TWI657224B - 氮氣置換冰塊之製造系統及製造方法 - Google Patents

Abstract

提供一種防止並抑制生鮮食品之氧化及劣化，並抑制雜菌繁殖之冰塊，極其製造方法。為製造氮氣置換冰塊之系統，為具有冷卻氮氣溶解水生成部及氮氣置換冰塊生成部，而冷卻氮氣溶解水生成部具備：氮氣氣體供給部，具備為將氮氣氣體以既定壓力提供之手段；氮氣溶解水生成部，為生成氮氣溶解水而具備；儲水槽，為儲存原料之水；冷卻手段，將儲存在上述儲水槽之水冷卻；氮氣氣體注入手段，為將從上述氮氣氣體供給部供給之氮氣注入儲存於上述儲水槽之水中；而氮氣置換冰塊生成部具備：複數個冰罐，浸泡在可維持水之凍結溫度之鹽水槽內；填充手段，將從上述氮氣溶解水生成部提供之氮氣溶解水分別填充至各個上述冰罐；氣體注入手段，在已填充之上述氮氣溶解水之結凍中，將從上述氮氣氣體供給部供給之氮氣分別注入上述氮氣溶解水之未結凍部分。

Description

氮氣置換冰塊之製造系統及製造方法

本發明為有關使用液態氧結凍氮氣置換之水之柱狀之冰，即冰塊之製造系統及製造方法。

專利文獻1中，已揭示冰凍含有氮氣氣體之水之氮氣氣體封入冰覆蓋在魚艙水面，藉由氮氣氣體封入冰溶解，使魚艙內水之溶氧量減少，來維持魚之鮮度之技術。

專利文獻2中，已揭示生鮮食品之加工醃漬之醬汁內使氮氣氣體溶解並用製冰機結凍，將冰送回醬汁槽並覆蓋在水面上，藉由冰之融化使醬汁槽內之水之溶氧量減少，有效提升防止生鮮食品氧化、腐敗之技術。

另一方面，一般在日本市販冰中之最大規格，為135kg的冰塊，縱280mm×橫550mm×高1080mm之柱狀冰。

如此一邊長為數十cm以上之大尺寸柱狀冰(本說明書以「冰塊」稱之)之製造方法，是將既定大小之冰罐填充原料之水，藉由將冰罐浸泡在鹽水槽，讓冰罐周圍包覆著鹽水，鹽水為例如使用氯化鈣等溶液，維持在-8c~-12°c之程度。藉由鹽水之冷卻使冰罐內之水結凍。在尚未結凍時，在水中藉由空氣幫浦將打出的空氣將水攪拌，可提高冷卻效率並同時促進 將水中存在之氣泡及雜質上升並排放在大氣中，另外，為獲得高透明度之冰塊，通常結凍會進行36~72小時。

但是，已知使用充氣之方法無法得到透明度高之冰(專利文獻3、4)。

專利文獻5已揭示藉由包含空氣、氮氣、氧氣、二氧化碳、臭氧等氣體之微小氣泡知水結凍，直接封住氣泡之氣體含有冰之製造方法。但是，使用專利文獻之方法，無法獲得透明之冰。

【專利文獻1】日本特開2007-155172號公報

【專利文獻2】日本特開2007-282550號公報

【專利文獻3】日本特開平6-101943號公報

【專利文獻4】日本特開2011-112279號公報

【專利文獻5】日本特開2007-225127號公報

現狀之氮氣氣體封入冰，為直徑數十mm程度之塊狀冰、將厚度數十mm程度之板狀冰打碎之小尺寸，而大型之冰塊中，保持如以往之透明度且溶氧量為低濃度之製造技術，都尚未提及。

以往製造冰塊時之充氣，為藉由攪拌與空氣上升流來趕出水中之氣泡，以往之冰塊製造中，充氣只是單純地將氮氣氣體之噴出做為取代，無法獲得充分氮氣置換狀態(代替氧氣以氮氣溶解之狀態)之冰塊。

在此，本發明之目的為實現充分地氮氣置換狀態之大尺寸之柱狀冰之製造系統及製造方法。

為解決上述課題，本發明有以下構成。

本發明之第一態樣，是為製造氮氣置換冰塊之系統，其特徵在於，具備：

(a)氮氣氣體供給部，具備為以既定壓力提供氮氣之手段；

(b)氮氣溶解水生成部，為生成氮氣溶解水而具備；儲水槽，為儲存原料之水；冷卻手段，將儲存在上述儲水槽之水冷卻；氮氣氣體注入手段，為將從上述氮氣氣體供給部供給之氮氣注入儲存於上述儲水槽之水中。

(c)氮氣置換冰塊生成部，具備：複數個冰罐，浸泡在可維持水之凍結溫度之鹽水槽內；填充手段，將從上述氮氣溶解水生成部供給提供之氮氣溶解水分別填充至各個上述冰罐；氣體注入手段，在已填充之上述氮氣溶解水之結凍中，將從上述氮氣氣體供給部供給之氮氣分別注入上述氮氣溶解水之未結凍部分。

上述氮氣溶解水生成部所生成之氮氣溶解水較佳為0℃附近溫度時溶氧量為0.3mg/L或未滿0.3mg/L。

上述態樣中，將氮氣溶解水分別填充至各個上述冰罐之填充手段，具備：注水槽，為儲存從上述氮氣溶解水生成部提供之該氮氣溶解水；以及複數個注水口，以對應各個上述冰罐之方式形成在上述注水槽底面，透過各個上述注水口，將氮氣溶解水填充於各個上述冰罐。

本發明之第2態樣，係製造氮氣置換冰塊之方法，其特徵在於，具有： 第1步驟，藉由一邊在儲存之原料之水中注入氮氣一邊冷卻上述水，生成冷卻之氮氣溶解水；第2步驟，在維持於水之可凍結溫度之冰罐中填充上述氮氣溶解水，並在上述氮氣溶解水之結凍開始至結凍結束之時間內之至少一部分，一邊將氮氣注入未結凍部分一邊使上述氮氣溶解水結凍。

第1步驟之氮氣溶解水生成部所生成之氮氣溶解水較佳為0℃附近溫度時溶氧量為0.3mg/L或未滿0.3mg/L。

上述態樣，其中，上述氮氣溶解水之結凍開始至結凍結束之時間內，從結凍開始至中途在上述氮氣溶解水之未結凍部分一邊注入氮氣氣體一邊結凍，之後至結凍完成為止將停止注入氮氣氣體來結凍。

另外，此樣態中，其中，在製造縱280mm×橫550mm×高1080mm之柱狀冰塊之情形，從上述氮氣溶解水之結凍開始至結凍結束之時間為48小時。

本發明中，先將原料之水一邊冷卻一邊生成將氮氣氣體注入並冷卻之氮氣溶液生成水，再一邊對所生成之氮氣溶液生成水進一步注入氮氣氣體一邊結凍，而可獲得溶氧量較通常相當少之低溶氧量冰塊。

氮氣置換冰塊與小尺寸之氮氣冰相同，利用來保存各種生鮮產品及食品，對保持鮮度做出貢獻。例如，防止及抑止生鮮食品之氧化及劣化，並可抑制雜菌繁殖。除此之外，大尺寸之冰塊，擁有小尺寸冰所沒有之多種利用方法，例如，藉由保管在冰櫃內，其自身可以做為冷氣源發揮作用。在此情況，也因為溶氧量少，在溶解時因氧氣而帶給周圍(例如保 存在冰櫃中之生鮮食品)之不良影響，也比通常冰所帶來得低。

10‧‧‧氮氣氣體供給部

11‧‧‧空氣壓縮機

12‧‧‧氮氣氣體生成裝置

13‧‧‧氮氣氣體槽

14、15‧‧‧氮氣氣體供給線

20‧‧‧冷卻氮氣溶解水生成部

21‧‧‧儲水槽

22‧‧‧水冷卻裝置

23、24‧‧‧幫浦

25‧‧‧水供給線

26‧‧‧氮氣溶解水供給線

27‧‧‧氮氣氣體供給線

28‧‧‧氮氣氣體注入管

29‧‧‧水循環線

30‧‧‧氮氣置換冰塊生成部

31‧‧‧注水槽

32‧‧‧鹽水槽

33‧‧‧冰罐

34‧‧‧氮氣溶解水供給線

35‧‧‧注水口

36‧‧‧氮氣氣體供給線

37‧‧‧氮氣氣體注入管

圖1係顯示藉由本發明所概略構成之氮氣置換冰塊製造系統之圖。

圖2係概略地顯示圖1中氮氣供給部之構成例之圖。

圖3係概略地顯示圖1中冷卻氮氣溶解水生成部之構成例之圖。

圖4係概略地顯示圖1中氮氣置換冰塊生成部之構成例之圖。

圖5係，顯示圖1~圖4所顯示之使用製造系統來製造氮氣置換冰塊之步驟之適當例之流程圖。

圖6係藉由本發明所之氮氣置換冰塊之實施例照片。

圖7係習知冰塊之比較例之照片。

以下，參考本發明之實施型態之一例所顯示之圖式來說明本發明之實施型態。

本發明之適用對象之冰塊，是可稱為「冰柱」之長方體(包含立方體)。一般日本市販之冰中最大規格，為135kg之冰塊，縱280mm×橫550mm×高1080mm之透明度高之柱狀冰。以下，以這種大小之冰塊為例說明本發明，但作為本發明適用對象之冰塊，並不限定為此大小。冰塊各軸之長度，上述規格之冰塊之各軸長各自在正負20%範圍內之長度之情況，視為等同於上述規格之冰塊。並且，擁有約20kg以上重量之冰塊，也是本發明適用對象之冰塊。

圖1係顯示藉由本發明所概略構成之氮氣置換冰塊製造系 統之圖。圖1中之白箭頭顯示氣體流動方向，黑箭頭顯示液體流動方向(以下圖中皆相同)。氮氣置換冰塊製造系統，具有氮氣氣體供給部10，冷卻氮氣溶解水生成部20，氮氣置換冰塊生成部30。氮氣氣體供給部10，具備為以既定之壓力供給氮氣氣體之手段。冷卻氮氣溶解水生成部20，為使用原料之水及由氮氣氣體供給部10所提供之氮氣，來生成冷卻之氮氣溶解水之構成。氮氣置換冰塊生成部30，為使用冷卻氮氣溶解水生成部20所提供之冷卻之氮氣溶解水，及氮氣氣體供給部10所提供之氮氣，來生成溶氧量十分低之冰塊之構成。

本說明書中，水之「氮氣置換」，為大氣壓力下降低藉由溫度所決定之水之溶氧量，並將其降低量置換為氮氣。另外，「氮氣溶解水」，為與通常之水相比，溶氧量少且溶氮氣量多，意即，將通常之水之溶解氧氣與溶解氮氣置換之水，另外，「氮氣置換冰」，為將氮氣溶解水維持在低溶氧狀態下直接結凍之冰。低溶氧狀態為，溶氧量為0.3mg/L或未滿0.3mg/L。

圖2係概略地顯示圖1中氮氣供給部10之構成例之圖。氮氣供給部10，由空氣壓縮機11，壓縮大氣；氮氣氣體生成裝置12，從壓縮空氣中將氮氣抽出；氮氣氣體槽13，儲存抽出之氮氣氣體。空氣壓縮機，例如，可使用日立產機系統之Oil-free BEBICON(登錄商標)。使用提供0.5至0.9Mpa空氣壓力之空氣壓縮機。

氮氣氣體生成裝置係，設置了由聚酰亞胺中空線膜構成之氮氣分離膜之壓力容器，從其一端輸入壓縮空氣，從橫口將氧氣吹淨(排出)，並將從壓力容器另一端將氮氣氣體取出。利用藉由氣體之種類，而有不同之膜通過速度之氮氣氣體生成裝置，例如，使用片山化學工業研究所之脫 氣裝置「Ripureru(原文)」(登錄商標)。

氮氣氣體槽13，具備儲存氮氣氣體，並以既定之壓力提供氮氣氣體之調整手段。氮氣氣體槽13，可提供冷卻氮氣溶解水生成部20及氮氣置換冰塊生成部30各自所需要之氮氣氣體。藉由各供給線14、15上設置之適宜之閥，可各自切換氮氣氣體之供給或停止。

圖3係概略地顯示圖1中冷卻氮氣溶解水生成部20之構成例之圖。冷卻氮氣溶解水生成部20，由儲水槽21，儲存透過供給線25供給之原料之水；水冷卻裝置22，儲水槽21內之水W藉由循環線29及幫浦23循環並冷卻；氮氣氣體注入幫浦28，為將從氮氣氣體供給部10透過供給線27所提供之氮氣氣體注入水中。

氮氣氣體注入幫浦28，例如，儲水槽21內以水平方向延伸之長管，管壁上形成為噴出氮氣氣體之多數之孔。因高壓在水中噴射之氮氣氣體，在溶入水中之同時，將溶解氧氣及氣泡上升，從空氣中排出。如此一來，儲水槽21內之水W之溶氧量變低，溶氮量變高。藉此，獲得氮氣溶解水。

藉由水冷卻裝置22，儲水槽21內之水W之溫度較佳以正之0℃為止之附近溫度冷卻。藉此，便可有效率地開始之後之氮氣置換冰塊生成部30之結凍步驟。另外，藉由一邊注入氮氣氣體一邊水W之溫度以0℃為止之附近溫度冷卻，雖然通常越低溫溶解氧氣會增加，但通常情況下會抑制溶解氧氣，並可增加溶解氮氣。

一實施例中，藉由儲水槽21之處理，從在室溫下溶氧量99.7mg/L之原水，得到0℃附近溫度中溶氧量0.3mg/L之氮氣溶解水。即使 在其他實施例，也確認獲得溶氧量0.3mg/L之氮氣溶解水。通常之水在0℃之溶氧量為14.6mg/L。

儲水槽21內之冷卻之氮氣溶解水，藉由供給線26及幫浦24，供給至氮氣置換冰塊生成部30。

圖4係概略地顯示圖1中氮氣置換冰塊生成部30之構成例之圖。氮氣置換冰塊生成部30，具備注水槽31，將從冷卻氮氣溶解水生成部20透過供給線34移送之冷卻之氮氣溶解水暫時儲存；複數之冰罐32，為填充冷卻之氮氣氣體溶解水；鹽水槽33，為浸泡複數之冰罐32。

注水槽31，具備為對應各個冰罐32而在底面形成之複數之注水口。各注水口35，位於各冰罐32之上面開口正上方。注水口35，以將氮氣溶解水儲存至注水槽31時關閉，從注水槽將氮氣溶解水填充至各冰罐32時打開之方式控制。

各冰罐32，是為了製造冰塊而形成既定形狀及大小之容器。各冰罐32浸泡在鹽水槽33內。鹽水槽33，例如，填充了將氯化鈣水溶液作為鹽水之槽。鹽水藉由外部之冷卻裝置(未圖式)冷卻至既定溫度。鹽水之溫度，設定為最適合為將冰罐32內之氮氣溶解水結凍並生成優質冰塊之溫度。

接著，在各冰罐32內，設置為從氮氣氣體供給部10透過供給線36將氮氣氣體注入水內之注入管37。注入管37，例如冰罐32內以鉛直方向延伸之長管，管壁上形成為噴出氮氣氣體之多數之孔。藉此，冰罐32內之氮氣氣體溶解水之結凍中，未結凍部分中之會進一步降低溶氧量，並會進一步提高溶氮量。另外，藉由冰罐32內之氮氣氣體之噴射，水中之 氣泡上升並從空氣中排出，使氣泡及雜質不會進入冰塊，而獲得透明度高之冰塊。通常僅以空氣之充氣所製造之冰塊常見中央部殘留不透明之部分，本發明之冰塊透明度更加地高。另外，藉由適度地攪拌以提升冷卻效率。

圖5係，顯示圖1~圖4所顯示之使用製造系統來製造氮氣置換冰塊之步驟之適當例之流程圖。本利所製造之冰塊尺寸為縱280mm×橫550mm×高1080mm。

首先，供給原料之水至儲水槽，並填充(步驟S01)。填充之後，可藉由將水靜置數小時至數十小時，使水中之氣泡自然地上升排除至空氣中，藉此降低溶氧量。

接著，一邊將氮氣氣體注入儲水槽內，一邊將水冷卻至0℃附近(比0℃高溫)(步驟S02)。對應其水量花費適當時間來執行。藉此，生成冷卻之氮氣溶解水。

接下來，將儲水槽內之冷卻之氮氣溶解水移送至注水槽，填充至注水槽(步驟S03)。注水槽之填充後，打開注水槽之注水孔，將冷卻之氮氣溶解水填充至位於下方之各冰罐(步驟S04)。填充氮氣溶解水時，浸泡在鹽水槽之各冰罐已維持適當之冷卻溫度，意即可使水結冰之溫度。可使水結冰之溫度，例如-12℃。

之後，各冰罐內之氮氣溶解水之未結凍部分一邊注入氮氣氣體，一邊使氮氣溶解水結凍。到結凍結束為止，鹽水槽維持既定之溫度。適當例為，冰罐自填充氮氣溶解水結凍開始至結束花費48小時。最初至既定之時間一邊注入氮氣氣體一邊進行氮氣溶解水之結凍(步驟S05)。較佳為 至接近結凍完成為止仍注入氮氣氣體。停止注入氮氣氣體時，較佳為從各冰罐取出注入管。停止注入氮氣氣體後，氮氣溶解水之結凍便完成(步驟S06)。結凍完成後，將從各冰罐中取出氮氣置換冰塊(步驟S07)。

依據上述適當例中水之可結凍溫度、全結凍時間，以及氮氣氣體之注入時間及停止時間，可充分氮氣置換並獲得透明度高且優質之冰塊。此狀況之全結凍時間，比同樣大小之習知冰塊(藉由充氣)在相同溫度條件下所製造之全結凍時間短。

但是，本發明並不只限定於上述適當例，亦可鹽水之溫度也可因需求作適當變更。另外，結凍開始至結凍結束之時間，以及，之後之結凍結束為止之氮氣氣體之停止注入而結凍之時間，都可因需求作適當變更。例如，全結凍時間48小時，鹽水溫度為-10°c，前半之24小時注入氮氣氣體，後24小時停止。另外，例如，全結凍時間72小時，鹽水之溫度為-8℃，開始之60小時注入氮氣氣體，之後12小時停止。

圖6係由圖5之步驟製作之氮氣置換冰塊俯視之照片。圖7係習知方法製作之相同大小冰塊俯視之照片。習知之方法，為將通常之水一邊充氣一邊結凍之方法。習知方法中，充氣用之空氣，藉由通過濾網去除灰塵。將圖6及圖7比較，可知氮氣置換冰塊之透明度較高。

Claims (3)

1. 一種氮氣置換冰塊製造方法，係製造氮氣置換冰塊之方法，其特徵在於，具有：第1步驟，藉由一邊在儲存之原料之水中注入氮氣一邊冷卻上述水，生成冷卻之氮氣溶解水；第2步驟，在維持於水之可凍結溫度之冰罐中填充上述氮氣溶解水，並在該氮氣溶解水之結凍開始至結凍結束之時間內，一邊將氮氣注入未結凍部分一邊使該氮氣溶解水結凍。
2. 如申請專利範圍第1項之氮氣置換冰塊製造方法，其中，於上述第1步驟中所生成之氮氣溶解水於0℃附近溫度時溶氧量為0.3mg/L或未滿0.3mg/L。
3. 如申請專利範圍第1或2項之氮氣置換冰塊製造方法，其中，在製造縱280mm×橫550mm×高1080mm之柱狀冰塊之情形時，從上述氮氣溶解水之結凍開始至結凍結束之時間為48小時。