CN110094909B - 一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置，用于解决传统常压冷冻高水分易冻裂食品的技术问题。本实施例中，内置于乙醇储液桶内的蒸发盘管通过管道与低级压缩机、中间冷却器、高级压缩机、冷凝器、第一节流阀、第二节流阀进行连接；增压缸上连接有第一三位四通电磁换向阀，第一三位四通电磁换向阀连接有液压油储液桶，增压缸与乙醇储液桶相连接；超高压反应釜的进料口和出料口分别设置有进口活塞缸和出口活塞缸，进口活塞缸和出口活塞缸分别连接有第二三位四通电磁换向阀和第三三位四通电磁换向阀，进料口和出料口分别与乙醇储液桶相连通，超高压反应釜内设置有自由活塞，超高压反应釜通过多条管道与乙醇储液桶进行连通。

Description

一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置

技术领域

本发明涉及超高压技术领域，尤其涉及一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置。

背景技术

食品在冻结的过程中内部的自由水会在冻结过程中膨胀形成大冰晶，使食品的品质大大下降。研究表明，食品在冻结的过程中，冻结速度越快，食品内部形成的冰晶就越小越均匀，对食品的品质影响就越小。目前即使是速冻效果最好的冷冻方式——深冷速冻，经过冷冻处理的冻品，其组织细胞也会出现不可逆的变化，如表面破裂和汁液流失等等造成的食品营养损失。出现该现象的主要原因是在食品快速冻结时是从食品表面到食品内部逐渐降温冻结的，这个过程中内外冻结速率、温度不同，导致发生超低温断裂现象。

通过周国燕、李红卫等人的研究发现：在冻结过程如果引用压力参数，通过改变压力控制水的物性参数，采用超高压冻结、高压解冻和高压低温不冻冷藏工艺可以解决常压冷冻冷藏的高水分易冻裂食品的难题。

然而当前并没有用于生产的超高压速冻装置。现有的超高压处理(HPP)设备，主要用于食物的杀菌非热处理加工。普遍采用直压式的超高压处理设备主要存在工作容积小、加压速度慢、无法完成超高压冷却后的瞬间泄压等问题。

因此，为解决上述的技术问题，寻找一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置成为本领域技术人员所研究的重要课题。

发明内容

本发明实施例公开了一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置，用于解决传统常压冷冻高水分易冻裂食品的技术问题。

本发明实施例提供了一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置，包括乙醇储液桶、增压缸、制冷机组、超高压反应釜和管道；

所述制冷机组包括低级压缩机、中间冷却器、高级压缩机、冷凝器、第一节流阀、第二节流阀和内置于所述乙醇储液桶的蒸发盘管；所述蒸发盘管通过管道与所述低级压缩机、所述中间冷却器、所述高级压缩机、所述冷凝器、所述第一节流阀、所述第二节流阀进行连接；

所述增压缸上连接有第一三位四通电磁换向阀，所述第一三位四通电磁换向阀通过管道依次连接有第一液压泵和液压油储液桶，所述增压缸通过管道与所述乙醇储液桶相连接；

所述超高压反应釜的相对两侧分别设置有进料口和出料口，所述进料口上设置有进口活塞缸，所述出料口上设置有出口活塞缸，所述进口活塞缸上连接有第二三位四通电磁换向阀，所述第二三位四通电磁换向阀通过管道依次与所述第一液压泵和所述液压油储液桶进行连接；所述出口活塞缸上连接有第三三位四通电磁换向阀，所述第三三位四通电磁换向阀通过管道依次与所述第一液压泵和所述液压油储液桶进行连接；

所述超高压反应釜内设置有可自由活动的自由活塞，所述超高压反应釜的顶端开设有第一出口，所述第一出口通过管道与所述乙醇储液桶进行连通，所述超高压反应釜的底端开设有第一进口，所述第一进口通过管道依次连接有第二液压泵和所述乙醇储液桶；所述进料口通过管道依次与所述第二液压泵和所述乙醇储液桶进行连通，所述出料口通过管道与所述乙醇储液桶进行连通，所述超高压反应釜的侧面开设有第二进口，所述第二进口通过管道与所述增压缸进行连通。

可选地，还包括蓄能器；

所述增压缸依次与所述蓄能器和所述第二进口进行连接。

可选地，还包括多个调速阀；

所述第一三位四通电磁换向阀与所述调速阀进行连接，并通过所述调速阀依次与第一液压泵和液压油储液桶进行连接；

所述第二三位四通电磁换向阀与所述调速阀进行连接，并通过所述调速阀依次与第一液压泵和液压油储液桶进行连接；

所述第三三位四通电磁换向阀与所述调速阀进行连接，并通过所述调速阀依次与第一液压泵和液压油储液桶进行连接。

可选地，还包括多个单向阀；

所述增压缸与所述单向阀进行连接，并通过所述单向阀依次与所述蓄能器和所述第二进口进行连接；

所述乙醇储液桶连接有多个所述单向阀，所述乙醇储液桶通过单向阀与所述第一进口进行连接；所述乙醇储液桶通过单向阀与所述增压缸进行连接；所述乙醇储液桶通过单向阀与所述第一出口进行连接。

可选地，所述进料口的开口竖直朝上，所述出料口的开口竖直朝下。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本实施例中，液压油储液桶通过第一液压泵将液压油进行加压，加压后的液压油通过第一三位四通电磁换向阀控制进入增压缸，增压缸的活塞在压力油的作用下工作，工作时增压缸的柱塞对柱塞腔内的无水乙醇溶液进行增压，超高压的无水乙醇液体依次从第二进口流入超高压反应釜，第一液压泵把液压油泵进第二三位四通电磁换向阀，通过换向阀的控制进入进口活塞缸，进口活塞缸在液压油的作用下把投下的物料从进料口推进超高压反应釜中。待物料加压完毕，通过超高压反应釜内的自由活塞将物料进行抬升再通过乙醇溶液的运输把物料运输至出料口，在自身的重力下掉落。物料在自由活塞表面被制冷机组提供并加压后的200MPA、-35℃的乙醇溶液处理，待物料冷却到指定温度，关闭增压缸，停止向超高压釜输送乙醇溶液，由于超高压反应釜的第一出口连接着储液桶，所以超高压反应釜一瞬间完成了泄压，瞬间泄压的同时实现了物料的瞬间速冻。本发明通过对超高压冷却瞬冻装置的设计，不仅解决了不适合传统常压冷冻冷藏的高水分易冻裂食品保藏难题，也为肉、禽、蛋等多种冻结品开辟了一条速冻新途径。同时也可以解决速冻食品能耗大，品质不保障的问题，因为其瞬冻的特点，可以很好的保持其品质和原有状态，特别适应于高价值类食品的速冻及医学样品包括血制品、疫苗的速冻保存。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置的结构示意图；

图示说明：增压缸1；超高压反应釜2；乙醇储液桶3；第一三位四通电磁换向阀4；液压油储液桶5；第一液压泵6；进料口7；出料口8；进口活塞缸9；出口活塞缸10；第二三位四通电磁换向阀11；第三三位四通电磁换向阀12；自由活塞13；蓄能器14；第二液压泵15；中间冷却器16；冷凝器17；高级压缩机18；第一节流阀19；单向阀20；调速阀21；低级压缩机22；第二节流阀23。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置，用于解决传统常压冷冻高水分易冻裂食品的技术问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，本实施例提供的一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置包括：

乙醇储液桶3、增压缸1、制冷机组、超高压反应釜2和管道；

制冷机组包括低级压缩机22、中间冷却器16、高级压缩机18、冷凝器17、第一节流阀19、第二节流阀23和内置于乙醇储液桶3的蒸发盘管；蒸发盘管通过管道与低级压缩机22、中间冷却器16、高级压缩机18、冷凝器17、第一节流阀19、第二节流阀23进行连接；

增压缸1上连接有第一三位四通电磁换向阀4，第一三位四通电磁换向阀4通过管道依次连接有第一液压泵6和液压油储液桶5，增压缸1通过管道与乙醇储液桶3相连接；

超高压反应釜2的相对两侧分别设置有进料口7和出料口8，进料口7上设置有进口活塞缸9，出料口8上设置有出口活塞缸10，进口活塞缸9上连接有第二三位四通电磁换向阀11，第二三位四通电磁换向阀11通过管道依次与第一液压泵6和液压油储液桶5进行连接；出口活塞缸10上连接有第三三位四通电磁换向阀12，第三三位四通电磁换向阀12通过管道依次与第一液压泵6和液压油储液桶5进行连接；

超高压反应釜2内设置有可自由活动的自由活塞13，超高压反应釜2的顶端开设有第一出口，第一出口通过管道与乙醇储液桶3进行连通，超高压反应釜2的底端开设有第一进口，第一进口通过管道依次连接有第二液压泵15和乙醇储液桶3；进料口7通过管道依次与第二液压泵15和乙醇储液桶3进行连通，出料口8通过管道与乙醇储液桶3进行连通，超高压反应釜2的侧面开设有第二进口，第二进口通过管道与增压缸1进行连通。

本实施例中的装置利用超高压冷却、冻结的原理，相比较于传统的直压式超高压设备工作容量小、无法连续工作的缺点，本系统利用液压传动的原理实现低能量的压力传递，突破常规的思维，实现在低能耗下可以连续工作，极大增加了其有效工作容积，提高了单位能耗下的载货量。在制冷的过程中本系统利用载冷乙醇液体的流动对物料进行强制对流换热加快了物料的冷却速度；食品内部的水分在相变时温度不变、冷冻时间长，而在超高压下的冷却过程中食品处于不冻结的状态，泄压完成瞬冻，极大的减少了冻结时间，在多个方面提高了工作效率。同时通过计算发现，采用超高压冷却瞬冻装置对食品进行速冻加工，其耗能要远远小于传统速冻方式对食品冻结加工的耗能，实现有效节能。最后采用超高压速冻技术对食品进行速冻加工，不仅解决了不适合传统常压冷冻冷藏的高水分易冻裂食品难保藏的难题，也为提高肉、禽、蛋等多种冻结品开辟了一条速冷瞬冻新途径。同时也可以解决速冻食品能耗大，品质不保障的问题，因为其瞬冻的特点，可以很好的保持其品质和原有状态，特别适应于高价值类食品的速冻及医学样品包括血制品、疫苗的速冻保存。

进一步地，本实施例还包括蓄能器14；

增压缸1依次与蓄能器14和第二进口进行连接。

进一步地，本实施例还包括多个调速阀21；

第一三位四通电磁换向阀4与调速阀21进行连接，并通过调速阀21依次与第一液压泵6和液压油储液桶5进行连接；

第二三位四通电磁换向阀11与调速阀21进行连接，并通过调速阀21依次与第一液压泵6和液压油储液桶5进行连接；

第三三位四通电磁换向阀12与调速阀21进行连接，并通过调速阀21依次与第一液压泵6和液压油储液桶5进行连接。

需要说明的是，调速阀21的设置，使得液压油在管道中的流速可以控制。

进一步地，本实施例还包括多个单向阀20；

增压缸1与单向阀20进行连接，并通过单向阀20依次与蓄能器14和第二进口进行连接；

乙醇储液桶3连接有多个单向阀20，乙醇储液桶3通过单向阀20与第一进口进行连接；乙醇储液桶3通过单向阀20与增压缸1进行连接；乙醇储液桶3通过单向阀20与第一出口进行连接。

需要说明的是，单向阀20的设置，确保了乙醇液体不会在管道内发生逆流的情况。

进一步地，本实施例中进料口7的开口竖直朝上，出料口8的开口竖直朝下。

需要说明的是，物料在乙醇液体的带动下运输至出料口8，通过将出料口8的开口方向设置为竖直朝下，方便物料在自身重力下于出料口8掉落。

应用例

本应用例结合上述的实施例一对本瞬冻装置进一步地说明，具体如下：

本装置可分为液压传动加压部分、物料处理部分和超高压容器冷加工及泄压工作部分。

液压传动加压部分工作流程：如图1所示，该部分液压油回路和高压乙醇回路组成。其工作原理为液压油回路中，第一液压泵6由电动机驱动工作，在液压油储液桶5中吸油，第一液压泵6输出的压力油经调速阀21、第一三位四通电磁换向阀4左位进入到增压缸1中的左活塞腔，同时增压缸1的右活塞腔中的液压油液经第一三位四通电磁换向阀4右位回到液压油储液罐，则增压缸1的活塞在压力油的作用下右行，此时增压缸1的柱塞对右侧的柱塞腔内的介质进行增压。增压缸1中的有效面积比为25：1，由帕斯卡原理可知活塞缸与柱塞缸的液体压力比为1：25。超高压的无水乙醇液体依次经过单向阀20、蓄能器14流向超高压反应釜2。与此同时，增压缸1中的活塞行至右极点，乙醇液体经过单向阀20进入左侧的柱塞腔内。第一三位四通电磁换向阀4换向，液压油被第一液压泵6加压至增压缸1中的右活塞腔，原先左活塞腔中的液压油经第一三位四通电磁换向阀4左位回液压油储液罐，增压缸1活塞左行。如此往复产生连续不断的超高压乙醇流体。如果第一三位四通电磁换向阀4处于中位(阀芯堵住进出油口)，此时增压缸1的活塞停止运动，第一液压泵6输出的全部液压油经第一三位四通电磁换向阀4中位流回液压油储液桶5。

在超高压乙醇溶液不断为超高压反应釜2加压的同时，第一液压泵6为超高压反应釜2左右两端的活塞缸的活塞腔增压，第二三位四通电磁换向阀11和第三三位四通电磁换向阀12控制活塞行至止点，为超高压反应釜2的进料口7、出料口8作端盖。

物料处理部分工作流程：将物料用乙烯袋包装，抽出袋内空气后封口，将包装好的物料投放至超高压反应釜2物料入料口，利用在乙醇储液桶3中冷却到-35℃的乙醇液体将物料运输至超高压反应釜2内，在自身重力作用下物料沉淀。在超高压反应釜2内用200MPa、-35℃的乙醇液体对其加压冷却处理。待到物料处理至-20℃(通过计算得出反应时间确定)后，将超高压反应釜2内的压力泄压至大气压力，此时处于过冷状态的物料瞬间冻结。利用自由活塞13将物料抬升，打开出口活塞缸10。利用乙醇液体运输至出料口8，在自身重力下于出料口8掉落，完成整个处理过程。

超高压容器冷加工及泄压部分工作流程：物料在超高压反应釜2左端的进料口7投放，通过进口活塞缸9以及乙醇液体的作用被推送至超高压反应釜2内。此时反应釜底端的第一进口关闭，自由活塞1316无推力，在重力作用下处于反应釜的底部，物料被投放在自由活塞13表面，被200MPa、-35℃的乙醇液体处理。待物料被冷却至-20℃时，通过关闭第一三位四通电磁换向阀4，使超高压反应釜2内的乙醇得不到补充，由于超高压反应釜2液体第一出口通过管路连通着乙醇储液桶3，超高压反应釜2在一瞬间内完成泄压，物料被冻结。通过反应釜左右两边的第二三位四通电磁换向阀11和第三三位四通电磁换向阀12控制出口活塞缸10打开物料的出料口8。打开反应釜底端第一出口的阀门，通过液压泵2，对自由活塞13进行加压使物料缓慢抬升，并在物料接近出料口8时，向右喷射高速流体带走物料。物料经过物料分离器，物料被送出装置，乙醇液体回到乙醇储液桶3。

以上对本发明所提供的一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置，其特征在于，包括乙醇储液桶、增压缸、制冷机组、超高压反应釜和管道；

所述制冷机组包括低级压缩机、中间冷却器、高级压缩机、冷凝器、第一节流阀、第二节流阀和内置于所述乙醇储液桶的蒸发盘管；所述蒸发盘管通过管道与所述低级压缩机、所述中间冷却器、所述高级压缩机、所述冷凝器、所述第一节流阀、所述第二节流阀进行连接；

所述增压缸上连接有第一三位四通电磁换向阀，所述第一三位四通电磁换向阀通过管道依次连接有第一液压泵和液压油储液桶，所述增压缸通过管道与所述乙醇储液桶相连接；

所述超高压反应釜的相对两侧分别设置有进料口和出料口，所述进料口上设置有进口活塞缸，所述出料口上设置有出口活塞缸，所述进口活塞缸上连接有第二三位四通电磁换向阀，所述第二三位四通电磁换向阀通过管道依次与所述第一液压泵和所述液压油储液桶进行连接；所述出口活塞缸上连接有第三三位四通电磁换向阀，所述第三三位四通电磁换向阀通过管道依次与所述第一液压泵和所述液压油储液桶进行连接；

所述超高压反应釜内设置有可自由活动的自由活塞，所述超高压反应釜的顶端开设有第一出口，所述第一出口通过管道与所述乙醇储液桶进行连通，所述超高压反应釜的底端开设有第一进口，所述第一进口通过管道依次连接有第二液压泵和所述乙醇储液桶；所述进料口通过管道依次与所述第二液压泵和所述乙醇储液桶进行连通，所述出料口通过管道与所述乙醇储液桶进行连通，所述超高压反应釜的侧面开设有第二进口，所述第二进口通过管道与所述增压缸进行连通。

2.根据权利要求1所述的用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置，其特征在于，还包括蓄能器；

所述增压缸依次与所述蓄能器和所述第二进口进行连接。

3.根据权利要求1所述的用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置，其特征在于，还包括多个调速阀；

所述第一三位四通电磁换向阀与所述调速阀进行连接，并通过所述调速阀依次与第一液压泵和液压油储液桶进行连接；

所述第二三位四通电磁换向阀与所述调速阀进行连接，并通过所述调速阀依次与第一液压泵和液压油储液桶进行连接；

所述第三三位四通电磁换向阀与所述调速阀进行连接，并通过所述调速阀依次与第一液压泵和液压油储液桶进行连接。

4.根据权利要求2所述的用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置，其特征在于，还包括多个单向阀；

所述增压缸与所述单向阀进行连接，并通过所述单向阀依次与所述蓄能器和所述第二进口进行连接；

所述乙醇储液桶连接有多个所述单向阀，所述乙醇储液桶通过单向阀与所述第一进口进行连接；所述乙醇储液桶通过单向阀与所述增压缸进行连接；所述乙醇储液桶通过单向阀与所述第一出口进行连接。

5.根据权利要求1所述的用于食品速冻加工的超高压冷却食品瞬冻装置，其特征在于，所述进料口的开口竖直朝上，所述出料口的开口竖直朝下。

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