CN116951860A - 在深度冷冻柜中深度冷冻和解冻食品和其它热敏感产品的优化方法 - Google Patents

在深度冷冻柜中深度冷冻和解冻食品和其它热敏感产品的优化方法 Download PDF

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Abstract

一种深度冷冻和解冻产品，特别是食品的方法，其特征在于在所述方法的全程中保持深度冷冻的恒定速度，并且为了将产品解冻，产品在解冻方法的全程中经受恒定解冻速度。

Description

在深度冷冻柜中深度冷冻和解冻食品和其它热敏感产品的优 化方法
技术领域
本发明涉及食品、药品或生物产品的深度冷冻方法(processes for deepfreezing)的领域。
背景技术
已知的是，深度冷冻然后解冻产品的方法对所得产品的品质具有相当大的影响。
因此，提供过慢冷冻的方法会生成大冰晶，导致解冻过程中的大量水分损失并因此导致产品的低品质。
另一方面，过快的冷冻导致高能量消耗，并且同样会产生质量问题，例如，在血液的过快深度冷冻过程中血细胞的破坏，或某些敏感产品如草莓在过快冷冻时的爆裂。
发明内容
本发明涉及在“柜(cabinet)”或“机壳(enclosure)”类型的外壳(enclosures)中实施的深度冷冻方法(被称为“批量(lot)”或“分批(batch)”模式的方法，不同于在隧道中连续行进的方法)。可以例如参考申请人出售的“Cryo-Cabinet”低温深度冷冻柜，或ACFRI公司出售的柜。
这种设备通常由设有出入门的隔热外壳组成，使得能够将热的产品存放在内部，并在它们已经深度冷冻后将它们取出。在运行中，门关闭且外壳关闭。冷源提供获得设定温度所需的冷量。这种冷源可以是低温流体的注入或机械冷却单元的热交换器。内部通风使得由此提供的冷能够循环并促进与待深度冷冻的产品的热传递。所有参数(温度、通风功率)可根据方法进行调节，深度冷冻的持续时间也可调节。
当产品在这种类型的柜中借助传统方法冷冻时(即在一段时间内恒定的冷冻温度下，使用在一段时间内恒定的传热系数)，产品表面的冷冻比产品的中心快得多。因此，这导致产品的品质和特性在产品的体积内不完全相同的事实，这对于某些医疗或生物产品，或对于某些蛋白质，或对于某些精致水果构成现实的问题。
要认识到，在这一技术领域中已经提出对这个问题的解决方案，例如玻璃化类型(vitrification type)的高速冷冻技术，所述玻璃化得到非常好的结果，但是基本适用于非常小的产品。
本发明的目的是提出一种对上述问题的技术解决方案。
为此，在此提出在整个方法的过程中保持恒定的深度冷冻速度，换言之，深度冷冻锋面(deep freezing front)以给定且恒定的速度向产品的中心移动。
这也意味着产品的每个部分在给定且固定的时间内冷冻。
产品的表面因此没有比产品的中心更快冷冻。
附图说明
图1和图2代表产品在时间基础上的不同温度曲线，产品内部的每个深度各有一条曲线。
图3和图4也代表在时间基础上的不同温度曲线，即产品内部的每个深度各有一条曲线。
图5和6显示在柜式设备中根据现有技术的解冻方法(“标准”)的模拟结果。
图7和8显示在这种类型的柜中根据本发明的解冻方法的模拟结果。
具体实施方式
为了实现这一点，实施以下实施方案之一：
-根据第一实施方案，设备中存在的温度不是恒定的，其在该方法开始时相对较高(即不太冷)并在该方法结束时较低，以促进减慢的深度冷冻。
-根据第二实施方案，外壳中存在的温度具有给定且固定的设定点，而调节传热系数以在该方法开始时较低并在该方法结束时较高(为此，通风速度在深度冷冻周期开始时缓慢，并在深度冷冻结束时较高)。
-根据第三种模式，将前两种模式结合(温度变化和传热系数变化)。
例如可以考虑以下评估公式：
过程温度＝k×从深度冷冻过程开始已经过的时间(以秒表示的时间)+A
在A＝+5℃的情况下，获得开始于+5℃并随着经过的时间逐渐线性下降到-20或-40或-60℃的深度冷冻温度。
对于深度冷冻过程，系数k为负，并且k的低值(即，高绝对值的负值)带来快速的深度冷冻速度。例如，如果k＝-1/60，降温速度等于1℃/分钟。另一方面，如果k＝-10/60，将快得多地降温，等于10℃/分钟。
相同类型的评估可应用于解冻过程，其中系数k为正：
产品的温度＝k×从解冻过程开始已经过的时间+A
下面给出在本发明的条件下或在对比条件(现有技术)下进行的模拟的结果。
可以对这些模拟作出以下一般性注解：下面的曲线是通过模拟获得的，但实验已经表明这些模拟非常有效地接近现实。
此外，除“真实”实验外，应当强调的是，通过模拟进行计算也有助于很好地理解物理现象。实际上，实验仅提供宏观结果(产品是否很好地深度冷冻、外观等)，而模拟使得能够理解在深度冷冻过程中很可能发生了什么。这使得能够精确地理解在产品的所有层中发生了什么(在产品厚度中逐毫米的温度曲线)，而不再是只有平均温度。
因此，在与用于下述模拟的条件接近的条件下进行实测试验，并发现并确认了相同的趋势(例如在应用所述技术时的恒定深度冷冻速度)。
在这种情况下，产品一开始没有深度冷冻。所用产品(在一个实验中为纤基乙酸纳(tylose)凝胶，在另一个实验中为红肉(red meat))具有在深度冷冻时变色的性质。一段产品然后仅在其一个面上深度冷冻，然后可以在其它面上测定深度冷冻锋面的推进。
因此，附图1和2显示在这种类型的深度冷冻柜中根据现有技术的深度冷冻方法(“标准”)的模拟结果，即具有在一段时间内恒定的冷冻温度，使用在一段时间内恒定的传热系数：
使用以下参数进行该模拟：
-产品：牛肉5％ MG(热性质接近纤基乙酸纳(tylose)凝胶的热性质)；
-初始温度＝0℃；
-厚度30mm，肉放置在30mm隔热层上以消除经由其底面的交换；
-深度冷冻器＝Cryo-Cabinet(L’AIR LIQUIDE)，具有-51℃的恒定温度和调节至100％(满负荷)的恒定通风。
然后在冷冻器的温度设定至-51℃下在1小时内获得冷冻至平均-28℃。
图1和图2代表产品在时间基础上的不同温度曲线，产品内部的每个深度各有一条曲线。
对于每条曲线，在曲线的顶部显示一个箭头，其代表深度冷冻的速度，其在该方法开始时是高的(几乎垂直)并在该方法结束时较低(箭头趋向于几乎水平)。
此外，箭头在开始时是接近的并在结束时隔开，这表明冷冻锋面的推进在开始时快速并在结束时较慢。
这清楚地表明以下事实，即根据现有技术，产品表面的冷冻比中心快得多。
附图3和4显示在这种类型的深度冷冻柜中根据本发明的深度冷冻方法的模拟结果，其实现深度冷冻的恒定速度。
这种模拟使用以下参数进行：
-产品：牛肉5％ MG(热性质接近纤基乙酸纳(tylose)凝胶的热性质)；
-初始温度＝0℃；
-厚度30mm，肉放置在30mm隔热层上以消除经由其底面的交换；
-深度冷冻器＝Cryo-Cabinet，温度可变，其等于：
T＝-(90×以秒计的时间)/3600。
温度因此在1小时内从0至-90℃线性变化
具有调节至100％(满负荷)的恒定通风。
在从0℃至-90℃变化的深度冷冻器的设定温度下在1小时内获得冷冻至平均-28℃。
在这种情况下，图3和图4也代表在时间基础上的不同温度曲线，即产品内部的每个深度各有一条曲线。
在这种情况下，对于每条曲线，也在曲线的顶部显示一个箭头，其代表深度冷冻的速度，其在这种情况下基本恒定。
更具体地，可以看出，在所涉区域中，即在深度冷冻区域中——其中水转化成冰，现在存在实际上恒定的梯度(深度冷冻速度)。
此外，箭头或多或少是等距的，这意味着冷冻锋面以恒定速度推进。这实际上是在真实产品试验中在这段产品上发现的情况。
现在可以参考附图5和6，它们显示在柜式设备中根据现有技术的解冻方法(“标准”)的模拟结果。
这种模拟使用以下参数进行：
-产品：牛肉5％ MG(热性质接近纤基乙酸纳(tylose)凝胶的热性质)；
-初始温度＝-20℃；
-厚度30mm，肉放置在30mm隔热层上以消除经由其底面的交换；
-设备＝加热柜，具有等于+31℃的固定温度和调节至100％(满负荷)的恒定通风。
在固定为31℃的深度冷冻器的设定温度下在平均+17℃下和在4小时内获得完全解冻。
这些图代表产品在时间基础上的不同温度曲线，产品内部的每个深度各有一条解冻曲线。
对于每条曲线，也在曲线的底部显示一个箭头，其代表解冻速度(温度升高)，其在该方法开始时为高速(几乎垂直)并在该方法结束时较低(箭头趋向于几乎水平)。
另一方面，附图7和8显示在这种类型的柜中根据本发明的解冻方法的模拟结果，其实现恒定解冻速度，并且可以清楚地看出，梯度和解冻速度在各个曲线中和在各个深度中是恒定的。
这种模拟使用以下参数进行：
-产品：牛肉5％ MG(热性质接近纤基乙酸纳(tylose)凝胶的热性质)；
-初始温度＝-20℃；
-厚度30mm，肉放置在30mm隔热层上以消除经由其底面的交换；
-设备＝加热柜，温度可变，其等于：
T＝+(50×以秒计的时间)/3600/4
(温度在4小时内从0至+50℃线性变化)
具有调节至100％(满负荷)的恒定通风。
在从0℃至+50℃变化的深度冷冻器的设定温度下在平均+17℃下和在4小时内获得完全解冻。
总之，可以清楚地看出，在冷冻和解冻方面，本发明都提供了能够改进冷冻和解冻产品，特别是敏感产品(fragile products)的品质的条件。
本发明因此已经在上文中作出描述，并提议实施用于深度冷冻产品的一个或各个以下实施方案：
-第一实施方案，其中设备中存在的温度不是恒定的，在所述方法开始时相对较高(即不太冷)并在所述方法结束时较低，以促进减慢的深度冷冻。
可以考虑的是，根据本发明，在所述方法开始时的初始温度优选在+10至-10℃之间，而最终温度优选在-20至-150℃之间。
同样地，降温速度优选在1至0.001℃/秒之间。
-第二实施方案，其中外壳中存在的温度具有固定且给定的设定点，而调节传热系数以在所述方法开始时较低并在所述方法结束时较高(为此，通风速度在深度冷冻周期开始时缓慢，并在深度冷冻结束时较高)。
在这种情况下，深度冷冻方法优选以全速的1至10％的对流速度(convectionspeed)(例如风扇的旋转速度)开始，并且所述方法优选在全速的50至100％的速度下结束。
-第三种模式，其中将前两种模式结合(温度变化和传热系数变化)。
本发明还涉及通过实施一个或各个以下实施方案而解冻产品，特别是食品、药品或生物产品的方法，其中产品在深度冷冻柜类型的外壳中经受升温曲线(a profile ofraising of the temperature)，其特征在于产品在所述方法的全程中经受恒定解冻速度：
-根据第一实施方案，设备中存在的温度不是恒定的；在所述方法开始时其优选在+10℃至-10℃之间，而最终温度优选在+10至+80℃之间，升温速度优选在1℃/秒至0.001℃/秒之间。
-根据第二实施方案，外壳中存在的温度具有固定且给定的设定点，而调节传热系数以在所述方法开始时较低并在所述方法结束时较高。为此，由于解冻方法优选以全速的1至10％的通风速度开始并且解冻方法以全速的50至100％的速度结束的事实，通风速度在解冻周期开始时缓慢，并在解冻结束时较高。

Claims (2)

1.通过实施一个或各个以下实施方案而深度冷冻产品，特别是食品、药品或生物产品的方法，其中产品在深度冷冻柜类型的外壳中经受冷传递，其特征在于产品在所述方法的全程中经受恒定深度冷冻速度：
-第一种模式，其中传热系数恒定且在所述方法的过程中外壳中存在的温度曲线使得外壳中存在的温度不是恒定的：其在所述方法开始时为高并在所述方法结束时是冷的，以促进减慢的深度冷冻，这是由于在所述方法开始时的初始温度在+10至-10℃之间，而在所述方法结束时的最终温度在-20至-150℃之间，而降温速度在深度冷冻过程中在1℃至0.001℃/秒之间。
-第二种模式，其中在所述方法的过程中外壳中存在的温度如在给定设定点所设，在一段时间内恒定，而调节传热系数以在所述方法开始时为低并在所述方法结束时较高，这是由于柜中存在的风扇的旋转速度在所述方法开始时在其全速的1至10％之间，而柜中存在的风扇的旋转速度在所述方法结束时在其全速的50至100％之间。
2.通过实施一个或各个以下实施方案而解冻产品，特别是食品、药品或生物产品的方法，其中产品在深度冷冻柜类型的外壳中经受升温曲线，其特征在于产品在所述方法的全程中经受恒定解冻速度：
-根据第一实施方案，设备中存在的温度不是恒定的；在所述方法开始时其在+10℃至-10℃之间，而最终温度在+10至+80℃之间，在解冻过程中升温速度在1℃/秒至0.001℃/秒之间。
-根据第二实施方案，外壳中存在的温度具有固定且给定的设定点，而调节传热系数以在所述方法开始时为低并在所述方法结束时较高，这是由于柜中存在的风扇的旋转速度在解冻周期开始时缓慢并在解冻结束时较高，所述旋转速度在所述方法开始时在全速的1至10％之间并在所述方法结束时在全速的50至100％之间。
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