CN105105287B - 一种液体食品的冷冻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体食品的冷冻方法，包括以下步骤：(1)测试待冷冻的液体食品的初始冷冻点；(2)用超微米气泡发生器将液体食品进行循环，当液体食品中的气泡率为82～90％时，停止循环；液体食品中气泡的粒径为300～800nm；(3)将饱含气泡的液体食品通入带有热交换器的超声波处理器中，热交换器温度由制冷系统维持在‑20～‑22℃，记录液体食品的温度；当温度下降到比初始冻结点低0～1℃时，启动低强度超声波；当温度再次降到比初始冻结点低0～1℃时，停止低强度超声波处理并启动高强度超声波，直至液体食品的温度降至‑18℃。本发明减小了液体食品的过冷度，提高了传热速度，从而缩短冷冻时间。
Description
技术领域
本发明涉及冷冻食品技术领域，特别涉及一种液体食品的冷冻方法。
背景技术
冷冻是加工食品的重要手段，为了获得理想的冷冻结果，许多辅助手段逐渐被人们熟知，其中，利用超声波辅助冷冻就是近年来发展较快的产业之一。
在自然界中，液体不会在达到初始冻结点时立刻结冰，通常会经历一个过冷的过程。一般来说，过冷度越大，整个冷冻时间越长，冷冻效率越低。
1982年，Mason等在文章中总结到：超声波对结晶有明显的辅助作用。空化作用是超声在液体媒质中传播时产生的一种效应，是指超声空化泡的形成、生长、振荡、崩溃一系列过程中所产生的物理、化学作用。超声强化成核的机理大多认为是基于超声的空化效应。超声空化产生的微射流和冲击波可以破碎已形成的晶体，并可以加速物质的扩散过程，使固体颗粒得以及时分散获得较小的晶体颗粒。在上述理论研究的背景下，超声波在很多领域都有广泛的应用前景。
在超声波辅助冷冻领域，对于液体及固体模型的研究屡见报道，2012年，Yu等人研究了超声波辅助冷冻普通去离子水和除气泡的去离子水。结果表明普通去离子水过冷度较小，除气泡的去离子水过冷度较大。可见，超声波辅助冷冻利用机械手段，通过超声产生空化作用促进成核的方法可以有效减小过冷度，从而提高冷冻效率。
基于上述研究成果，2013年，Fen Hu提出了预置气泡的概念，探究了气泡对超声波辅助结晶的影响，结果表明预置气泡可以提高超声波辅助冷冻的效率，既缩短启动超声波和开始成核之间的滞留时间。但该方法引入气泡的方式属于人工方法，其结果不可控且效果随操作人员的不同而变化，因此该方法不具备实际应用性。
中国专利ZL01123889.5公布了一种食品快速冷冻或冷却的装置。中国专利ZL02241523.8、ZL200510060873.2、ZL95107114.9公布了通过改善冷冻装置达到快速冷冻物品的目的。但是这些手段都是通过增大传热接触面等方法提高冷冻速率，并未从根本上改善物料本身的冷冻特性。
综上所述，传统和已有的液体食品的冷冻方法有以下缺陷：
(1)传统冷冻传热方式过冷度过大，冷冻的总时间长。而且传统冷冻多以强化热传导与热对流为理论依据，在这两种理论下加快传热、缩短冷冻时间的同时将导致能耗的升高。
(2)现有的超声波辅助冷冻对过冷度的调控具有一定局限性，对过冷度的减小程度有限。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种液体食品的冷冻方法，减小了液体食品过冷度并缩短了冷冻时间的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种液体食品的冷冻方法，包括以下步骤：
(1)测试待冷冻的液体食品的初始冷冻点；
(2)用超微米气泡发生器将液体食品进行循环，当液体食品中的气泡率为82～90％时，停止循环；液体食品中气泡的粒径为300～800nm；
(3)将步骤(2)得到的饱含气泡的液体食品通入带有冷凝循环系统的超声波处理器中，冷凝循环液的温度维持在-20～-22℃，用T型热电偶记录液体食品的温度；
当液体食品的温度下降到比初始冻结点低0～1℃时，启动强度为0.2～0.5W/cm2的低强度超声波；
当液体食品经过相变阶段，温度再次降到比初始冻结点低0～1℃时，停止低强度超声波处理并启动强度为0.6～0.9W/cm2的高强度超声波，直至液体食品的温度降至-18℃。
步骤(3)所述低强度超声波以工作1s～2s，停止8s～9s的周期循环进行。
步骤(3)所述高强度超声波以工作1s～2s，停止8s～9s的周期循环进行。
步骤(2)中用超微米气泡发生器将液体食品进行循环时，环境温度为20～25℃，循环时间为5～10min。
所述液体食品包括牛顿流体和非牛顿流体。
所述带有冷凝循环系统的超声波处理器，包括带有冷凝循环系统的超声波处理槽、T型热电偶、温度记录仪、超声波发生器、超声波发生器控制面板；所述T型热电偶与温度记录仪连接；所述超声波发生器设于超声波处理槽的底部，与所述超声波发生器控制面板连接；所述带有冷凝循环系统的超声波处理槽设有冷凝循环液入口和冷凝循环液出口。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的方法，在超声波辅助冷冻基础上，引入微气泡，有目的地调控气泡粒径范围及数量，使得微气泡与超声波产生协同作用，减小了液体食品的过冷度，提高了传热速度，从而缩短冷冻时间。
(2)本发明的方法，在液体食品的整个冷冻过程，分别用不同强度的超声波进行处理，首次加超声促进了液体成核，第二次加超声促进了热量交换，加快了温度下降的速率；相比单点超声更进一步加快了冷冻速率，提高冷冻品质。
(3)本发明的方法，很好地控制了液体食品在冷冻过程中的冻结点，相比未经过超声处理且未引入微气泡的样品，过冷度减少了70％，且重复性明显变强；比未引入微气泡的样品时间缩短了15％左右。
(4)本发明的方法，冷冻的总时间明显减少，相比未经过超声处理且未引入微气泡的样品，时间缩短了20％；比未引入微气泡的样品时间缩短了10％左右。
附图说明
图1为本发明的实施例1中的10％蔗糖溶液中气泡的分布情况。
图2为本发明的实施例1中带有冷凝循环系统的超声波处理器的结构示意图。
图3为本发明的实施例1中的10％蔗糖溶液的蔗糖溶液的起晶阶段示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
取待冷冻原料：蒸馏水90份，蔗糖10份，将其完全溶解得到蔗糖溶液，测试蔗糖溶液的初始冷冻点。
在20℃下用超微米气泡发生器将溶液循环5min，循环完毕后，用涡街流量计检测样品含气率是否在82～90％之间，气泡的粒径为300～800nm；若尚未达到范围，再循环1～2min，直至含气率达到范围。图1为经过微米气泡发生器循环过后，含气率为85％的蔗糖溶液中气泡的分布情况。然后，将饱含气泡的样品通入带有冷凝循环系统的超声波处理器。冷凝循环液的温度由制冷系统维持在-20℃，将T型热电偶放在超声波处理器内。当T型热电偶检测到平均温度为-1℃时，启动0.3W/cm2超声波，以工作1s，暂停9s的周期循环进行。当平均温度再次降到-1℃时，停止0.3W/cm2超声波并启动0.6W/cm2超声波，以工作1s，暂停9s的周期循环进行，直至平均温度降至-18℃。比较未引入微气泡的样品，蔗糖溶液过冷度减小了20％(图3)，样品由4℃降至-18℃的总时间缩短了10％。
如图2所示，本实施例的带有冷凝循环系统的超声波处理器，包括带有冷凝循环系统的超声波处理槽2、T型热电偶3、温度记录仪4、超声波发生器6、和超声波发生器控制面板7，所述T型热电偶3与温度记录仪4连接；所述超声波发生器设于超声波处理槽2的底部，与所述超声波发生器控制面板连接；所述带有冷凝循环系统的超声波处理槽设有冷凝循环液入口1和冷凝循环液出口5。
实施例2
取待冷冻原料：蒸馏水60份，蔗糖35份，麦芽糊精5份。将其完全溶解得到溶液，测试溶液的初始冷冻点。
在室温下用超微米气泡发生器将溶液循环5min，循环完毕后，用涡街流量计检测样品含气率是否在82～90％之间，气泡的粒径为300～800nm；若尚未达到范围，再循环1～2min，直至含气率达到范围。将饱含气泡的样品通入带有冷凝循环系统的超声波处理器中。冷凝循环液的由制冷系统维持在-22℃。将3根T型热电偶放在仪器的不同位置。当T型热电偶检测到平均温度为-3℃时，启动0.4W/cm2超声波，以工作1s，暂停9s的周期循环进行。当平均温度再次降到-3℃时，停止0.4W/cm2超声波并启动0.9W/cm2超声波，以工作1s，暂停9s的周期循环进行。直至平均温度降至-18℃。比较未引入微气泡的样品，溶液过冷度减小了25％，样品由4℃降至-18℃的总时间缩短了15％。
实施例3
取待冷冻原料：苹果汁2L(11～13°Brix)，测试苹果汁的初始冷冻点。在室温下用超微米发生器将其循环8min，循环完毕后，用涡街流量计检测样品含气率是否在82～90％之间，若尚未达到范围，再循环1～2min，直至含气率达到范围。将饱含气泡的样品通入带有冷凝循环系统的超声波处理器中。冷凝循环液的由制冷系统维持在-20℃。将3根T型热电偶放在仪器的不同位置。当T型热电偶检测到平均温度为-2℃时，启动0.5W/cm2超声波，以工作2s，暂停8s的周期循环进行。当平均温度再次降到-2℃时，停止0.5W/cm2超声波并启动0.9W/cm2超声波，以2s工作，8s暂停的周期循环进行。直至平均温度降至-18℃。比较未引入微气泡的样品，溶液过冷度减小了15％，样品由4℃降至-18℃的总时间缩短了10％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种液体食品的冷冻方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)测试待冷冻的液体食品的初始冷冻点；
(2)用超微米气泡发生器将液体食品进行循环，当液体食品中的气泡率为82～90％时，停止循环；液体食品中气泡的粒径为300～800nm；用超微米气泡发生器将液体食品进行循环时，环境温度为20～25℃，循环时间为5～10min；
(3)将步骤(2)得到的饱含气泡的液体食品通入带有冷凝循环系统的超声波处理器中，冷凝循环液的温度维持在-20～-22℃，记录液体食品的温度；
当液体食品的温度下降到比初始冷冻点低0～1℃时，启动强度为0.2～0.5W/cm2的低强度超声波；
当液体食品经过相变阶段，温度再次降到比初始冷冻点低0～1℃时，停止低强度超声波处理并启动强度为0.6～0.9W/cm2的高强度超声波，直至液体食品的温度降至-18℃。
2.根据权利要求1所述的液体食品的冷冻方法，其特征在于，步骤(3)所述低强度超声波以工作1s～2s，停止8s～9s的周期循环进行。
3.根据权利要求1所述的液体食品的冷冻方法，其特征在于，步骤(3)所述高强度超声波以工作1s～2s，停止8s～9s的周期循环进行。
4.根据权利要求1所述的液体食品的冷冻方法，其特征在于，所述液体食品包括牛顿流体和非牛顿流体。
5.根据权利要求1所述的液体食品的冷冻方法，其特征在于，所述带有冷凝循环系统的超声波处理器，包括带有冷凝循环系统的超声波处理槽、T型热电偶、温度记录仪、超声波发生器、超声波发生器控制面板；所述T型热电偶与温度记录仪连接；所述超声波发生器设于超声波处理槽的底部，与所述超声波发生器控制面板连接；所述带有冷凝循环系统的超声波处理槽设有冷凝循环液入口和冷凝循环液出口。
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| CN105105287A (zh) | 2015-12-02 |
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |