CN108719449B - 一种真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法和设备。该方法是以液氮速冻后排出的低温氮气作为冷媒，在真空条件下注入到真空低温氮气速冻装置中对高孔隙率果蔬进行快速均匀冻结，最后将冻结完成的果蔬置于冷库中长期贮存。本发明的方法将液氮速冻过程中未充分利用的低温氮气重新利用，从整体上提高了液氮的利用率；且冷冻过程中通过压力转换的方式将果蔬空隙中的空气置换为低温氮气，在组织中形成多个冷源，加快冻结的速率，实现了果蔬的快速均匀冷冻，降低了冻结时间，同时还减少了果蔬空隙中的氧气含量，抑制了果蔬冷冻过程中氧化褐变、黄化等不良反应，更好地保持了果蔬的品质，延长果蔬的保质期。
Description
技术领域
本发明属于食品冷冻技术领域，特别涉及一种真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法和设备。
背景技术
果蔬是我们日常生活中必不可少的食物之一，其富含人体所需的维生素、矿物质、生物酶和膳食纤维，蛋白质和脂肪含量较少，因此对人们的健康具有重要的意义。尤其是现在人们生活水平的提高，蛋白质、脂肪、糖水化合物的摄入量的过多，无形中造成了人们体重的增加，体形臃肿，使人们对果蔬的需求量大幅增加。果蔬除了具有减肥和增加营养的功能外，其所含的果胶、生物酶、有机酸、芳香物质和色素等还具有增强免疫、延缓衰老、降低低密度脂蛋白和胆固醇等作用。冷冻是果蔬长期贮藏和运输最好的方法之一，可以在较长时间内保持果蔬原有的色泽、口感、风味及营养价值，抑制果蔬由于微生物的生长繁殖而造成的腐败变质，尤其是对草莓、杨梅、枸杞、西兰花、荔枝等季节性强、易腐易烂、附加值高的果蔬。然而在传统冷冻过程中，由于果蔬中水分含量较高且导热系数较低，果蔬内部形成的冰晶较大且分布不均，极易造成果蔬组织结构的损失，最终影响冷冻-解冻后果蔬的色泽、质构等品质特性。
液氮速冻是利用氮气在常压下沸点为-195.8℃，当它与食品物料接触时，可迅速蒸发，吸收物料的热量，其吸收的蒸发潜热高达198.9kJ/kg；而其较低的沸点可与物料之间形成＞200℃的巨大温差，可以快速推动物料与低温氮气之间热量传递，从而快速的降低物料的温度，达到速冻的目的。液氮速冻具有安全性高的优势，其无色无味无毒惰性的特点，在与食品物料直接接触时不会对食品物料的品质产生影响。除此之外，在冷冻过程中，氮气还可以替代食品周围的空气，从而降低冷冻过程中物料的氧化程度，更好的保护一些易氧化物料的品质。近些年随着液氮速冻技术和设备的快速发展，液氮速冻已被应用在许多不同产品的冷冻过程中，如面制品包子、饺子，轻加工果蔬切块，鱼、虾等海产品等。在实际生产过程中，液氮的消耗量通常为1～1.2kg/kg物料，因此，与传统冷冻技术相比，液氮速冻的成本很高。然而，在实际生产过程中液氮的利用率却较低，如柜式液氮速冻设备在物料速冻过程中排出的氮气温度在-30℃左右，如此低温的氮气完全可以作为冷源去冷冻其他物料，但是在实际生产过程中，这些低温氮气就被直接被排放到了大气中，白白浪费了。
我们日常所食用的许多果蔬都具有较为疏松的组织结构，其组织结构和细胞间具有较多的孔隙，这些孔隙中空气的存在大大得降低了物料的导热系数，从而降低了物料的冷冻速率。因此，常规果蔬冷冻过程中存在冻结速率慢，冰晶分布不均匀，冻结过程易损伤细胞结构引起解冻后品质劣变的问题。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法。该方法是以液氮速冻后排出的低温氮气作为冷媒在真空条件下注入冻结腔体对轻加工果蔬进行快速均匀冻结，此法不仅可以加快冷冻过程的传质传热速率，减少冻结时间，还可以使减小冻品中冰晶的大小，使冰晶均匀分布，从而提高解冻后的果蔬的品质，延长果蔬的保质期。
本发明的另一目的在于提供一种真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的设备。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法，为通过真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的设备进行冷冻处理，其中：
所述真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的设备包括依次连接的液氮储罐，液氮速冻装置和真空低温氮气速冻装置，以及用于调控液氮速冻装置与真空低温氮气速冻装置的温度和压力变化的智能控制反馈调节系统；
所述真空低温氮气速冻装置包括真空样品腔和真空泵，所述真空样品腔的内顶部设有压力和温度传感器；所述真空样品腔的一侧设有低温氮气入口，低温氮气入口与液氮速冻装置的排气口相连；所述真空样品腔的另一侧设有排气口，排气口与真空泵相连；
所述的真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法，包括如下步骤：
(1)果蔬预处理：将组织孔隙率大于25％的果蔬清洗干净，去除表面水渍；
(2)真空处理：将预处理后的果蔬置于真空低温氮气速冻装置的真空样品腔中并密封，然后进行抽真空处理，使真空样品腔的压力为1000～1500Pa，再进行保压处理；
(3)冷冻处理：通过智能控制反馈调节系统的调节使液氮速冻装置中排出的低温氮气的温度为-30℃～-50℃，然后将低温氮气注入到真空低温氮气速冻装置的真空样品腔中，进行果蔬的冷冻处理；其中冷冻处理的温度为-30℃～-50℃，工作压力为1～5MPa；
(4)贮存：待冷冻处理的果蔬的中心温度达到-18℃～-20℃时，继续冻结10～20min，最后将果蔬从真空样品腔中取出并置于冷库中贮存。
所述真空样品腔的内部依次设有分流管，分流板和样品架；所述分流管与低温氮气入口相连；所述分流板上设有均匀排列的小孔，分流板的上部固定于真空样品腔的顶部，下部固定于真空样品腔的底部，将真空样品腔分为第一腔体和第二腔体，分流管位于第一腔体内，样品架位于第二腔体内。
所述真空泵为多级旋片真空泵。
所述真空样品腔的低温氮气入口与液氮速冻装置的排气口连接的管道上依次设有阀门、气体流量计、温度计，用于监控和调节充入真空样品腔的低温氮气的速率和温度。
所述真空样品腔的排气口与真空泵相连的管道上依次设有温度计、流量计、三通阀，用于调控真空样品腔中的温度和压力。
步骤(1)中所述的果蔬为新鲜果蔬。
步骤(1)中所述的果蔬预处理优选为通过如下步骤实现：先测定果蔬的组织孔隙率，然后根据果蔬组织孔隙率的大小，将果蔬分为高孔隙率果蔬和低孔隙率果蔬两类，其中，高孔隙率果蔬为组织孔隙率大于25％的果蔬，余下为低孔隙率果蔬；再将果蔬清洗干净，并去除表面水渍。
步骤(1)中所述的组织孔隙率大于25％的果蔬包括西兰花、菜花、茄子、苹果、秋葵、菠萝、西瓜等；更优选为苹果、西兰花、菜花、秋葵、菠萝等。
所述的果蔬的组织孔隙率的测定方法为采用简单的水置换法；具体为：将要测定的果蔬清洗干净，去皮，切成直径为2cm，高度为2cm的圆柱体，称量其质量为m1，然后将称量过的果蔬放置在与其渗透压相同的蔗糖溶液中，使其完全没入后放入真空测试腔中并抽真空，使其腔体压力保持在1000Pa，保压30min后取出，最后用滤纸擦拭干净其表面水渍，称量其质量为m2，则其组织孔隙率A＝(m2-m1)×100/m1。
所述的渗透压可以通过渗透压仪测得。
步骤(1)中所述的果蔬预处理还包括果蔬的微加工处理，具体为：将果蔬进行去皮、切块、和/或去核等微加工处理，使果蔬的厚度低于60mm。
步骤(2)中所述的保压处理的时间优选为20～30min。
步骤(3)中所述的低温氮气为在食品液氮速冻过程中未被充分利用的低温氮气。
所述的真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法，在步骤(2)之前还包括在液氮速冻装置中放入生鲜食品的步骤；其中，所述的生鲜食品包括果蔬、面制品、海产品等。
所述的果蔬优选为低孔隙率果蔬，即组织孔隙率小于或等于25％的果蔬；更优选为毛豆、芒果等；可将低孔隙率果蔬进行去皮、切块、和/或去核等微加工处理，使果蔬的厚度低于60mm，然后放入液氮速冻装置中进行冷冻。
所述的液氮速冻装置为柜式液氮速冻设备，如柜式喷淋式液氮速冻设备，其冷冻的温度介于-60℃～-150℃之间，排出的低温氮气的温度为-30℃～-50℃。
步骤(3)中所述的工作压力优选为1～2MPa。
步骤(4)中所述的继续冻结的时间优选为10～15min。
步骤(4)中所述的冷库的温度≤-18℃；优选为-20℃～-30℃。
一种真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的设备，包括依次连接的液氮储罐，液氮速冻装置和真空低温氮气速冻装置，以及用于调控液氮速冻装置与真空低温氮气速冻装置的温度和压力变化的智能控制反馈调节系统；
所述真空低温氮气速冻装置包括真空样品腔和真空泵，所述真空样品腔的内顶部设有压力和温度传感器；所述真空样品腔的一侧设有低温氮气入口，低温氮气入口与液氮速冻装置的排气口相连；所述真空样品腔的另一侧设有排气口，排气口与真空泵相连。
所述真空样品腔的内部依次设有分流管，分流板和样品架；所述分流管与低温氮气入口相连；所述分流板上设有均匀排列且大小均一的小孔，分流板的上部固定于真空样品腔的顶部，下部固定于真空样品腔的底部，将真空样品腔分为第一腔体和第二腔体，分流管位于第一腔体内，样品架位于第二腔体内。
所述真空泵为多级旋片真空泵。
所述真空样品腔的低温氮气入口与液氮速冻装置的排气口连接的管道上依次设有阀门、气体流量计、温度计，用于监控和调节充入真空样品腔的低温氮气的速率和温度。
所述真空样品腔的排气口与真空泵相连的管道上依次设有温度计、流量计、三通阀，用于调控真空样品腔中的温度和压力。
所述液氮储罐为中压液氮储罐，罐体顶部设有开口，开口与液氮速冻装置的液氮入口相连，为液氮速冻装置提供所需冷源。
所述的液氮速冻装置为柜式喷淋式液氮速冻设备，包括样品腔体，所述样品腔体的顶部设有液氮喷头，所述样品腔体的侧壁设有低温氮气排出口，所述样品腔体的内部设有涡轮式鼓风机、导流板、导流板、温度传感器以及样品架，所述样品腔体的外部设有隔热保温层。
所述液氮储罐的顶部开口与液氮速冻装置之间连接的管道上依次设有阀门和电磁阀，用于控制液氮充入液氮速冻装置样品腔体的速率。
所述智能控制反馈调节系统通过收集分析真空低温氮气速冻装置中的气体流量计、温度计、压力和温度传感器，以及液氮速冻装置中的温度传感器的数据，通过调节液氮储罐与液氮速冻装置连接的管道上的阀门和电磁阀，液氮速冻装置与真空低温氮气速冻装置连接的管道上的阀门，以及真空样品腔与真空泵之间连接的管道上三通阀，使真空低温氮气速冻装置在工作过程中达到预设工作参数条件。
本发明的技术原理如下：
一些果蔬组织内部分布着较多的空隙，如秋葵、苹果、菠萝、西兰花等，在冷冻过程中，这些空隙不仅会影响整体的传质传热过程，而且会在空隙中形成胞外冰晶对组织结构产生影响，造成解冻后果蔬品质的劣变。本发明通过抽真空的方式将果蔬组织空隙中存在的气体与低温氮气进行交换，由于果蔬组织中的空隙分布较为均匀，从而在果蔬组织中形成多个均匀分布的冷源，不仅可以加快冻结的速率，而且可以减小传统冷冻过程中由于温度梯度造成的传热不均匀现象的发生。
氮气本身为惰性气体，在果蔬组织空隙中充入氮气可以减少储藏过程中果蔬自身的呼吸代谢和一些需氧生化反应的发生，如果蔬酶促氧化褐变和非酶促氧化褐变、氧化降解等，从而进一步抑制了冷冻果蔬的品质下降。除了自身的氧化反应外，微生物也是引起速冻果蔬品质下降的一个重要原因，冷冻过程中氮气的引入可以进一步抑制好氧微生物的呼吸代谢和生长繁殖，从而有效的减少了速冻果蔬感染微生物的几率，提高了速冻果蔬的贮藏期和品质特性。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明中，在真空条件下，当物料组织结构间孔隙中的空气被抽出后立刻注入低温氮气，使低温氮气在压力的作用下进入物料孔隙中，在物料的内部形成多个冷源，从而实现物料整体的多点降温，达到快速均匀冷却果蔬的目的，同时采用的低温氮气为果蔬液氮速冻过程中未被充分利用的低温氮气，从整体上提高了液氮的利用率，降低了现有果蔬液氮速冻工艺的生产成本。
(2)本发明采用在冷冻过程中实施压力转换的方式将果蔬空隙中的空气置换为低温氮气，从而实现了果蔬的快速均匀冷冻，降低了冻结时间，提高了冷冻速率，改善了冷冻过程中由于温度梯度造成的冰晶大小和分布不均匀现象。
(3)本发明减少了果蔬空隙中的氧气含量，从而抑制了果蔬冻藏过程中的氧化反应，进而抑制了果蔬冷冻过程中氧化褐变、黄化等不良反应，更好地保持了果蔬的品质。
附图说明
图1为本发明的实施例采用的冷冻设备的示意图；其中1-阀门；2-电磁阀；3-液氮喷头；4-涡轮式鼓风扇；5-液氮速冻装置；6-阀门；7-压力和温度传感器；8-真空低温氮气速冻装置；9-温度计；10-流量计；11-三通阀；12-真空泵；13-样品架；14-分流板；15-分流管；16-温度计；17-气体流量计；18-温度传感器；19-导流板；20-样品架；21-隔热保温层；22-导流板；23-液氮储罐；24-智能控制反馈调节系统。
图2为冷冻装置的分流板14的主视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实现真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的设备的示意图如图1所示。所述真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬设备，包括液氮储罐23、液氮速冻装置5、真空低温氮气速冻装置8和智能控制反馈调节系统24；所述液氮储罐23、液氮速冻装置5和真空低温氮气速冻装置8依次连接；其中液氮储罐23为本发明的必需设备，但不属于本发明要保护的范围，因此不做详细描述；
所述液氮储罐23为中压液氮储罐，罐体顶部设有开口，开口与液氮速冻装置5的液氮入口相连，为液氮速冻装置5提供所需冷源；
所述液氮速冻装置5为柜式喷淋式液氮速冻设备，其包括样品腔体；所述样品腔体的顶部设有液氮喷头3，所述样品腔体的侧壁设有低温氮气排出口，所述样品腔体的内部设有涡轮式鼓风机4、导流板19、导流板22、温度传感器18以及样品架20，所述涡轮式鼓风机4和温度传感器18设在样品腔体的顶部，所述导流板19和导流板22设在样品架20的左右两端，所述样品架20从上至下设置为多层结构，可分层放置欲冷冻的食品物料，所述样品腔体的外部设有隔热保温层21；
所述液氮储罐23的顶部开口通过管道与液氮速冻装置5相连接，所述液氮储罐23的顶部开口与液氮速冻装置5之间连接的管道上依次设有阀门1和电磁阀2，用于控制液氮充入液氮速冻装置5样品腔体的速率；
所述真空低温氮气速冻装置8包括真空样品腔和真空泵12，所述真空样品腔内部的顶部设有压力和温度传感器7，所述真空样品腔的一侧设有低温氮气入口，该入口与液氮速冻装置5的排气口相连，所述真空样品腔的内部依次设有分流管15，分流板14(分流板14的主视图如图2所示)和样品架13；所述分流管15一端与低温氮气入口相连，另一端为氮气出口，从上至下可均匀分布多个氮气出口，使进入腔体的低温氮气通过分流管15分散在真空样品腔的不同位置；所述样品架13从上至下分隔为多层，可分层放置欲冷冻的食品物料；所述分流板14的上部固定于真空样品腔的顶部，下部固定于真空样品腔的底部，分流板14将真空样品腔分为第一腔体和第二腔体，分流管15位于第一腔体内，样品架13位于第二腔体内；所述分流板14的板上设有均匀排列且大小均一的小孔，可以进一步增加低温氮气在腔体内分散的均匀性；所述分流板14与分流管15之间具有一定的空隙，低温氮气通过分流管15进入第一腔体，然后再通过分流板14上的小孔分散到样品架13不同层的不同位置，由于分流板14对低温氮气流动具有一定的阻碍作用，因此避免了低温氮气直接进入样品架13造成的局部温度较低，温度分布不均匀的现象；所述真空样品腔的另一侧设有排气口，排气口与真空泵12相连；所述真空泵12为多级旋片真空泵；
所述真空样品腔的低温氮气入口通过管道与液氮速冻装置5的排气口相连接，所述真空样品腔的低温氮气入口与液氮速冻装置5的排气口连接的管道上依次设有阀门6、气体流量计17、温度计16，用于监控和调节充入真空样品腔的低温氮气的速率和温度；
所述真空样品腔的排气口通过管道与真空泵12相连接，所述真空样品腔的排气口与真空泵12相连的管道上依次设有温度计9、流量计10、三通阀11，用于调控真空样品腔中的温度和压力；所述三通阀11设有三个通道111、112和113；当真空低温氮气速冻装置8的真空样品腔的腔体需要抽真空时，三通阀的111、113通道打开，真空泵12工作；当真空样品腔内充入低温氮气一段时间后，开启三通阀的111、112通道，真空泵12停止工作，并控制流速使样品腔内保持在特定压力值；
所述智能控制反馈调节系统24主要用于控制和调节真空低温氮气速冻装置8的温度和压力变化，通过将流量计17、温度计16、压力和温度传感器7、温度计9、流量计10的数据进行收集分析后，结合参数设定，通过调节阀门1、电磁阀2、阀门6、三通阀11使真空低温氮气速冻装置8在工作过程中达到预设工作参数条件。
真空低温氮气速冻的工作原理为：通过真空泵将多空隙物料空隙中的空气抽出，然后通过管道迅速注入低温氮气，并保持一定的压力，在压力差的作用下，低温氮气迅速进入物料原有的孔隙中，使物料组织内部出现多个低温冷源，从而使物料实现整体均匀快速冷冻，达到提高冷冻速率和冻品品质的目的。
本发明中当采用该冷冻设备冷冻生鲜食品时，具体的步骤为：
(1)冷冻前要针对不同的果蔬进行果蔬分类及预处理：根据果蔬组织孔隙率的大小(组织孔隙率的测定方法采用简单的水置换法：将要测定的果蔬清洗干净，去皮，切成直径为2cm，高度为2cm的圆柱体，称量其质量为m1，将称量过的果蔬切块放置在与其渗透压相同(可以通过仪器—渗透压仪测得，或可以通过化学方法测定)的蔗糖溶液中，使其完全没入后放入真空测试腔中，抽真空，使其腔体压力保持在1000Pa，保压30min后取出，用滤纸擦拭干净其表面水渍，称量其质量为m2，则定义其组织孔隙率A％为：A＝(m2-m1)×100/m1)，将果蔬分为高孔隙率果蔬和低孔隙率果蔬两大类(高孔隙率果蔬为组织孔隙率大于25％的果蔬)，然后将果蔬清洗干净，去除表面水渍，然后切块、去皮、去核等微加工处理后，根据物料特性，将需要速冻的组织孔隙率较低的果蔬置于液氮速冻装置5的样品架20上，将孔隙率较高的果蔬置于真空低温氮气速冻装置8的样品架13上；
(2)开启三通阀11的111、113通道，打开真空泵12使真空低温氮气速冻装置8的真空样品腔的压力降至1000～1500Pa，然后关闭真空泵12，保压20～30min；
(3)设置液氮速冻装置5的工作温度和真空低温氮气速冻装置8的工作压力及工作温度(液氮速冻装置5的冷冻温度介于-60℃～-150℃之间，排出低温氮气的温度介于-30℃～-50℃之间；真空低温氮气速冻装置8的冷冻温度介于-30℃～-50℃之间，工作压力保持在1～5MPa)，然后在智能控制系统的控制下先开启阀门1，电磁阀2，涡轮式鼓风机3，再开启阀门6，将三通阀11的通道111、113关闭，开启111、112通道，并通过根据温度传感器18，温度和压力传感器7，流量计17，温度计16，温度计9，流量计10传送的数据，控制和调节各阀门的开启情况，同时使液氮速冻装置5和真空低温氮气速冻装置8达到所需的工作条件。
(4)当冷冻样品中心温度达到-18℃～-20℃时，继续冻结10～15min，冻结完成，随后关闭所有设备及阀门，开启液氮速冻装置5和真空低温氮气速冻装置8，将冻结后的物料取出，置于-18℃～30℃的冷库中进行冻藏。
实施例1～2所采用的冷冻设备中的液态氮储罐为中压液氮储罐，压力在20～60bar，工作时，真空低温氮气速冻装置中抽真空过程中，腔体中的压力需降至1000～1500Pa之间，冷冻过程中低温氮气形成的压力在1～5MPa之间。
实施例1
利用上述真空低温氮气速冻设备实现高孔隙率果蔬快速均匀冷冻的方法，具体包括以下步骤：
(1)将需冷冻的组织孔隙率为9.02％的蔬菜毛豆(低孔隙率)和组织孔隙率为30.35％的蔬菜西兰花(高孔隙率)清洗干净、去除水渍，西兰花根据其分支进行切块处理，使其花冠的直径不超过40mm，分别置于液氮速冻装置5的样品架20和真空低温氮气速冻装置8的样品架13上，关闭样品腔体。
(2)开启三通阀11的111、113通道，打开真空泵12使真空低温氮气速冻装置8的真空样品腔的压力降至1500Pa，关闭真空泵12，保压20min；
(3)设置液氮速冻装置5的工作温度和真空低温氮气速冻装置8的工作压力及工作温度，然后在智能控制反馈调节系统24的控制下先开启阀门1，电磁阀2，涡轮式鼓风机3，再开启阀门6，将三通阀11的通道111、113关闭，开启111、112通道，并根据温度传感器18，温度和压力传感器7，流量计17，温度计16，温度计9，流量计10传送的数据，控制和调节各阀门的开启情况，使液氮速冻装置5在10min内降至-90℃，并进行保温；同时使真空低温氮气速冻装置8的进气口氮气的温度为-35℃，真空样品腔的腔体温度为-30℃，压力为1MPa。
(4)当真空样品腔中的冷冻样品的中心温度达到-18℃时，继续冻结15min，冻结完成，随后关闭所有设备及阀门，开启液氮速冻装置5和真空低温氮气速冻装置8，将冻结后的物料(毛豆和西兰花)取出，置于-18℃的冷库中进行冻藏。
与相同温度条件下的鼓风冷冻相比，此法冻结后西兰花解冻后的冷冻损失降低了47.2％；样品中心通过最大冰晶生成带(0℃～-6℃)的时间减少了13.7％；对冻结解冻后的样品进行品质分析，结果表明与新鲜西兰花相比，真空低温氮气冷冻后西兰花的叶绿素含量有所降低，但是其叶绿素明显高于相同条件下鼓风冷冻组西兰花的叶绿素含量(P＞0.05)，对比两种方式冷冻后西兰花中L-抗坏血酸含量，得出了相同的结果。用色差及对解冻后西兰花的色泽进行测定，发现真空低温氮气冻结后西兰花的b*显著低于相同条件下鼓风冷冻组样品的b*值，这说明真空低温氮气冷冻具有抑制冷冻过程中西兰花氧化变黄的作用；对两种冷冻方式冷冻后西兰花中AIS钙离子含量和细胞膜的通透性(即组织的导电率)进行测定分析，结果表明，真空低温氮气冷冻后西兰花中的AIS钙离子含量高出22.1％，而组织的电导率却低了18.4％，说明真空低温氮气冷冻对西兰花组织的破坏程度较低，较好地保持了组织细胞壁和细胞膜的完整性。使用质构仪对冷冻后西兰花的质构特性(TPA)进行测定，与新鲜的西兰花相比，真空低温氮气冷冻后西兰花保持了较好的硬度、弹性、凝聚性和咀嚼性(P＜0.05)，与相同条件的鼓风冷冻组相比，真空低温氮气冷冻组冷冻解冻后西兰花的硬度高出78.6％，弹性高出76.9％，凝聚性高出44.3％，咀嚼性高出52.6％，说明此方法可以有效地维持冷冻后西兰花的质构和感官特性，保持较好的品质。
实施例2
本实施例的真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法，具体包括以下步骤：
(1)将需冷冻的组织孔隙率为7.16％的水果芒果和孔隙率为39.78％水果苹果清洗干净、去除水渍、切块(切块后的水果厚度不大于50mm)，分别置于液氮速冻装置5的样品架20和真空低温氮气速冻装置8的样品架13上，关闭样品腔体。
(5)开启三通阀11的111、113通道，打开真空泵12使真空低温氮气速冻装置8的真空样品腔的压力降至1000Pa，关闭真空泵12，保压30min；
(6)设置液氮速冻装置5的工作温度和真空低温氮气速冻装置8的工作压力及工作温度，然后在智能控制系统的控制下先开启阀门1，电磁阀2，涡轮式鼓风机3，再开启阀门6，将三通阀11的通道111、113关闭，开启111、112通道，并通过根据温度传感器18，温度和压力传感器7，流量计17，温度计16，温度计9，流量计10传送的数据，控制和调节各阀门的开启情况，使液氮速冻装置5在10min内降至-120℃，并进行保温；同时使真空低温氮气速冻装置8的进气口氮气的温度为-50℃，真空样品腔的腔体中的温度为-45℃，压力为2MPa。
(7)当真空低温氮气速冻装置的真空样品腔中的样品的中心温度达到-18℃时，继续冻结10min，冻结完成，随后关闭所有设备及阀门，开启液氮速冻装置5和真空低温氮气速冻装置8，将冻结后的物料(芒果和苹果)取出，置于-18℃的冷库中进行冻藏。
与相同温度条件下的鼓风冷冻相比，此法冻结后苹果解冻后的冷冻损失降低了36.2％；样品中心通过最大冰晶生成带(0℃～-6℃)的时间减少了11.5％；对冻结解冻后的样品进行品质分析，结果表明与新鲜苹果相比，真空低温氮气冷冻后苹果的花青素、L-抗坏血酸、多酚的含量均有所降低，但是其花青素、L-抗坏血酸和多酚含量均明显高于相同条件下鼓风冷冻组苹果的花青素、L-抗坏血酸和多酚含量(P＞0.05)。这说明此方法可以有效地保护苹果细胞结构的完整性，并抑制冷冻过程中苹果中还原性物质的氧化；对冷冻后苹果组织中AIS钙离子含量和细胞膜的通透性(即组织的导电率)进行测定分析，结果表明，与相同温度下鼓风冷冻相比，真空低温氮气冷冻后苹果中的AIS钙离子含量高出17.2％，而组织的电导率却低了12.4％，这间接说明了真空低温氮气冷冻对苹果组织细胞的破坏程度较低，可以较好地保持组织细胞壁和细胞膜的完整性。使用质构仪对冷冻后苹果的硬度进行分析，与新鲜的苹果相比，真空低温氮气冷冻后苹果保持了较好的硬度(P＜0.05)，与相同条件的鼓风冷冻组相比，真空低温氮气冷冻组冷冻解冻后苹果的硬度增加了53.6％，说明此方法可以有效地维持冷冻后苹果的质构和感官特性，保持较好的品质。
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上述实施例的限制，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 (9)
1.一种真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法，其特征在于：通过真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的设备进行冷冻处理，其中：
所述真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的设备包括依次连接的液氮储罐，液氮速冻装置和真空低温氮气速冻装置，以及用于调控液氮速冻装置与真空低温氮气速冻装置的温度和压力变化的智能控制反馈调节系统；
所述真空低温氮气速冻装置包括真空样品腔和真空泵，所述真空样品腔的内顶部设有压力和温度传感器；所述真空样品腔的一侧设有低温氮气入口，低温氮气入口与液氮速冻装置的排气口相连；所述真空样品腔的另一侧设有排气口，排气口与真空泵相连；
所述的真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法，包括如下步骤：
（1）果蔬预处理：将组织孔隙率大于25%的果蔬清洗干净，去除表面水渍；
（2）真空处理：将预处理后的果蔬置于真空低温氮气速冻装置的真空样品腔中并密封，然后进行抽真空处理，使真空样品腔的压力为1000～1500 Pa，再进行保压处理；
（3）冷冻处理：通过智能控制反馈调节系统的调节使液氮速冻装置中排出的低温氮气的温度为-30℃～-50℃，然后将低温氮气注入到真空低温氮气速冻装置的真空样品腔中，进行果蔬的冷冻处理；其中，冷冻处理的温度为-30℃～-50℃，工作压力为1～5 MPa；
（4）贮存：待冷冻处理的果蔬的中心温度达到-18℃～-20℃时，继续冻结10～20 min，最后将果蔬从真空样品腔中取出并置于冷库中贮存；
步骤（1）中所述的组织孔隙率大于25%的果蔬为西兰花、菜花、茄子、苹果、秋葵、菠萝、和/或西瓜。
2.根据权利要求1所述的真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法，其特征在于：
步骤（1）中所述的果蔬预处理还包括果蔬的微加工处理；所述的微加工处理为：将果蔬进行去皮、切块、和/或去核，使果蔬的厚度低于60 mm。
3.根据权利要求1所述的真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法，其特征在于：在步骤（2）之前还包括在液氮速冻装置中放入生鲜食品的步骤；
所述的生鲜食品为果蔬、面制品和/或海产品；
所述的生鲜食品的冷冻温度为-60℃～-150℃。
4.根据权利要求1所述的真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法，其特征在于：
步骤（2）中所述的保压处理的时间为20～30 min；
步骤（4）中所述的冷库的温度≤ -18℃。
5.根据权利要求1所述的真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的方法，其特征在于：
所述真空样品腔的内部依次设有分流管，分流板和样品架；所述分流管与低温氮气入口相连；所述分流板上设有均匀排列的小孔，分流板的上部固定于真空样品腔的顶部，下部固定于真空样品腔的底部，将真空样品腔分为第一腔体和第二腔体，分流管位于第一腔体内，样品架位于第二腔体内；
所述真空样品腔的低温氮气入口与液氮速冻装置的排气口连接的管道上依次设有阀门、气体流量计、温度计；
所述真空样品腔的排气口与真空泵相连的管道上依次设有温度计、流量计、三通阀。
6.一种真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的设备，其特征在于：包括依次连接的液氮储罐，液氮速冻装置和真空低温氮气速冻装置，以及用于调控液氮速冻装置与真空低温氮气速冻装置的温度和压力变化的智能控制反馈调节系统；
所述真空低温氮气速冻装置包括真空样品腔和真空泵，所述真空样品腔的内顶部设有压力和温度传感器；所述真空样品腔的一侧设有低温氮气入口，低温氮气入口与液氮速冻装置的排气口相连；所述真空样品腔的另一侧设有排气口，排气口与真空泵相连。
7.根据权利要求6所述的真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的设备，其特征在于：
所述真空样品腔的内部依次设有分流管，分流板和样品架；所述分流管与低温氮气入口相连， 所述分流板上设有均匀排列且大小均一的小孔，分流板的上部固定于真空样品腔的顶部，下部固定于真空样品腔的底部，将真空样品腔分为第一腔体和第二腔体，分流管位于第一腔体内，样品架位于第二腔体内。
8.根据权利要求6所述的真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的设备，其特征在于：
所述真空样品腔的低温氮气入口与液氮速冻装置的排气口连接的管道上依次设有阀门、气体流量计、温度计；
所述真空样品腔的排气口与真空泵相连的管道上依次设有温度计、流量计、三通阀。
9.根据权利要求6所述的真空低温氮气快速均匀冷冻果蔬的设备，其特征在于：
所述液氮储罐为中压液氮储罐，罐体顶部设有开口，开口与液氮速冻装置的液氮入口相连；
所述的液氮速冻装置包括样品腔体，所述样品腔体的顶部设有液氮喷头，所述样品腔体的侧壁设有低温氮气排出口，所述样品腔体的内部设有涡轮式鼓风机、导流板、温度传感器以及样品架，所述样品腔体的外部设有隔热保温层；
所述液氮储罐的顶部开口与液氮速冻装置之间连接的管道上依次设有阀门和电磁阀。
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