CN106376706A - 一种液氮冰淇淋的生产装置及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液氮冰淇淋的生产装置及其制作工艺，包括固定连接的底座和支架，支架的顶部活动连接有液氮罐，底座内设有搅拌容器，底座的一侧设有电机支架，电机支架的顶部固定连接有电机，电机上固定连接有搅拌装置，液氮罐通过导管与搅拌装置连接。本发明的优点在于，冰淇淋制作装置全自动化工作，通过PLC控制模块与电磁阀、电机的配合，可以精确的控制氮气的加入量和电机的转动速度，使氮气与冰淇淋混合的更加均匀，避免了电机转速过高将成型的冰淇淋打散现象的发生，冰淇淋和添加剂混合的更加充分，大大提高了冰淇淋的口感，制作的冰淇淋外脆内软，口感独特，由于在搅拌过程中加入了氮气，使冰淇淋的保藏性能更好。
Description
技术领域
本发明属于乳制品生产加工技术领域，具体涉及一种液氮冰淇淋的生产装置及其制作工艺。
背景技术
冰淇淋的生产原理是在冷冻过程中通过不断搅打牛奶，将空气混入牛奶或类似的乳化液体中，从而冻结形成多空的半流体或固体组织形态，现有的冰淇淋的生产设备有压缩机制冷和液氮制冷两种，以常温液态奶为原料，压缩机制冷设备的冰淇淋加工时间约20分钟左右，而液氮制冷设备的冰淇淋加工时间仅需要2分钟，通过将液氮和牛奶混合，利用液氮汽化过程将牛奶中的热量释放，并且氮气在牛奶的冷冻过程中混入其组织中，形成冰淇淋；目前，液氮冰淇淋的生产装置及工艺虽然能够生产出较好的冰淇淋，但是液氮与牛奶的混合的比例及牛奶搅拌的速率的控制大多是由人工控制液氮的加入量和搅拌速率，均依靠操作者的经验，制出的冰淇淋质量不稳定；液氮冰淇淋的生产装置及工艺也有通过电控来控制液氮加入量和搅拌速率的，可以定时定量的进行液氮的加入，牛奶的搅拌速率为定速，液氮冰淇淋生产设备结构设置不合理，生产不出口味、质量最佳的冰淇淋，现有的电控液氮冰淇淋生产设备的液氮加入量不能做到精确的控制，不能根据牛奶温度的变化改变液氮的加入量，牛奶的搅拌速率也不能随着牛奶温度的变化而降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种液氮冰淇淋的生产装置及其制作工艺，以解决现有技术中人工控制液氮加入量和牛奶搅拌速率依靠操作者经验，制出的冰淇淋质量不稳定，电控液氮冰淇淋生产设备的液氮加入量不能做到精确的控制，不能根据牛奶温度的变化改变液氮的加入量，牛奶的搅拌速率也不能随着牛奶温度的变化而降低。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种液氮冰淇淋的生产装置，包括固定连接的底座1和支架2，支架2的顶部活动连接有液氮罐3，底座1内设有搅拌容器4，底座1的一侧设有电机支架5，电机支架5的顶部固定连接有电机6，电机6上固定连接有搅拌装置，液氮罐3通过导管7与搅拌装置连接。
优选的，搅拌装置包括搅拌外壳8，搅拌轴9和搅拌杆10，搅拌外壳8为中空结构并套接在搅拌轴9上，搅拌外壳8的底部开设有出气口11，搅拌杆10与搅拌轴9固定连接，并通过搅拌轴9与电机固定连接。
优选的，搅拌轴9的底部固定连接有至少3个搅拌杆10，搅拌杆10的端部设有刮片12，搅拌杆10的长度与搅拌容器4的内径相适配，搅拌杆10与搅拌轴9之间的角度分别110°-135°、140°-155°、160°-168°。
优选的，搅拌容器4为锥形，搅拌容器4的底部设有出料板13，搅拌容器4的外壁上固定连接有循环水管14，循环水管14盘旋设置在搅拌容器4的外壁上，循环水管4通过水泵15与储液箱16固定连接。
优选的，底座1的一侧设有显示装置17和PLC控制模块18，搅拌容器4内设有温度传感器19，温度传感器19分别与显示装置17和PLC控制模块18连接，液氮罐3的罐口处设有电磁阀20，电磁阀20与PLC控制模块18连接，PLC控制模块17与电机6连接。
优选的，底座1上固定连接有导管支架21，导管7平置于导管支架21上，导管7延伸设置在搅拌外壳8内，并与搅拌外壳8固定连接。
一种液氮冰淇淋的制作工艺，该制作工艺包括以下制作步骤：
a.将100份重量的经过高温杀菌的牛奶放入搅拌容器4中，并加入添加剂；
b.打开水泵15，向循环水管14内注入冷水，将牛奶温度冷却至4℃-6℃以下，关闭水泵15；
c.通过PLC控制模块18打开电磁阀20，氮气通过导管7引入搅拌外壳8中，并从出气口11导入搅拌容器4，根据牛奶的初始温度、冰淇淋成形温度和牛奶的重量确定氮气的使用量；
d.液氮导入过程中，搅拌装置在电机6的带动下对牛奶进行搅拌，根据温度传感器19检测到的温度，通过PLC控制模块18控制电机6的转速，当温度传感器19检测到牛奶温度为-10℃～-18℃时，PLC控制模块18控制电机6以匀速6r/min的转速进行搅拌；
e.匀速搅拌过程中，打开水泵15，在循环水管14中通入冷却液进行后续冷却，同时以匀速6r/min的转速进行搅拌，当温度传感器19检测到牛奶温度降低至-18℃以下时，停止搅拌，加工完成。
优选的，步骤a中的添加剂包括10-15份重量的蔗糖，0.5-2份重量的羟甲基纤维素钠，0.2-1份重量的柠檬酸钠，0.2-0.5份重量的低脂果胶，0.2-1份重量的三聚磷酸钠。
优选的，步骤c中根据牛奶的初始温度、冰淇淋成形温度和牛奶的重量确定氮气的使用量，其公式为液氮使用量=牛奶重量*[牛奶比热容*（牛奶初始温度-牛奶冰点温度）+牛奶凝固热+冰淇淋比热容*（牛奶冰点-冰淇淋成型温度）]/[液氮汽化潜热+氮气比热容*（冰淇淋成型温度-液氮温度）]，计算结果乘以校正系数为液氮的加入量，校正系数在20℃下取2.05，校正系数在25℃下取值2.87，校正系数在30℃下取值3.40。
优选的，步骤e中的冷却液为-25℃、25%的氯化钙冷却液。
本发明的优点在于：冰淇淋制作装置全自动化工作，温度传感器对搅拌容器内的牛奶温度进行实时监测，并呈现在显示装置上，监测到的数据通过PLC控制模块处理后，通过液氮加入量的计算公式和冰淇淋的实时温度，向电磁阀和电机发送控制指令，通过PLC控制模块与电磁阀、电机的配合，可以精确的控制氮气的加入量和电机的转动速度，使氮气与冰淇淋混合的更加均匀，避免了电机转速过高将成型的冰淇淋打散现象的发生；搅拌装置在冰淇淋的搅拌过程中分为3层，对搅拌容器内的冰淇淋进行充分的搅拌，使冰淇淋和添加剂混合的更加充分，大大提高了冰淇淋的口感，制作的冰淇淋外脆内软，口感独特，由于在搅拌过程中加入了氮气，使冰淇淋的保藏性能更好。
附图说明
图1为本发明的透视结构示意图。
图2为本发明的剖视结构示意图。
图3为本发明PLC控制模块的连接示意图。
附图标记含义如下：底座（1），支架（2），液氮罐（3），搅拌容器（4），电机支架（5），电机（6），导管（7），搅拌外壳（8），搅拌轴（9），搅拌杆（10），出气口（11），刮片（12），出料板（13），循环水管（14），水泵（15），储液箱（16），显示装置（17），PLC控制模块（18），温度传感器（19），电磁阀（20），导管支架（21）。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1、图2和图3所示的一种液氮冰淇淋的生产装置，包括固定连接的底座1和支架2，支架2的顶部活动连接有液氮罐3，底座1内设有搅拌容器4，底座1的一侧设有电机支架5，电机支架5的顶部固定连接有电机6，电机6上固定连接有搅拌装置，液氮罐3通过导管7与搅拌装置连接。
为了使牛奶在降温过程中得到充分的搅拌，使制成的冰淇淋口感更好，搅拌装置包括搅拌外壳8，搅拌轴9和搅拌杆10，搅拌外壳8为中空结构并套接在搅拌轴9上，搅拌外壳8的底部开设有出气口11，搅拌杆10与搅拌轴9固定连接，并通过搅拌轴9与电机固定连接。
为了进一步提高牛奶冷却过程中的搅拌效果，使牛奶的搅拌更加充分，使搅拌容器4内的牛奶分为3层，搅拌杆10分别搅拌不同层面的牛奶，使冷却过程中的牛奶充分与添加剂混合，提高冰淇淋的口感和质量，在搅拌轴9的底部固定连接有至少3个搅拌杆10，搅拌杆10的端部设有刮片12，搅拌杆10的长度与搅拌容器4的内径相适配，搅拌杆10与搅拌轴9之间的角度分别110°-135°、140°-155°、160°-168°。
为了对刚放入搅拌容器4内的牛奶进行初步降温，使其能够更好的与汽化的氮气配合，设置搅拌容器4为锥形，搅拌容器4的底部设有出料板13，搅拌容器4的外壁上固定连接有循环水管14，循环水管14盘旋设置在搅拌容器4的外壁上，循环水管4通过水泵15与储液箱16固定连接。
为了使氮气的加入量更加精确，使氮气的加入量可以随着牛奶温度的变化而变化，使电机的搅拌速度也会随着牛奶温度的变化而变化，防止冰淇淋成型后被搅拌装置打散，在底座1的一侧设有显示装置17和PLC控制模块18，搅拌容器4内设有温度传感器19，温度传感器19分别与显示装置17和PLC控制模块18连接，液氮罐3的罐口处设有电磁阀20，电磁阀20与PLC控制模块18连接，PLC控制模块17与电机6连接。
为了保证导管7的稳定性，防止导管7在低温状态下损坏，在底座1上固定连接有导管支架21，导管7平置于导管支架21上，导管7延伸设置在搅拌外壳8内，并与搅拌外壳8固定连接。
液氮冰淇淋制作过程中，液氮使用量的公式为，液氮使用量=牛奶重量*[牛奶比热容*（牛奶初始温度-牛奶冰点温度）+牛奶凝固热+冰淇淋比热容*（牛奶冰点-冰淇淋成型温度）]/[液氮汽化潜热+氮气比热容*（冰淇淋成型温度-液氮温度）]，计算结果乘以校正系数为液氮的加入量，校正系数在20℃下取2.05，校正系数在25℃下取值2.87，校正系数在30℃下取值3.40。
实施例一
一种液氮冰淇淋的制作工艺，该制作工艺包括以下制作步骤：
a．将100份重量的经过高温杀菌的牛奶放入搅拌容器4中，并加入添加剂，包括10份重量的蔗糖、1份重量的羟甲基纤维素钠、0.2份重量的柠檬酸钠、0.2份重量的低脂果胶、0.2份重量的三聚磷酸钠，并添加0.2份重量的香芋香精和2份重量的果汁；
b．打开水泵15，向循环水管14内注入冷水，将牛奶温度冷却至6℃以下，关闭水泵15；
c．通过PLC控制模块18打开电磁阀20，氮气通过导管7引入搅拌外壳8中，并从出气口11导入搅拌容器4，液氮罐3中-196℃、1.2个大气压的液氮在重力作用，通过导管7导入搅拌外壳8内，根据液氮通入时的牛奶初始温度、冰淇淋成型温度、牛奶重量3者确定液氮使用量，其中牛奶初始温度为2℃，冰淇淋成型温度-10℃，所用液氮理论量为9.9份重量，本实施例在20℃下进行，取校正系数2.05，根据液氮使用量的公式可得，实际使用液氮为20.3份重量；
d．液氮导入过程中，搅拌装置在电机6的带动下对牛奶进行搅拌，根据温度传感器19检测到的温度，通过PLC控制模块18控制电机6的转速，当温度传感器19检测到牛奶温度为-10℃时，PLC控制模块18控制电机6以匀速6r/min的转速进行搅拌；
e．匀速搅拌过程中，打开水泵15，在循环水管14中通入温度为-25℃，浓度为25%的氯化钙冷却液进行后续冷却，同时以匀速6r/min的转速进行搅拌，当温度传感器19检测到牛奶温度降低至-18℃以下时，停止搅拌，并制作出液氮鲜奶香芋冰淇淋。
实施例二
一种液氮冰淇淋的制作工艺，该制作工艺包括以下制作步骤：
a．将100份重量的经过高温杀菌的牛奶放入搅拌容器4中，并加入添加剂，12份重量的蔗糖、1.5份重量的羟甲基纤维素钠、0.3份重量的柠檬酸钠、0.3份重量的低脂果胶、0.3份重量的三聚磷酸钠，并添加0.3份重量的焦糖色素和5份重量的可可粉；
b．打开水泵15，向循环水管14内注入冷水，将牛奶温度冷却至4℃以下，关闭水泵15；
c．通过PLC控制模块18打开电磁阀20，氮气通过导管7引入搅拌外壳8中，并从出气口11导入搅拌容器4，液氮罐3中-196℃、1.2个大气压的液氮在重力作用，通过导管7导入搅拌外壳8内，根据液氮通入时的牛奶初始温度、冰淇淋成型温度、牛奶重量3者确定液氮使用量，其中牛奶初始温度为4℃，冰淇淋成型温度-15℃，所用液氮理论量为18.5份重量，本实施例在30℃下进行，取校正系数3.40，根据液氮使用量的公式可得，实际使用液氮为53.4份重量；
d．液氮导入过程中，搅拌装置在电机6的带动下对牛奶进行搅拌，根据温度传感器19检测到的温度，通过PLC控制模块18控制电机6的转速，当温度传感器19检测到牛奶温度为-16℃时，PLC控制模块18控制电机6以匀速6r/min的转速进行搅拌；
e．匀速搅拌过程中，打开水泵15，在循环水管14中通入温度为-25℃，浓度为25%的氯化钙冷却液进行后续冷却，同时以匀速6r/min的转速进行搅拌，当温度传感器19检测到牛奶温度降低至-18℃以下时，停止搅拌，并制作出液氮鲜奶巧克力冰淇淋。
实施例三
一种液氮冰淇淋的制作工艺，该制作工艺包括以下制作步骤：
a．将100份重量的经过高温杀菌的牛奶放入搅拌容器4中，并加入添加剂，包括15份重量的蔗糖、2份重量的羟甲基纤维素钠、0.5份重量的柠檬酸钠、0.5份重量的低脂果胶、0.5份重量的三聚磷酸钠，并添加5份重量的芒果果粒；
b．打开水泵15，向循环水管14内注入冷水，将牛奶温度冷却至6℃以下，关闭水泵15；
c．通过PLC控制模块18打开电磁阀20，氮气通过导管7引入搅拌外壳8中，并从出气口11导入搅拌容器4，液氮罐3中-196℃、1.2个大气压的液氮在重力作用，通过导管7导入搅拌外壳8内，根据液氮通入时的牛奶初始温度、冰淇淋成型温度、牛奶重量3者确定液氮使用量，其中牛奶初始温度为6℃，冰淇淋成型温度-16℃，所用液氮理论量为15.7份重量，本实施例在25℃下进行，取校正系数2.87，根据液氮使用量的公式可得，实际使用液氮为45.2份重量；
d．液氮导入过程中，搅拌装置在电机6的带动下对牛奶进行搅拌，根据温度传感器19检测到的温度，通过PLC控制模块18控制电机6的转速，当温度传感器19检测到牛奶温度为-16℃时，PLC控制模块18控制电机6以匀速6r/min的转速进行搅拌；
e．匀速搅拌过程中，打开水泵15，在循环水管14中通入温度为-25℃，浓度为25%的氯化钙冷却液进行后续冷却，同时以匀速6r/min的转速进行搅拌，当温度传感器19检测到牛奶温度降低至-18℃以下时，停止搅拌，制作出液氮芒果果粒鲜奶冰淇淋。
以上所述的仅是本发明的较佳实例，本发明的技术方案并不受此限制，应当指出对于本领域普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其他等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种液氮冰淇淋的生产装置，包括固定连接的底座（1）和支架（2），其特征在于：所述支架（2）的顶部活动连接有液氮罐（3），所述底座（1）内设有搅拌容器（4），所述底座（1）的一侧设有电机支架（5），所述电机支架（5）的顶部固定连接有电机（6），所述电机（6）上固定连接有搅拌装置，所述液氮罐（3）通过导管（7）与搅拌装置连接。
2.如权利要求1所述的一种液氮冰淇淋的生产装置，其特征在于：所述搅拌装置包括搅拌外壳（8），搅拌轴（9）和搅拌杆（10），所述搅拌外壳（8）为中空结构并套接在搅拌轴（9）上，所述搅拌外壳（8）的底部开设有出气口（11），所述搅拌杆（10）与搅拌轴（9）固定连接，并通过搅拌轴（9）与电机固定连接。
3.如权利要求2所述的一种液氮冰淇淋的生产装置，其特征在于：所述搅拌轴（9）的底部固定连接有至少3个搅拌杆（10），所述搅拌杆（10）的端部设有刮片（12），所述搅拌杆（10）的长度与搅拌容器（4）的内径相适配，所述搅拌杆（10）与搅拌轴（9）之间的角度分别110°-135°、140°-155°、160°-168°。
4.如权利要求3所述的一种液氮冰淇淋的生产装置，其特征在于：所述搅拌容器（4）为锥形，所述搅拌容器（4）的底部设有出料板（13），所述搅拌容器（4）的外壁上固定连接有循环水管（14），所述循环水管（14）盘旋设置在搅拌容器（4）的外壁上，所述循环水管（4）通过水泵（15）与储液箱（16）固定连接。
5.如权利要求4所述的一种液氮冰淇淋的生产装置，其特征在于：所述底座（1）的一侧设有显示装置（17）和PLC控制模块（18），所述搅拌容器（4）内设有温度传感器（19），所述温度传感器（19）分别与显示装置（17）和PLC控制模块（18）连接，所述液氮罐（3）的罐口处设有电磁阀（20），所述电磁阀（20）与PLC控制模块（18）连接，所述PLC控制模块（17）与电机（6）连接。
6.如权利要求5所述的一种液氮冰淇淋的生产装置，其特征在于：所述底座（1）上固定连接有导管支架（21），所述导管（7）平置于导管支架（21）上，所述导管（7）延伸设置在搅拌外壳（8）内，并与搅拌外壳（8）固定连接。
7.一种液氮冰淇淋的制作工艺，其特征在于，该制作工艺包括以下制作步骤：
a.将100份重量的经过高温杀菌的牛奶放入搅拌容器（4）中，并加入添加剂；
b.打开水泵（15），向循环水管（14）内注入冷水，将牛奶温度冷却至4℃-6℃以下，关闭水泵（15）；
c.通过PLC控制模块（18）打开电磁阀（20），氮气通过导管（7）引入搅拌外壳（8）中，并从出气口（11）导入搅拌容器（4），根据牛奶的初始温度、冰淇淋成形温度和牛奶的重量确定氮气的使用量；
d.液氮导入过程中，搅拌装置在电机（6）的带动下对牛奶进行搅拌，根据温度传感器（19）检测到的温度，通过PLC控制模块（18）控制电机（6）的转速，当温度传感器（19）检测到牛奶温度为-10℃～-18℃时，PLC控制模块（18）控制电机（6）以匀速6r/min的转速进行搅拌；
e.匀速搅拌过程中，打开水泵（15），在循环水管（14）中通入冷却液进行后续冷却，同时以匀速6r/min的转速进行搅拌，当温度传感器（19）检测到牛奶温度降低至-18℃以下时，停止搅拌，加工完成。
8.如权利要求7所述的一种液氮冰淇淋的制作工艺，其特征在于：所述步骤a中的添加剂包括10-15份重量的蔗糖，0.5-2份重量的羟甲基纤维素钠，0.2-1份重量的柠檬酸钠，0.2-0.5份重量的低脂果胶，0.2-1份重量的三聚磷酸钠。
9.如权利要求7所述的一种液氮冰淇淋的制作工艺，其特征在于：所述步骤c中根据牛奶的初始温度、冰淇淋成形温度和牛奶的重量确定氮气的使用量，其公式为液氮使用量=牛奶重量*[牛奶比热容*（牛奶初始温度-牛奶冰点温度）+牛奶凝固热+冰淇淋比热容*（牛奶冰点-冰淇淋成型温度）]/[液氮汽化潜热+氮气比热容*（冰淇淋成型温度-液氮温度）]，计算结果乘以校正系数为液氮的加入量，校正系数在20℃下取2.05，校正系数在25℃下取值2.87，校正系数在30℃下取值3.40。
10.如权利要求7所述的一种液氮冰淇淋的制作工艺，其特征在于：所述步骤e中的冷却液为-25℃、25%的氯化钙冷却液。
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