專利名稱：用于食品浸漬冷凍的四元載冷劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及食品浸漬冷凍的載冷劑，具體涉及用于食品浸漬冷凍的四元載冷劑。
背景技術(shù)：
浸漬冷卻及冷凍ICF(Immersion Chilling and Freezing)是指食品與載冷劑溶 液直接接觸，食品在與載冷劑溶液換熱后，迅速降溫凍結(jié)。在浸漬冷卻及冷凍技術(shù)中，載冷 劑起著至關(guān)重要的作用，直接制約著浸漬冷卻及冷凍技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展。對未包裝食品的浸漬冷凍，目前常用的載冷劑是鹽(NaCl)水、酒精與糖類水溶 液。但乙醇溶液作為載冷劑存在易揮發(fā)等問題，而氯化鈉溶液存在凍結(jié)點較高、滲透性強及 對設(shè)備腐蝕等問題。糖類與水的二元載冷劑溶液在低溫條件下粘度很高，使運行管理非常 麻煩。國內(nèi)對于適用食品工業(yè)的浸漬多元冷凍載冷劑的研究未見報道，目前國外有一部 分學(xué)者對載冷劑方面做了一些研究，但多元載冷劑研究的較少。Lucas 等(Factors Influencing Mass Transfer During Immersion Cold Storage of Apples in NaCl/Sucrose Solutions [J]. Lebensm-Wissu-Techno，1999，32 : 327-332.)通過研究在NaCl與水的二元載冷劑溶液中，蘋果的浸漬冷凍過程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng) 冷凍液溫度為-17.8°C時，蘋果中NaCl的含量2%，而當(dāng)冷凍溫度為-5°C時，NaCl的含量7%。Peralta(Design and construction of a hydrofluidization system. Study of the heat transfer on a stationary sphere [J]. Journal of Food Engineering，2009， 90(3) 358-364.)采用自行設(shè)計小型試驗用浸漬凍結(jié)系統(tǒng)，用氯化鈉與水的二元載冷劑， 研究其表面熱傳遞系數(shù)，但得到的可利用數(shù)據(jù)不多。三元組分或更為復(fù)雜的溶液可限制溶質(zhì)滲透，同時多元組分也會使乙醇的含量減 少，從而削弱乙醇的揮發(fā)與可燃問題。Raoult-Wack^ (Immersion chilling and freezing in aqueous refrigerating media :review and future trends [J]. International of Journal of Refrigeration， 1998，21 (6) 419-429.)研究發(fā)現(xiàn)在氯化鈉水溶液(4. 55mol/kg)中每千克溶劑加入2mol 蔗糖，在1個小時內(nèi)，氯化鈉的滲透量減少40%。其機理是在食品表面上形成高濃度的蔗糖層。Skau 等(in Technique of Organic Chemistry(A-ffeissberger, ed. ),3rd ed, Part 1，Vol. 1，ffoley-Interscience, 1959 :287_355.)認為多元載冷劑在凍結(jié)過程中降溫 特性和純液體很大不同，表現(xiàn)為過冷點明顯下降，以及未出現(xiàn)明顯等溫期間等特點，但由凍 結(jié)曲線不能直接確定其凍結(jié)點。Yamada 等(Method for freezing foods and freezer thereof [P]. European Patent,91300541. 9. 1992.)等認為，載冷劑組成對食品物料與載冷劑之間傳熱速率有影 響，多元載冷劑，可以實現(xiàn)載冷劑的高傳熱，減少冷卻或凍結(jié)時間，從而可以減少載冷劑滲透。但是由于多元載冷劑與凍結(jié)品之間滲透規(guī)律以及多元溶液的凍結(jié)過程復(fù)雜等問 題，多元載冷劑方面的研究進展較慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供用于食品浸漬冷凍的四元 載冷劑，針對以前載冷劑的滲透性、運動粘度和傳熱系數(shù)進行改善的四元載冷劑。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是用于食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其由乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構(gòu)成。針對多元載冷劑存在的載冷劑與凍結(jié)品之間滲透以及多元溶液的凍結(jié)過程復(fù)雜、 凍結(jié)點的確定等問題，本發(fā)明提供的四元載冷劑可以對滲透性進行了改善，確定了四元載 冷劑的凍結(jié)點，同時得到了用于不同凍結(jié)工作溫度，不同組成的四元載冷劑，因此，本發(fā)明 提供如下進一步改進的技術(shù)方案所述的用于食品浸漬冷凍的四元載冷劑，當(dāng)浸漬凍結(jié)工作溫度高于-30°C時，所述 載冷劑優(yōu)選以重量百分比計含20 25%乙醇，10 35%丙二醇，3 12%氯化鈉的水溶 液。所述的用于食品浸漬冷凍的四元載冷劑，當(dāng)工作溫度高于-40°C低于-30°C時，所 用載冷劑優(yōu)選以重量百分比計含20 25%乙醇，18 35%丙二醇，4 12%氯化鈉的水溶 液。所述的用于食品浸漬冷凍的四元載冷劑，當(dāng)工作溫度高于_44°C低于-40°C時，所 用載冷劑優(yōu)選以重量百分比計含20 25%乙醇，25 35%丙二醇，4 10%氯化鈉的水溶 液。本發(fā)明中，當(dāng)浸漬凍結(jié)工作溫度高于-30°C時，普朗特數(shù)值小的溶液濃度范圍(以 重量百分比計)為20 25%乙醇，10 35%丙二醇，3 12%氯化鈉的水溶液。工作溫度 高于-40°C低于-30°C時，普朗特數(shù)值小的溶液濃度范圍(以重量百分比計)為20 25% 乙醇，18 35%丙二醇，4 12%氯化鈉的水溶液。當(dāng)工作溫度高于_44°C低于-40°C時， 普朗特數(shù)值小的溶液濃度范圍(以重量百分比計)為20 25%乙醇，25 35%丙二醇， 4 10%氯化鈉的水溶液。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明四元載冷劑比二元載冷劑具有以下有益效果(1)在相同總濃度下，乙醇、丙二醇、NaCl、水的四元溶液的滲透量各小于相同溫度 下的二元載冷劑。當(dāng)載冷劑的凍結(jié)點為-30°C時，四元載冷劑冷凍的物料中的總的滲透量為 4. 30mg/cm2，用NaCl的水溶液冷凍的物料中的總的滲透量為7. llmg/cm2，用乙醇的水溶液 冷凍的物料中的總的滲透量為4. 62mg/cm2。當(dāng)載冷劑的凍結(jié)點為_40°C，四元載冷劑冷凍的 物料中的總的滲透量為1. 81mg/Cm2。乙醇的水溶液冷凍的物料中的總的滲透量為2. 26mg/ cm2。測定此載冷劑的凍結(jié)點為-50°C，載冷劑冷凍的物料中的總的滲透量為1.80mg/Cm2。 乙醇的水溶液冷凍的物料中的總的滲透量為2. 06mg/Cm2。(2)相同濃度下，凍結(jié)點相同時，四元載冷劑的總濃度低于二元載冷劑酒精溶液， 而且酒精的含量少，可以降低載冷劑的揮發(fā)。乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構(gòu)成四元溶液滲透量較二元溶液小，且相同凍結(jié)點時，四元溶液中乙醇的含量和氯化鈉的含量均比二元溶液低，降低了對設(shè)備的腐蝕性，并且可 保證冷凍溫度，與現(xiàn)有常用的載冷劑氯化鈉，乙醇與水的二元或三元載冷劑相比更適合于 直接浸漬冷凍用載冷劑。
具體實施例方式本發(fā)明研究不同組成的載冷劑，在不同組分濃度條件下凍結(jié)點的變化規(guī)律，并 在-20°C，-30-40°C條件下研究不同載冷劑對食品的滲透作用。通過少量添加氯化鈉， 使溶液的凍結(jié)點明顯降低。確定載冷劑的組成物質(zhì)乙醇、丙二醇、氯化鈉與水。對不同組成載冷劑的粘度與熱擴散系數(shù)進行分析，計算普朗特(Pr)數(shù)，根據(jù)Pr數(shù) (對流傳熱基本方程中的傳熱系數(shù)，決定制品物料與載冷劑之間傳熱速率)評價不同載冷 劑的傳熱特性，確定乙醇、丙二醇、氯化鈉與水在四元載冷劑中的比例構(gòu)成。乙醇、丙二醇、氯化鈉或氯化鈣與水構(gòu)成四元溶液和目前常用的鹽水與乙醇水溶 液相比，凍結(jié)點低，其中乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構(gòu)成四元溶液的凍結(jié)點最低。乙醇、丙二 醇、氯化鈉與水構(gòu)成四元載冷劑向食品的滲透量比目前常用的鹽水與乙醇水溶液小。確定 乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構(gòu)成四元溶液作為直接浸漬冷凍用載冷劑。溶液的組成和溫度對粘度、熱擴散系數(shù)和Pr數(shù)影響很大。Pr數(shù)是其粘度與熱擴散 系數(shù)的比值。隨著在乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構(gòu)成四元溶液中乙醇、丙二醇和氯化鈉的含 量增加，溶液Pr數(shù)變化趨勢都為增加后減少。溶液中乙醇、丙二醇、氯化鈉含量越大，溶液 粘度越高；當(dāng)乙醇、丙二醇與氯化鈉的含量增加，熱擴散系數(shù)先減小后增加，且隨著溫度的 下降而減小。因此在乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構(gòu)成四元溶液中乙醇、丙二醇和氯化鈉的含 量小，Pr數(shù)小，并且可保證冷凍溫度的溶液可作為適合的載冷劑。將一定濃度比例的載冷劑溶液從浸漬式低溫冷凍機溶液入口導(dǎo)入，并在制冷機中 達到預(yù)設(shè)溫度而維持，冷凍時將物料放入浸漬式低溫冷凍機中與載冷劑溶液直接接觸而被 快速凍結(jié)。以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的具體實施作進一步說明，但本發(fā)明的實施和保護 范圍不限于此。實施例1以占載冷劑總重量百分比計，由20%乙醇、10%丙二醇、3%氯化鈉與水構(gòu)成四元 載冷劑，凍結(jié)點為-30. 7°C，滲透總量為4. 30mg/Cm2,乙醇的滲透量為2. 40mg/Cm2, NaCl的 滲透量為0. 80mg/Cm2，丙二醇的滲透量為1. 10mg/Cm2。溶液粘度為19. 5mm2/S，熱擴散系數(shù) 為0. 0325mm2/S，Pr數(shù)為600。NaCl與水的構(gòu)成二元載冷劑，凍結(jié)點為_21. 2°C，滲透總量為 7. llmg/Cm2,NaCl的滲透量為7. llmg/Cm2。溶液粘度為6. 9mm2/S，熱擴散系數(shù)為0. 0157mm2/ S，Pr 數(shù)為 439。實施例2以占載冷劑總重量百分比計，由20%乙醇，18%丙二醇，4%氯化鈉與水構(gòu)成四 元載冷劑，凍結(jié)點為-40°C，滲透總量為1. 81mg/Cm2,乙醇的滲透量為0. 90mg/Cm2, NaCl的 滲透量為0. 45mg/Cm2,丙二醇的滲透量為0. 46mg/Cm2。溶液粘度為49. 9mm2/S，熱擴散系 數(shù)為0.02543mm2/S，Pr數(shù)為1962。乙醇與水的構(gòu)成二元載冷劑，凍結(jié)點為-31 °C，滲透 總量為2. 10mg/Cm2,乙醇的滲透量為2. 10mg/Cm2。溶液粘度為39. 3mm2/S，熱擴散系數(shù)為0. 03568mm2/S, Pr 數(shù)為 1101。實施例3以占載冷劑總重量百分比計，由20%乙醇，25%丙二醇，4%氯化鈉與水構(gòu)成四元 載冷劑，凍結(jié)點為-50°C，滲透總量為1. 82mg/Cm2,乙醇的滲透量為0. 92mg/Cm2, NaCl的滲 透量為0.39mg/Cm2，丙二醇的滲透量為0.51mg/Cm2。溶液粘度為101. 6mm2/S，熱擴散系數(shù) 為0. 02418mm2/S,Pr數(shù)為4202。乙醇與水的構(gòu)成二元載冷劑，凍結(jié)點為_40°C，滲透總量為 2. 26mg/Cm2,乙醇的滲透量為2. 26mg/Cm2。溶液粘度為65. 3mm2/S,熱擴散系數(shù)為0. 0327mm2/ S，Pr 數(shù)為 1997。實施例4以占載冷劑總重量百分比計，由25%乙醇，35%丙二醇，10%氯化鈉與水構(gòu)成四元 載冷劑，凍結(jié)點為_54°C，滲透總量為1. 91mg/Cm2,乙醇的滲透量為0. 95mg/Cm2, NaCl的滲 透量為0. 43mg/Cm2，丙二醇的滲透量為0. 53mg/Cm2。溶液粘度為141. 6mm2/S，熱擴散系數(shù)為 0.02314讓2/% 1~數(shù)為6119.27。乙醇與水的構(gòu)成二元載冷劑，凍結(jié)點為_41°C，滲透總量為 5. 16mg/Cm2,乙醇的滲透量為5. 16mg/Cm2。溶液粘度為75. 4mm2/S,熱擴散系數(shù)為0. 0229mm2/ S, Pr 數(shù)為 3292. 58。故綜合考慮載冷劑的滲透量，溶液粘度，熱擴散系數(shù)以及Pr數(shù)確定當(dāng)浸漬凍結(jié) 工作溫度高于-30°C時，所述載冷劑優(yōu)選以重量百分比計含20 25%乙醇，10 35%丙二 醇，3 12%氯化鈉的水溶液。當(dāng)工作溫度高于-40°C低于-30°C時，所用載冷劑優(yōu)選以重量百分比計含20 25 %乙醇，18 35 %丙二醇，4 12 %氯化鈉的水溶液。當(dāng)工作溫度高于-44。C低于-40。C時，所用載冷劑優(yōu)選以重量百分比計含20 25%乙醇，25 35%丙二醇，4 10%氯化鈉的水溶液。
權(quán)利要求
用于食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其特征是由乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其特征是當(dāng)浸漬凍結(jié)工作 溫度高于-30°C時，所述載冷劑為以重量百分比計含20 25%乙醇，10 35%丙二醇，3 12%氯化鈉的水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其特征是當(dāng)工作溫度高 于-40°C低于-30°C時，所用載冷劑為以重量百分比計含20 25%乙醇，18 35%丙二醇， 4 12%氯化鈉的水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其特征是當(dāng)工作溫度高 于_44°C低于-40°C時，所用載冷劑為以重量百分比計含20 25%乙醇，25 35%丙二醇， 4 10%氯化鈉的水溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于食品浸漬冷凍的四元載冷劑，其由乙醇、丙二醇、氯化鈉與水構(gòu)成。當(dāng)浸漬凍結(jié)工作溫度高于-30℃時，所述載冷劑優(yōu)選以重量百分比計含20～25％乙醇，10～35％丙二醇，3～12％氯化鈉的水溶液。當(dāng)工作溫度高于-40℃低于-30℃時，所用載冷劑優(yōu)選以重量百分比計含20～25％乙醇，18～35％丙二醇，4～12％氯化鈉的水溶液。當(dāng)工作溫度高于-44℃低于-40℃時，所用載冷劑優(yōu)選以重量百分比計含20～25％乙醇，25～35％丙二醇，4～10％氯化鈉的水溶液。采用本四元載冷劑與其它的載冷劑相比，有更低的滲透量、運動粘度和更高的傳熱系數(shù)。
文檔編號C09K5/06GK101857796SQ20101020463
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者倪明龍, 曾慶孝, 朱志偉, 辛美麗, 陳斌, 韓光赫 申請人:華南理工大學(xué)