CN108061417B - 基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统及其应用。所述基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统包括：冷冻单元，其包括用于容置冷冻样品的冷冻区；多维交变磁场单元，其包括至少两个励磁线圈组，所述的至少两个励磁线圈组用于形成至少两个在不同维度方向上变化的交变磁场，所述的至少两个交变磁场至少在所述冷冻区内相互交集；控制单元，其至少用于调控所述冷冻单元及多维交变磁场单元的工作状态。本发明使样品达到相同的冷冻品质时所需能量更低，处理量更大。

Description

基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统及其应用
技术领域
本发明特别涉及一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统及其应用，属于食品、农产品原料和医疗样品的保藏技术领域。
背景技术
有机体包括各类食品、水产品、面制品、果蔬和农产品的冷冻保鲜是通过低温抑制其样品内部的呼吸作用，减弱其新陈代谢及酶的活性，同时控制微生物的生长和繁殖，进而实现对样品的保藏。在温度范围内-5℃～1℃内，有机体内的水分大多数被冻结并形成冰晶，所以该温度区域叫做最大冰晶生成带。因此，在这个温度范围内样品内部的水分状态会发生巨大变化，并影响其理化品质。样品通过最大冰晶带的速率越快，则越能实现其高品质冻藏。在冷冻过程中，有机体细胞外的溶液首先形成冰晶，并在蒸汽压作用下细胞内的水分向细胞外迁徙，同时形成较大的冰晶并破坏细胞壁、细胞膜，甚至机体组织，解冻时造成细胞质外溢，解冻后的细胞不能恢复原状且样品水分大量流失，影响食品的风味和感官品质，甚至不能食用。
磁场对冷冻过程中冰晶的形成有较大的影响。例如，早期研究发现磁场可造成某些电解质溶液的冰晶体表面更为光滑。而且在不同磁场作用下，比如旋转磁场、脉冲磁场、交变磁场，发现其低频交变的磁场对NaCl溶液冷冻结晶时冰晶的形成具有显著的抑制作用，可使溶液形成细小的冰晶。日本ABI公司开发的磁场辅助冷冻系统CAS(Cell AliveSystem)可在0.01mT弱磁场下对浓度为10％的硫酸二甲酷溶液中的牙周细胞进行高品质的冷冻，与不加磁场的冻结样品相比，其解冻后的细胞组织存活率更高。
常规的冰箱或冷库在冷冻各类食品、肉制品、果蔬、水产品和生物样本时，会因样品在“最大冰晶生成带”的滞留时间过长，而导致冰晶过大并刺破细胞膜、细胞壁和组织，进而使得解冻后的产品品质下降。因此，需要采用大功率的速冻装备来解决这一问题，即加速样品的冻结历程并使其快速的通过最大冰晶生成带。但该技术对压缩机的功率和规格要求较高，所需能耗也较大。同时，已有的磁场冷冻技术大多采用永磁体的静磁场、电磁铁或亥姆霍兹线圈的一维交变磁场来进行辅助冷冻，技术参数单一且冷冻区中的磁场分布极不均匀，容易造成差异化的冷冻效果，解冻后产品品质差异大。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统及其应用，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，包括：
冷冻单元，其包括用于容置冷冻样品的冷冻区；
多维交变磁场单元，其包括至少两个励磁线圈组，所述的至少两个励磁线圈组用于形成至少两个在不同维度方向上变化的交变磁场，所述的至少两个交变磁场至少在所述冷冻区内相互交集；
控制单元，其至少用于调控所述冷冻单元及多维交变磁场单元的工作状态。
进一步的，其中一个励磁线圈组的轴线与另一个励磁线圈组的轴线相互垂直。
更进一步的，所述多维交变磁场单元包括三个以上励磁线圈组，其中三个励磁线圈组的轴线分别沿三个正交的维度方向延伸。
进一步的，所述励磁线圈组包括复数个分支线圈，各分支线圈分别与电源电连接。
更进一步的，所述励磁线圈组形成的交变磁场的磁场强度和/或频率呈周期性变化，所述周期为0-100s。
进一步的，在同一励磁线圈组内，各分支线圈同轴设置。
进一步的，在同一励磁线圈组内，各分支线圈之间等间距设置。
更进一步的，每一分支线圈形成的分支交变磁场的中心磁场强度为0-300Gs，频率为0- 200Hz。
进一步的，每一励磁线圈组中的各分支线圈分别与程控电流源电连接。
进一步的，所述的至少两个励磁线圈组分别与程控电流源电连接，所述控制单元分别与所述冷冻单元和程控电流源连接，并且所述控制单元至少用以对所述冷冻区的温度和/或冷冻时间和/或所述的至少两个励磁线圈组产生的交变磁场的强度和/或频率和/或方向进行调控。
优选的，所述冷冻单元包括压缩机制冷系统。
较为优选的，至少一个励磁线圈组环绕所述冷冻区设置。
本发明实施例还提供了所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统于水产品、果蔬制品、冷鲜肉制品、主食面制品或者医疗及生物样品冷藏领域的应用。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
本发明提供的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，能耗低、品质高，在常规的冷冻过程中将多维度的交变磁场和可编程控制技术相结合，在样品冷冻区生产出不同方向上周期性变化的磁场，当样品缓慢的经过最大冰晶形成带时会抑制冰晶的形成，从而保证各类食品或有机体的冷冻品质，解冻后的样品汁液不流失且品质如初；不同方向上的交变磁场在冷冻区中交替出现，相对于传统的连续式一维磁场辅助冷冻系统，本发明使样品达到相同的冷冻品质时所需能量更低，处理量更大；
由于生物有机体的磁导率极低，因此交变磁场在样品中的损耗极少，并主要作用于其内部的极性水分子；励磁线圈中的电流一部分用于建立和维持磁场的运行，另一部分在励磁线圈电阻中以欧姆热的形式消耗。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例中基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统的结构示意图；
图2是本发明一典型实施案例中基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统中三维周期磁场的瞬时磁力线平面分布图；
图3是本发明一典型实施案例中基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统中三维周期磁场的瞬时磁力线立体分布图；
附图标记说明：101-三维励磁线圈组；102-程控电流源；103-压缩机制冷系统；104-保温箱；105-上位机。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，包括：
冷冻单元，其包括用于容置冷冻样品的冷冻区；
多维交变磁场单元，其包括至少两个励磁线圈组，所述的至少两个励磁线圈组用于形成至少两个在不同维度方向上变化的交变磁场，所述的至少两个交变磁场至少在所述冷冻区内相互交集；
控制单元，其至少用于调控所述冷冻单元及多维交变磁场单元的工作状态。
进一步的，其中一个励磁线圈组的轴线与另一个励磁线圈组的轴线相互垂直。
更进一步的，所述多维交变磁场单元包括三个以上励磁线圈组，其中三个励磁线圈组的轴线分别沿三个正交的维度方向延伸。
进一步的，所述励磁线圈组包括复数个分支线圈，各分支线圈分别与电源电连接。
更进一步的，所述励磁线圈组形成的交变磁场的磁场强度和/或频率呈周期性变化，所述周期为0-100s。
进一步的，在同一励磁线圈组内，各分支线圈同轴设置。
进一步的，在同一励磁线圈组内，各分支线圈之间等间距设置。
更进一步的，每一分支线圈形成的分支交变磁场的中心磁场强度为0-300Gs，频率为0- 200Hz。
进一步的，每一励磁线圈组中的各分支线圈分别与程控电流源电连接。
进一步的，所述的至少两个励磁线圈组分别与程控电流源电连接，所述控制单元分别与所述冷冻单元和程控电流源连接，并且所述控制单元至少用以对所述冷冻区的温度和/或冷冻时间和/或所述的至少两个励磁线圈组产生的交变磁场的强度和/或频率和/或方向进行调控。
优选的，所述冷冻单元包括压缩机制冷系统，所述压缩制冷系统的终点温度为-150°～室温，制冷效率为0.2-0.5℃/min。
较为优选的，采用保温箱提供冷冻区，所述保温箱包括绝热层，至少一个励磁线圈组可以嵌套于所述保温箱内。
较为优选的，至少一个励磁线圈组环绕所述冷冻区设置。
优选的，所述控制机构可以是计算机系统、单片机等上位机，其可以通过232通讯、485 通讯、DP通讯、MODBUS通讯、以太网通讯等方式与所述制冷系统和程控电流源连接，并至少实现对所述制冷系统和程控电流源的数据传输和控制。
本发明实施例还提供了所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统于水产品、果蔬制品、冷鲜肉制品、主食面制品或者医疗及生物样品冷藏领域的应用。
在一些较为具体的实施方案中，基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统包括：三维励磁线圈组、程控电流源、压缩机制冷系统、保温箱、上位机。上位机通过通讯串口连接程控电流源和压缩机制冷系统，以实现对保温箱的制冷效率，终点温度和多维交变磁场的控制；其中三维励磁线圈组嵌套于保温箱内，三个维度的轴向可分别用x，y，z进行标示，每一维的励磁线圈组与另外两维的励磁线圈组均相互垂直，同时，每一维励磁线圈组含有n个均匀分布且平行于该维度轴向的分支线圈，每一个分支线圈与程控电流源连接且可生成频率为0-200Hz，中心磁场强度为0-300Gs的交变磁场。同时，这些不同维度上的交变磁场在样品冷冻区进一步发生周期性变化，且周期T为0-100s，BT表示三维周期性交变磁场的强度，fT表示三维周期性交变磁场的频率，形式如下：
其中，T＝(T1-0)+(T2-T1)+(T3-T2)+···+(Tn-1-Tn-2)+(Tn-Tn-1)，该系统的实时磁场强度B和实时磁场频率f可用矩阵进行表示，如下：
其中为Bx,n，By,n，Bz,n分别为系统中x，y，z维度上的第n个分支线圈中生产的交变磁场的中心磁场强度，fx,n，fy,n，fz,n分别为x，y，z维度上的第n个分支线圈生产的交变磁场频率。
保温箱含有柔性发泡绝热层，箱内可内盛放各类冷冻原料，保温箱的终点温度和制冷效率由压缩机制冷系统控制，终点温度范围为﹣150℃～室温，制冷效率范围为0.2-0.5℃/min，上位机可通过232通讯，485通讯，DP通讯，MODBUS通讯，以太网通讯的其中一种方式来实现对程控电流源和压缩机制冷系统的数据传输和控制，包括控制保温箱内的制冷效率、终点温度，以及多维交变磁场强度和频率。
如下将结合具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
实施例1蓝莓的三维周期交变磁场辅助冷冻
基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统包括：三维励磁线圈组101，程控电流源 102，压缩机制冷系统103，保温箱104，上位机105。其中三维励磁线圈组嵌套于保温箱内，三个维度轴向分别用x，y，z进行标示，每一维的励磁线圈组与另外两维的励磁线圈组均相互垂直，每一维励磁线圈组含有5个均匀分布且平行于该维度轴向的分支线圈，每一个分支线圈与程控电流源连接可以生成频率为50Hz，中心磁场强度为0-200Gs的交变磁场，该系统内的实时磁场强度B和实时磁场频率f可用矩阵进行表示，如下：
其中为Bx,n，By,n，Bz,n分别为系统中x，y，z维度轴向上的第n个分支线圈中生产的交变磁场的中心磁场强度，fx,n，fy,n，fz,n分别为x，y，z维度上的第n个分支线圈生产的交变磁场的频率，其中n＝1,2,3,4,5。保温箱含有柔性发泡绝热层，容积为200L，保温箱的终点温度和制冷效率由压缩机制冷系统控制，终点温度设置为﹣30℃，制冷效率设置为0.2℃/min，上位机系统通过232通讯来实现对程控电流源和压缩机制冷系统的数据传输和控制。
将50kg新鲜蓝莓于室温25℃时存放入保温箱中，设置该系统的三维周期性交变磁场的周期T＝600ms，三维周期性交变磁场的强度BT和三维周期性交变磁场的频率fT如下：
蓝莓在该系统中放置8h后中心温度达到﹣27℃时取出，并放置于普通冰箱中于-5℃下再冷冻保藏7d，然后从冰箱中取出，在常温20℃下进行自然解冻3h，测试其失水率，维生素C含量和咀嚼感，并与未施加三维周期性交变磁场的对照样进行比较。
结果发现：经三维周期性交变磁场辅助冷冻的蓝莓和不施加该磁场冷冻的蓝莓在解冻后的样品失水率分别为4.75％和24.54％，维生素C含量分别为12.45mg/100g和10.59mg/100g，同时，发现常规冷冻并解冻后的蓝莓咀嚼感差。
实施例2鸡肉的三维周期交变磁场辅助冷冻
基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统包括：三维励磁线圈组101，程控电流源 102，压缩机制冷系统103，保温箱104，上位机105。其中三维励磁线圈组嵌套于保温箱内，三个维度轴向分别用x，y，z进行标示，每一维的励磁线圈组与另外两维的励磁线圈组均相互垂直，每一维励磁线圈组含有4个均匀分布且平行于该维度轴向的分支线圈，每一个分支线圈与程控电流源连接可以生成频率为100Hz，中心磁场强度为0-100Gs的交变磁场，该系统的实时磁场强度B和实时磁场频率f可用矩阵进行表示，如下：
其中为Bx,n，By,n，Bz,n分别为系统中x，y，z维度上的第n个分支线圈中生产的交变磁场的中心磁场强度，fx,n，fy,n，fz,n分别为x，y，z维度上的第n个分支线圈生产的交变磁场的频率，其中n＝1,2,3,4。保温箱含有柔性发泡绝热层，容积为300L，保温箱的终点温度和制冷效率由压缩机制冷系统控制，终点温度设置为﹣20℃，制冷效率设置为0.3℃/min，上位机可通过485通讯来实现对程控电流源和压缩机制冷系统的数据传输和控制。
将80kg鸡肉于室温25℃时存放入保温箱中，设置系统三维周期性交变磁场的周期T＝1000ms，三维周期性交变磁场的强度BT和三维周期性交变磁场的频率fT如下：
鸡肉在该系统中放置6h后中心温度达到﹣18℃时取出，并放置于普通冰箱中于-5℃下再冷冻保藏1个月，然后从冰箱中取出，在常温20℃下进行自然解冻10h后，测试其失水率，并与未施加三维周期性交变磁场的对照样进行比较。
结果发现：经三维周期性交变磁场辅助冷冻的鸡肉和不施加该磁场冷冻的鸡肉在解冻后的样品失水率分别为8.42％和16.84％。
实施例3发酵面团的三维周期交变磁场辅助冷冻
基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统包括：三维励磁线圈组101，程控电流源 102，压缩机制冷系统103，保温箱104，上位机105。其中三维励磁线圈组嵌套于保温箱内，三个维度轴向分别用x，y，z进行标示，每一维的励磁线圈组与另外两维的励磁线圈组均相互垂直，每一维励磁线圈组含有8个均匀分布且平行于该维度轴向的分支线圈，每一个分支线圈与程控电流源连接可以生成频率为100Hz和200Hz，中心磁场强度为0-300Gs的交变磁场，该系统的实时磁场强度B和实时磁场频率f可用矩阵进行表示，如下：
其中为Bx,n，By,n，Bz,n分别为冷冻系统中x，y，z维度上的第n个分支线圈中生产的交变磁场的中心磁场强度，fx,n，fy,n，fz,n分别为x，y，z维度上的第n个分支线圈生产的交变磁场的频率，其中n＝1,2,3,4,5,6,7,8。保温箱含有柔性发泡绝热层，容积为400L，保温箱的终点温度和制冷效率由压缩机制冷系统控制，终点温度设置为﹣150℃，制冷效率设置为0.5℃/min，上位机系统通过DP通讯来实现对程控电流源和压缩机制冷系统的数据传输和控制。
发酵面团的预制采用一次和面法，按质量比例进行投料，其中面粉100份，水45份，酵母 2份，先用38℃的温水活化酵母，再加入面粉，和面时间15min，让面团调和均匀，无生粉夹杂其中，然后在恒温恒湿箱中进行面团发酵，环境温度为42℃且相对湿度控制在85％，并在 50min后取出搓揉以赶出其中的气体，再放入继续发酵2h，最后取出进行整形，让面团呈现半球形，每个面团125g。
将70kg整形发酵面团于室温25℃时存放入保温箱中，设置系统三维周期性交变磁场的周期T＝4s，三维周期性交变磁场的强度BT和三维周期性交变磁场的频率fT如下：
发酵面团在该系统中放置30h后中心温度达到﹣139℃，此时取出冷冻的面团，并放置于普通冰箱中于-10℃下再冷冻保藏30d，然后从冰箱中取出，在常温20℃下进行自然解冻3h，然后在温度40℃、相对湿度80％～85％下醒发50min，测量面团体积增大比λ，计算如下：
同时与未施加三维周期性交变磁场的对照样进行比较。
结果发现：经三维周期性交变磁场辅助冷冻的发酵面团和不施加该磁场冷冻的发酵面团在解冻后的样品体积分别为81.5cm3和82.2cm3，醒发后它们各自的体积则变为151.3cm3和 113.7cm3，所以，两种冷冻方法的发酵面团体积增大比分别为1.86和1.38。
对照例1蓝莓的一维交变磁场辅助冷冻
基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统包括：三维励磁线圈组101，程控电流源 102，压缩机制冷系统103，保温箱104，上位机105。其中三维励磁线圈组嵌套于保温箱内，三个维度轴向分别用x，y，z进行标示，每一维的励磁线圈组与另外两维的励磁线圈组均相互垂直，每一维励磁线圈组含有5个均匀分布且平行于该维度轴向的分支线圈，每一个分支线圈与程控电流源连接可以生成频率为50Hz，中心磁场强度为0-200Gs的交变磁场，该系统内的实时磁场强度B和实时磁场频率f可用矩阵进行表示，如下：
其中为Bx,n，By,n，Bz,n分别为系统中x，y，z维度轴向上的第n个分支线圈中生产的交变磁场的中心磁场强度，fx,n，fy,n，fz,n分别为x，y，z维度上的第n个分支线圈生产的交变磁场的频率，其中n＝1,2,3,4,5。保温箱含有柔性发泡绝热层，容积为200L，保温箱的终点温度和制冷效率由压缩机制冷系统控制，终点温度设置为﹣30℃，制冷效率设置为0.2℃/min，上位机系统通过232通讯来实现对程控电流源和压缩机制冷系统的数据传输和控制。
将50kg新鲜蓝莓于室温25℃时存放入保温箱中，设置该系统的交变磁场为一维交变磁场且它的周期T＝600ms，一维交变磁场的强度BT和一维交变磁场的频率fT如下：
蓝莓在该系统中放置8h后中心温度达到﹣27℃时取出，并放置于普通冰箱中于-5℃下再冷冻保藏7d，然后从冰箱中取出，在常温20℃下进行自然解冻3h，测试其失水率，维生素C含量和咀嚼感，并与未施加三维周期性交变磁场的对照样进行比较。
结果发现：经一维交变磁场辅助冷冻的蓝莓和不施加该磁场冷冻的蓝莓在解冻后的样品失水率分别为14.53％和23.94％，维生素C含量分别为11.48mg/100g和10.42mg/100g，同时，发现常规冷冻并解冻后的蓝莓咀嚼感差。
对照例2鸡肉的一维交变磁场辅助冷冻
基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统包括：三维励磁线圈组101，程控电流源 102，压缩机制冷系统103，保温箱104，上位机105。其中三维励磁线圈组嵌套于保温箱内，三个维度轴向分别用x，y，z进行标示，每一维的励磁线圈组与另外两维的励磁线圈组均相互垂直，每一维励磁线圈组含有4个均匀分布且平行于该维度轴向的分支线圈，每一个分支线圈与程控电流源连接可以生成频率为100Hz，中心磁场强度为0-100Gs的交变磁场，该系统的实时磁场强度B和实时磁场频率f可用矩阵进行表示，如下：
其中为Bx,n，By,n，Bz,n分别为系统中x，y，z维度上的第n个分支线圈中生产的交变磁场的中心磁场强度，fx,n，fy,n，fz,n分别为x，y，z维度上的第n个分支线圈生产的交变磁场的频率，其中n＝1,2,3,4。保温箱含有柔性发泡绝热层，容积为300L，保温箱的终点温度和制冷效率由压缩机制冷系统控制，终点温度设置为﹣20℃，制冷效率设置为0.3℃/min，上位机可通过485通讯来实现对程控电流源和压缩机制冷系统的数据传输和控制。
将80kg鸡肉于室温25℃时存放入保温箱中，设置系统的交变磁场为一维交变磁场且它的周期T＝1000ms，一维交变磁场的强度BT和一维交变磁场的频率fT如下：
鸡肉在该系统中放置6h后中心温度达到﹣18℃时取出，并放置于普通冰箱中于-5℃下再冷冻保藏1个月，然后从冰箱中取出，在常温20℃下进行自然解冻10h后，测试其失水率，并与未施加一维交变磁场的对照样进行比较。
结果发现：经一维交变磁场辅助冷冻的鸡肉和不施加该磁场冷冻的鸡肉在解冻后的样品失水率分别为12.77％和17.59％。
对照例3发酵面团的一维交变磁场辅助冷冻
基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统包括：三维励磁线圈组101，程控电流源 102，压缩机制冷系统103，保温箱104，上位机105。其中三维励磁线圈组嵌套于保温箱内，三个维度轴向分别用x，y，z进行标示，每一维的励磁线圈组与另外两维的励磁线圈组均相互垂直，每一维励磁线圈组含有8个均匀分布且平行于该维度轴向的分支线圈，每一个分支线圈与程控电流源连接可以生成频率为100Hz和200Hz，中心磁场强度为0-300Gs的交变磁场，该系统的实时磁场强度B和实时磁场频率f可用矩阵进行表示，如下：
其中为Bx,n，By,n，Bz,n分别为冷冻系统中x，y，z维度上的第n个分支线圈中生产的交变磁场的中心磁场强度，fx,n，fy,n，fz,n分别为x，y，z维度上的第n个分支线圈生产的交变磁场的频率，其中n＝1,2,3,4,5,6,7,8。保温箱含有柔性发泡绝热层，容积为400L，保温箱的终点温度和制冷效率由压缩机制冷系统控制，终点温度设置为﹣150℃，制冷效率设置为0.5℃/min，上位机系统通过DP通讯来实现对程控电流源和压缩机制冷系统的数据传输和控制。
发酵面团的预制采用一次和面法，按质量比例进行投料，其中面粉100份，水45份，酵母 2份，先用38℃的温水活化酵母，再加入面粉，和面时间15min，让面团调和均匀，无生粉夹杂其中，然后在恒温恒湿箱中进行面团发酵，环境温度为42℃且相对湿度控制在85％，并在 50min后取出搓揉以赶出其中的气体，再放入继续发酵2h，最后取出进行整形，让面团呈现半球形，每个面团125g。
将70kg整形发酵面团于室温25℃时存放入保温箱中，设置系统的交变磁场为一维交变磁场且它的周期T＝4s，一维交变磁场的强度BT和一维交变磁场的频率fT如下：
发酵面团在该系统中放置30h后中心温度达到﹣139℃，此时取出冷冻的面团，并放置于普通冰箱中于-10℃下再冷冻保藏30d，然后从冰箱中取出，在常温20℃下进行自然解冻3h，然后在温度40℃、相对湿度80％～85％下醒发50min，测量面团体积增大比λ，计算如下：
同时与未施加一维交变磁场的对照样进行比较。
结果发现：经一维交变磁场辅助冷冻的发酵面团和不施加该磁场冷冻的发酵面团在解冻后的样品体积分别为82.8cm3和81.9cm3，醒发后它们各自的体积则变为132.5cm3和111.8cm3，所以，两种冷冻方法的发酵面团体积增大比分别为1.60和1.36。
本发明提供的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，在常规的冷冻过程中将多维度的交变磁场和可编程控制技术相结合，在样品冷冻区生产出不同方向上周期性的交变磁场，当样品缓慢的经过最大冰晶形成带时会抑制冰晶的形成，从而保证各类食品或有机体的冷冻品质，解冻后的样品汁液不流失且品质如初；由于生物有机体的磁导率极低，因此交变磁场在样品中的损耗极少，并主要作用于其内部的极性水分子，励磁线圈中的电流一部分用于建立和维持磁场的运行，另一部分在励磁线圈电阻中以欧姆热的形式消耗，不同方向上的交变磁场在冷冻区中交替出现，相对于传统的连续式一维磁场辅助冷冻系统，该技术使样品达到相同的冷冻品质时所需能量更低，处理量更大。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于包括：
冷冻单元，其包括用于容置冷冻样品的冷冻区；
多维交变磁场单元，其包括三个励磁线圈组，所述三个励磁线圈组的轴线分别沿三个正交的维度方向延伸，并用于形成三个在不同维度方向上变化的交变磁场，该三个交变磁场至少在所述冷冻区内相互交集；
控制单元，其至少用于调控所述冷冻单元及多维交变磁场单元的工作状态；
其中，所述三个正交维度方向分别用x，y，z进行表示，每一维励磁线圈组含有n个均匀分布且平行于该维度方向的分支线圈，每一个分支线圈与程控电流源连接且能够生成频率为0-200Hz、中心磁场强度为0-300Gs的交变磁场，同时所述三个正交维度方向上的交变磁场在所述冷冻区进一步发生周期性变化，且周期T为0-100s，BT表示三维周期性交变磁场的强度，fT表示三维周期性交变磁场的频率，形式如下：
其中，T＝(T1-0)+(T2-T1)+(T3-T2)+···+(Tn-1-Tn-2)+(Tn-Tn-1)，所述系统的实时磁场强度B和实时磁场频率f以矩阵表示为：
其中为Bx,n，By,n，Bz,n分别为所述系统中x，y，z维度方向上的第n个分支线圈中生产的交变磁场的中心磁场强度，fx,n，fy,n，fz,n分别为x，y，z维度上的第n个分支线圈生产的交变磁场频率。
2.根据权利要求1所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于：在同一励磁线圈组内，各分支线圈同轴设置。
3.根据权利要求1所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于：在同一励磁线圈组内，各分支线圈之间等间距设置。
4.根据权利要求1所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于：所述三个励磁线圈组分别与程控电流源电连接，所述控制单元分别与所述冷冻单元和程控电流源连接，并且所述控制单元至少用以对所述冷冻区的温度和/或冷冻时间和/或所述的三个励磁线圈组产生的交变磁场的强度和/或频率和/或方向进行调控。
5.根据权利要求1所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于：所述冷冻单元包括压缩机制冷系统。
6.根据权利要求1所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统，其特征在于：至少一个励磁线圈组环绕所述冷冻区设置。
7.如权利要求1-6中任一项所述的基于程序可控的节能型多维磁场辅助冷冻系统于水产品、果蔬制品、冷鲜肉制品、主食面制品或者医疗及生物样品冷藏领域的应用。
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