CN101857796A - 用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂，其由乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成。当浸渍冻结工作温度高于-30℃时，所述载冷剂优选以重量百分比计含20～25％乙醇，10～35％丙二醇，3～12％氯化钠的水溶液。当工作温度高于-40℃低于-30℃时，所用载冷剂优选以重量百分比计含20～25％乙醇，18～35％丙二醇，4～12％氯化钠的水溶液。当工作温度高于-44℃低于-40℃时，所用载冷剂优选以重量百分比计含20～25％乙醇，25～35％丙二醇，4～10％氯化钠的水溶液。采用本四元载冷剂与其它的载冷剂相比，有更低的渗透量、运动粘度和更高的传热系数。
Description
技术领域
本发明涉及食品浸渍冷冻的载冷剂，具体涉及用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂。
背景技术
浸渍冷却及冷冻ICF(Immersion Chilling and Freezing)是指食品与载冷剂溶液直接接触，食品在与载冷剂溶液换热后，迅速降温冻结。在浸渍冷却及冷冻技术中，载冷剂起着至关重要的作用，直接制约着浸渍冷却及冷冻技术的应用及发展。
对未包装食品的浸渍冷冻，目前常用的载冷剂是盐(NaCl)水、酒精与糖类水溶液。但乙醇溶液作为载冷剂存在易挥发等问题，而氯化钠溶液存在冻结点较高、渗透性强及对设备腐蚀等问题。糖类与水的二元载冷剂溶液在低温条件下粘度很高，使运行管理非常麻烦。
国内对于适用食品工业的浸渍多元冷冻载冷剂的研究未见报道，目前国外有一部分学者对载冷剂方面做了一些研究，但多元载冷剂研究的较少。
Lucas等(Factors Influencing Mass Transfer During Immersion Cold Storage of Apples in NaCl/Sucrose Solutions [J]. Lebensm-Wissu-Techno，1999，32：327-332.)通过研究在NaCl与水的二元载冷剂溶液中，苹果的浸渍冷冻过程，结果发现，当冷冻液温度为-17.8℃时，苹果中NaCl的含量2％，而当冷冻温度为-5℃时，NaCl的含量7％。
Peralta(Design and construction of a hydrofluidization system.Study of the heat transfer on a stationary sphere [J]. Journal of Food Engineering，2009，90(3)：358-364.)采用自行设计小型试验用浸渍冻结系统，用氯化钠与水的二元载冷剂，研究其表面热传递系数，但得到的可利用数据不多。
三元组分或更为复杂的溶液可限制溶质渗透，同时多元组分也会使乙醇的含量减少，从而削弱乙醇的挥发与可燃问题。
Raoult-Wack等(Immersion chilling and freezing in aqueous refrigerating media：review and future trends [J]. International of Journal of Refrigeration，1998，21(6)：419-429.)研究发现在氯化钠水溶液(4.55mol/kg)中每千克溶剂加入2mol蔗糖，在1个小时内，氯化钠的渗透量减少40％。其机理是在食品表面上形成高浓度的蔗糖层。
Skau等(in Technique of Organic Chemistry(A-Weissberger，ed.)，3rd ed，Part 1，Vol.1，Woley-Interscience，1959：287-355.)认为多元载冷剂在冻结过程中降温特性和纯液体很大不同，表现为过冷点明显下降，以及未出现明显等温期间等特点，但由冻结曲线不能直接确定其冻结点。
Yamada等(Method for freezing foods and freezer thereof [P]. European Patent，91300541.9.1992.)等认为，载冷剂组成对食品物料与载冷剂之间传热速率有影响，多元载冷剂，可以实现载冷剂的高传热，减少冷却或冻结时间，从而可以减少载冷剂渗透。
但是由于多元载冷剂与冻结品之间渗透规律以及多元溶液的冻结过程复杂等问题，多元载冷剂方面的研究进展较慢。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂，针对以前载冷剂的渗透性、运动粘度和传热系数进行改善的四元载冷剂。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂，其由乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成。
针对多元载冷剂存在的载冷剂与冻结品之间渗透以及多元溶液的冻结过程复杂、冻结点的确定等问题，本发明提供的四元载冷剂可以对渗透性进行了改善，确定了四元载冷剂的冻结点，同时得到了用于不同冻结工作温度，不同组成的四元载冷剂，因此，本发明提供如下进一步改进的技术方案：
所述的用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂，当浸渍冻结工作温度高于-30℃时，所述载冷剂优选以重量百分比计含20～25％乙醇，10～35％丙二醇，3～12％氯化钠的水溶液。
所述的用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂，当工作温度高于-40℃低于-30℃时，所用载冷剂优选以重量百分比计含20～25％乙醇，18～35％丙二醇，4～12％氯化钠的水溶液。
所述的用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂，当工作温度高于-44℃低于-40℃时，所用载冷剂优选以重量百分比计含20～25％乙醇，25～35％丙二醇，4～10％氯化钠的水溶液。
本发明中，当浸渍冻结工作温度高于-30℃时，普朗特数值小的溶液浓度范围(以重量百分比计)为20～25％乙醇，10～35％丙二醇，3～12％氯化钠的水溶液。工作温度高于-40℃低于-30℃时，普朗特数值小的溶液浓度范围(以重量百分比计)为20～25％乙醇，18～35％丙二醇，4～12％氯化钠的水溶液。当工作温度高于-44℃低于-40℃时，普朗特数值小的溶液浓度范围(以重量百分比计)为20～25％乙醇，25～35％丙二醇，4～10％氯化钠的水溶液。
与现有技术相比，本发明四元载冷剂比二元载冷剂具有以下有益效果：
(1)在相同总浓度下，乙醇、丙二醇、NaCl、水的四元溶液的渗透量各小于相同温度下的二元载冷剂。当载冷剂的冻结点为-30℃时，四元载冷剂冷冻的物料中的总的渗透量为4.30mg/cm2，用NaCl的水溶液冷冻的物料中的总的渗透量为7.11mg/cm2，用乙醇的水溶液冷冻的物料中的总的渗透量为4.62mg/cm2。当载冷剂的冻结点为-40℃，四元载冷剂冷冻的物料中的总的渗透量为1.81mg/Cm2。乙醇的水溶液冷冻的物料中的总的渗透量为2.26mg/cm2。测定此载冷剂的冻结点为-50℃，载冷剂冷冻的物料中的总的渗透量为1.80mg/Cm2。乙醇的水溶液冷冻的物料中的总的渗透量为2.06mg/Cm2。
(2)相同浓度下，冻结点相同时，四元载冷剂的总浓度低于二元载冷剂酒精溶液，而且酒精的含量少，可以降低载冷剂的挥发。
乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元溶液渗透量较二元溶液小，且相同冻结点时，四元溶液中乙醇的含量和氯化钠的含量均比二元溶液低，降低了对设备的腐蚀性，并且可保证冷冻温度，与现有常用的载冷剂氯化钠，乙醇与水的二元或三元载冷剂相比更适合于直接浸渍冷冻用载冷剂。
具体实施方式
本发明研究不同组成的载冷剂，在不同组分浓度条件下冻结点的变化规律，并在-20℃，-30℃，-40℃条件下研究不同载冷剂对食品的渗透作用。通过少量添加氯化钠，使溶液的冻结点明显降低。确定载冷剂的组成物质乙醇、丙二醇、氯化钠与水。
对不同组成载冷剂的粘度与热扩散系数进行分析，计算普朗特(Pr)数，根据Pr数(对流传热基本方程中的传热系数，决定制品物料与载冷剂之间传热速率)评价不同载冷剂的传热特性，确定乙醇、丙二醇、氯化钠与水在四元载冷剂中的比例构成。
乙醇、丙二醇、氯化钠或氯化钙与水构成四元溶液和目前常用的盐水与乙醇水溶液相比，冻结点低，其中乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元溶液的冻结点最低。乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元载冷剂向食品的渗透量比目前常用的盐水与乙醇水溶液小。确定乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元溶液作为直接浸渍冷冻用载冷剂。
溶液的组成和温度对粘度、热扩散系数和Pr数影响很大。Pr数是其粘度与热扩散系数的比值。随着在乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元溶液中乙醇、丙二醇和氯化钠的含量增加，溶液Pr数变化趋势都为增加后减少。溶液中乙醇、丙二醇、氯化钠含量越大，溶液粘度越高；当乙醇、丙二醇与氯化钠的含量增加，热扩散系数先减小后增加，且随着温度的下降而减小。因此在乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元溶液中乙醇、丙二醇和氯化钠的含量小，Pr数小，并且可保证冷冻温度的溶液可作为适合的载冷剂。
将一定浓度比例的载冷剂溶液从浸渍式低温冷冻机溶液入口导入，并在制冷机中达到预设温度而维持，冷冻时将物料放入浸渍式低温冷冻机中与载冷剂溶液直接接触而被快速冻结。
以下结合具体实施例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。
实施例1
以占载冷剂总重量百分比计，由20％乙醇、10％丙二醇、3％氯化钠与水构成四元载冷剂，冻结点为-30.7℃，渗透总量为4.30mg/Cm2，乙醇的渗透量为2.40mg/Cm2，NaCl的渗透量为0.80mg/Cm2，丙二醇的渗透量为1.10mg/Cm2。溶液粘度为19.5mm2/S，热扩散系数为0.0325mm2/S，Pr数为600。NaCl与水的构成二元载冷剂，冻结点为-21.2℃，渗透总量为7.11mg/Cm2，NaCl的渗透量为7.11mg/Cm2。溶液粘度为6.9mm2/S，热扩散系数为0.0157mm2/S，Pr数为439。
实施例2
以占载冷剂总重量百分比计，由20％乙醇，18％丙二醇，4％氯化钠与水构成四元载冷剂，冻结点为-40℃，渗透总量为1.81mg/Cm2，乙醇的渗透量为0.90mg/Cm2，NaCl的渗透量为0.45mg/Cm2，丙二醇的渗透量为0.46mg/Cm2。溶液粘度为49.9mm2/S，热扩散系数为0.02543mm2/S，Pr数为1962。乙醇与水的构成二元载冷剂，冻结点为-31℃，渗透总量为2.10mg/Cm2，乙醇的渗透量为2.10mg/Cm2。溶液粘度为39.3mm2/S，热扩散系数为0.03568mm2/S，Pr数为1101。
实施例3
以占载冷剂总重量百分比计，由20％乙醇，25％丙二醇，4％氯化钠与水构成四元载冷剂，冻结点为-50℃，渗透总量为1.82mg/Cm2，乙醇的渗透量为0.92mg/Cm2，NaCl的渗透量为0.39mg/Cm2，丙二醇的渗透量为0.51mg/Cm2。溶液粘度为101.6mm2/S，热扩散系数为0.02418mm2/S，Pr数为4202。乙醇与水的构成二元载冷剂，冻结点为-40℃，渗透总量为2.26mg/Cm2，乙醇的渗透量为2.26mg/Cm2。溶液粘度为65.3mm2/S，热扩散系数为0.0327mm2/S，Pr数为1997。
实施例4
以占载冷剂总重量百分比计，由25％乙醇，35％丙二醇，10％氯化钠与水构成四元载冷剂，冻结点为-54℃，渗透总量为1.91mg/Cm2，乙醇的渗透量为0.95mg/Cm2，NaCl的渗透量为0.43mg/Cm2，丙二醇的渗透量为0.53mg/Cm2。溶液粘度为141.6mm2/S，热扩散系数为0.02314mm2/S，Pr数为6119.27。乙醇与水的构成二元载冷剂，冻结点为-41℃，渗透总量为5.16mg/Cm2，乙醇的渗透量为5.16mg/Cm2。溶液粘度为75.4mm2/S，热扩散系数为0.0229mm2/S，Pr数为3292.58。
故综合考虑载冷剂的渗透量，溶液粘度，热扩散系数以及Pr数确定：当浸渍冻结工作温度高于-30℃时，所述载冷剂优选以重量百分比计含20～25％乙醇，10～35％丙二醇，3～12％氯化钠的水溶液。
当工作温度高于-40℃低于-30℃时，所用载冷剂优选以重量百分比计含20～25％乙醇，18～35％丙二醇，4～12％氯化钠的水溶液。
当工作温度高于-44℃低于-40℃时，所用载冷剂优选以重量百分比计含20～25％乙醇，25～35％丙二醇，4～10％氯化钠的水溶液。
Claims (4)
1.用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂，其特征是由乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成。
2.根据权利要求1所述的用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂，其特征是当浸渍冻结工作温度高于-30℃时，所述载冷剂为以重量百分比计含20～25％乙醇，10～35％丙二醇，3～12％氯化钠的水溶液。
3.根据权利要求1所述的用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂，其特征是当工作温度高于-40℃低于-30℃时，所用载冷剂为以重量百分比计含20～25％乙醇，18～35％丙二醇，4～12％氯化钠的水溶液。
4.根据权利要求1所述的用于食品浸渍冷冻的四元载冷剂，其特征是当工作温度高于-44℃低于-40℃时，所用载冷剂为以重量百分比计含20～25％乙醇，25～35％丙二醇，4～10％氯化钠的水溶液。
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