CN104799394B - 一种食品的快速冷冻工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于食品速冻工艺技术领域，特别涉及一种食品的快速冷冻工艺。所述工艺为将食品浸入液氮中进行接触式冷冻。本发明食品的快速冷冻工艺冻结实现方式简单，提高了食品冻结效率、降低食品冻结过程中能源消耗、提升了冻结食品品质。工艺对应的设备一次性投资低、建造时间短，占地面积小。

Description

一种食品的快速冷冻工艺
技术领域
本发明属于食品速冻工艺技术领域，特别涉及一种食品的快速冷冻工艺。
背景技术
目前工业速冻食品的生产过程中，大多使用速冻隧道对食品进行冻结。先采用制冷剂对空气降温，再由冷空气直接接触食品，与食品换热，因空气的导热性差，表面传热系数小，使得冻结速度慢，这是一种效率较低的冻结过程。冻结设备大多使用钢带连续式或双螺旋隧道冻结装置，此类设备投资多、占地大、效率低、冻结时间长、能耗高、干耗大，且大多适合于厚度小、粒径较小的食品(≤2cm)。
目前，随着食品技术的发展和人们生活水平的提高，产品品种类别逐渐增多，现有冻结装置已不能满足于速冻食品的需要。
发明内容
本发明的目的是解决现有工业化生产存在的不足，提供一种适用于多品种食品的快速冷冻工艺。本发明能够对食品进行快速冻结，降低食品组织内部最大冰晶带的生成时间，减轻食品组织结构受到的破坏，使得食品的品质、风味、营养得以更好的保留。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种食品的快速冷冻工艺，将食品浸入液氮中进行接触式冷冻。
优选的，所述在液氮中进行冷冻的时间为2-60s。
本发明提供了一种利用液氮对食品浸入式接触从而对食品进行快速冷冻的工艺，尤其能减少食品达到冷冻储藏条件前的冻结时间，提高冻结效率。
当使用液氮进行食品速冻时，食品沉浸在盛装有液氮的容器中，食品表面大量放热的同时在液氮内部产生气泡，可有效防止速冻过程中的食品粘黏。
优选的，所述食品浸入液氮之前或之后采用干冰进行冷冻。
本发明还引入了干冰与液氮结合进行冷冻，采用食品在常压下直接接触液氮、干冰进行速冻的工作方式。冷冻过程中，只需控制食品速冻时间，不用控制其它参数，简单易操作。
从空气中分离出的液态氮温度为-196℃，固态的二氧化碳即干冰温度为-78.5℃，升华后气体温度较目前工业上使用的-40℃冷风有很大优势，以上两种低温冷媒介质的传热速度非常快，使得处理食品的数量大幅度提高。采用本发明工艺的生产量比同样规模的机械式流态化冷冻装置能高出3～5倍。
即使采用结合冷冻的方式，也能将现有采用双螺旋冻结设备冻结食品的30分钟以上用时减少到3～10分钟。
若在食品浸入液氮之前采用干冰进行预冷冻，预冷冻时间优选为1-4min。
若在食品浸入液氮之后采用干冰进行冷冻，在液氮中进行冷冻的时间为2-30s。
食品预冷冻的好处是可在食品表面形成冰膜，使食品定型，并使食品内部已冻区域增大，定型后的食品增加了食品表面硬度，降低了食品破碎率，同时减少了液氮的损耗。
优选的，冷冻时先将食品预冷冻至零下10℃，然后再冷冻至零下18℃。
本发明引入分段式冷冻的工艺。食品冻制过程中，因为水转变成冰时，体积约膨胀9％～10％，这会在食品中产生相当大的应力。同时速冻后的食品韧性降低，而这些应力会导致食品破碎，尤其在高冷却速率情形下更易发生食品碎裂。采用分段式过渡处理方式，则有效避免因为食品自身温度高含水量大且与冷媒介质温差大的情况下，食品在速冻后发生的自身碎裂现象。
其中，采用干冰进行冷冻时，优选将食品以容器放置在干冰表层，用0-6m/s风速使空气经干冰降温后对食品进行冷冻。
本发明特别适用于调理食品。
优选的，所述冷冻过程中回收挥发以及食品携带出来的液氮和/或二氧化碳并用于速冻成品的包装。
本发明通过回收氮气、二氧化碳气体后直接按比例混合加入空气和速冻成品直接封装包装，达到延长速冻食品货架期的目的。
本发明除提高食品冷冻速度和生产效率以外，更重要的是使食品的品质保持在最佳的状态。
本发明中冻结食品核心达到-18℃耗时至少控制在3～15分钟内，如全部采用液氮冷冻则时间更短，食品在冻结过程中通过最大冰晶生成带时所生成冰晶大小(以1.5min时的数据为例)在10×20μm～20×20μm(直径×长度)间，而在目前工业化生产速冻食品耗时在30分钟，被冻结食品组织内冰晶大小(以现有30min时的数据为例)在50×100μm～100×100μm(直径×长度)。而冰晶粒径越小，对食品组织结构的破坏也就越小。可见，本发明工艺对食品组织结构的破坏大大降低。
此外，食品组织在慢速冻结情况下，冰晶会在细胞外生成，食品组织外生成的冰晶大小(以传统冷冻方式冷冻90min时的数据为例)在50×200μm～200×20μm(直径×长度)间。冰晶在细胞外形成，即细胞处于富含冰的基质中。由于细胞外冰晶增多，细胞外溶液浓度升高，细胞内外的渗透压差增大，细胞内的水分不断穿过细胞膜向外渗透，以致细胞收缩，过分脱水；如果水的渗透率过高，细胞壁可能被撕裂和折损，从而在解冻过程中发生渗水现象。而本发明食品冻结过程中通过最大冰晶生成带的时间非常快，因此对食品的组织结构破坏也就很少，食品的品质、风味、营养自然得以更好地保存。
最后，由于水是食品生物化学变质的促进剂，故干燥食品比湿的食品要稳定得多，因为任何存在于干燥食品的水具有低水分活度(aw)。食品速冻是以形成冰晶的方式从食品基质中除去水分，虽然冰晶仍留在食品中，但与食品基质接触的余下的水会随溶质一起浓缩，从而使食品水分活度(aw)降低。食品在冻结后(以现有-30℃、-40℃和-50℃时的数据为例)的水分活度(aw)分别为0.746、0.679、0.616，食品冻结温度越低，其水分活度也逐渐降低。而大多数微生物在水分活度低于0.7时便停止了活度。本发明速冻后的食品货架期相对现有工业化速冻食品货架期延长。
综上，在速冻食品过程中消耗时间越少，通过最大冰晶生成带时间越短，生成冰晶粒径越小，冻结温度越低，对食品组织结构的保存也就越完好，对组织破坏也就越小。本发明在速冻食品生产效率和食品品质保存效果方面的优势是目前双螺旋冻结方式无法比拟的。
冷冻食品是指以农产、畜禽、水产品等为主要原料，经前处理及配制加工后，采用速冻工艺，并在冻结状态下(产品中心温度在-18℃及以下)进行储存、运输和销售的包装食品。调理食品属于冷冻食品的范畴，冷冻食品现有五个大类：调理食品、畜肉产品、家禽产品、水产品、果蔬产品。
其中调理食品可根据不同的分类标准有不同的分类方式。
根据最终产品分类，调理食品可分为：
①面米制品：适用于各种花色的炒饭、烩饭、炒面、烩面、配餐、粥类、米粉、匹萨饼等产品；
②裹面制品：适用于冷冻裹面鱼虾、肉类、禽块、可乐饼、果蔬等产品；
③乳化肉制品：适用于冷冻畜禽肉制成的丸类、饼类、肠类等产品；
④鱼糜制品：适用于冷冻鱼、虾、蟹等丸类、糕类、肠类等产品；
⑤菜肴制品：适用于冷冻各式生制、熟制菜肴产品；
⑥烧烤(烟熏)制品：适用于冷冻烤鳗、烤(熏)肉、烤(熏)禽、肉肠、素肠、烤蛋等产品；
⑦火锅汤料制品：适用于各种海鲜、麻辣、酸辣口味等火锅汤料(锅底)产品；
⑧汤羹制品：适于冷冻畜禽汤、海鲜汤、蔬菜汤、杂烩汤、奶汤等中西式汤肴产品。
根据原料分类，调理食品可以分为：
①菜蔬类调理食品：如脱水蔬菜、五味杏仁、春笋等；
②肉类调理食品：如调味肉串、调味肉丸、酱排骨、方块火腿、鸡块等；
③水产类调理食品：如调味鱼浆、调味鱼排、烤鱼片、烤鳗等；
④混合类调理食品：如水饺、汤圆、汉堡、火锅料等。
速冻后的调理预制食品，消费者在购买后，通过微波炉或者其他方式加热后即可食用，减少消费者因烹制食品消耗的时间，符合现代生活的快节奏需求。
此外，本发明可根据调理食品种类、经济价值、市场需求量等不同要求，选择不同的工作段。
生产时，食品可先过喷淋装置，然后经过盛装液氮的冷媒大容器进行预冻，再通过盛装有干冰的冷媒小容器，此时冷媒小容器下方风机吹动的冷风经过干冰的降温后对调理食品继续进行速冻。或者食品经喷淋装置后，先通过盛装有干冰的冷媒小容器，此时冷媒小容器下方风机吹动的冷风经过干冰的降温后对调理食品进行速冻，再经过盛装液氮的冷媒大容器进行冷冻。喷淋装置可用于喷淋添加剂的溶液等。
如果遇到下述不适合直接使用液氮进行速冻食品时，如直接使用液氮速冻时食品干耗过大会造成食品品质下降或冻结厚度较大、规格较大食品的情况，或用于膏状、粘稠状、半固态、液体、汤羹等不易冻结的食品以及预制调理食品冷冻时，可先经过干冰降温后的冷风对食品表面进行冻结，在食品表面形成冰膜，使产品达到定型效果，并在食品内部形成有一定冻结区域，之后再经过液氮冷冻，可有效降低食品的干耗或食品汤汁游离对液氮的污染。
若食品经济附加值很高时，食品只需经过注入液氮的冷媒大容器，对食品进行接触式的快速冻结处理，使食品组织中所含水分以最少时间通过最大冰晶生成带，水分晶体化形成冰，以达到最大程度保存食品风味物质和营养成分，方式简单。
综上几种生产方式中，只需通过调整物料传送带移动速度，控制食品在各个冷冻段的沉浸或上方滞留时间便可完成食品的速冻过程，操作简便、速冻过程便于实现连续化和自动化。
当某一调理食品生产需要临时加大产量时，只需调整物料输送的速度，延长物料在液氮中的沉浸速冻时间和/或经干冰降温的空气冷冻的时间，即可完成食品的速冻。同时还可添加不同液态冷媒介质达到速冻的效果，如冰糊等。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明食品的快速冷冻工艺冻结实现方式简单，提高了食品冻结效率、降低食品冻结过程中能源消耗、提升了冻结食品品质。工艺对应的设备一次性投资低、建造时间短，占地面积小。
附图说明
图1为实施例1食品快速冷冻的装置的结构示意图；
图2为实施例2中食品快速冷冻的装置的结构示意图；
图3为实施例3中食品快速冷冻的装置的结构示意图。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
如图1所示，一种用于食品快速冷冻的装置，包括运输带1，所述装置还包括第一冷媒容器5和第二冷媒容器6，运输带1顺次穿过第一冷媒容器5和第二冷媒容器6，第一冷媒容器5内盛放有液氮，第二冷媒容器6内放有干冰，第二冷媒容器6底部设有冷风风机7，运输带1入口上方设有液体喷淋装置3，第一冷媒容器5和第二冷媒容器6上方设有气体回吸装置4。
工作时，运输带1上运送需要冷冻的食品2，未冷冻的食品2先接受液体喷淋装置3的喷淋，然后随着运输带1进入第一冷媒容器5，通过液氮进行快速预冷冻后，随着运输带1移出第一冷媒容器5，进入第二冷媒容器6，第二冷媒容器6中装有干冰，冷风风机7吹出的气体经过干冰降温后吹向食品进行冷冻，移出第二冷媒容器6后的食品，被工作人员收集进行后续处理；根据生产量的需要，调整运输带1的速度，保证食品在第一冷媒容器5内和第二冷媒容器6内进行冷冻的时间。
第一冷媒容器5中逸出的氮气、第二冷媒容器6逸出的二氧化碳气体和运输带1上食品2带出的氮气和二氧化碳气体被气体回吸装置4吸收，吸收的氮气与二氧化碳气体按比例混合后与速冻成品直接封装包装。
干冰选用直径1～2cm、长5cm圆柱形碎干冰。冷风风机的风速为0m/s。
采用上述设备对各种调理食品进行速冻，先将食品在液氮中浸入接触冷冻至-10℃，再通过盛装有干冰的第二冷媒容器冷冻至-18℃。
下表1为部分调制食品在液氮速冻过程中，食品表面经红外线温度计测试达到-10℃时的最佳时间(秒)。
表1
表1 种类 名称 规格/g 食品表面到达-10℃温度耗时(秒)
1 面米制品 披萨饼 100.49 8
2 裹面制品 鸡柳 11.9 3
3 菜肴制品 菜羮 133 无操作性
4 烧烤制品 烤鸡 347.79 20
5 汤羮制品 老母鸡汤 470 无操作性
6 乳化制品 煎肠 26.44 4
7 菜蔬类调理食品 杏鲍菇 27.1 30
8 水产类调理食品 调味角块 45.7 8
9 混合类调料食品 水饺 16.7 22
下表2为部分调制食品之后经过干冰冷冻，食品中心温度在针式温度计测试达到-18℃时的最佳时间(分)。
表2
表2 种类 名称 规格/g 食品中心到达-18℃温度耗时(分)
1 面米制品 披萨饼 100.49 12
2 裹面制品 鸡柳 11.9 7
3 菜肴制品 菜羮 133 6
4 烧烤制品 烤鸡 347.79 15
5 汤羮制品 老母鸡汤 470 7
6 乳化制品 煎肠 26.44 10
7 菜蔬类调理食品 杏鲍菇 27.1 5
8 水产类调理食品 调味角块 45.7 15
9 混合类调料食品 水饺 16.7 7
实施例2
如图2所示，一种食品快速冷冻的装置，包括运输带1，所述装置还包括第一冷媒容器5和第二冷媒容器6，运输带1顺次穿过第二冷媒容器6和第一冷媒容器5，第二冷媒容器6内装有干冰，第二冷媒容器6下方设有冷风风机7，第一冷媒容器5内盛放有液氮，运输带1入口上方设有液体喷淋装置3，第一冷媒容器5和第二冷媒容器6上方设有气体回吸装置4。
运输带1上运送需要冷冻的食品2，未冷冻的食品2先接受液体喷淋装置3的喷淋，然后随着运输带1进入第二冷媒容器6，冷风风机7吹出的气体经过干冰降温后，吹向食品进行快速预冷冻，预冷冻后食品随着运输带1移出第二冷媒容器6，进入第一冷媒容器5，接受液氮的速冻，移出第一冷媒容器5后的食品2，被工作人员收集进行后续处理；根据生产量的需要，调整运输带1的速度，保证食品在第二冷媒容器6内和第一冷媒容器5内进行冷冻的时间。第一冷媒容器5中逸出的氮气、第二冷媒容器6中逸出的二氧化碳和运输带1上食品2带出的氮气和二氧化碳被气体回吸装置4吸收，吸收的氮气参与液氮制作或者将吸收的氮气和二氧化碳按比例混合后与速冻成品直接封装包装。
干冰选用直径1～2cm、长5cm圆柱形碎干冰。
采用上述设备对各种调理食品进行速冻，先将食品通过盛装有干冰的第二冷媒容器冷冻至-10℃，再在液氮中浸入接触冷冻食品中心至-18℃。
下表3为部分调制食品在干冰速冻过程中，食品表面经红外线温度计测试达到-10℃时的最佳时间(分)。
表3
表3 种类 名称 规格/g 食品表面到达-10℃温度耗时(分)
1 面米制品 披萨饼 100.49 4
2 裹面制品 鸡柳 11.9 2
3 菜肴制品 菜羮 133 1.5
4 烧烤制品 烤鸡 347.79 4
5 汤羮制品 老母鸡汤 470 2
6 乳化制品 煎肠 26.44 3
7 菜蔬类调理食品 杏鲍菇 27.1 1.5
8 水产类调理食品 调味鱼块 45.7 4
9 混合类调料食品 水饺 16.7 2
表4为食品在干冰速冻过程中，食品表面温度先经红外温度计测试达到-10℃(时间参考表3)，此时食品表面已定型，具有一定耐机械碰撞强度，再将食品放置到液氮沉浸罐中，记录经针式温度计测试食品中心温度达到-18℃时的最佳时间(秒)。
表4
表4 种类 名称 规格/g 食品速冻耗时(秒)
1 面米制品 披萨饼 100.49 4
2 裹面制品 鸡柳 11.9 2
3 菜肴制品 菜羮 133 30
4 烧烤制品 烤鸡 347.79 10
5 汤羮制品 老母鸡汤 470 50
6 乳化制品 煎肠 26.44 2
7 菜蔬类调理食品 杏鲍菇 27.1 10
8 水产类调理食品 调味鱼块 45.7 4
9 混合类调料食品 水饺 16.7 10
实施例3
如图3所示，一种食品快速冷冻的装置，包括运输带1，所述装置还包括第一冷媒容器5，运输带1穿过第一冷媒容器5，第一冷媒容器5内盛放有液氮，运输带1入口上方设有液体喷淋装置3，第一冷媒容器5上方设有气体回吸装置4。
工作时，运输带1上运送需要冷冻的食品2，未冷冻的食品2先接受液体喷淋装置3的喷淋，然后随着运输带1进入第一冷媒容器5，通过液氮进行快速冷冻后，随着运输带1移出第一冷媒容器5，被工作人员收集进行后续处理；根据生产量的需要，调整运输带1的速度，保证食品在第一冷媒容器5内接触液氮冷却的时间。
第一冷媒容器5中逸出的氮气和运输带1上食品2带出的氮气被气体回吸装置4吸收，可与速冻成品直接封装包装。
采用上述设备对各种调理食品进行速冻。
表5为食品在液氮速冻过程中食品中心温度用针式温度计测试达到-18℃时的最佳时间(秒)。
表5
表5 种类 名称 规格/g 食品中心到达-18℃温度耗时(秒)
1 面米制品 披萨饼 100.49 16
2 裹面制品 鸡柳 11.9 8
3 菜肴制品 菜羮 133 无操作性
4 烧烤制品 烤鸡 347.79 48
5 汤羮制品 老母鸡汤 470 无操作性
6 乳化制品 煎肠 26.44 9
7 菜蔬类调理食品 杏鲍菇 27.1 60
8 水产类调理食品 调味鱼块 45.7 16
9 混合类调料食品 水饺 16.7 45

Claims (2)

1.一种食品的快速冷冻工艺，其特征在于，将食品浸入液氮中进行接触式冷冻；
在食品浸入液氮之前采用干冰预冷冻至零下10℃，然后再浸入液氮中冷冻至零下18℃；采用干冰进行冷冻时，将食品以容器放置在干冰表层，用0~6m/s风速使空气经干冰降温后对食品进行冷冻；
所述食品为面米制品。
2.如权利要求1所述的食品的快速冷冻工艺，其特征在于，所述冷冻过程中回收挥发以及食品携带出来的液氮和/ 或二氧化碳并用于速冻成品的包装。
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