全 文 ：第 2 7 卷 增刊 2
20 0 6 年 7 月
工 程 热 物 理 学 报
J O U R N A L O F E N G IN E E R IN G T H E RM O P HY S IC S
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2 00 6
基于液氮喷雾式食 口 :右口口 , IL态化速冻机的
青刀豆速冻实验研究
梁亚星 陶乐仁 习德成 郑志皋
(上海理工大学低温与冷冻技术研究所 , 上海 20 0 09 3
摘 要 速冻是用来保存食品的常用方法之一 , 而在食品的长期保存的过程中人们一直关心的一个问题是如何能够保持
食品的外观、 完整性和品质 . 流态化速冻是实现单体快速冻结的最有效方法之一 我所自行研制了液氮喷雾式食品流态化
速冻机 . 本文便是基于此速冻装置的基础之上 , 对青刀豆进行速冻试验研究, 来分析在不同的冻结条件下对物料的冻结时
间、 干耗和品质的影响. 通过冻结青刀豆复温后的电镜照片, 来分析速冻过程中冰晶生长对食品品质的影响.
关越词 流态化 ; 低温速冻; 青刀豆 ; 食品品质
中图分类号 : T s 2 0 5 · 7 文献标识码 : A 文章编号 : 0 2 5 3一2 3 1 X (2 0 0 6 ) s u p p l . 2一0 3 7- D4
E X P E R I M E N T A L A N A L Y S I S O F F A S T F R E E Z IN G G R E E N B E A N S
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符号表
食品外表面积 , m Z
食品冻结时水的蒸发热 , kJ / gk
冻结时冷空气始值 , k J /掩
冻结时冷空气温度 , 。 c
Fr阮坛△ G 食品千耗 , k g
食品表面放热系数 , k J /m Z .s
食品表面的空气始值 , k J /吨
食品的表面温度 , 。 c
食品的冻结时间 ,
。碗九了
1 前 言
速冻是用来保存食品的常用方法之一 , 而在食
品的长期保存的过程中, 人们一直关心的一个问题
是如何能够保持食品的外观 、 完整性和品质 。 许多
学者研究了传统的吹风式速冻和沉浸式速冻对食品
的影响。 然而 , 吹风式冷冻和沉浸式冷冻所需要的
冷冻时间相对较长 . 近年来一种相对新颖且经济的
速冻方法 “低温速冻 ” 应运而生 , 而这种技术在发
展了一段时期后 , 现已逐渐开始吸引大家的目 !` 、 5 ]
光 。
这项技术起初是用来保存生物材料 , 如 : 血液 ,
微生物 , 组织 , 器官 , 动物整体和食品材料等 e[] 。
而低温保存在食品方面的应用 , 主要是利用低温手
收稿日期 : 2 0 0序 0 1一 1 9 ; 修订日期 : 2 0 0 -6 0尽 1 5
蓦金项目: 上海市科技兴农重点攻关项目 (农科攻字 (2 0 01 ) 第 2一 3 号 ) ; 国家自然科学基金项目 (N .o S Oo 7 6 O Zs) ; 上海市曙光计划 2 0 03
作者简介: 梁亚星 (197 于 ) , 男 , 山西长治人 , 硕士研究生 , 主要从事低温与食品冷冻技术和设备的研究 .
工 程 热 物 理 学 报 27卷
段迅速在食品表面形成薄的 、 具有一定强度的冰膜
外壳 , 这可以提高脆弱食品的机械强度。 因此低温
速冻能够很好地保持食品原来的外形 , 同时有效地
减少了食品水分的流失。 这也使得在未来低温速冻
在食品领域的应用方面将会有更大的发展 。
2 试验设备和材料
.2 1 实验设备
实验设备为我所自行研制开发的液氮喷雾式流
态化食品速冻机 , 如图 1 所示 , 此装置的冷冻部分
由液氮喷淋和流态化冻结两部分组成 .
结出在不同冷风温度下青刀豆冻结时间曲线 。 可以
看出到达初始冻结温度前 , 随着冷风温度下降 , 食品
降温越快 , 曲线越陡; 而在 一 1、 一 so C 间 , 不同的冷
风温度下 , 食品通过此区域的时间相差很大 , 此段时
间占了整个冻结时间的 40 % ; 过了 一 so C 后 , 食品
的降温速度几乎不随冷风温度的下降而变化 , 即冻
结曲线在这一温度区域的斜率几乎相同 . 大多数食
品在温度降低到 一1 “ C 时开始冻结 , 在 一 1、 一so C 之
间大部分冰晶生成 , 称之为最大冰晶生成带。 从图 2
中看出越低的冷风温度 , 通过最大冰晶生成带的时
间越短 , 这对食品速冻来说是有利的。
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高压氮气瓶 2 . 液氮瓶 3 . 低温电磁阀 4 . 离心风机
5
. 液氮喷淋喷嘴 6 . 预冻输送链 7 . 冷冻输送链
8
. 刮板 9 , 风道出风 口 10 . 出料 口 1 . 风道
1 2
. 液氮喷雾头 13 . 风道进风 口
图 l 液氮喷雾式流态食品速冻机构简图
冻结时间 / m in
图 2 不同冷风温度青刀豆的降温曲线
食品物料由进料输送带 (图中未画出) 输送至预
冻输送带 6 , 预冻后接着进入流态化速冻段 , 在风
道中喷出的强冷气作用下流化和速冻 , 最后从出料
口 10 出来 , 完成整个速冻运作 .
.2 2 实验材料
实验材料为青刀豆 , 并且品质优 良, 新鲜无侧
筋 , 粗细较均匀 , 无病虫害 , 无农药污染 , 无斑疤 、
腐烂等 . 将原料去头去尾后进行切分 . 切分时 , 要求
长度均匀 , 规格约为 5 c m 完成切分后 , 置于清洗池
中用流动水冲洗 , 洗净表面附着的灰尘 、 泥沙、 大量
微生物和其他杂质 , 然后将其捞起沥干 。
层日\旦蓄织场
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冷风温度 /℃
图 3 不同冷风温度下青刀豆冻结时间
表 1 物料的有关物性参数
物料
名称
水的质量
分数 (% )
外观尺寸
(m m )
长 5 0
单重 本身密度 堆积密度
(g ) (k g /m 3 ) (kg / m 3 )
青刀豆 8 9 2 . 2 7 7 8 3 7 0
3 实验结果和分析
3
.
1 冷风温度对冻结时间的影响
图 2 为不同冷风温度 C 25 、 一4 o5 c) 下 , 青刀豆
的冻结曲线 (终了温度 一 1o8 C ) , 图 3 是通过图 2 总
3
.
2 冷风温度对干耗的影响
干耗是食品冷冻加工和冷冻贮藏中的主要问题
之一 , 主要是由食品中水分蒸发或升华造成的结果 ,
同样在流态化速冻的过程也会出现此种问题 v[] 。 图
4 表示不同冷风温度下青刀豆的干耗 , 可以看出冷
风温度从 一25 “ C 降到一 o C , 青刀豆的干耗有很大
程度的减小 , 但在 一 3 o0 C 和 一 3o5 C 时减小的趋势比
较缓慢 。
式 ( l) 给出食品冻结工程中干耗的计算公式 ls]
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增刊 2 梁亚星等 : 基于液氮喷雾式食品流态化速冻机的
式中可得出食品干耗与食品表面积 、 放热系数和冻
结时间成正比 , 同时也和冷风温度有关 。 当只改变
冷风温度其他参数不变的情况下 , 随着冷风温度的
下降, 介质温度变低 、 冻结时间缩短 , 因而干耗也相
应减小。
图 4 不同冷风温度下青刀豆干耗
.3 3 冷风温度对冻品品质的影响
冻结过程中产生的冰晶大小对食品品质的影响
很大 , 如图 5 所示为不同冷风温度冻结后青刀豆复
温的电镜照片 。 比较这几张照片发现 , 在冷风温度
一25 “ C 冻结后复温的电镜照片未发现完整的细胞组
织 , 细胞组织内细胞核 、 液泡和质体等在冻结过程
中被冰晶挤压而完全破碎 ; 冷风温度 一 3o0 C 时较 -
25
”
c 好 , 细胞内组织整体形状清晰 , 但也出现破碎
现象 ; 冷风温度为 一3 5 o C 、 一 o o C 和 一4 5 o C 时 , 细
胞内组织清晰可见 , 几乎未发现破碎的现象 , 一 so C
时冻结效果尤其出色。
(f ) 一 4 5
O
C 冻结 ( x s 0 0 0 ) B
图 5 不同冷风温度冻结后青刀豆复温电镜照片
可见冷冻形成的大冰晶体会对青刀豆细胞、 组
织产生破坏和损伤 , 而低温速冻则能把这些损伤减
小到最低限度。 而在在快速冻结过程中 , 被冻物料
能以最短的时间通过最大结晶区 , 在食品组织中形
成均匀分布的细小结晶 , 对组织结构破坏程度大大
降低 , 解冻后的食品基本能保持原有的色、 香 、 味。
4 结 论
(b ) 一 3 0 o C 冻结 ( x 3 0 0 0 )
液氮喷雾式流态化速冻是一种高效的速冻方
式。 本文主要是在此装置进行青刀豆的低温速冻实
工 程 热 物 理 学 报2 7 卷
验 , 然后进行分析 , 结果表明 :
(l) 在青刀豆的速冻实验中 , 冷风温度起到了至
关重要的作用 . 不同的冷风温度下物料的冻结时间 、
干耗和品质是有很大差别的。
(2 ) 通过青刀豆的速冻曲线可以看出 , 不同冷
风温度对冻结时间的影响是很大的 。 比较冷风温度
为 一 4 o5 C 物料的冻结时间较 一 2 o5 C 时 , 缩短了近
50 %
. 在工业生产中对增加制品的冷冻产量是相当
可观的。
(a) 在流态化速冻中很多因素影响着物料的干
耗 . 通过理论分析和实验计算表明 , 对同一种物料
来说冻结时间对其有着至关重要的影响 .
(4 ) 通过对速冻青刀豆的复温电镜照片比较 , 得
出速冻过程中产生冰晶的大小对食品品质的影响很
大 . 而相对低的冷风温度能够使物料很快通过最大
冰晶生成区 , 这样比起一般冷冻来说将会产生更细
小的冰晶 , 对细胞结构影响很小 。
(5 ) 随着低温技术在食品速冻工业中进一步应
用 , 速冻技术进一步发展 , 液氮流态化速冻技术将
会有更广阔的应用前景 。
参 考 文 献
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【3』D e ig ad o A E , S u n D W . H e at an d M 、 s 升a n s fe r M o d -
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e[] 华泽钊, 任禾盛 . 低温生物医学技术 . 北京: 科学出版社 ,
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v[] 华泽钊 , 李云飞 , 刘宝林. 食品冷冻冷藏原理与设备 . 北
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