷凍食品的優點很多，但目前的應用還存在以下問題需要解決：1.由于冷凍速度極快，瞬時溫差大，膨脹大。壓力會導致低溫斷裂，破壞食品的組織結構，并對食品質量產生不利影響。 2.液氮在蒸發后變成低溫氮，并具有吸收大量顯熱的能力。充分利用這部分制冷能力是提高液氮制冷設備經濟性的根本，但目前利用率不高。液氮食品速凍設備的液氮冷凍方法有三種：浸入式，噴霧式和冷空氣循環式。浸入式冷凍是將食物完全浸入液氮中，它可以實現所需的快速冷凍，食物占據的空間很小，容量變化的范圍也很大，但是液氮消耗很大，因為僅使用液體。氮的潛熱是冷卻能力的一部分。噴霧冷凍具有三個冷凍區域：預冷卻區域，冷凍區域和溫度均衡區域。液氮被噴嘴霧化以與食物進行熱交換。液氮吸收熱量并蒸發成氮氣。氮氣用于預冷卻新進入的食物。這既使用了液氮的潛熱又使用了液氮的顯熱。，要充分利用感冒。冷空氣循環式冷凍，循環的冷空氣被液氮冷卻，空氣被用作制冷劑來冷凍食品，這可以省去龐大的制冷設備并減少初期投資。具體的冷凍裝置可分為：液氮柜式冷凍裝置，隧道式冷凍裝置，浸入式冷凍裝置，旋轉式冷凍裝置等。流化食品速凍理論和裝置的流化現象早已為人們所認識。它最初用于化學工程，后來被應用于能源，冶金和食品工程領域。 1959年，瑞典公司Frigoscandia首次使用這種方法冷凍食品，并于1962年開發了世界上第一臺實驗性流化冷凍裝置。從那以后，美國，法國，保加利亞，前蘇聯，日本等國家高度重視流態化的應用和理論研究，特別是近二十年來冷凍食品的發展，推動了流態化的發展。流化冷凍設備。目前，該冷凍裝置已廣泛用于各個國家的冷凍食品工廠，特別是蔬菜加工廠。快速冷凍流化食品的基本原理是，快速冷凍流化食品的目的是使放置在篩子或槽板上的顆粒狀，片狀或塊狀食品在低溫空氣的作用下，以一定的流量產生類似的效果。從下到上沸騰，像液體一樣運動并迅速凍結的過程。當冷氣流從底部到頂部通過食物層并且流速低時，食物顆粒處于靜止狀態，稱為固定床A。隨著氣流速度的增加，食物兩側的氣流壓力下降床也將增加，食物床將開始松弛B。當氣流速度達到一定值時，食物顆粒不再保持靜止狀態，一些顆粒向上懸浮，導致床層膨脹和孔隙率增加，從而開始進入流化狀態。該狀態是固定床和流化床之間的邊界，稱為臨界狀態。相應的最大壓降稱為臨界壓力，而相應的風速稱為臨界風速。臨界壓力和臨界速度是形成流化的必要條件C。當氣流速度繼續增加時，床將繼續膨脹，并且床的空隙也將增加。但是，床中的實際氣體流速保持不變，并且流體的壓降僅由固體顆粒的重量消耗，也就是說，床的壓降與氣體流速無關，并且始終保持此時，強烈的冷氣流與食物顆粒相互作用，導致食物顆粒上下不規則地運動。因此，食物層中的質量和熱傳遞非常迅速，從而食物單體被迅速冷凍。如果進一步提高氣流速度，顆粒將被流體帶走，床顆粒減少，空隙率增加，床壓降降低，流化床成為運輸床E。冷凍生產和實驗在傳送床的前部進行，曲線AD是標準流化曲線。食品流態化快速冷凍的主要特征是：快速冷凍速度。流化冷凍過程具有很強的傳熱特性。與傳統的強制空氣循環冷凍裝置相比，熱交換強度提高了30到40倍。這是因為：食品懸浮和冷凍時的熱阻降低了15到18倍，產品表面和冷空氣的放熱系數（）增加了4到6倍，有效的熱交換面積增加了3.5到10倍。因此，流化冷凍裝置的冷凍速度是普通冷凍裝置的冷凍速度的幾十倍。由于快速的冷凍速度，流化冷凍可以最大程度地保留食物的原始營養和新鮮度。實現單體的快速凍結。由于食品在冷凍過程中是懸浮的，因此冷凍后食品不會粘在一起，實現了IQF冷凍，不僅質量好，而且便于包裝和消費。食物消耗低。每種速凍食品的表面都有一層薄的冰膜，這有利于保持食品的新鮮度并防止氧化，并且干食量更少。瑞典學者對蘑菇，草莓等進行的比較測試表明，流化冷凍干燥的消耗量幾乎僅是強制風洞冷凍的一半左右。這對于高價食品尤其重要。機械化，自動連續生產容易，生產效率高。工人在常溫條件下工作，從而改善了工作條件。當然，食物的流化冷凍也有局限性。它僅適用于粒狀食品。通常，其特征尺寸在50mm以內，最大不得超過100mm。目前，在國外，通過流態化冷凍的主要食物類型為：肉：肉，切成丁的肉丸，魚片，魚條，蝦，蝦等。菜肴：青豆，豆，玉米，青豆，油炸或煮土豆，胡蘿卜丁或切片，整個或切成薄片的蘑菇，花椰菜，辣椒，西紅柿，卷心菜，然后切成塊，片，條各種蔬菜。水果：蘋果片，菠蘿片，草莓，黑莓，櫻桃，馬林魚，李子，杏，啤酒，紫色漿果，葡萄，荔枝，龍眼等。

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