CN103210266A - 超小型冰及其用途以及用于生产的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了物质的组合物及其用途以及生产物质的组合物的设备。在实施方式中，描述了用作冷源的隔离的凝胶冰。凝胶冰具有多种用途，包括用于食品加工和保存。设备用于制备凝胶冰，并可用于浓缩或净化液体或从液体中进行提取。

Description

超小型冰及其用途以及用于生产的设备
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求于2010年6月8日提交的第61/352,736号美国临时专利申请的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。
背景
技术领域
本发明总体上涉及作为冷源的物质的组合物及其用途和用于包括生产物质的组合物的设备，更具体地涉及具有独特性质的特殊冰。
背景技术
对于各种物品，例如食物、饮料、鲜花和器官，存储、处理或展示需要冷源。许多行业中存在许多与当前可获得冷源有关的问题。例如，在包括通过船只捕鱼或水产养殖的渔业业务领域中，希望使鱼急速冷冻并在从捕捞到销售的过程中维持温度控制。鱼的急速冷冻以及随后的温度控制可防止损伤、创伤及降级。这种保护可能导致较大的捕捞量或具有较长保质期的更好质量的捕鱼收成。在渔业业务领域中用于鱼的急速冷冻以及随后的温度控制的当前可获得冷源不足以满足捕捞者、销售商以及消费者的需求。
因此，本领域中需要用于急速冷冻鱼以及随后的温度控制的改进的冷源。本发明满足了这种需求并进一步提供其他优点。
发明内容
简而言之，提供了物质的组合物及其用途以及用于包括生产物质的组合物的设备。物质的组合物为冷源，更具体地为具有意料不到的独特性质的冰的具体形式。在实施方式中，本发明提供了隔离的凝胶冰，其用于陆地或离开陆地使用，该隔离的凝胶冰其包括冰部分组分以及至少一种凝固水平降低组分，其中所述至少一种凝固水平降低组分介于冰部分组分之间；其中冰部分组分由水构成并具有范围为0.1至2.5微米的直径；其中，凝固水平降低组分具有范围为0.1%至26%的浓度（当凝固水平降低组分为固体时，以%w/v表示；当凝固水平降低组分为液体时，以%v/v表示）；其中，凝胶冰包含范围为1%至60%（%w/v）的冰部分组分。在一些实施方式中，冰部分组分具有范围为0.2至0.8微米的直径。
在实施方式中，本发明提供了隔离的凝胶冰，其用于陆地或离开陆地使用，该隔离的凝胶冰包括冰部分组分、以及盐水组分、醇类组分、凝固水平降低组分或其组合，其中，组分介于冰部分组分之间；其中，冰部分组分由水构成并具有范围为0.1至2.5微米的直径；其中，盐水组分具有范围为0.1%至26%（%w/v）的盐度或醇类组分或凝固水平降低组分具有范围为0.1%至25%（当组分为固体时，以%w/v表示；当组分为液体时，以%v/v表示）的浓度；其中，凝胶冰包含范围为1%至60%（%w/v）的冰部分组分。在实施方式中，隔离的凝胶冰包括冰部分组分，至少一种凝固水平降低剂包括盐水组分。在实施方式中，隔离的凝胶冰由冰部分组分和盐水组分构成。在实施方式中，隔离的凝胶冰包括冰部分组分和至少一种凝固水平降低组分。在实施方式中，隔离的凝胶冰由冰部分组分和至少一种凝固水平降低组分构成。在实施方式中，隔离的凝胶冰包括冰部分组分和醇类组分。在实施方式中，隔离的凝胶冰由冰部分组分和醇类组分构成。在一些实施方式中，至少一种凝固水平降低组分为天然的凝固水平降低组分。
在隔离的凝胶冰的实施方式中，至少一种凝固水平降低组分为糖，例如天然糖。在实施方式中，天然糖可在水果、蔬菜、奶制品或花卉产品中找到。在实施方式中，天然糖为葡萄糖。
本发明的物质的组合物具有多种用途。在实施方式中，本文中提供的隔离的凝胶冰用于对物质进行冷却的方法。在实施方式中，方法包括将物质与本发明的隔离的凝胶冰接触，由此影响对物质的冷却。
本发明的设备用于制备凝胶冰，并可用于集中或净化液体、或从液体中提取。
在实施方式中，本发明提供了凝胶冰生成设备，其包括：内管，具有内表面，内表面限定凝胶冰形成室的至少一部分；外管，环绕内管以限定外管与内管之间的冷却剂室；以及混合设备，用于混合凝胶冰形成室中的可流动材料，混合设备包括中空转子轴及多个可展开构件，其中，中空转子轴位于凝胶冰形成室中并包括主体和多个开口，主体具有沿中空转子轴纵向延伸的孔，多个开口穿过主体延伸以使孔与位于主体和内管的内表面之间的间隙流体连通，多个可展开构件由中空转子轴承载，并且多个可展开构件位于间隙中且可相对于内管移动。
在实施方式中，本发明提供了凝胶冰制造系统，其包括：流体源；凝胶冰生成设备，联接至流体源，凝胶冰生成设备接收来自流体源的流体并且包括驱动电机、具有凝胶冰形成室的容器、冷却套管、混合设备、和多个构件，其中，来自流体源的流体流过凝胶冰形成室，冷却套管环绕容器，且冷却剂流过冷却套管以冷却凝胶冰形成室中的物质，混合设备联接至驱动电机并包括位于凝胶冰形成室中的转子轴，多个构件由转子轴承载并可响应于转子轴的转动而朝向容器的内表面移动；以及控制器，通信地联接至凝胶冰生成设备的驱动电机，并被配置成当流体流过凝胶冰形成室时命令驱动电机使转子轴以等于或大于约每分钟1500转的转速转动。
在实施方式中，本发明提供了制造凝胶冰的方法，其包括：输送可流动材料至凝胶冰形成室；使混合设备转动以混合凝胶冰形成室中的可流动材料，使可流动材料经过混合设备的转子轴的侧壁中的开口并进入转子轴的孔中；通过转子轴承载的突起混合孔内的可流动材料，突起位于孔中；以及将凝胶冰输送出凝胶冰形成室，凝胶冰包括经过孔至少一部分的可流动材料和沿转子轴的外表面流动的可流动材料的混合物。
通过参照下面的详细描述以及附图，本发明的这些以及其他方面将变得显而易见。因此，如果每篇文献单独并入，则本文公开的所有引用文献的全部内容通过引用并入本文。
附图说明
参照以下的附图来描述非限制性实施方式。在各个附图中相同的参考标记表示相似的特征、部件或动作，除非另有所指。
图1是根据一个实施方式的处理系统的侧视图。
图2是根据一个实施方式的凝胶冰生成设备的立体图。
图3是图2的凝胶冰生成设备的侧视图。
图4是图2的凝胶冰生成设备的俯视图。
图5是根据一个实施方式的凝胶冰生成设备的分解立体图。
图6是转子轴组件的立体图。
图7是图6的转子轴组件的俯视图。
图8是图6的转子轴组件的正视图。
图9是图8的转子轴组件的一部分的细节图。
图10是图4的凝胶冰生成设备沿线10-10所取的一部分的剖视图。
图11是图4的凝胶冰生成设备沿线11-11所取的一部分的剖视图。
图12是图11的凝胶冰生成设备的一部分的细节图。
图13是图11的凝胶冰生成设备的另一部分的细节图。
图14是图11的凝胶冰生成设备的又一部分的细节图。
图15是一对模块化凝胶冰制造系统的立体图。
图16示出（从左至右）本发明的凝胶冰生成设备生产的厚凝胶冰（35%的冰部分组分）、中厚凝胶冰（25%的冰部分组分）以及薄凝胶冰（15%的冰部分组分）。
图17是两条新鲜鳕鱼在不同的冰上保存14天后的图像。应注意，一条鳕鱼保存在通常的碎片冰上，而另一条鳕鱼保存在本发明的凝胶冰中。保存在通常的碎片冰上的鳕鱼显示出降级的迹象（例如可见离散点的数量减少），而保存在凝胶冰中的鳕鱼则没有出现这种现象。
图18示出存储在通常碎片冰中的新鲜鳕鱼与存储在本发明的凝胶冰中新鲜鳕鱼的船载存储和零售保质期的估计值的比较图。如图所示，存储在凝胶冰中的鳕鱼可使零售保质期增加，即使在较长的船载存储（在凝胶冰中）之后。
图19示出存储在通常碎片冰中的新鲜鳕鱼与存储在本发明的凝胶冰中新鲜鳕鱼的从捕获至零售的过程中产量的估计值的比较图。如图所示，存储在凝胶冰中的新鲜鱼可使产量增加。
图20是由FEI Tecnai TEM（使用Tecnai G2F20）制作的本发明的凝胶冰的扫描透射电子显微镜（S/TEM）图像。凝胶冰的冰部分组分的平均直径为0.5至0.8微米。
具体实施方式
如上所述，本发明提供了物质的组合物及其用途以及用于生产该物质的组合物的设备。该物质的组合物以及设备具有多种用途。物质的组合物可例如用于渔业、制冷、园艺、医疗、工业、以及食品和饮料（包括供人类食用的食品和饮料）领域。设备可例如用于园艺、热能存储、水净化以及食品和饮料领域。
本发明一方面提供了隔离的具体形式的冰，其具有意料不到的独特性质。在实施方式中，提供了隔离的凝胶冰，其包括冰部分组分以及至少一种凝固水平降低组分，其中至少一种凝固水平降低组分介于冰部分组分之间；其中冰部分组分由水构成并具有范围为0.1至2.5微米的直径；其中，凝固水平降低组分具有范围为0.1%至26%的浓度（当凝固水平降低组分为固体时，表示为%w/v；当凝固水平降低组分为液体时，表示为%v/v）；其中，凝胶冰包含范围为1%至60%（%w/v）的冰部分组分。在实施方式中，提供了隔离的凝胶冰，其包括冰部分组分、以及盐水组分、醇类组分、凝固水平降低组分或其组合，其中，这些组分介于冰部分组分之间；其中，冰部分组分由水构成并具有范围为0.1至2.5微米的直径；其中，盐水组分具有范围为0.1%至26%（%w/v）的盐度、或醇类组分或凝固水平降低组分具有范围为0.1%至25%（当组分为固体时，表示为%w/v；组分为液体时，表示为%v/v）的浓度；其中，凝胶冰包含范围为1%至60%（%w/v）的冰部分组分。
在不同实施方式中，凝固水平降低剂的浓度可变化。例如，包括盐作为凝固水平降低剂的凝胶冰的凝固水平降低剂浓度可与使用醇类或糖作为凝固水平降低剂时的凝固水平降低剂浓度不同。在某些其他实施方式中，至少一种凝固水平降低剂具有范围为0.1%至95%、0.1%至75%、0.1%至50%、0.1%至25%、0.1%至10%或0.1%至5%的浓度。在某些实施方式中，凝固水平降低剂具有0.1%至26%的浓度。例如，凝固水平降低剂可以是盐溶液（例如盐水）。
凝固水平降低组分为使水的凝固点降低的任何组分。例如，可以是改变纯溶液的依数性质（如凝固点）的溶质，如盐、糖或任何其他可溶物质。虽然不希望被理论所束缚，但可认为当溶质溶于纯水时，水分子的氢键网络被破坏，这导致使水凝固的温度降低。凝固水平降低剂的示例大体上包括可溶于水的任何物质。凝固水平降低剂的某些非限制性示例包括：盐、糖、醇类和由FDA作为一般认为是安全的而列出的任何物质（GRAS，例如参见表1）。在一些实施方式中，凝固水平降低剂为表1中列出的GRAS物质并具有低于-1°C的凝固点。不腐蚀316L不锈钢的凝固水平降低剂特别适用于所述的用于制造凝胶冰的设备。
该隔离的凝胶冰包括冰部分组分以及介于冰部分组分之间的一种或多种组分，或者隔离的凝胶冰由冰部分组分以及介于冰部分组分之间的一种或多种组分构成。本文中所使用的“介于冰部分组分之间”指的是凝固水平降低剂存在于冰晶内、单个冰晶之间（例如附着于冰晶的外表面）或其组合。冰部分组分由水构成。冰部分组分的尺寸小于正常的冰晶。冰部分组分具有范围大体上为0.1至2.5微米的直径。通常，直径小于1.0微米（0.1至小于1.0微米），平均为0.5至0.8微米。在一些实施方式中，冰部分组分具有范围为0.2至0.8微米的直径。使用扫描透射电子显微镜来测量冰部分组分的直径。凝胶冰中的冰部分组分大体上处于1%至60%（%w/v）、通常为5%至50%（%w/v）的范围内。例如，具有25%的冰部分组分的100升凝胶冰含25kg的冰。除非另有所指，本文中所有的“v”均为凝胶冰的体积（即总体积）。在实施方式中，凝胶冰可被称为“厚”、“中厚”或“薄”。厚凝胶冰大体上包含约35-45%（%w/v）的冰部分组分。中厚凝胶冰大体上包含约25-30%（%w/v）的冰部分组分。薄凝胶冰大体上包含约10-20%（%w/v）的冰部分组分。可通过将水溶液引入用于生产凝胶冰的设备的速率来控制凝胶冰中冰部分组分的百分比。例如，将海水在压力下以每小时250升的速率引入凝胶冰生成设备，产生厚凝胶冰，而当将海水在压力下以每小时600升的速率输送至凝胶冰生成设备时，则产生薄凝胶冰。
一种或多种组分介于冰部分组分之间。在实施方式中，盐水组分介于冰部分组分之间。盐水组分具有范围大体上为0.1%至26%（%w/v）、通常为1%至26%（%w/v）的盐度。在实施方式中，盐度为2.5%至3.2%（%w/v）。盐水组分可以是海水或加盐（例如海盐）的淡水或二者的混合物。淡水可以是适合饮用或不适合饮用的。
在实施方式中，至少一种凝固水平降低组分介于冰部分组分之间。凝固水平降低组分为降低水的凝固点的任何物质。这种组分以范围大体上为0.1%至25%、通常为0.5%至20%的浓度存在于凝胶冰中。如果组分在室温下为固体，则%浓度为%w/v。如果组分在室温下为液体，则%浓度为%v/v。本文所使用的室温指的是20°C。组分可以从天然源中提取或以其他方式净化，或可通过生物或化学技术或其组合合成制备。这种组分可以是糖。本文中所使用的糖为具有多于一种羟基基团的分子，例如多元醇。糖可以是天然糖（即在自然界中天然存在的糖）。糖可例如从水果、蔬菜、乳制品或花卉品中找到。例如，在一些实施方式中，凝胶冰包括果汁如苹果汁、梨汁、橙汁、菠萝汁、芒果汁或越橘汁，凝胶冰可以呈人类食用品的形式，例如冷冻饮品。
甘蔗为凝固水平降低组分的天然源的另一示例。糖的示例为葡萄糖、果糖或蔗糖。在某些实施方式中，凝固水平降低剂为糖的替代品，例如糖精、阿斯巴甜或其他糖的替代品。
在其他实施方式中，至少一种凝固水平降低组分为抗菌物质。本文中所使用的“抗菌物质”为抑制、阻碍、停止或防止微生物生长或杀死微生物的任何物质。例如，在一些实施方式中，至少一种凝固水平降低组分为二氧化氯、亚氯酸盐或其组合。在其他实施方式中，至少一种凝固水平降低剂包括亚氯酸盐（例如亚氯酸钠）与氢氧化物盐（例如氢氧化钠）的混合物。一个这种示例是已知为
Figure BDA00002820167800071
（可从Food Science Limited获得）的凝固水平降低组分。在其他实施方式中，至少一种凝固水平降低组分为非亚氯酸盐抗菌物质，例如过乙酸或一般被美国食品与药物管理局认为可安全用于食品的其他物质（GRAS）（参见下文）。包括抗菌的凝固水平降低组分的凝胶冰可用于许多应用中。例如，这种凝胶冰可用于食品包装以防止食品腐坏。
食品中使用的其他化学制品也可用于凝胶冰。例如，在一些实施方式中，凝固水平降低组分为一般被美国食品与药物管理局或任何其他监管机构认为可安全用于食品的任何物质（GRAS）。本领域技术人员认识这些物质。在下面的表1中提供了GRAS物质的示例性列表：
表1GRAS物质
Figure BDA00002820167800081
Figure BDA00002820167800091
Figure BDA00002820167800101
Figure BDA00002820167800111
Figure BDA00002820167800121
Figure BDA00002820167800131
在实施方式中，醇类为介于冰部分组分之间的凝固水平降低组分。本文中所使用的醇类为包括OH（羟基基团）的有机化合物。例如，醇类可由ROH表示，其中R为烷基（即直链或支链的烃基，该烃基为饱和或不饱和的—即包含一个或多个双键和/或三键，例如甲基、乙基、丙基等）。醇类的示例为乙醇。存在于凝胶冰中的醇类的浓度范围大体上为0.1%至25%，通常为0.5%至20%。如果醇类在室温下为液体（例如乙醇），则%浓度为%v/v。如果醇类在室温下为固体，则%浓度为%w/v。介于冰部分组分之间的组分可以是盐水、醇类或凝固水平降低组分（例如两种类型的糖）或其组合（例如糖和醇类）中的一种类型或多于一种的类型。在相关实施方式中，本公开提供了供人类食用的饮品，其包括具有醇类组分的凝胶冰。例如，醇类组分可来源于任何醇类（例如乙醇）源，诸如朗姆酒、伏特加、威士忌、干邑等。在其他实施方式中，饮品还可包括糖，例如来源于果汁的糖。其他实施方式提供了包括其他醇类如甲醇、异丙醇或丁醇的凝胶冰。
本文中所述的凝胶冰具有许多有利的特性。虽然不希望被理论所束缚，但申请人认为水截留在冰部分组分之间，并且冰部分组分的小尺寸看起来延缓水的释放。因此，置于凝胶冰上进行冷却的任何物体接触到的均为冰而不是水。所以，物品可更快冷却且冰也可保持更长时间的冷冻。快速冷却有助于物品存放并且减少其脱水。此外，部分地由于冰部分组分的小尺寸，因而物品如食品（例如鱼或肉）因与冰接触而不太会出现改变（例如断裂或氧化）。在实施方式中，“物质”通过与具有凝胶冰的物质接触来而被冷却。本文中所使用的物质可以是有生命的或无生命的，并包括完整的有机体或其部分。例如，当鱼或动物与凝胶冰接触时可能已经死去。可选地，例如，有生命的有机体如龙虾可能与凝胶冰接触。通过凝胶冰进行的快速冷却可使有生命的物质在移除凝胶冰之后返回其正常温度时保持为活的。
所公开的凝胶冰的另一相关的有利之处在于，冰晶/冰部分组分的尺寸允许从多种凝固水平降低物质产生冰，而不改变基础物质的化学性质。例如，当凝胶冰包括盐时，盐结合于冰水中以制成一致的、均匀分布的盐溶液，并且不在装冰容器中或被保存的原材料上遗留盐存留。相反地，盐保持截留在冰晶/冰部分组分之间。虽然不希望被理论所束缚，但申请人认为这在很大程度上归因于冰晶/冰部分组分的尺寸。
类似地，当其他物质与处理过的水结合在一起时，基础物质的化学性质在凝胶冰溶液内保持不变。与其他冰制品相比较，所公开的凝胶冰并不随机结晶，并且不以与通常制冰技术（例如，用于制造片冰和块冰的常规技术）一致的速率膨胀。凝胶冰可具有大体上一致的结晶化。由此，在制冰过程中使用的物质（例如凝固水平降低剂、盐、醇类等）的化学性质得以维持。
凝胶冰可在陆地上使用或离开陆地使用。在陆地上的凝胶冰的生产可通过现场专用的凝胶冰生产设备或便携式设备来实现。现场专用生产的示例为位于固定位置的肉类加工设施进行的凝胶冰生产。离开陆地（例如在水上、空中或空间中）的凝胶冰的生产通常使用便携式设备。虽然对于较短的行程，但凝胶冰可在陆地上生产并被运输至用于离开陆地的交通工具。艇或船为用于离开陆地的凝胶冰使用的场所示例。
本文所公开的凝胶冰和设备具有多种用途。凝胶冰可例如用于渔业、制冷、园艺、食品、饮料、医疗和工业应用。渔业业务领域包括通过船只捕鱼或水产养殖（养鱼场）。凝胶冰可被用于将通过捕鱼船捕获的或通过水产养殖收获的鱼急速冷冻。在捕获之后，凝胶冰可被用于新鲜鱼的冷藏运输、冷藏储存以及市场展示。可选地，鱼可在鱼类加工设施（例如工厂）中进行加工。凝胶冰可用于鱼类加工设施。
凝胶冰可用于在冷藏运输以及冷藏储存过程中保持产品冷却。由于凝胶冰令人惊讶的增强的冷却能力以及持久的低温，产品可在保护产品不会腐坏并防止质量损失的理想的存储温度下维持较长时间的冷却。凝胶冰可用于开放容器、封闭容器或密封塑料袋中。用于生产凝胶冰的设备可并入自动包装系统中。凝胶冰可用于市场展示以冷藏新鲜的产品。使用凝胶冰来进行冷藏可以是直接的或间接的。在直接冷却中，凝胶冰与产品接触并可完全围绕产品。在产品被凝胶冰完全围绕的情况下，冷却的产品还被保护不会脱水。在间接冷却中，凝胶冰被用作次级制冷剂或冷却剂。在间接冷却中，凝胶冰可作为次级制冷剂循环通过已提供的管道并取代不利于环保的制冷剂如R-22（
Figure BDA00002820167800151
）及其他HCFC。
凝胶冰可用于园艺。新鲜的水果和蔬菜必须在良好的条件下才能实现最好的质量以及最大的保质期。在收获后的水分损失是导致变质的主要原因之一，而变质会减少新鲜水果和蔬菜的可销售性及盈利能力。凝胶冰保护新鲜的水果和蔬菜不会脱水。对于鲜花而言，温度是影响存储、保质期及瓶插寿命的主要因素。快速冷却不仅是鲜切花的冷却链的重要的第一步，而且在随后的存储和运输阶段中也是非常重要的。凝胶冰可用于进行快速冷却作用。
凝胶冰可用于食品或饮料行业。在饮料行业中，例如啤酒的生产在加工过程的若干步骤中需要温度降低。凝胶冰可用于使在啤酒的制备或存储过程中使用的各种容器的温度降低。在食品行业中，例如面包的生产需要温度降低。高速混合机的使用不利地升高了面团的温度。可将凝胶冰直接混合在面团中以降低温度并因此控制发酵。实际上，无论是否是在起动阶段，所有奶酪均需要经历乳清蛋白质浓度或完成表上的一个或多个冷却阶段。与使用固体冰或碎片冰或任何其他形式的急冻水的冷却系统相比较，凝胶冰可在不同的冷却阶段提供特定的益处，例如通过在很短的时间内使温度下降至期望的水平从而节省大量时间。此外，在新鲜奶酪的运输过程中可使用凝胶冰。在冰淇淋的生产过程中需要若干冷却阶段。通常，在两个不同的阶段中冰块放置在搅乳器中。在这些加工过程中可使用通过糖水生产的凝胶冰。在屠宰牲畜（例如家畜如牛和猪以及鸟类如家禽）获得的肉类的加工过程中，在各阶段进行冷却。在不进行冷却的情况下，通过研磨器叶片的转动和摩擦产生的高温会升高混合碎肉的温度。凝胶冰可迅速并有效地冷却该混合物，因此减少加工时间。对于鸟类如家禽，鸟类被急冻以防止细菌生长，并且在盐化加工之后在冷冻水中漂洗。凝胶冰可用于快速且有效地冷却鸟类，由此减少加工时间。凝胶冰还可用于在屠宰之后冷却及保护屠体。例如，猪、牛等的屠体可被存储在凝胶冰中。屠体可在凝胶冰中存储较长时间而不会出现感官的恶化迹象。
凝胶冰具有多种医疗用途。例如，凝胶冰可被用于减少或防止肿胀或缓慢出血，并可用于降低代谢。凝胶冰可被用于对提取出用于移植的器官（例如肝脏、肾脏或心脏）进行冷却。例如，在一些实施方式中，凝胶冰可包括盐溶液（例如生理盐水、氯化钠、灌注液、HTK
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溶液等），并且凝胶冰可用于存储用于移植的器官。凝胶冰可提高热传递效率。
在本发明的一些用途中，液体可流过本文公开的凝胶冰设备以进行浓缩、提取或净化。一个示例为设备用于制备速溶茶或速溶咖啡的过程中。可通过使用果汁（例如葡萄汁）或酒来制备浓缩物。水可流过凝胶冰设备以净化或脱盐。净化包括废水净化。
凝胶冰的工业应用包括激光头的快速冷却、在药品生产过程中的快速急冻以及石油化学品如天然气的冷却。其他工业应用的示例包括混凝土生产（反应热的吸收）以及塑料生产（温度的稳定）。
凝胶冰可用于取代现有的用于蓄冷的热能存储（TES）系统。TES通过允许能源密集型冷却设施主要在电费较低时的非高峰时段运行而显著降低了能源成本。由于凝胶冰能够保持冷却的温度，所以凝胶冰可在非高峰时段生成并在高峰时段作为冷却剂循环。
除了上述的凝胶冰的多种应用之外，在其他实施方式中，凝胶冰可用于畜产品加工、肉类存储和展示、家禽加工、家禽存储和展示、捕鱼船、养鱼场、水产品加工、鱼类存储和展示、水果和蔬菜存储和加工、热能储存系统、冷库、超市生鲜展示、餐厅存储、吧台（含酒精）混合饮料应用、低温保护、康复和慢性病治疗、器官和组织保藏（例如用于器官移置）、损伤的稳定与治疗、应急车辆单位、大学或专业运动项目的伤害预防、海水淡化、废水净化、面包和奶酪加工、冰淇淋生产、冷冻饮品、葡萄酒和啤酒的制备和存储、兽医、咖啡制备和存储、园艺保存和运输、80FT+游艇和巡航船的厨房器具、酒店食品保存、活贝类，鱼类和其他海洋生物的运输、用于研究的海洋生物的保存运输、整形手术恢复、屠体保存（例如，在自然灾害后）、森林火灾扑救、中间食品运输的支持和保存、疫苗的运输和存储或水泥混合和冷却。对于本领域技术人员而言，所公开的凝胶冰的其他应用是显而易见的。
图1示出处理系统100，其包括输送系统110、槽120和凝胶冰制造系统130。凝胶冰制造系统130包括凝胶冰生成设备140、流体源150以及冷却系统160，冷却系统160将冷却剂输送至凝胶冰生成设备140。流体源150将流体输送至凝胶冰生成设备140，凝胶冰生成设备140通过使用冷却剂由流体产生凝胶冰。凝胶冰经过输出管道180到达槽120。
输送系统110将物体（示出为悬挂的猪屠体）在箭头182指示的方向上移动，以将屠体浸没在凝胶冰池142中。屠体接连浸没在凝胶冰池142中。在屠体浸没足够长的时间之后，屠体被拉出池142并顺序地进行加工。凝胶冰生成设备140可将凝胶冰连续地或间断地输送至槽120。
冷却系统160（示出为闭环系统）包括加压装置190、冷凝器192和阀196。流体管道200将凝胶冰生成设备140连接至加压装置190。流体管道202将加压装置190连接至冷凝器192。流体管道206将冷凝器192连接至阀196。流体管道208将阀196连接至凝胶冰生成设备140。流体管道200、202、206、208中的每一个均可以是导管、输送管、软管或冷却剂可从中流过的其他部件。冷却剂可以是制冷剂，例如制冷剂12（如
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）、制冷剂22（R-22）、制冷剂134a（R-134a）、制冷剂404a（R-404a）、氨水或其他类型的制冷剂。有利地，冷却系统160可更新冷却剂，从而使冷却剂可被重复输送至凝胶冰生成设备140。如果使用氨水，则冷却系统160可能或可能不具有压缩机。例如，一系列阀可用于更新氨水。
管道152将流体源150连接至凝胶冰生成设备140。流体源150可包含盐水、海水、糖水、酒精及其混合物等，以及范围广泛的不同类型的凝固水平降低组分或添加剂。为了浓缩或净化液体，流体源150可包含果汁（例如葡萄汁）、酒、烈性酒（例如伏特加、朗姆酒等）等。
流体源150可包括一个或多个加压装置（例如活塞泵、膜片泵、旋转泵、螺旋泵等）以将流体泵送通过管道152。在一些实施方式中，流体源150包括多个容器，每个容器容纳有不同的流体。例如，一个容器可装有盐水或糖水。另一容器可装有另一液体，例如酒精。不同液体可被输送穿过单独的管道以到达凝胶冰生成设备140。流体可在凝胶冰生成设备140内混合。在其他实施方式中，液体在流体源150内混合。然后，混合物被输送至凝胶冰生成设备140。流体源150还可包括但不限于过滤系统、混合器、传感器、阀、控制器等。在某些实施方式中，流体源150为从外部液体源（例如海洋）输送液体的泵。过滤系统可在处理之前过滤海水。
控制器170通信地联接至凝胶冰生成设备140以及其他部件或系统，如冷却系统160或流体源150或这两者。可使用不同类型的有线连接或无线连接以在控制器170与其他装置之间提供通信。控制器170可调整处理变量，处理变量包括但不限于操作速度（例如混合设备的转速）、处理温度、工作压力、流量（例如凝胶冰流量、起动流体流量、可流动材料流量等）。用语“可流动材料”指的是一种或多种流体、凝胶冰、其混合物等。例如，可流动材料可以是液体，如盐水、糖水、酒精等。控制器170可通信地联接至驱动装置，并命令该驱动装置使凝胶冰生成设备140的混合设备转动以对上述可流动材料进行处理，从而产生具有直径等于或小于例如约2.5微米的冰部分组分的凝胶冰。
控制器170一般包括但不限于一个或多个中央处理器、处理装置、微处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路(ASIC)、读取器等中。为了存储信息，控制器还包括一个或多个存储元件，如易失性存储器、非易失性存储器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器（RAM）等。控制器可包括显示器以显示信息,如凝胶冰性质、处理温度、流量（例如体积流量）、流速等。示例性显示器包括但不限于LCD屏、监视器、模拟显示器、数字显示器（例如发光二极管显示器）或适于显示信息的其他装置。用语“信息”包括但不限于一个或多个程序、可执行代码或指令、例行程序、关系（例如凝胶冰流动性与处理温度之间的关系、流动传感信号与体积流量之间的关系等）、数据、操作指令及其组合等。例如，信息可包括一个或多个温度设置、流量设置、压力设置、驱动装置速度等。可使用不同的程序以处理不同的流体。为了从盐水生产出凝胶冰，盐水的盐度被输入控制器170，控制器170基于所输入的信息确定合适的程序。为了处理不同的流体如糖水，控制器170可选择不同的程序。
图1的凝胶冰生成设备中的冷却剂在可流动材料冷却和蒸发时吸收热量。因此，管道200中的被加热的冷却剂可为高温蒸汽。高温蒸汽经过流体管道200到达加压装置190。高温蒸汽在加压装置190内被压缩以产生过热蒸汽，过热蒸汽被输出至管道202。过热蒸汽行进通过管道202到达冷凝器192。冷凝器192冷却过热蒸汽以产生低温液体，体温液体被输出至管道206。低温液体行进通过管道206到达阀196。低温液体经过阀196（例如膨胀阀）以产生低温液汽混合物。冷的液汽混合物行进通过管道208并最终进入凝胶冰生成设备140。
参照图2至图4，凝胶冰生成设备140包括混合单元230、呈驱动电机形式的驱动装置240、以及将混合单元230与驱动装置240连接的联接器250。混合单元230包括用于接收流体的入口260和用于输出凝胶冰的出口262。入口260联接至管道152的下游端部266。出口262联接至管道180的上游端部268。混合单元230还包括冷却剂入口270和冷却剂出口272。冷却剂入口270联接至管道208的下游端部274。冷却剂出口272联接至管道200的上游端部276。
当驱动装置240通电时，其使混合单元230的内部部件转动。在一些实施方式中，驱动装置240呈电机的形式，如能够实现相对较高转速的直流电机（如有刷直流电机、无刷直流电机等）。在某些实施方式中，电驱动装置240可提供约0.25kW至1.5kW的功率。这种电机可以是以约50-60赫兹的频率运行的单相电机或三相电机。在其他实施方式中，可使用频率调节器来使电机以约100赫兹的频率运行。电机可以以约110伏特至约230伏特运行。也可使用以其他频率/伏特运行的其他类型的电机。
在一些实施方式中，驱动装置240包括液压驱动马达或发电机。例如，驱动装置240可成液压马达的形式，其将来自液压系统的液压压力和流转化为机械能。液压马达240可通过使用不同压力下的流体以不同的速度被驱动，不同压力下的流体包括高工作压力或低工作压力下的流体。用于将工作流体加压的液压系统可包括但不限于一个或多个泵、加压装置和阀系统。
图5是凝胶冰生成设备140的分解立体图，凝胶冰生成设备140一般包括入口组件300、分配机构304以及混合单元230。分配机构304联接至联接器250。驱动装置240的驱动轴310联接至联接器250。联接器250将机械能传递至混合单元230。
入口组件300包括端盖330、基板332和可供流体流过的入口构件334。多个连接件336a至336d将端盖330联接至基板332。入口构件334牢固地保持在端盖330与基板332之间。轴承350延伸穿过端盖330、入口构件334和基板332。
用于对至少部分地由内管380形成的容器进行冷却的冷却套管360一般包括外管362、冷却剂进入歧管370和冷却剂排出歧管372。冷却剂流过进入歧管370、冷却剂室以及排出歧管372。冷却剂室中的冷却剂降低了内管380内的可流动材料的温度。
外管362被确定尺寸成接纳且环绕内管380，并可具有大体上呈圆形的轮廓、呈多边形的轮廓、呈椭圆形的轮廓或其他合适的轮廓，外管362可全部地或部分地由塑料、泡沫材料、金属、复合材料或其组合中的一种或多种制成。外管362可包括至少一层隔热材料（例如开孔泡沫材料层或闭孔泡沫材料层）以抑制热传过外管362的壁。
图5的内管380具有内表面382和外表面386，内表面382限定通道383。当处于组装状态时，外表面386面对外管362的内表面388。外表面386和内表面388可限定冷却剂室，将参照图10和图11对此进行讨论。
内管380可由基于以下特性选择的材料制成：例如磨损特性、机械性能、热学性能（例如，导热率、热膨胀/收缩的性能等）、冲击强度、韧性等。形成内管380的材料的导热性可被选择成使热量传过侧壁419的速率增加或减少。高传热管380可全部地或部分地由如铜、钢、铝及其组合中的一种或多种金属或其他高传热材料制成。在某些实施方式中，内管380全部地或部分地由包括铜的合金制成以增加导热性。高传热材料允许更有效的冷却，并因此辅助实现较高的产出。高耐磨内管380可包括钢或其他耐磨或硬化材料。表面382可以是具有纹理的、抛光的等并可通过涂层形成，该涂层例如为低摩擦涂层或抗黏涂层，如来自Takenaka SeisakushoCo.,Ltd的
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高密度碳纳米管基涂层材料或类似材料。表面382的表面粗糙度可被增加或减少以提高或降低冰部分组分形成的速率。例如，表面382可为高度抛光表面，并且表面382可全部地或部分地由适合与食品接触的材料（例如316L不锈钢或其他食品级金属）制成。在非食品应用中，表面382可由不适合与食品接触的材料制成。表面382的平均粗糙度（Ra）可小于约4微米。例如，表面382可具有在约2μm至约4μm范围内的Ra。在其他实施方式中，表面382具有小于约3μm的Ra。如果需要或期望，其他的表面光洁度和粗糙度也是可能的。
图5的混合设备322一般包括转子轴组件390和联接至转子轴组件390的分配轮410。转子轴组件390包括中空转子轴400和多个可展开构件402，多个可展开构件40由转子轴400承载。转子轴400的端部408联接至轴承350。转子轴400的另一端部409联接至分配轮410。分配轮410包括隔室阵列，其中每个隔室被配置成接纳凝胶冰并将凝胶冰移动以使其与出口262连通。
参照图6至图8，转子轴400包括主体416（示出为管状主体），主体416具有内表面418和外表面420。内表面418限定孔421。孔421沿主体416的长度纵向延伸。多个开口426从内表面418延伸至外表面420。每个开口426限定穿过管状主体416的侧壁422的流动路径。当混合设备322位于内管380中时，开口426提供孔421与间隙之间的流体连通，其中该间隙处于主体416与内管380之间。由此，可流动材料可流入和流出孔421。
开口426的组430a-d（统称为“430”）绕主体416并彼此周向分隔开。每个组430包括沿主体416的长度分隔开的开口426。在一些实施方式中（包括图6至图8示出的实施方式），主体416包括四个组430，这四个组430相对于主体416的纵轴线500（图7）彼此以约90°分隔开，并且每个组430包括6个大体上呈椭圆形的开口426。在其他实施方式中，开口426呈多边形（例如正方形、矩形等）、圆形、或任何其他合适的形状。可基于包括期望的凝胶冰的构成和一致性以及处理时间在内的各种处理参数来选择组中的开口之间的间距、开口的数量以及开口配置和尺寸。
图9示出安装在主体416上的构件402之一。当主体416转动时，连接件440使构件402进行相应的转动。连接件440包括突起492和轴494（以虚线示出）。突起492从内表面418突出至孔421中。轴494远离外表面420延伸且至少部分地穿过构件402的通孔496延伸。
突起492可成一下形式：叶片、翅片、板、或能够处理（例如混合、搅动、分离等）可流动材料的其他构件或特征。在一些实施方式中，突起492（图8）径向延伸至孔421中并且被布置和确定尺寸以促进可流动材料在孔421中的混合。另外地或可选地，突起492可被确定尺寸以将流（例如涡流及其他类型的螺旋流）沿孔421引导。这种实施方式允许混合设备322作为可分离可流动材料的组分的涡流管进行作用。较重的组分被推向壁422，而较轻的组分被推向孔421的内部。另外地或可选地，突起492可促进湍流以加强混合、产生涡旋脱落等。在一些实施方式中，至少一个突起492的高度H（图9）与孔421的直径D（图8）之间的比率处于约0.1至约0.2的范围内。作为示例，对于约0.2的比率而言，直径D可以为约10cm，高度H可以为约2cm。如图9所示，高度H可以是沿突起492的纵轴线493所测量的从表面418至突起492的端部497的距离。这种实施方式很适合于生成湍流和涡流中至少之一。
再次参照图6和图7，每个构件402通过两个连接件440连接至主体416。构件402与转子轴400的转动轴线501大体上纵向对准，并可至少部分地覆盖至少一些开口462。4组构件402绕主体416彼此周向分隔开。每组包括沿主体416的长度间隔开的3个构件402。
如图9所示，构件402具有引导部分450、外表面456和内表面460，内表面460相对于外表面456倾斜。当引导部分450的引导边缘452穿过可流动材料时，如箭头463所指示的，可流动材料可沿内表面460并朝向相邻的开口426流动且流过该开口426（以虚线示出）。构件402可全部地或部分地由金属、聚合物、陶瓷、合成物或其他类似材料中的一种或多种制成。示例性且非限制性的金属包括铝、钢、钛及高强度合金。例如，引导边缘452可由硬化或高耐磨材料如碳化物构成。这种实施方式可承受与内管380的重复接触从而具有较长的使用寿命。
图10和图11示出凝胶冰生成设备140。一般地，流体被输送至凝胶冰形成室470中。该流体沿转动的转子轴400与静止的内管380之间的间隙524穿行并经过开口426。孔421中的流体可由突起492处理。（为了避免使部件模糊，仅标记出一些突起492。）当可流动材料沿凝胶冰形成室470并朝向分配机构304行进时，冰部分组分的量（重量或体积）逐渐增加。至少在靠近下游开口560处，可流动材料可以是凝胶冰。凝胶冰可流出开口560以到达轮410（图5）。当分配轮410转动时，其隔室得以依次与出口262流体连通。凝胶冰流过出口262并沿管道180到达图1中的槽120，或到达其他合适的凝胶冰存储装置。下面将详细讨论凝胶冰制造过程。
参照图10，流体通过开口510被引入凝胶冰形成室470。开口510由内管380的内表面382以及主体416的外表面420限定。如果主体416和内管380是同轴的，则开口510可大体上呈环形。如果需要或期望，也可使用其他形状的开口510。例如，开口510可呈椭圆形、多边形等。
如箭头所指示的那样，流体通过凝胶冰形成室470行进。流体朝向间隙524中的转动构件402流动并经过转动构件402。流体还流过开口426和孔421。以这种方式，可流动材料填充至凝胶冰形成室470中并在其中循环。
内管380被冷冻并吸收热量以冷却可流动材料。与内表面382接触或靠近的流体可变成冰部分。这是由于流体达到了足够低的温度以引起结晶。构件402可促进冰部分的形成、将冰部分从表面382移除、使冰部分或大的冰晶分裂、促进冰部分的晶核形成、或以其他方式处理可流动材料。在某些实施方式中，构件402与表面382物理地接触以形成冰部分。冰部分离开表面382并通过凝胶冰形成室470循环。在某些实施方式中，构件402沿表面382的一部分滑动以帮助形成和/或移除冰部分组分。构件402可与表面382分隔开以混合可流动材料。因此，构件402可与内表面382分隔开、或可与内表面382接触、或可靠近内表面382，由此提供处理灵活性。
为了冷却内管380，冷却剂（例如冷的液汽混合物）经过进入歧管370。如图11所示，液汽混合物流过隙孔532并进入冷却剂室570。冷却剂室570可用作蒸发室并可位于内管380的外表面386与外管362的内表面388之间。低温液汽混合物沿外表面386流动并吸收热量，由此冷却内管380包括内表面382。
冷却剂进行循环以使内管380保持在相对降低的温度。控制器170（图1）可与冷却系统160连通以确保内表面382保持在期望的温度或期望的温度范围内。在一些实施方式中，内表面382可保持在足够低的温度以快速形成冰部分。例如，内表面382可保持在约-20°C至约-10°C的温度。如果起动流体为盐水，则内表面382的温度可保持在约-15°C。可基于给送至凝胶冰形成室470的起动流体的温度、流量或特性（例如流体中盐或糖的浓度）以及凝胶冰的期望特性、期望的凝胶冰生成设备产出等来选择内表面382的温度。
当低温液汽混合物吸收热量时，其开始蒸发。为了去除蒸发的冷却剂（例如受热的蒸汽），冷却剂通过冷却剂排出歧管372的开口540排出。冷却剂通过冷却剂排出歧管372行进至管道200。
参照图10和图11，混合设备322的转速可升高或降低以调整凝胶冰的性质。在一些过程中，示出的混合设备322以等于或大于约每分钟300转（RPM）的转速逆时针转动（参见图11）。这种实施方式很适于生产相对较厚的凝胶冰。在一些实施方式中，混合设备322以约300RPM至约5000RPM范围内的转速转动。为了生产直径等于或小于约2.5微米的冰部分，混合设备322可以约300RPM的转速转动。转速可增加至5000RPM以显著减小冰部分的尺寸。例如，即使是在高的给送流量之下，混合设备322也可以相对较高的转速（例如3000RPM）转动以形成薄凝胶冰。如果经过形成室470的可流动材料的体积流量增加或减少，则混合设备322的转速也可升高或降低以维持凝胶冰的一致性。
在某些实施方式中，凝胶冰形成室470具有约3m的长度以及约30cm的直径。这种实施方式提供约8kW至约10kW的冷却。流体的体积流量可为每小时约250升以形成厚凝胶冰、或每小时350升以形成薄凝胶冰、或每小时600升以形成薄的、透明的凝胶冰。在其他实施方式中，凝胶冰形成室470具有约45cm的长度以及约20cm的直径以提供约4kW至约10kW的冷却。
图12至图14示出处理过程中构件402的不同位置。构件402被允许沿轴494滑动并被限制在内管380与主体416之间。构件402可通过离心力、由于可流动材料与构件402之间的相互作用产生的力等而展开。
图12示出位于间隙524的顶部（即位于凝胶冰形成室470的顶部）的构件402。引导边缘452与内表面382相距间隔距离D。在一些实施方式中，间隔距离D等于或小于约10mm、5mm或2.5m。示出的构件402抵靠主体416的外表面420，并且间隔距离为约5mm。
如图13所示，当轴494以大体上水平的方向延伸时，引导边缘452可与壁表面382间隔开。当构件402靠近间隙524的底部时（如图14所示），构件402沿轴494滑动，并且引导边缘452得以与表面382接触。当构件402沿内管380的底部滑动时，重力可帮助保持边缘452与表面382接触。当构件402移动至间隙470的顶部时，构件402可径向向内移动。以这种方式，构件402可与轴494滑动接触，并且可相对于内表面382自由移动，特别是以低转速移动以提供偏心运动。
在高转速下，例如由于离心力，构件402可保持靠近表面382或与表面382接触。例如，当混合设备322转动时，引导边缘452可沿内表面382滑动。这确保构件402沿表面382平顺地滑动，以最小化、限制或基本消除可能明显损坏表面382或构件402或这两者的冲击力。
尽管未示出，但可使用偏置部件、致动装置、定位装置等以有效将构件402定位从而提供处理灵活性。
再次参照图10，传感器542能够对操作过程中存在的各种不同的操作特征和参数进行感应。传感器542可以是测量流速、体积流量等的流量传感器。传感器542可向控制器170发送指示的流的一个或多个信号。控制器170可至少部分地基于该信号来控制处理。流量传感器542可沿内表面382定位（如图10所示）在开口510、560之一内或用于检测流的任何其他合适的位置。
在其他实施方式中，传感器542结合在内管380的壁419中，以测量凝胶冰形成室470中的可流动材料或冷却剂室570中冷却剂或这两者的温度。传感器542可向控制器170发送指示所测量温度的一个或多个信号，控制器170进而可至少部分地基于该信号来控制冷却系统160的操作。任意数量的温度传感器可定位在整个凝胶冰形成室470中的多个位置以评估适于监控处理的不同温度。
控制器170还可基于来自装置的反馈来监控处理。在一些实施方式中，控制器170例如基于由驱动装置240施加的扭矩来确定凝胶冰形成室470中的材料特性。如果在凝胶冰形成室470中形成相对较厚的凝胶冰，则驱动装置240可施加相对较高的扭矩以维持混合设备322的高转速。如果凝胶冰形成室470中的凝胶冰是薄凝胶冰，则由电机240施加的扭矩可相对较低。
图1的凝胶冰制造系统130及其部件可结合在范围广泛的不同类型的处理系统中。如果在船（例如捕鱼船）上使用凝胶冰生成设备140，则凝胶冰生成设备140可对海水进行处理以生产用于急冻海鲜如鱼或从海中收获的其他生物的凝胶冰。这种凝胶冰生成设备140可被携带并运送至船的不同位置。在肉类加工厂中，凝胶冰生成设备140可结合在现有的可用管道系统中以输送用于处理来自屠宰动物的肉的凝胶冰，并可与可用的制冷系统和流体供应一同使用。
图20是一对分子凝胶冰制造系统的立体图。凝胶冰制造系统130a包括外保护壳体600。保护壳体600包括面板和可联接至面板的框架。图中示出凝胶冰制造系统130b的保护壳体的面板已移除。
凝胶冰制造系统130a、130b（统称为130）可方便地堆叠以便运输或减少安装系统的占地。凝胶冰制造系统130的数量可增加或减少以增加或减少所生成的凝胶冰量。有利地，凝胶冰制造系统130为便携式的以允许在范围广泛的位置进行安装。
凝胶冰制造系统130b类似于图1的凝胶冰制造系统130，并包括储存装置602和干燥装置604。储存装置602可储存从凝胶冰生成设备140输出的任何液体以确保气体被输送至呈压缩机形式的加压装置190。干燥装置604可包含用于将水从工作流体移除的干燥剂。干燥装置604可定位在凝胶冰生成设备140的下游及加压装置190的上游。油分离器610可将油从凝胶冰生成设备140输出的工作流体（例如制冷剂）中分离。
冷凝器输入管道640输送用于冷凝器192的工作流体（例如急冻水）。来自冷凝器192的流体经过冷凝器输出管道642流出。输入管道650将来自流体源的流体输送至管道152。输出管道652接收来自管道180的凝胶冰。
控制系统670包括控制器672、继电器单元674、紧急停止单元676和流量控制单元678。控制器672包括一个或多个处理器、计算装置、存储器（例如易失性存储器、非易失性存储器、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM））、存储装置、显示器679以及输入装置680。输入装置680可包括但不限于一个或多个按钮、键盘、输入垫、按钮、控制模块或其他合适的输入装置。示出的输入装置680为用于对控制器672进行编程的输入垫的形式，例如触摸垫。继电器单元674可包括继电器、熔断器、断路器和其他电气元件。紧急停止单元676具有可被按压以停止凝胶冰制造系统130b的操作的按钮。流量控制单元678可包括一个或多个阀、控制模块以及适于控制凝胶冰输出的其他部件。
图16示出不同类型的凝胶冰。左侧管正在输出具有35%冰部分组分的厚凝胶冰件。中间管正在输出具有25%冰部分组分的中厚凝胶冰。右侧管正在输出具有15%冰部分组分的薄凝胶冰件。
图17是两条新鲜鳕鱼在不同的冰上保存14天后的图像。上部的鳕鱼保存在通常的碎片冰中，而下部的鳕鱼保存在本发明的凝胶冰中。保存在通常的碎片冰上的鳕鱼显示出降级的迹象（例如，可见离散点的数量减少），而保存在凝胶冰中的鳕鱼则没有出现这种现象。
图18示出存储在通常碎片冰中的新鲜鳕鱼与存储在凝胶冰中的新鲜鳕鱼的船载存储和零售保质期的估计值的比较图。存储在凝胶冰中的鳕鱼可增加船载存储时间并且还可增加零售保质期。
图19示出存储在通常碎片冰中的新鲜鳕鱼与存储在本发明的凝胶冰中新鲜鳕鱼的从捕获至零售的过程中产量的估计值的比较图。如图所示，存储在凝胶冰中的新鲜鱼可使产量增加。
图20是本发明的凝胶冰的扫描透射电子显微镜图像。凝胶冰的冰部分组分所具有的平均直径为0.5至0.8微米。凝胶冰的冰部分组分具有大体上均匀的结晶特性。结晶特性可包括但不限于一般的形状和尺寸。冰部分组分可以显著低于使用通常制冰技术制造的片冰或块冰的膨胀速率的速率膨胀。虽然不希望被理论所束缚，但申请人认为凝胶冰的结晶特性至少部分地有助于凝固水平降低剂在凝胶冰中维持其化学性质。
以下所提供的实施例仅作为说明而非限制。
实施例
实施例1
海上或陆地鱼类养殖中新鲜鱼处理的温度和质量控制规程
制造本发明的凝胶冰以实现僵硬前的改进的存储温度并在整个过程中将鱼温维持在+1°C之下。这与以下的目标是一致的：改善产量和保质期；减少/防止存储及加工过程中的质量损失；以及最小化/防止细菌降级和氧化损伤。
本发明的凝胶冰制造系统仅通过使用新鲜的海水或2.5-3%盐度的淡水与海盐的混合物同时生产多种凝胶冰。
例如，该系统可同时在4个独立的制冰机中生产4中不同的凝胶冰，其中每个制冰机具有独立的冰输出口。冰机操作者将冰输出口#1设定为生产15%“冰”（凝胶冰中含有15%w/v的冰部分组分），将冰输出口#2设定为生产25%冰，将冰输出口#3设定为生产35%冰以及将冰输出口#4设定为生产45%冰。
a.15%冰用于接鱼区以防止在放血和去内脏之前热量积聚。
b.25%冰用于在放血和去内脏之后快速且立刻急冻20-30分钟。
c.35%冰用于在尺寸分级之后、且在将鱼引入鱼库之前维持鱼中的低温。
d.45%冰用于鱼库以实现在隔离的鱼箱或制冷鱼库中新鲜鱼开始僵硬之前的长期存储的理想的存储温度。
e.厚冰（40-45%）还可存储在缓存罐（1至7.5吨）中，允许在需要时大量的厚冰可被更有效的分配至鱼库。
实施例2
陆地的鱼类养殖加工规程
使用具有4个独立的冰输出口（如上所述）的本发明的凝胶冰制造系统。
a.一旦从船输送来用于加工的新鲜鱼，在进一步分级、去头、切片等之前，所有的鱼都从鱼箱中加载至工厂中的15%“冰”（凝胶冰中含有15%w/v的冰部分组分）。
b.15-20%冰用于在去头、切片、剥皮和分块之后立刻急冻产品。在该过程中的任何时刻，温度不应超过+1°C。
c.上市的鱼产品：
15%冰浴用于在包装之前将产品的核心温度降低至-5°C。
40%冰（来自罐的厚冰）用于新鲜的产品以在运输至市场的
过程中维持低温并提供理想的存储温度下的保质期。
d.冷冻产品
与a和b中相同。15%冰浴用于在冷冻（IQF或平板冻结装置）之前将产品的核心温度降低至-1°C，这使得质量损失显著减少/产量提高。这还实质性地增加冰箱的能力，因为在将鱼产品装载至冰箱之前已实现了-1°C的核心温度。产品低温会减少IQF中的产品的“蒸汽效应，而该“蒸汽效应果”导致IQF单元的解冻时间显著减少。
实施例3
牛和猪屠体的处理
制备了根据本公开的凝胶冰。凝胶冰包含2.5%盐和氯酸钠溶液作为抗氧化剂。
获得了两只重量相等且具有一般的感官品质的仔猪。每只仔猪显示早期脂质过氧化和瘀伤的迹象。将第一只仔猪浸入凝胶冰中2.5个小时，而将第二只仔猪悬挂在空气冷却器中以模拟当前的实践。在浸入之后，第一只仔猪被悬挂在控制仔猪旁3天22个小时。
在保持期之后，用凝胶冰处理过的仔猪返回至接近屠宰品质，而控制仔猪已出现了显著恶化并显示出严重的感官恶化迹象。实际上，在测试期间，控制仔猪损失了额外的其体重的9%，而在相同的时期内，用凝胶冰处理过的仔猪仅损失了其体重的0.12%并且看上去仿佛它刚刚被屠宰。与测试前相比，出现的擦伤和氧化迹象是微不足道的，表明凝胶冰能够扭转并修复脂质过氧化和粗略的伤害。用凝胶冰处理过的仔猪即使在存储11天之后还处于良好状态。
在相关的实施例中，将具有约98华氏度的温度、且在屠宰约45分钟之后示出脂肪氧化的迹象的前胸的牛肉浸入凝胶冰溶液中。凝胶冰溶液包含少于约5ppm的亚氯酸钠。在凝胶冰中浸泡6.5个小时之后，所有脂肪氧化以及变黄的迹象均消失了。
上述多个实施方式可进行组合以提供其他实施方式。本说明书中涉及的和/或在申请书资料表中列出的所有美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利文献的全部内容均通过引用并入本文。如果有必要采用各个专利、申请和文献的概念来提供另外的实施方式，则可对实施方式的各方面进行修改。
可对与上文详细描述相关的实施方式进行这样的以及其他修改。一般而言，在随后的权利要求中，所使用的用语不应被解释为将权利要求限于说明书和权利要求中公开的具体实施方式，而应解释为包括伴随这样的权利要求的等价物的全部范围的所有可能的实施方式。因此，权利要求不由本公开限制。

Claims (34)

1.隔离的凝胶冰，用于陆地上使用或离开陆地使用，所述凝胶冰包括冰部分组分以及至少一种凝固水平降低组分，其中，凝固水平降低组分介于冰部分组分之间；
其中，所述冰部分组分由水构成并具有范围为0.1至2.5微米的直径；
其中，所述凝固水平降低组分具有范围为0.1%至26%的浓度（当凝固水平降低组分为固体时，表示为%w/v；当凝固水平降低组分为液体时，表示为%v/v）；以及
其中，所述凝胶冰包含范围为1%至60%（%w/v）的冰部分组分。
2.根据权利要求1所述的隔离的凝胶冰，其中，所述凝胶冰包括如权利要求1所限定的冰部分组分，并且所述至少一种凝固水平降低剂包括盐水组分。
3.根据权利要求2所述的隔离的凝胶冰，其中，所述凝胶冰由冰部分组分和盐水组分构成。
4.根据权利要求2所述的隔离的凝胶冰，其中，所述盐水组分具有范围为0.1%至26%的盐度（%w/v）。
5.根据权利要求1所述的隔离的凝胶冰，其中，所述至少一种凝固水平降低组分为糖。
6.根据权利要求5所述的隔离的凝胶冰，其中，所述至少一种凝固水平降低组分为天然糖。
7.根据权利要求6所述的隔离的凝胶冰，其中，所述天然糖在水果、蔬菜、奶制品或花卉产品中找到。
8.根据权利要求6所述的隔离的凝胶冰，其中，所述天然糖为葡萄糖。
9.根据权利要求1所述的隔离的凝胶冰，其中，所述凝胶冰包括如权利要求1所限定的冰部分组分，并且所述至少一种凝固水平降低剂为醇类组分。
10.根据权利要求9所述的隔离的凝胶冰，其中，所述凝胶冰由冰部分组分和醇类组分构成。
11.根据权利要求1所述的隔离的凝胶冰，其中，所述至少一种凝固水平降低组分为抗菌物质。
12.根据权利要求11所述的隔离的凝胶冰，其中，所述抗菌物质包括二氧化氯。
13.根据权利要求11所述的隔离的凝胶冰，其中，所述抗菌物质包括二氧化氯和氢氧化钠。
14.根据权利要求1所述的隔离的凝胶冰，其中，所述至少一种凝固水平降低剂为GRAS物质。
15.对物质冷进行却的方法，其包括：将根据权利要求1-14任一项所述的凝胶冰与所述物质进行接触，由此对所述物质进行冷却。
16.凝胶冰生成设备，包括：
内管，具有内表面，所述内表面限定凝胶冰形成室的至少一部分；
外管，环绕所述内管以限定所述外管与所述内管之间的冷却剂室；以及
混合设备，用于混合所述凝胶冰形成室中的可流动材料，所述混合设备包括：
中空转子轴，位于所述凝胶冰形成室中并包括主体和多个开口，所述主体具有沿所述中空转子轴纵向延伸的孔，所述多个开口穿过所述主体延伸以使所述孔与存在于所述主体与所述内管的内表面之间的间隙流体连通；以及
多个可展开构件，由所述中空转子轴承载，并且所述多个可展开构件位于所述间隙中且能够相对于所述内管移动。
17.根据权利要求16所述的凝胶冰生成设备，其中，每个构件都具有引导部分，所述引导部分被配置成当所述中空转子轴转动时使所述间隙中的可流动材料流过至少一个开口并进入所述孔中。
18.根据权利要求16所述的凝胶冰生成设备，其中，构件能够远离以及朝向所述内管的内表面进行自由地移动，以促进形成具有小于约2.5微米的直径的冰部分。
19.根据权利要求16所述的凝胶冰生成设备，还包括：
连接件，从所述中空转子轴的主体延伸并穿过一个构件中的孔洞。
20.根据权利要求19所述的凝胶冰生成设备，其中，所述一个构件与所述连接件的轴滑动地接触。
21.根据权利要求16所述的凝胶冰生成设备，还包括：
多个突起，从所述主体延伸至所述孔中。
22.根据权利要求21所述的凝胶冰生成设备，其中，所述多个突起被布置且被确定尺寸以生成所述孔内的湍流和所述孔内的涡流中的至少之一。
23.根据权利要求21所述的凝胶冰生成设备，其中，至少一个突起的高度与所述孔的直径的比率处于约0.1至约0.2的范围内。
24.根据权利要求16所述的凝胶冰生成设备，其中，所述多个开口限定开口的组，所述开口的组彼此周向分隔开，至少一个开口的组包括相对于所述主体的纵向轴线彼此分隔开的开口。
25.凝胶冰制造系统，包括：
流体源；
凝胶冰生成设备，联接至所述流体源，所述凝胶冰生成设备接收来自所述流体源的流体并且包括：
驱动电机；
容器，具有凝胶冰形成室，来自所述流体源的流体流过所述凝胶冰形成室；
冷却套管，环绕所述容器，冷却剂能够流过所述冷却套管以冷却所述凝胶冰形成室中的内容物；以及
混合设备，联接至所述驱动电机，所述混合设备包括：
转子轴，位于所述凝胶冰形成室中；以及
多个构件，由所述转子轴承载并能够响应于所述转子轴的转动而朝向所述容器的内表面移动；以及
控制器，通信地联接至所述凝胶冰生成设备的驱动电机，并且所述控制器被配置成当流体流过所述凝胶冰形成室时命令所述驱动电机使所述转子轴以等于或大于约每分钟1500转的转速转动。
26.根据权利要求25所述的凝胶冰制造系统，还包括：
冷却系统，与所述控制器通信并被配置成响应于来自所述控制器的信号而将冷却剂输送至所述冷却套管以将所述容器的与所述流体接触的至少一部分保持在约-20°C至约0°C范围的温度。
27.根据权利要求25所述的凝胶冰制造系统，还包括：
冷却系统，与所述控制器通信并被配置成响应于来自所述控制器的信号而将冷却剂输送至所述凝胶冰生成设备以将所述容器的内表面保持在约-20°C至约-10°C范围的温度。
28.制造凝胶冰的方法，包括：
输送可流动材料至凝胶冰形成室；
使混合设备转动，以混合所述凝胶冰形成室中的所述可流动材料并且使所述可流动材料经过所述混合设备的转子轴的侧壁中的开口并进入所述转子轴的孔中；
通过由所述转子轴承载的突起来混合所述孔内的所述可流动材料，所述突起位于所述孔中；以及
将凝胶冰输送出所述凝胶冰形成室，所述凝胶冰包括经过所述孔至少一部分的可流动材料和沿所述转子轴的外表面流动的可流动材料的混合物。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括：
当所述混合设备混合所述可流动材料时，将限定所述凝胶冰形成室至少一部分的表面的温度维持在等于或小于约-10°C的温度。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，输送所述可流动材料包括输送盐水或糖水至所述凝胶冰形成室。
31.根据权利要求28所述的方法，其中，使所述混合设备转动包括使所述转子轴以等于或大于约每分钟1500转的转速转动，所述转子轴径向承载可展开混合构件。
32.根据权利要求28所述的方法，其中，使所述混合设备转动包括使所述转子轴以等于或大于约每分钟2500转的转速转动。
33.根据权利要求28所述的方法，还包括：
使所述可流动材料中的至少一些沿所述混合设备与容器之间的所述凝胶冰形成室的一部分流动以沿所述容器的内表面形成凝胶冰，所述容器包括所述凝胶冰形成室；以及
使具有冰部分的所述可流动材料中的至少一些沿所述转子轴的孔流动。
34.根据权利要求33所述的方法，还包括：
通过突起搅拌所述孔中的所述可流动材料的至少一部分。
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