CN107712555A - 一种食品保鲜的闪冻液及分级冷冻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种食品保鲜的闪冻液及分级冷冻装置，其中闪冻液，包含如下成分：250~300ppm的压缩二氧化碳、质量分数为3~5%的葡聚糖、质量分数为0.5~1%的冰核活性蛋白、质量分数为0.5~2%的PVA、质量分数为0.5~1%的白杨素、质量分数为0.2~0.7%的柚皮素、质量分数为5~13%的氯化钠、质量分数为15~25%的乙醇，其余为蒸馏水。本发明闪冻液最终所生成的冰晶体积和数量减小，冰晶形状更加规则，从而能够更有效保护细胞内蛋白质、胶体等其他物质，避免细胞内水分的流失，提升生物体的存储质量。
Description
技术领域
本发明涉及一项食品(或食用生物体)保鲜技术，具体涉及的是一种食品(或食用生物体)保鲜的闪冻液配方及其冷冻保鲜装置。
背景技术
冷冻技术是目前水产品、畜类、中草药、农产品等食品(或食用生物体)保鲜的重要技术之一，不仅能够降低绝大多数生化反应的速度，减少营养损失，还能避免细菌繁殖，具有较高的安全性。食品冷冻是通过使用制冷装置将食用生物体中游离态的水分子降温至结晶形成冰的过程。冷冻过程的关键步骤是生成冰晶，而冰晶是影响食品品质的主要因素。食用生物体冻结过程中生成的大冰晶，主要分布于细胞间隙内，由于数量少，分布不均匀，会造成细胞破裂，组织结构受到损伤，致使食品品质明显下降。影响冰晶生成过程的重要因素包括冷却介质的温度、成分等，这些因素综合作用最终决定了食用生物体冻结速率和效果。
通常的冷冻方法使用空气作为介质对食用生物体进行冷却。由于空气导热系数低，食用生物体从常温冷却到既定冷冻保存温度需经历长达数个小时，且食用生物体内冷冻速率变化波动，温度分布很不均匀。由于水在转变成冰的过程中放出的相变潜热是显热的50～60倍，因此食品在冻结过程中大部分的热量在食品中水分转变成冰的阶段释放。在水转变成冰的凝固阶段，食用生物体放出大量的热量，温度降不下来，自身的细胞组织受到所生成的冰晶影响，组织结构收到机械损伤，蛋白质变性，对冷冻食品风味和营养成分的损伤。实际生产过程中，需要通过改良冷冻方法，使得食用生物体快速通过冰晶生成阶段，同时控制细胞内与细胞间所生成冰晶体积较小、数量较少，对细胞的机械损伤较轻，汁液流失少，可以较好地保存食品的质量与营养成分。另外，食品的长期保鲜还要求具有抗氧化、灭菌、抗炎等功效。
液体的导热系数比空气大很多，故采用低温液体对食用生物体进行冷冻能大大加速食用生物体的冷冻过程，减少冰晶生成时间，保护生物细胞组织。目前现有的液体冷冻技术存在一些关键性的缺陷，限制了该技术的进一步推广发展，主要不足如下：
(1)液体中缺少有效的冰晶成核点，使得细胞内水分成核较慢，冰晶生成阶段较长，所生成的冰晶较大；
(2)一些液体的配方主要包含氯化钠、乙醇、甲壳素以及余量的水。但其中主要成分甲壳素是一种极难溶于水的物质，添加后会导致溶液浑浊分层，影响溶液的粘度和流动性，溶液的传热性能受到很大的影响，降低了溶液的冷冻效果。并且，该配方缺乏对生物细胞进行低温保护的有关物质。
(3)壳聚糖存在着溶解性差、对pH的依赖性等缺点。抗冻蛋白能够减少冰晶的数量，但是不能控制多个冰晶的生长情况。
(4)某些液体配方中含有丙醇和苯多酚，用于保护生物细胞。但是食用生物体细胞的水分仍然较多，无法充分减少冰晶的产生。有研究结果显示，食用生物体内水分含量越多，通过最大冰晶生成带的时间越长。并且如食用生物体内水分较多，水分含量对制冷负荷的影响也不可忽略。
此外，制冷机组的能效比随着蒸发温度的减少而降低，当制冷机组提供为-40℃～-35℃的冷冻液提供冷冻服务时能效已非常低，因此直接采用-40℃～-35℃冷冻液对食用生物体直接进行冷冻，则需消耗较多电量，经济性欠佳。
按照“温度对口，梯级利用”的用能原则，本发明提出分级冷冻装置对食用生物体进行冷冻保鲜。
综上所述，需要引入一种新的液体配方和分级冷冻装置，充分考虑到冰晶生长、食用生物体细胞组织保护、制冷机组节能等多种因素。
发明内容
本发明目的在于改善现有技术中的上述缺陷，提供一种食用生物体保鲜的闪冻液，利用液体比空气强的传热性能，达到短时间内完成食用生物体的降温过程，使其进入冷藏保鲜状态。同时闪冻液能够有效控制冰晶生长，在食用生物体降温冷冻和后续冷藏过程中对食用生物体进行低温保护。并采用分级冷冻的方法，降低能耗。
技术方案
为了改善传统冷冻技术上的缺陷，本发明采用的技术方案是：
一种食用生物体保鲜的闪冻液，其特征在于，包含如下成分：
250～300ppm压缩二氧化碳、质量分数为3～5％的葡聚糖、质量分数为0.5～1％的冰核活性蛋白、质量分数为0.5～2％的PVA、质量分数为0.5～1％的白杨素、质量分数为0.2～0.7％的柚皮素、质量分数为5～13％的氯化钠、质量分数为15～25％的乙醇，其余为蒸馏水。
在闪冻液中压缩二氧化碳对于提高闪冻液性能具有重要作用。压缩二氧化碳以50微米级尺度的气泡的形式溶解在闪冻液中，可作为有效的预先成核点，实现初级非均相成核，在相变阶段有效促进了固液相变的成核过程，使得细胞内水分成核为冰晶时间平均减少了15％，相变过程时间有效缩短，所生成的冰晶体积和数量得以明显减小，冰晶形状更加规则。解冻后也不会在生物体内残留。且二氧化碳气泡也能有效的紊乱液体流动，从而强化换热。紊乱的液体流动还能够将先生成的冰晶碎裂，从而实现了二次成核，进一步强化后续的冰晶成核过程，缩短相变阶段时间。“初级非均相成核”和“二次成核”两种方法共同作用，还能够升高冰晶成核温度，降低冰晶成核条件。最终所生成的冰晶体积和数量减小，冰晶形状更加规则，从而能够更有效保护细胞内蛋白质、胶体等其他物质，避免细胞内水分的流失，提升生物体的存储质量。
葡聚糖是指以葡萄糖为单糖组成的同型多糖，它能够活化细胞，从而提高食用生物体的活性，保护其免受细菌的侵害和低温的损伤，同时葡聚糖为大分子材料，可溶于水，且不会影响溶液的粘性。通过自身的渗透作用作为细胞外抗低温保护剂而起作用。同时能够利用细胞膜的半渗透性使细胞中的水分转移到溶液中，从而除去食用生物体内部分水分，从而在冷冻的过程中减少食用生物体内冰晶产生，并且能够降低制冷负荷，加快制冷速率。
PVA一种是一种极安全的高分子有机物，对人体无毒，无副作用，具有良好的生物相容性，可作为闪冻液中的表面活性剂使用。利用PVA良好的水溶性和化学稳定性，加入到闪冻液中，它一端吸附在细胞内胶体等成分表面，另一端伸向闪冻液中，使得各项成分处于高分散状态，防止团聚的情况。
冰核活性蛋白是一种能在低温条件下催化诱发食用生物体内的水分产生冰核的蛋白质。该蛋白能够以自身的重复序列作为模板，将水分子排列成细腻的冰核，阻止细胞内致死性冰晶的形成，有效降低冰晶的体积，从而保证了食用生物体的风味和营养成分。冰核活性蛋白对于冰晶的抑制效果明显优于抗冻蛋白。
白杨素是在植物中分布广泛的一种黄酮类化合物，具有抗氧化、抗菌、抗过敏等广泛药理生理活性。利用白杨素的抗氧化性，能够防止生物体中蛋白质、油脂、凝胶等成分因被氧化而变质。柚皮素是从漆树科植物果核中提出的一种天然抗菌、抗炎化合物，对金黄色葡萄球菌、大肠、痢疾和伤寒杆菌以及真菌都有较强的抗菌作用，同时能过通过自身提供质子与自由基中和，或自身被氧化来消除自由基，从而实现抗氧化的效果。柚皮素的消炎、抗氧化特性使得生物体在冷冻和储存过程中不受细菌的侵害，同时保障了生物体的活性，提高了生物体的冷冻储存质量。
氯化钠不仅可以降低闪冻液的凝固点，还具有一定的除菌效果。乙醇加入闪冻液中，能大幅降低闪冻液的凝固点，使得闪冻液在低于-40℃情况下还处于液相状态。
在压缩二氧化碳、葡聚糖、冰核活性蛋白、PVA、白杨素、柚木素、氯化钠、乙醇这几种闪冻液组分的耦合作用下，使得放置于闪冻液中的食用生物体在低温状态下几乎不受到冰晶伤害，达到理想的食用生物体冷冻储存状态。
我们知道，制冷机组的能效比随着蒸发温度的减少而降低。为此，本发明按照“温度对口，梯级利用”的用能原则，提出一种新型的分级冷冻装置对食用生物体进行冷冻保鲜。分级冷冻的思路，就是按照“温度对口，梯级利用”的用能原则，将食用生物体的大温差冷冻过程从系统角度加以认识，不从单一低温角度对冷冻槽中的食用生物体加以冷冻，而是采用不同蒸发温度的分级蒸发器置于冷冻槽中，形成不同工作温度的冷冻区域，实现不同品位和形式的能的合理配置以及冷冻系统构成的优化匹配，从总体上合理利用不同品位冷源，提升制冷效能。基于该思路而构建起来的食用生物体冷冻装置即为分级冷冻装置。
所述的分级冷冻装置由冷冻槽和分级制冷系统组成，所述的冷冻槽内装有所述的闪冻液，所述的分级制冷系统为采用R142b/R12/R13混合工质的三级制冷循环系统，分级制冷系统中配置有气液分离器、分凝换热器和节流阀以及常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器，由一个压缩机驱动混合工质在常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器等制冷机组部件内部的循环工作，R142b、R12、R13分别在常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器发生蒸发相变传热。常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器皆为依靠毛细抽吸作用而实现逆重力条件下直接蒸发的气液相变腔体，包括蒸发面、绝热面以及位于蒸发面和绝热面之间的支撑柱和四周壁面，支撑柱呈阵列分布于由蒸发面、绝热面和四周壁面所围成的气液相变腔体内。在蒸发面、四周壁面和支撑柱表面配有毛细芯，毛细芯内浸有气液两相工质。毛细芯可为多孔烧结结构、金属希望、多孔泡沫等。
在食用生物体冷冻过程中，生物体内细胞组织的冰晶生成阶段需要快速通过，因而对制冷机组的功率要求较高。但是把食用生物体降低到相应的冰晶生成温度前，并不需要较大的制冷功率。按照“温度对口，梯级利用”的用能原则，本发明提出分级冷冻装置对食用生物体进行冷冻保鲜。常温级蒸发器的蒸发温度为0℃，中温级蒸发器的蒸发温度为tsol℃(tsol为食用生物体内细胞组织基质的凝固点，例如水产品、畜肉的凝固点通常为-15℃～-12℃)，低温级蒸发器的蒸发温度为tsol-25℃；常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器依序配置于所述的冷冻槽的底部，使得冷冻槽内形成了三个连续相通的不同工作温度的冷冻区域，分别为常温级冷冻区域、中温级冷冻区域和低温级冷冻区域。
食用生物体装入自动移动框后，从冷冻槽的常温级冷冻区域一侧浸入，依序匀速经过常温级冷冻区域、中温级冷冻区域和低温级冷冻区域，经历15～20分钟完成冷冻过程。冷冻完成之后的食用生物体放入冷库中储存保鲜。
R142b/R12/R13混合工质经一次压缩后，分级制冷系统中配备有气液分离器、分凝换热器和节流阀，实现了混合工质在常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器中逐级分离。制冷剂R142b在常温级蒸发器中蒸发相变，通过调节常温级节流阀的开度控制常温级蒸发器的蒸发温度，进而调控常温级冷冻区域的闪冻液温度；制冷剂R12在中温级蒸发器中蒸发相变，通过调节中温级节流阀的开度控制中温级蒸发器的蒸发温度，进而调控中温级冷冻区域的闪冻液温度；制冷剂R13在低温级蒸发器中蒸发相变R12/R13，通过调节低温级节流阀的开度控制低温级蒸发器的蒸发温度，进而调控低温级冷冻区域的闪冻液温度。分级制冷系统采用单压缩机驱动，保持了单级蒸气压缩制冷循环的优点，同时具有结构简单、性能可靠、寿命长、成本低等特点。
有益效果
(1)本发明利用液体强制冷效果，对常温食用生物体进行快速降温处理，缩短了食用生物体通过冰晶生成阶段的时间，减少了食用生物体此阶段所受到的伤害；
(2)采用压缩二氧化碳、葡聚糖、冰核活性蛋白、PVA、白杨素、柚木素、氯化钠、乙醇等溶液成分的耦合作用，抑制细胞组织内冰晶的形成，最大程度保持了食用生物体的细胞组织活性。并且，闪冻液避免了难溶物质对溶液流动和传热性能的影响，利用压缩二氧化碳、葡聚糖等物质强化了溶液对食用生物体的低温保护作用，利用白杨素、柚木素的灭菌和抗氧化性保障了生物体的营养成分的活性；
(3)分级制冷系统采用单压缩机驱动，保持了单级蒸气压缩制冷循环的优点，同时具有结构简单、性能可靠、寿命长、成本低等特点。按照“温度对口，梯级利用”的用能原则，提升了制冷机组能效，达到分级冷冻装置的高效节能。
附图说明
图1分级冷冻装置示意图；
图2气液相变腔体示意图；
图3配置好的闪冻液实物图；
图4闪冻液温度随时间变化图；
图5不同冷冻方法下鱼随时间的温度变化图；
图6相变阶段的持续时间受闪冻液影响图；
图7鲫鱼经闪冻液冷冻与解冻后对比图；
图8冰晶尺寸分布概率图；
图9鱼肉片组织微观图。
图中，1.压缩机；2.冷凝器；3.干燥过滤器；4.常温级气液分离器；5.常温级节流阀；6.常温级蒸发器；7.常温级冷冻区域；8.分凝换热器；9.中温级气液分离器；10.中温级节流阀；11.中温级蒸发器；12.中温级冷冻区域；13.分凝换热器；14.低温级节流阀；15.低温级蒸发器；16.低温级冷冻区域；17.蒸发面；18.绝热面；19.支撑柱；20.四周壁面；21.毛细芯；22.气液两相工质；23.闪冻液；24.蒸汽；25.蒸汽腔。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图进行更进一步的详细说明：
制冷机组的能效比随着蒸发温度的减少而降低，当制冷机组提供为-40℃～-35℃的冷冻液提供冷冻服务时能效已非常低，因此直接采用-40℃～-35℃冷冻液对食用生物体直接进行冷冻，则需消耗较多电量，经济性欠佳。在食用生物体冷冻过程中，生物体内细胞组织的冰晶生成阶段需要快速通过，因而对制冷机组的功率要求较高。但是把食用生物体降低到相应的冰晶生成温度前，并不需要较大的制冷功率。按照“温度对口，梯级利用”的用能原则，本发明提出分级冷冻装置对食用生物体进行冷冻保鲜。
分级冷冻装置由冷冻槽和分级制冷系统组成，冷冻槽内装有闪冻液，分级制冷系统为采用R142b/R12/R13混合工质的三级制冷循环系统，配置有气液分离器、分凝换热器和节流阀以及常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器，由一个压缩机驱动混合工质在常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器等制冷机组部件内部的循环工作，R142b、R12、R13分别在常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器发生蒸发相变传热；通过调节常温级节流阀、中温级节流阀和低温级节流阀的开度分别控制常温级蒸发器、中温级蒸发器和低温级蒸发器的蒸发温度，常温级蒸发器的蒸发温度为0℃，中温级蒸发器的蒸发温度为tsol℃(tsol为食用生物体内细胞组织基质的凝固点，例如水产品、畜肉的凝固点通常为-15℃～-12℃)，低温级蒸发器的蒸发温度为tsol-25℃。
常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器依序配置于所述的冷冻槽的底部，使得冷冻槽内形成了三个连续相通的不同工作温度的冷冻区域，分别为常温级冷冻区域、中温级冷冻区域和低温级冷冻区域。食用生物体装入自动移动框后，从冷冻槽的常温级冷冻区域一侧浸入，依序匀速经过常温级冷冻区域、中温级冷冻区域和低温级冷冻区域，经历15～20分钟完成冷冻过程。冷冻完成之后的食用生物体放入冷库中储存保鲜。
分级冷冻装置的组成如图1所示，其具体工作过程如下：
(1)R142b/R12/R13混合制冷工质经过压缩机1压缩后排入到冷凝器2，在冷凝器中混合制冷工质温度降低，达到其露点温度以后有液相析出，高沸点工质R142b在冷凝器内被冷凝为液体，中沸点工质R12和低沸点工质R13仍然保持气态；
(2)从冷凝器出来的气液两相混合工质经干燥过滤器3后进入常温级气液分离器4，在重力作用下气体与液体实现自动分离。液相工质R142b经气液分离器4底部送至常温级节流阀5节流降压。通过控制常温级节流阀的开度调控常温级蒸发器的蒸发温度。从节流阀5节流降压后R142b的气液两相工质在常温级蒸发器6中蒸发气化，从常温级冷冻区域7吸取热量，达到对冷冻槽常温级冷冻区域的制冷目的。气相R12/R13混合工质经常温级气液分离器4的上部进入分凝换热器8进一步冷凝提纯，低沸点工质R12冷凝成液体，R13仍然保持气态。在常温级蒸发器6内蒸发气化生成的R142b气体经分凝换热器与来自常温级气液分离器4的气体发生热交换升温后进入压缩机吸气管路。
(3)从分凝换热器8出来的R12/R13气液两相工质进入中温级气液分离器9，在重力作用下气体与液体实现自动分离，液相R12经气液分离器9底部送至中温级节流阀10节流降温，然后在中温级蒸发器11中发生蒸发相变传热，达到对冷冻槽中温级冷冻区域12的制冷目的。通过控制中温级节流阀的开度调控中温级蒸发器的蒸发温度。蒸发后的气体经分凝换热器8进一步释放冷量后进入压缩机吸气管路；
(4)从中温级气液分离器9上部出来的低沸点工质R13气体进入分凝换热器13降温冷凝成液体，经低温级节流阀14节流降温，然后在低温级蒸发器15中发生蒸发相变传热，达到对冷冻槽低温级冷冻区域16的制冷目的。通过控制低温级节流阀的开度调控低温级蒸发器的蒸发温度。蒸发后的气体经分凝换热器13进一步释放冷量后经分凝换热器8进入压缩机吸气管路。
常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器皆为依靠毛细抽吸作用而实现逆重力条件下直接蒸发的气液相变腔体。图2所示为气液相变腔体在反重力条件下的工作示意图。气液相变腔体，包括蒸发面17、绝热面18以及位于蒸发面和绝热面之间的支撑柱19和四周壁面20，支撑柱呈阵列分布于由蒸发面、绝热面和四周壁面所围成的气液相变腔体内。在蒸发面、四周壁面和支撑柱表面配有毛细芯21，毛细芯内浸有气液两相工质。毛细芯可为多孔烧结结构、金属希望、多孔泡沫等。如图2所示，蒸发面17位于上部，气液两相工质22位于腔体底部和毛细芯内，蒸发面的上表面与闪冻液23直接接触，因此整个气液相变腔体处于反重力条件下工作。当闪冻液23释放热量经蒸发面17输入腔体后，蒸发面、四周壁面和支撑柱表面的吸液芯内存储的工质受热后汽化，产生的蒸汽24经蒸汽腔25流向出口。随后，下部的气液两相工作经支撑柱和四周壁面的毛细芯抽吸循环流向蒸发面的毛细芯孔隙中。
在食用生物体冷冻过程中，导热的控制微分方程为
其中ρ为食用生物体密度，λ为食用生物体热导率，c为比热容，为内热源。将食用生物体简化假设为体积为V、传热表面面积为A、初始温度为t0、常物性无内热源的任意形状的固体，突然置于温度为t∞(恒定)的环境中冷却，物体表面与周围环境的表面传热系数为h。假定此生物体视为单一均温物质，则内部的温度与坐标无关，即为集总参数法建立生物体冷冻过程温度变化。上式变成
物体表面传热量等效于均布物体内部的热源产生的热量。表面传入的热流量由牛顿冷却公式确定：
Φ＝hA(t∞-t)
则内部热源强度
把式带入式得
这就是简化后的非稳态导热的导热微分方程。引入过余温度θ＝t-t∞，式变为其次方程
初始条件为
τ＝0时，θ＝θ0＝t-t∞
将式分离变量得
将式两边积分，即
得生物体温度随时间变化规律为
采用上式即可预测冷冻过程中生物体温度随时间变化。
实施例1
一种食用生物体保鲜的闪冻液，以1000ml为例，包含如下成分：
250ppm压缩二氧化碳、质量分数为4％的葡聚糖、质量分数为0.5％冰核活性蛋白、质量分数为2％的PVA、质量分数为1％的白杨素、质量分数为0.3％的柚皮素、质量分数为13％的氯化钠、质量分数为20％的乙醇，其余为蒸馏水。
配置好的闪冻液如图3所示。将配好的闪冻液存放于不锈钢容器中，再将不锈钢容器浸没于温度为-50℃的低温流体循环器中，浸没于闪冻液中的热电偶测量得到的闪冻液温度随时间变化曲线如图4所示。由图可知，闪冻液的凝固温度为-42℃。
设常温级蒸发器的蒸发温度为0℃，中温级蒸发器的蒸发温度为tsol＝-15℃，低温级蒸发器的蒸发温度为-40℃。根据制冷机组工作特性，常温级冷冻区域、中温级冷冻区域和低温级冷冻区域的温度则为5℃、-10℃和-35℃。根据集总参数法、结晶热力学和鲫鱼的相关热物性参数，计算可得初始温度为15℃鲫鱼在分级冷冻装置中冻结过程鲫鱼温度随时间变化如图5所示。其中路线I为直接冷冻方法，路线II-III-IV是分级冷冻方法。根据制冷机组对应温度的能效比计算可知，路线II-III-IV相比于路线I能够节约20％的电量。相变阶段的持续时间受闪冻液影响如图6所示。在液体冷冻缩减相变阶段的持续时间基础上，添加压缩二氧化碳能够进一步缩减相变阶段的持续时间。
配置好的闪冻液制冷至-35℃。利用闪冻液优越的传热性能及其对冰晶抑制作用，原本处于常温的鲫鱼经历25分钟就被冷冻降温至-30℃。之后将置于闪冻液冷冻的鲫鱼取出解冻，大约20分钟后，处于冷冻状态中的一条鲫鱼逐渐恢复了生命力，如图7所示，表明本发明提供的闪冻液能够通过快速将食用生物体冷冻，同时保证食用生物体期间不受低温伤害，最大程度上保证食用生物体的细胞组织活性。采用激光共聚焦显微镜测得的冰晶尺寸分布概率如图8所示。由图可知，添加压缩二氧化碳后，冰晶尺寸平均能够减少约20％，这表明添加压缩二氧化碳后减少了细胞组织内冰晶尺寸，有助于抑制大颗粒冰晶。通过鱼肉组织切片的微观照片图9也能看出，添加压缩二氧化碳后，减少了细胞组织内冰晶体积。
实施例2
一种食用生物体保鲜的闪冻液，以1000ml为例，包含如下成分：
270ppm压缩二氧化碳、质量分数为3％的葡聚糖、质量分数为0.5％冰核活性蛋白、质量分数为1.5％的PVA、质量分数为1％的白杨素、质量分数为0.3％的柚皮素、质量分数为10％的氯化钠、质量分数为20％的乙醇，其余为蒸馏水。
配置好的闪冻液制冷至-38℃。利用闪冻液优越的传热性能及其对冰晶抑制作用，原本处于常温的牛肉经历28分钟就被冷冻降温至-32℃。之后将置于闪冻液冷冻的牛肉取出解冻，与通过空气冷冻的牛肉进行对比，对比结果如表1所示。用冻液冷冻的牛肉，其相变阶段的持续时间大为缩短，冰晶尺寸有效减少，牛肉组织保存良好。
表1通过空气冷冻的牛肉与通过闪冻液冷冻的牛肉参数对比
实施例3
一种食用生物体保鲜的闪冻液，以1000ml为例，包含如下成分：
285ppm压缩二氧化碳、质量分数为4.5％的葡聚糖、质量分数为0.6％冰核活性蛋白、质量分数为1.5％的PVA、质量分数为0.5％的白杨素、质量分数为0.5％的柚皮素、质量分数为8％的氯化钠、质量分数为18％的乙醇，其余为蒸馏水。
配置好的闪冻液制冷至-30℃。利用闪冻液优越的传热性能及其对冰晶抑制作用，原本处于常温的黄瓜种子经历30分钟就被冷冻降温至-28℃。冷冻储藏黄瓜种子3个月后将置于闪冻液冷冻的黄瓜种子取出解冻，观察黄瓜种子质量、种植和结果情况，与通过空气冷冻的黄瓜种子进行对比，对比结果如表2所示。用冻液冷冻的黄瓜种子，其相变阶段的持续时间大为缩短，冰晶尺寸有效减少，黄瓜生长状况良好，结果质量较好。
表2通过空气冷冻的黄瓜种子与通过闪冻液冷冻的黄瓜种子参数对比
实施例4
一种食用生物体保鲜的闪冻液，以1000ml为例，包含如下成分：
275ppm压缩二氧化碳、质量分数为5％的葡聚糖、质量分数为0.6％冰核活性蛋白、质量分数为1.5％的PVA、质量分数为1％的白杨素、质量分数为0.5％的柚皮素、质量分数为8％的氯化钠、质量分数为20％的乙醇，其余为蒸馏水。
配置好的闪冻液制冷至-35℃。利用闪冻液优越的传热性能及其对冰晶抑制作用，原本处于常温的鸡肉经历35分钟就被冷冻降温至-30℃。随后将置于闪冻液冷冻的鸡肉取出解冻，与通过空气冷冻的鸡肉进行对比，对比结果如表3所示。用冻液冷冻的鸡肉，其相变阶段的持续时间大为缩短，冰晶尺寸有效减少，肌肉失水率较低。
表3通过空气冷冻的鸡肉与通过闪冻液冷冻的肌肉参数对比
Claims (5)
1.一种食品保鲜的闪冻液，其特征在于，所述的闪冻液包含如下成分：250~300ppm的压缩二氧化碳、质量分数为3~5%的葡聚糖、质量分数为0.5~1%的冰核活性蛋白、质量分数为0.5~2%的PVA、质量分数为0.5~1%的白杨素、质量分数为0.2~0.7%的柚皮素、质量分数为5~13%的氯化钠、质量分数为15~25%的乙醇，其余为蒸馏水。
2.一种采用权利要求1所述闪冻液进行食品保鲜的分级冷冻装置，由冷冻槽和分级制冷系统组成，所述的冷冻槽内装有所述的闪冻液，所述的冷冻槽分为常温级冷冻区域、中温级冷冻区域和低温级冷冻区域，其特征在于：所述的分级制冷系统为采用R142b/R12/R13混合工质的三级制冷循环系统，分级制冷系统中配置有气液分离器、分凝换热器和节流阀以及常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器，由一个压缩机驱动混合工质在常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器等制冷机组部件内部的循环工作，R142b、R12、R13分别在常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器发生蒸发相变传热；所述的常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器皆为依靠毛细抽吸作用而实现逆重力条件下直接蒸发的气液相变腔体，包括蒸发面、绝热面以及位于蒸发面和绝热面之间的支撑柱和四周壁面，支撑柱呈阵列分布于由蒸发面、绝热面和四周壁面所围成的气液相变腔体内；在蒸发面、四周壁面和支撑柱表面配有毛细芯，毛细芯内浸有气液两相工质。
3.根据权利要求2所述的分级冷冻装置，其特征在于：常温级蒸发器的蒸发温度为0℃；中温级蒸发器的蒸发温度为t sol℃，t sol为食用生物体内细胞组织基质的凝固点；低温级蒸发器的蒸发温度为t sol-25℃；常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器依序配置于所述的冷冻槽的底部，使得冷冻槽内形成了三个连续相通的不同工作温度的冷冻区域，分别为常温级冷冻区域、中温级冷冻区域和低温级冷冻区域。
4.根据权利要求2所述的分级冷冻装置，其特征在于：食用生物体装入自动移动框后，从冷冻槽的常温级冷冻区域一侧浸入，依序匀速经过常温级冷冻区域、中温级冷冻区域和低温级冷冻区域，经历15~20分钟完成冷冻过程；冷冻完成之后的食用生物体放入冷库中储存保鲜。
5.根据权利要求2所述的分级冷冻装置，其特征在于：R142b/R12/R13混合工质经一次压缩后，分级制冷系统中配备有气液分离器、分凝换热器和节流阀，实现了混合工质在常温级蒸发器、中温级蒸发器、低温级蒸发器中逐级分离；制冷剂R142b在常温级蒸发器中蒸发相变，通过调节常温级节流阀的开度控制常温级蒸发器的蒸发温度，进而调控常温级冷冻区域的闪冻液温度；制冷剂R12在中温级蒸发器中蒸发相变，通过调节中温级节流阀的开度控制中温级蒸发器的蒸发温度，进而调控中温级冷冻区域的闪冻液温度；制冷剂R13在低温级蒸发器中蒸发相变R12/R13，通过调节低温级节流阀的开度控制低温级蒸发器的蒸发温度，进而调控低温级冷冻区域的闪冻液温度。
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- 2017-09-04 CN CN201710784432.XA patent/CN107712555A/zh active Pending
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