CN1089811A - 冷冻食品的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于连续地冷冻食品的方法和装置，其中食 品在传送装置上与处于紊流状态的液体致冷剂接触， 以此来冷冻食品的至少外表面。随后将冷冻了的食 品和液体致冷剂分离开。

Description

本发明总地涉及用液体致冷剂冷冻食品的方法和装置。使食品与处于流紊流状态下的致冷剂相接触，以使冷冻更有效并使各食品块能更好地分离。

一些年来，用液体致冷剂，例如液氮，冷冻食品已得到了商业规模的实际应用，一种典型的商用冷冻方法是先将食品放到一个传送带装置上，随后让传送带进入液体致冷剂浴槽使食品浸没于液体致冷剂，然后由传送带将冷冻了的食品移出浴槽，并送去作进一步的冷冻、加工和包装。

食品浸入相对固定的液体致冷剂浴槽中的方法的缺点在于，各食品块形式的食物产品倾向于冻结在一起。这就需要有一个机械分离过程，而这种分离可能损伤食品，对虾、贝肉、蛤肉之类的嫩软食品尤其如此。

这类方法的缺点还在于，由于传送带进出浴槽而使液体致冷剂大量流失。传送带一进入浴槽就被冷却，而一离开浴槽就被升温，这样，在冷冻过程中要消耗大量的液体致冷剂，从而大大增加了冷冻成本。

另一种冷冻食品的方法是采用一种隧道式冷冻装置。将食品放在一连续的传送带上，再使传送带进入一装有风扇的隔热的箱子内，将液体致冷剂喷入箱子内，以其蒸发吸热来冷却隔热的箱子的内部。箱子内的风扇使致冷剂蒸汽循环，以对流的方式来冷冻食品。

上述隧道式冷冻装置的缺点在于，这种对流冷冻过程相当慢。另外，需要相当大的隔热箱子，这就增加了冷冻装置的费用并占用价格很高的作业场地。

隧道式冷冻装置的缺点还在于，像上述浸入式冷冻装置一样，如果食品在进入冷冻装置之前不事先分割块，则在冷冻操作之后必须对其进行机械分离。另外，湿嫩的虾、贝肉和蛤肉之类的食品会粘附传送带上而需要对其进行机械剥离。用机械器具将食品块相互分离或将其从传送带上剥离下来，可能会损伤嫩软的食品。

近来，已揭示了多种冷冻方法，尤其是用于冷冻奶油、蛋液体之类的液体食品的方法，其中是让液体致冷剂流过由一长的槽体提供的倾斜槽道。

Peter    H.Gibson等人的美国专利No.4，479，363揭示了一种冷冻液体食品的方法，其中液体食品沿一倾斜的槽道从液化气流中或其上通过。这种液化致冷剂流的特征是层流，且该专利说应避免紊流。

Peter    H.Gibson的美国专利No.4，843，840揭示了一种应用一传送液体致冷剂的槽形管道来冷冻液体食品的方法。其需要液体致冷剂作一种平稳而无紊流的流动，以达到冷冻的均匀性和对食品的尺度和被冷冻食品的冷冻程度的控制。

尽管这些方法各有其优点，但仍然需要至少能够大大降低将固体食品块冻结在一起的现象以及能以更好的费用效益来冷冻食品的方法。

按照本发明，发现一种包括至少一个由一槽体构成的倾斜槽道的冷冻装置当液体致冷剂沿着槽道以紊流状态输送时特别适合于食品，尤其适合于粗硬和嫩软的固体食品的冷冻。

本发明总的来说涉及用液体致冷剂冷冻呈块状的食品的方法和装置，其中，食品被以更有效的方式进行冷冻且各食品块在经过冷冻工序时不会粘结在一起。从广义上来说，本发明提供了一种冷冻食品尤其是固体食品块的连续方法，它包括将各个食品块送到传送装置上，使传送装置上的食品块与处于紊流状态下的液体致冷剂接触，以此至少冷冻食品的外表面;和将各被冷冻了的食品块从液体致冷剂分离出来。

所构成的装置能够确保液体致冷剂以紊流状态接触食品。这里使用的“紊流”这一术语将意味着液体致冷剂在一给定点上的流速的大小和方向随时都在无规则地变化着。而在已有技术的方法中为典型的层流，在给定点上始终是一种流线型的规则流。

产生紊流的方式可以是多种多样的。例如，可以给传送装置在液体致冷剂的流动路径方向中设置凹凸不平的表面。这种凹凸不平的表面可以采取许多有一定间隔的凸脊的形式。另外，或者传送装置可包括排列成一个阶梯的多个单独的传送器，其中液体致冷剂从一个传送器的前端下落到其下面的下一个传送器的后端。液体致冷剂接触每一传送器的后端的力足以使冷冻装置中的至少一部分流动路径产生紊流。

本发明也可采用产生紊流的其它方法，这些方法包括例如使液体致冷剂以紊流状态进入冷冻装置，或者采用能够使液体致冷剂中产生紊流的方式将食品送入冷冻装置。

与使用固定的液体致冷剂浴槽或使用层流液体致冷剂的冷冻食品相比，紊流有几个优点。第一，紊流能以达到更均匀冷冻的方式使食品与流体致冷剂相混合。第二，紊流至少能基本上降低各食品块冻结在一起的发生率。第三，紊流能增大有利于食品保鲜的冷冻速率，减低冷冻成本，包括减小冷冻装置的尺寸。

下面附图是为了图示说明本发明的实施例，不是用于限定本发明，本发明将由构成本申请书之一部分的权利要求书加以限定。

图1是本发明的一采用单一传送机在紊流状态下冷冻各食品块的实施例的示意图;

图2A是图1所示的具有间隔的用于使液体致冷剂产生紊流的凸脊的传送带的侧视图;

图2B是图1所示的传送带的俯视图;

图2C是图1所示的传送带的前视图;

图2D是有多槽道的传送带的前视图;

图3是图1所示之实施例的分离部分的局部示意图;

图4是用在图3所示的分离部分中的传送带的顶视图;

图5是本发明的另一实施例的示意图，它采用排列成一阶梯的多个传送带，以便在紊流状态下冷冻各食品块。

参见附图，尤其参见图1，其显示了本发明的冷冻装置的一个实施例，它采用一呈槽体形式的单一传送机，槽体有一用于使块状食品与液体致冷剂接触的单一槽道。冷冻装置2包括食品进入区段4、液体致冷剂进入区段6、冷冻区段8、使液体致冷剂和被冷冻了的食品分离的分离区段10、和将冷冻了的食品卸离冷冻装置2的冷冻食品出口区段12。

食品进入区段4包括一传送装置，例如它可以是一个传送带14，用于将各个待冷冻的食品块从一货源（未示）传送到一开向冷冻装置2的进口16。食品块由传送带14传送并脱离其端部18而落到一槽体20上，槽体20有一用于接收食品的后端22和一限定一槽道21的前端24（见图2C），槽道用于传送液体致冷剂和承受冷冻的食品。从进口16至槽体20的距离最好足够大，以使食品对槽体20中的液体致冷剂的撞击足以产生紊流。通常，从进口16至槽体20的距离约为6至24英寸。

槽体适合于容纳液体致冷剂和逐渐被冷冻的食品且将它们输送到分离区段10。

食品的初步冷冻，至少是使食品外表面冻结，发生在槽体20中。接着的食品内部的冷冻可以在槽体20中进行，或者在食品离开冷冻装置2的出口区段12之后在一另外的冷冻装置（未示）中进行。

各食品块的冷冻程度取决于其在液体致冷剂中的停留时间、液体致冷剂的深度和食品进入冷冻装置时的温度。

食品在液体致冷剂中的停留时间取决于槽体的长度和它的倾角θ。槽体越长，食品与液体致冷剂接触的时间也就越长，冷冻的程度也就越深。相反，随着倾角θ增大，食品与液体致冷剂接触的时间减少，于是冷冻程度越浅。最佳倾角约为0.5至5.0°。

液体致冷剂的深度也是食品冷冻过程中的一个因素。液体致冷剂的深度应足以允许食品的各个侧面与液体致冷剂接触一段足够长的时间，以便至少使其外表面冻结。将液体致冷剂的深度维持在0.5D至2.0D范围内是不合乎需要的，最好是维持在0.5D至1.5D范围内，这里D是食品的最大厚度。

在考虑按照本发明的食品冷冻情况时，进入冷冻装置2的食品的温度是另一个因素。食品进入冷冻装置2时的温度越高，为至少冷冻其表面必须移出的热量就越大。因此，温度相当高例如50°F的食品比以较低温度进入冷冻装置的食品需要与液体致冷剂接触更长的时间。

作为例子，按照本发明，在一个长度约为5至15英尺、倾角约为0.5至5°和其中液体致冷剂深度约为0.125至1.5英寸的槽体中，能够冷冻温度为30至50°F和最大厚度约为0.25至0.75英寸（如切成小块的鸡）的食品。

按照本发明，槽体20中的液体致冷剂的流动是能提高冷冻效率并使各食品块保持分离的紊流。紊流可通过使槽体20的底板30具有高低不平的表面来获得。关于这一点，可在底板30上间隔地设置多个延伸于两相对壁26、28之间、横置于液体致冷剂流动路径的凸脊34。一种能达到这一目的的设计如图2A-2C所示，其中凸脊34由面对液体致冷剂流的前侧面36和后侧面38构成。前侧面36与底板30成一角度且升至一顶峰40，而后侧面38基本上垂直于底板30。当液体致冷剂从顶峰40上跌落下来撞击到底板30上时，越过凸脊的液体致冷剂流就产生紊乱。改变沿底板30的流动路径以产生紊流的其它办法对本领域中的普通技术人员是显而易见的。

各凸脊34间隔设置以使液体致冷剂产生紊流，各凸脊34之间的距离最好在约5.0D至15.0D的范围内，如图2B中所示，这里D是食品的最大厚度。

在本发明的另一实施例中，如图2D中所示，设置了多个槽道21a和21b，它们由一隔板35分开。当不同类型或同类而不同尺寸的食品要冷冻且必须至少保持分离状态通过冷冻过程时，多槽道21a和21b是适合需要的。例如冷冻不同规格的虾时可使用多槽道。应当理解，将虾分成不同规格可在它们输送到本发明的冷冻装置之前进行。

液体致冷剂是从位于分离区段10下面的贮液槽42、供到槽体20的后端22而供给液槽体20，贮液槽42还用于截留回收液体致冷剂这一点下文还将说明。泵44将液体致冷剂从贮液槽42经管道46送入靠近槽体20后端22的储液箱48中。

储液箱48由壁50与槽体20的后端22隔开。随着液体致冷剂不断地送到液箱48，它就溢流过壁50而落入槽体20中。壁50的高度可设置得使液体致冷剂具有足够的落差，以使槽体20中产生紊流。用于产生紊流的前壁50的高度通常在约3至12英寸范围内。

分离区段10适用于将从槽体20前端24落下来的液体致冷剂和冷冻了的食品分开。如图3和4所明示，分离区段10包括一传送带52，它有一个其上有许多孔56的底板（图4中最清楚），这些孔56从后端58延续到前端60。

后端58位于槽体20之前端24的下方，因此它适于接收从槽体20流下来的液体致冷剂和冷冻了的食品块。底板54上的孔56大得足以让液体致冷剂穿过而流下去、然而又小得足以使食品块保持在底板54上。因此，液体致冷剂能穿过传送带52进入贮液槽42而用于再循环。

留在传送带52上的冷冻了的食品块被传送到冷冻食品出口区段12，该区段12包含一在冷冻装置2之内但远离进入区段16的开口62，冷冻了的食品被通过开口62送去作进一步加工、冷冻和/或包装（未示）。

在冷冻过程中，槽体20中的液体致冷剂会有一些蒸发散失，这就需要在其从槽体20的后端22流向前端24的过程中补充液体致冷剂。参看图1，补充的液体致冷剂可由补液箱65经有流量控制阀66的管路64来供应。液体致冷剂补充管68至少沿槽体20的部分长度布置，管68有多个间隔的出液口70，液体致冷剂经这些出液口70进入槽体20。

补液管68至槽体20的底板30最好有一段能够使落入槽体内的补充液体致冷剂会使槽体产生紊流的距离。补液管68和底板30之间的能够使液体致冷剂产生紊流的距离通常为2至6英寸。

流量控制阀66的打开和关闭是由传感器72控制的，传感器72通过例如浮子74检测贮液槽42中的液体致冷剂液位。当贮液槽42中的液位下降时，传感器72检测到浮子74的向下运动并发送一个电信号经电气连接（未示）到阀66使其运动到打开位置。这就使补充的液体致冷剂从补液箱65加给槽体20直到传感器72检测到贮液槽42中的液位停止下降为止。

在冷冻装置的各区段上，由食品的冷冻引起的蒸发导致某些液体冷冻剂的损失。在冷冻过程中液体致冷剂的损失可以通过从补液箱65或其它液体致冷剂源向贮液槽42和/或补液管68添加液体致冷剂来进行补充。

可以按照本发明进行冷冻的食品类型一般不受限制，既包括固体食品，也包括液体食品，例如鸡块、块状鸡肉、水果、蔬菜、块状蛤肉、虾、贝肉和蚝等。

可应用的液体致冷剂的种类必须符合食品加工的安全要求。液态氮由于其成本相当低是比较理想的液体致冷剂。

在本发明的另一实施例中，紊流是通过在冷冻装置中采用多个传送机并使液体致冷剂和被处理的食品从一个传送机跌落到另一个传送机上来产生。

参见图5，其显示了一个有一串三个槽体82a-82c的冷冻装置80，每个槽体向下倾斜一个约0.5至5°的角以使液体致冷剂和食品能从上面一个槽体（即82a）的后端84流至下面一个槽体（即，82b）的后端86，如此依次流动，直到液体致冷剂和冷冻了的食品传送到分离区段88，和有关图1的描述一样，分离区段88包括一个传送带90，其底部92上有许多穿孔94（见图4），这些孔允许液体致冷剂通过并流入贮液槽96中，而冷冻了的食品通过出口95离开冷冻装置。

液体致冷剂从贮液槽96由泵98通过管路100和喷头102供到最顶部的槽体82a的后端84。喷头102喷出一股其力足以使槽体82中产生紊湍的液体致冷剂射流。

要冷冻的食品块，如前面与图1有关的描述那样，从一传送机（未示）通过开口104进入冷冻装置80。食品块通过开口104落向槽体82的距离可使食品块接触液体致冷剂的地方产生紊流。从开口104至槽体82a的距离一般为约6至24英寸。

如与图1和图2A-2D相关的描述和显示那样，槽体82a-82c中的一个或多个可设置间隔的凸脊，以便产生紊流或保持由多个槽体82a-82c产生的紊流。

例1

各边尺寸均约为1/2英寸的鸡块送入图1所示类型的冷冻装置中。该冷冻装置具有每小时冷冻1000磅鸡块的容量。连接于贮液槽42的泵44必须提供每分钟约40加仑的液体致冷剂（例如液氮）的流量。

槽体20的从后端22至前端24的长度为10英尺。槽体20设有间隔为5英寸的凸脊。凸脊的高度为0.5英寸（见图2C）。

从鸡块移出的热量约为25BTU_s每磅，从一液态氮源提供给贮液槽42的补充液态氮的流量约为333磅每小时。

例2

与例1中相同的鸡块送入图5所示类型的冷冻装置，鸡块送入冷冻装置的速率是1000磅每小时，其需要的液态氮补充流量约为40加仑每分钟。

每个槽体82a-82c都是长10英尺，鸡块通过3个槽体使鸡块的热损失为50BTU_s每磅。补充损失的致冷剂的液态氮的流量约为666磅每小时。

Claims (38)

1、一种连续冷冻食品的方法，它包含：

(a)将具有外表面的所述食品送到传送装置上；

(b)使传送装置上的食品与液体致冷剂相接触，接触过程中液体致冷剂处于紊流状态的时间至少为食品与液体致冷剂相接触的时间的一部分，以此使食品的至少外表面冻结；和

(c)将冷冻了的食品与液体致冷剂分离，其中传送装置包含至少一个具有一对闭合的壁和一个底的槽体，它们限定了至少一个用于容纳处于与液体致冷剂接触过程中的食品的槽道，所述底具有至少两个间隔的横置于底并延伸于两相对壁之间设置的凸脊，所述方法包括引导液体致冷剂流过所述凸脊；以此产生所述紊流。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以能使所述液体致冷剂产生紊流的方式将液体致冷剂从一个源输送到传送装置。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括将液体致冷剂从所述源输送到传送装置上方的第一个位置，以及将液体致冷剂向下引到所述传送装置上。

4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括将液体致冷剂从所述源输送到传送装置上方的第二个位置，以及将液体致冷剂喷射到传送装置上。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，液体致冷剂的深度在约0.5D至2.0D的范围内，这里D是食品的最大厚度。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，液体致冷剂的深度在约0.5D至1.5D的范围内，这里D是食品的最大厚度。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个槽体倾斜一个约0.5°至5.0°的角度。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸脊的设置间隔为约5D至1.5D，这里D是食品的最大厚度。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，传送装置包括多个从最上一个槽体至最下一个槽体布置成一个阶梯的槽体，每一槽体有一个后端和一个前端，上面一个槽体的前端位于下面一个槽体的后端的上方，所述方法包括引导液体致冷剂沿最上面的槽体向前流并流出其前端而落到下面一个槽体的后端，并使液体致冷剂继续依次流到最下面的槽体。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述各槽体都倾斜一个约为0.5°至5.0°的角度。

11、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述凸脊的设置间隔为约5D至15D，这里D是为食品的最大厚度。

12、如权利要求9所述的方法，其特征在于，在至少一个槽体内液体致冷剂的深度在约0.5D至2.0D的范围内，这里D是为食品的最大厚度。

13、一种用于冷冻连续供应的食品的装置，它包含：

（a）将具有外表面的所述食品传给传送装置的食品供应装置;

（b）将液体致冷剂传送给传送装置的液体致冷剂供应装置;

（c）输送食品和紊流状态的液体致冷剂并以此冷冻食品的至少外表面的传送装置;

（d）将冷冻了的食品与液体致冷剂分离的分离装置，其特征在于，传送装置包含至少一个具有一对对置的壁和一个底的槽体，它们限定了至少一个用于容纳处于与流体致冷剂接触过程中的食品的槽道，所述底具有至少两个间隔的横置于底并延伸于两相对壁之间设置的凸脊。

14、如权利要求13所述的装置，其特征在于，它进一步包括将液体致冷剂从一个源输送到传送装置上方的一个位置的装置以及将液体致冷剂向下引到所述传送装置上的装置。

15、如权利要求13所述的装置，其特征在于，它进一步包括将液体致冷剂从一个源输送到传送装置上方的一个装置的装置以及将液体致冷剂喷射到所述传送装置上的装置。

16、如权利要求13所述的装置，其特征在于，各凸脊的间隔约为5D至15D，这里D是食品的最大厚度。

17、如权利要求13所述的装置，其特征在于，至少一个槽体倾斜一个0.5°至5°的角度。

18、如权利要求13所述的装置，其特征在于，它包括多个从最上面一个槽体至最下面一个槽体布置成一阶梯的倾斜槽体，每一槽体具有一后端和一前端，上面一个槽体的前端位于下面一个槽体的后端的上方，其中液体致冷剂沿最上面的槽体向前流并流出其前端而落到下一个槽体的后端，直至液体致冷剂到达最下面的槽体。

19、一种连续冷冻食品的方法，它包含：

（a）将具有外表面的所述食品供应到一传送装置;

（b）使传送装置上的食品与深度约为0.5D至2.0D的液体致冷剂相接触，这里D是食品的最大厚度，接触过程中液体致冷剂处紊流状态的时间至少为食品与液体致冷剂接触时间的一部分，以此来使食品的至少外表面冻结;和

（c）将冷冻了的食品与液体致冷剂分离。

20、如权利要求19所述的方法，其特征在于，包括将液体致冷剂以能使所述液体致冷剂产生紊流的方式从一个源输送到传送装置。

21、如权利要求20所述的方法，其特征在于，包括将液体致冷剂从所述源输送到传送装置上方的一第一位置，以及将液体致冷剂向下引到所述传送装置上。

22、如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括将所述液体致冷剂从所述源输送到传送装置上方的一第二位置，以及将液体致冷剂喷射到传送装置上。

23、如权利要求19所述的方法，其特征在于，液体致冷剂的浓度在约0.5D至1.5D范围内。

24、如权利要求19所述的方法，其特征在于，传送装置倾斜一个约为0.5°至5.0°的角度。

25、如权利要求19所述的方法，其特征在于，传送装置包括从最上面的槽体至最下面的槽体布置成一阶梯的多个槽体，每一槽体具有一后端和一前端，上面一个槽体的前端位于下面一个槽体的后端的上方，所述方法包括引导液体致冷剂沿上面的槽体向前流并流出其前端而落到下一个槽体的后端上，且使液体致冷剂继续流至最下面的槽体。

26、如权利要求25所述的方法，其特征在于，各槽体都倾斜一个约0.5°至5°的角度。

27、一种连续冷冻食品的方法，它包含：

（a）将具有外表面的所述食品供应到传送装置上;

（b）使传送装置上的食品与液体致冷剂接触，接触中液体致冷剂处于紊流状态的时间至少为食品与液体致冷剂接触的时间的一部分，以此来冻结食品的至少外表面;和

（c）将冷冻了的食品与液体致冷剂分离，其特征在于，传送装置包括从最上面的液槽体至最下面的槽体布置成一阶梯的多个槽体，每一槽体具有一后端和一前端，上面一个槽体的前端位于下一个槽体的后端的上方，所述方法包含引导液体致冷剂沿最上面的槽体向前流动并流出其前端而落到下一个槽体的后端上，且使液体致冷剂继续流至最下面的槽体。

28、如权利要求27所述的方法，其特征在于，包括将液体致冷剂以能使液体致冷剂产生所述紊流的方式从一个源输送到传送装置。

29、如权利要求28所述的方法，其特征在于，包括将液体致冷剂从所述源输送到传送装置上方的一第一位置，以及将液体致冷剂向下引到所述传送装置上。

30、如权利要求28所述的方法，其特征在于，进一步包括将液体致冷剂从所述源输送到传送装置上方的一第二位置，以及将液体致冷剂喷射到传送装置上。

31、如权利要求30所述的方法，其特征在于，液体致冷剂的深度是在约0.5D至2.0D范围内，这里D是食品的最大厚度。

32、如权利要求27所述的方法，其特征在于，各槽体都倾斜一个约0.5°至5°的角度。

33、一种用于冷冻连续供应的食品的装置，它包含：

（a）将具有外表面的所述食品传送给传送装置的食品供应装置;

（b）将液体致冷剂传送给传送装置的液体致冷剂供应装置;

（c）输送食品和处于紊流状态的液体致冷剂、以此冷冻食品的至少外表面的传送装置;和将冷冻了的食品与液体致冷剂分开的分离装置，所述传送装置包含从最上面的槽体至最下面的槽体布置成一阶梯的多个倾斜槽体，每一液槽体具有一后端和一前端，上面一个槽体的前端位于下一个槽体的后端的上方，其中液体致冷剂沿最上面的槽体向前流并流出其前端而落到下一个槽体的后端上，直至液体致冷剂到达最下面的槽体。

34、如权利要求33所述的装置，其特征在于，进一步包含将液体致冷剂从一个源输送到传送装置上方的一个位置并将液体致冷剂向下引到所述传送装置的装置。

35、如权利要求33所述的装置，其特征在于，进一步包含将液体致冷剂从所述源输送到传送装置上方的一个位置的输送装置和将液体致冷剂喷射到所述传送装置上的喷射装置。

36、如权利要求33所述的装置，其特征在于，传送装置包含至少一个具有一对对置的壁和一个底的槽体，它们限定了至少一个用于容纳处于与液体致冷剂接触中的槽道，所述底至少具有两个间隔地横置于底并延伸于两对置的壁之间设置的凸脊。

37、如权利要求36所述的装置，其特征在于，凸脊的间隔约为5D至15D，这里D为食品的最大厚度。

38、如权利要求36所述的装置，其特征在于，至少一个槽体倾斜一个约0.5°至5°的角度。

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