CN103087683A

CN103087683A - 用于食品浸渍冷冻的三元载冷剂

Info

Publication number: CN103087683A
Application number: CN2012105581134A
Authority: CN
Inventors: 朱志伟; 邓敏; 辛美丽
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明公开了用于食品浸渍冷冻的三元载冷剂，其由乙醇、丙二醇与水构成，不含NaCl的三元载冷剂，工作温度范围较宽为-40℃以上冻结温度。在工作温度条件下进行食品浸渍冻结，采用本三元载冷剂与其他不含盐的载冷剂或四元含盐载冷剂相比，组成成分简单，易于工业化的应用；且冻结点较低、粘度较小、渗透量更低、传热效果更好。

Description

用于食品浸渍冷冻的三元载冷剂

技术领域

本发明涉及食品浸渍冻结的载冷剂，具体涉及一种用于食品浸渍冷冻的三元载冷剂。

背景技术

直接浸渍冻结ICF(Immersion Chilling and Freezing)是将食品物料直接浸渍在载冷剂中进行快速冻结，是一种高效的冷加工方式，具有冻结时间短、冻结速度快、冻结品质好等优点。在直接浸渍冻结技术中，载冷剂起着至关重要的作用。

对于未包装食品的浸渍冷冻，目前常用的载冷剂是氯化钠、乙醇与糖类水溶液。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、渗透性强及对易腐蚀设备等问题。糖类水溶液在低温条件下粘度很高，使运行管理非常麻烦。

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不同于纯液体，由冻结曲线不能直接确定其冻结点。Bel等（Bel O, Lallemand A. Study of a two phase secondary refrigerant 1:Intrinsic thermophysical properties of an ice slurry [J]. International Journal of Refrigeration.1999, 22:164–174）对用于ICF低温条件下的乙醇溶液的密度热容及粘度进行测定。Verboven（Verboven P., Scheerlinck N., Nicolaï B M., Nicolaï B M. Surface heat transfer coefficients to stationary spherical particles in an experimental unit for hydrofluidisation freezing of individual foods [J].International Journal of Refrigeration. 2003,26:328–336）对乙醇和葡萄糖组成的二元ICF载冷剂于-20~0℃范围的传热系数进行测定。Peralta(Peralta, M J., Rubiolo, C A, Zorrilla, E.S. Prediction of heat capacity density and freezing point of liquid refrigerant solutions using an excess Gibbs energy model [J].Journal of Food Engineering. 2007, 82(4):548-558.)利用UNIQUAC对简单的NaCl, CaCl₂, KCl, 乙醇与水混和的二元载冷剂的冻结点、热容和密度等热力学性质进行理论计算。Galetto等（Galetto, C. D., Verdini, R. a., Zorrilla, S. E., & Rubiolo, A. C. Freezing of strawberries by immersion in CaCl2 solutions [J]. Food Chemistry. 2010, 123(2), 243-248. ）和Ribero等（Ribero, G. G., Rubiolo, a C., & Zorrilla, S. E. Influence of immersion freezing in NaCl solutions and of frozen storage on the viscoelastic behavior of mozzarella cheese[J]. Journal of food science. 2007, 72(5), E301- E307. Ribero, G. G., Rubiolo, A. C., & Zorrilla, S. E. Microstructure of Mozzarella cheese as affected by the immersion freezing in NaCl solutions and by the frozen storage[J]. Journal of Food Engineering. 2009, 91(4), 516-520. ）分别报道采用用CaCl₂及NaCl作载冷剂的应用研究，但CaCl₂及NaCl作为低温ICF冻结的局限性非常明显。 Fikiin 等（Fikiin K., Tsvetkov O., Laptev Y., Fikiin A., Kolodyaznaya V. Thermophysical and engineering issues of the immersion freezing of fruits in ice slurries based on sugar–ethanol aqueous solution[J]. Ecolibrium.2003, 10–15.）较早就指出对于ICF的载冷剂方面缺乏足够的试验数据。目前从已有公开报道文献上看，关于ICF过程载冷剂方面的研究资料报道最少。

本申请人已开发出适用于低温浸渍冷冻的二元及四元载冷剂，但在实际使用中发现存在下面所述的问题，需要进一步研究，因此本发明研究并提出另一种不同特性的三元载冷剂。

目前已有的二元载冷剂，例如NaCl, CaCl₂, KCl, 乙醇等与水混和的二元载冷剂，以及四元或四元以上载冷剂等存在的如下不足：

1) 含有NaCl，载冷剂具有腐蚀性，设备维护困难；

2) 含有较高的乙醇，容易挥发；

3) 含有糖类或蛋白类成分，低温条件下粘度较高，影响传热，且工作温度偏高；

4) 食品浸渍冷冻过程中存在不同成分的载冷剂的渗透量不同，成分复杂的多元载冷剂（四元或四元以上）在使用过程控制难度较高，使用周期较短，更换成本较高。

针对这些问题，本发明提供了一种具有良好低温食品浸渍应用特性的三元载冷剂。

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三元载冷剂，具体技术方案如下。

用于食品浸渍冻结的载冷剂是由乙醇、丙二醇与水构成的三元溶液。所述的三元载冷剂中不含有氯化钠。

进一步优化的，所用载冷剂中三种物质比例按质量百分比计为10%~35%乙醇，43%~18%丙二醇的水溶液。

三元载冷剂具有较广的低温工作范围，工作温度为-30℃~-40℃。

进一步优化的，所按重量百分比计，所述三元载冷剂中含有10%~35%乙醇，43%~18%丙二醇，47%水。

进一步优化的，按重量百分比计，所述三元载冷剂溶液中含有15%~20%乙醇，25%~30%丙二醇。

　　本发明三元载冷剂比其他多远载冷剂的有益效果：

（ 1 ）在本发明确定的组成条件下，在相同总浓度下，乙醇、丙二醇、水的三元溶液的渗透量小于相同温度下的二元和四元载冷剂。当载冷剂的冻结工作温度为-30℃~-40℃时，本发明的三元载冷剂冷冻的物料中的总的渗透量小于3.3mg/cm²。而采用四元载冷剂冷冻的物料中的总的渗透量为4.30 mg/cm²，用NaCl的水溶液冷冻的物料中的总的渗透量为7.11 mg/cm²，用乙醇的水溶液冷冻的物料中的总的渗透量为4.62 mg/cm²。

（ 2 ）在本发明确定的组成条件下，当浸渍冻结工作温度为-30℃~-40℃时，粘度较低、酒精的含量中等，比热容值中等的溶液为15%~20%乙醇，25%~30%丙二醇，47%水，是一种优于其它组份，可用于-30℃~-40℃的工作温度的冻结的载冷剂。15%~20%乙醇，25%~30%丙二醇的水溶液有更低的粘度，而且酒精的含量少，可以降低载冷剂的挥发，安全性较高。

（3）在本发明确定的组成条件下，乙醇、丙二醇与水构成的三元载冷剂与乙醇、丙二醇、氯化钠或氯化钙与水构成四元溶液相比，不会对设备造成腐蚀。乙醇、丙二醇与水构成的三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。不含有氯化钠成分，与含有氯化钠的载冷剂相比，可以减少对设备的腐蚀。

（4）在本发明确定的组成条件下，不同组分的渗透量较小，能提高载冷剂的使用周期，且载冷剂的更换配制简单，易于制造和工业化实际应用。

具体实施方式

以下结合实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。

本发明以乙醇、丙二醇与水构成的三元载冷剂，通过探索适用于多元载冷剂的低温冻结点的测定方法，对不同组份的三元载冷剂的冻结点进行测定比较，同时测定了不同低温条件下不同组成三元载冷剂的密度、粘度、比热容，然后测定低温浸渍冻结条件下载冷剂各组分的渗透量，最后综合比较得到了具有较宽的低温工作温度的三元载冷剂的组成比例。

相同质量浓度的载冷剂随着乙醇在载冷剂中的比例增加冻结点逐渐降低，但随着质量浓度的逐渐升高降低效果越来越不明显，到后期甚至出现载冷剂的冻结点升高的情况。丙二醇质量浓度对于载冷剂变化率的影响起伏比较平缓。

在不同低温条件下，对不同比例的三元载冷剂的粘度，密度与比热容进行测定与计算，评价不同载冷剂的传热特性，分析乙醇、丙二醇与水在三元载冷剂中的比例构成。对低温浸渍冻结条件下，载冷剂各组成成分的渗透量进行测定，结合载冷剂的低温热物理特性，综合确定乙醇、丙二醇与水在三元载冷剂中的比例构成。以下为较佳实例。

应用时，将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。

实施例1

以重量百分比计，三元载冷剂为10%乙醇，43%丙二醇，47%水的溶液，比热容为3.26, 在-15℃~-35℃对应的粘度为70~270 mPa.S（如-35℃时对应的粘度为270 mPa.S）, 工作温度为-30℃~-40℃时，三元载冷剂冷冻的物料中的总的渗透量小于4.0mg/cm²

实施例2

以重量百分比计，三元载冷剂为15%乙醇，38%丙二醇，47%水的溶液，比热容为3.24, 在-15℃~-35℃对应的粘度为40~200 mPa.S, （如-15℃时对应的粘度为40 mPa.S）工作温度为-30℃~-40℃时，三元载冷剂冷冻的物料中的总的渗透量小于4.0mg/cm²

实施例3

以重量百分比计，三元载冷剂为20%乙醇，33%丙二醇，47%水的溶液，比热容为3.22, 在-15℃~-35℃对应的粘度为42~170 mPa.S, 工作温度为-30℃~-40℃时，三元载冷剂冷冻的物料中的总的渗透量小于4.0mg/cm²

实施例4

以重量百分比计，

0733, 三元载冷剂为25%乙醇，28%丙二醇，47%水的溶液，比热容为3.20, 在-15℃~-35℃对应的粘度为25~135 mPa.S, 工作温度为-30℃~-40℃时，三元载冷剂冷冻的物料中的总的渗透量小于4.0mg/cm²

实施例5

以重量百分比计，

0733, 三元载冷剂为30%乙醇，23%丙二醇，47%水的溶液，比热容为3.18, 在-15℃~-35℃对应的粘度为20~120 mPa.S, 工作温度为-30℃~-40℃时，三元载冷剂冷冻的物料中的总的渗透量小于4.0mg/cm²

实施例6

以重量百分比计，

0733, 三元载冷剂为35%乙醇，18%丙二醇，47%水的溶液，比热容为3.16, 在-15℃~-35℃对应的粘度为14~115 mPa.S, 工作温度为-30℃~-40℃时，三元载冷剂冷冻的物料中的总的渗透量小于4.0mg/cm²。

Claims

1.用于食品浸渍冷冻的三元载冷剂，其特征是由乙醇、丙二醇与水构成的三元溶液。

2.根据权利要求1所述的用于食品浸渍冷冻的三元载冷剂，其特征在于所述的三元载冷剂的低温工作范围为-30℃~-40℃。

3.根据权利要求1或2所述的用于食品浸渍冷冻的三元载冷剂，其特征在于按重量百分比计，所述三元载冷剂中含有10%~35%乙醇，43%~18%丙二醇，47%水。

4.根据权利要3所述的用于食品浸渍冷冻的三元载冷剂，其特征在于按重量百分比计，所述三元载冷剂溶液中含有15%~20%乙醇，25%~30%丙二醇。