本發(fā)明涉及一種液冷閃凍方法及裝置，具體涉及的是一種為解決肉類產(chǎn)品低溫冷凍過程中冷凍不均、冷凍效率低造成冷凍后動物細胞受到破壞失活問題而設(shè)計的肉類產(chǎn)品保鮮的液冷閃凍方法及裝置。

背景技術(shù)：

肉類產(chǎn)品(豬、牛、羊等)是食用價值很高的食品，能夠提供人體所需的蛋白質(zhì)、脂肪、無機鹽和維生素，是人類的重要食品之一。然而，動物細胞中存在的動物酶及細胞內(nèi)部適合微生物進行生長繁殖的營養(yǎng)環(huán)境，使肉類產(chǎn)品極易產(chǎn)生腐敗變質(zhì)，制約肉類產(chǎn)品的長期保存。

低溫冷凍技術(shù)是目前實現(xiàn)肉類產(chǎn)品保存的常見方式。通常是在低溫環(huán)境下直接將動物細胞中的水直接凍結(jié)成晶體，從而降低酶的活性并抑制細胞內(nèi)微生物的生長繁殖，達到肉類產(chǎn)品長期保存的目的。目前常用的低溫冷凍技術(shù)有吹風式凍結(jié)、平板凍結(jié)和微凍液凍結(jié)等。其中吹風式凍結(jié)和平板凍結(jié)均是利用熱阻較高的空氣作為換熱介質(zhì)，冷凍時間一般需要2-12小時，如此長時間的冷凍，不僅會造成水分丟失、細胞液冰晶增大等問題，而且在解凍后肉類產(chǎn)品會產(chǎn)生嚴重的營養(yǎng)流失，影響肉類產(chǎn)品的新鮮度及食用價值。

為解決空氣換熱造成的冷凍問題，具有粘度調(diào)節(jié)、凝固點調(diào)節(jié)特性的微凍液被作為冷凍工質(zhì)應(yīng)用于肉類產(chǎn)品冷凍工業(yè)。由于液體相對于氣體有更高的換熱系數(shù)，故而微凍液一般能夠在30分鐘內(nèi)實現(xiàn)肉類產(chǎn)品的快速凍結(jié)，同時，由于在微凍液中添加有凝固點和粘度調(diào)節(jié)劑，能夠保證細胞凍結(jié)過程中不被冰晶破壞，減少解凍過程中的營養(yǎng)物質(zhì)流失。

由于人們對食品要求的越來越高，很多肉類產(chǎn)品的冷凍已經(jīng)不再局限于加工后的小型肉類產(chǎn)品，對大型肉類產(chǎn)品的冷凍保鮮要求也越來越高。然而，當前微凍液冷凍技術(shù)在小型肉類產(chǎn)品，如豬小腿、羊肉小腿等部位有比較好的冷凍效果，但是在較大型肉類產(chǎn)品，如半只羊、半只牛、豬大腿等肉類產(chǎn)品的冷凍上效果卻不是很好。這是由于微凍也冷凍技術(shù)采用直接浸沒法，將肉類產(chǎn)品整體置于微凍液中，這種粗糙的處理方式，使得置于微凍液中的肉類產(chǎn)品的不同部位受凍不均，并且內(nèi)部及外部的冷凍效果有較大差別，一般來講，內(nèi)部的冷凍中心溫度會比外部的溫度差距10℃以上，這種差別在越大型肉類產(chǎn)品的冷凍上體現(xiàn)的更為明顯。為此，迫切需要開發(fā)一種用于實現(xiàn)大型肉類產(chǎn)品保鮮的液冷閃動液及均勻化冷凍裝置。

微波是一種常見的電磁波，研究發(fā)現(xiàn)，適當?shù)奈⒉ㄗ饔?，能夠?qū)λa(chǎn)生共振作用，誘導(dǎo)水分子中的偶極子旋轉(zhuǎn)，從而干擾液體凍結(jié)時冰核的形成過程，達到降低液體凝固點及均勻化冷凍流體溫度的目的。同時，受人體氣管結(jié)構(gòu)實現(xiàn)流體均勻輸運的啟發(fā)，本發(fā)明開發(fā)了具有特定成分的低溫閃凍液作為液冷冷凍介質(zhì)，保證冷凍低溫及肉類產(chǎn)品細胞結(jié)構(gòu)完整，減少肉類產(chǎn)品的冷凍變性和營養(yǎng)損失；利用微波輔助冷凍，均勻化低溫閃凍液溫度的同時降低低溫閃凍液凝固點，從而更快速的促使肉類產(chǎn)品均勻凍結(jié)；最后基于人體氣管結(jié)構(gòu)仿生構(gòu)造低溫閃凍液均勻輸運流量優(yōu)化裝置，提供均勻冷凍目標肉類產(chǎn)品的實現(xiàn)裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對肉類產(chǎn)品低溫冷凍過程中，現(xiàn)有技術(shù)在快速達到低溫及冷凍均勻性方面的不足，而提供了一種具有低溫閃凍液、微波輔助冷凍及梯級流量優(yōu)化循環(huán)結(jié)構(gòu)特征的肉類產(chǎn)品保鮮的液冷閃動方法及裝置。該系統(tǒng)通過利用特定配方的低溫閃凍液作為循環(huán)冷凍工質(zhì)，采用微波輔助促進低溫閃凍液凝固點降低及均勻化低溫閃凍液溫度，并利用梯級流量優(yōu)化循環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)閃凍液的均勻分配輸運及快速循環(huán)，實現(xiàn)了肉類產(chǎn)品的均勻、快速、高質(zhì)量冷凍。

為解決肉類產(chǎn)品冷凍過程中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種肉類產(chǎn)品保鮮的液冷閃凍裝置，其特征在于：包括低溫閃凍液循環(huán)池、微波輔助冷凍裝置、控制器及在所述低溫閃凍液循環(huán)池內(nèi)循環(huán)的低溫閃凍液，所述低溫閃凍液循環(huán)池包括預(yù)冷池及閃凍池，所述預(yù)冷池及冷凍池通過循環(huán)泵管相連構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)；所述閃凍池底部安裝梯級流量分配裝置，頂部為閃凍池保溫板和微波輔助冷凍裝置安裝板，在所述微波輔助冷凍裝置安裝板內(nèi)部設(shè)有與所述控制器相連的溫度傳感器；所述預(yù)冷池內(nèi)安裝有制冷機組，上部為預(yù)冷池保溫板；所述微波輔助冷凍裝置具有磁控管及微波共振腔，所述磁控管安裝在所述微波輔助冷凍裝置安裝板外并與所述控制器相連，所述微波共振腔安裝在所述的安裝板下部垂直于閃凍池液面并同所述磁控管相連；所述磁控管通過所述微波共振腔產(chǎn)生作用于低溫閃凍液液面的微波，所述控制器根據(jù)所述溫度傳感器獲取的閃凍液的溫度控制所述磁控管調(diào)整發(fā)出的微波功率及微波頻率；所述梯級流量分配裝置包括進液口、分布槽以及出液口，所述閃凍池的進液口與所述梯級流量分配裝置的進液口連接，所述閃凍池的出液口位于所述梯級流量分配裝置出液口的上端；所述低溫閃凍液由質(zhì)量百分比的以下物質(zhì)組成：15-20％的氯化鈉、15-20％的乙醇、5-10％的葡聚糖，其余為蒸餾水。

所述梯級流量分配裝置包括仿生梯度底板及通道頂板，所述仿生梯度底板上設(shè)置所述分布槽，所述分布槽為基于人體血管構(gòu)形特征而設(shè)計的流動優(yōu)化分散槽道，所述流動優(yōu)化分散槽道的第n級與第n-1級的長度關(guān)系為ln＝ln-1n^-/α，其中，n為每級通道分支數(shù)目(n≥2)，α為長度維數(shù)(當3≥α≥2時可獲得較均勻的分支結(jié)構(gòu))；所述的流動優(yōu)化分散槽道的第n級與第n-1級的寬度關(guān)系為wn＝wn-1n^-/β，其中，n為每級通道分支數(shù)目(n≥2)，β為寬度維數(shù)(當3≥β≥2時，可獲得較均勻的分支結(jié)構(gòu))；所述頂板為通孔板，該通孔板上開設(shè)有與所述流動優(yōu)化分散槽道分級數(shù)相對應(yīng)的通孔，梯級流量分配裝置中，所述低溫閃凍液從主通道進入后，在下級各通道逐步實現(xiàn)流量優(yōu)化分配。

一種采用所述肉類產(chǎn)品保鮮的液冷閃凍裝置對肉類產(chǎn)品進行閃凍處理的低溫閃凍方法，其特征在于，方法為：將被凍肉類產(chǎn)品置入所述閃凍池中安放好，并將所述低溫閃凍液倒入所述預(yù)冷池中，開機讓所述預(yù)冷池中的所述制冷機組制冷；當所述低溫閃凍液達到理想溫度時，開啟所述預(yù)冷池與所述閃凍池之間的所述循環(huán)泵管，通過所述梯級流量分配裝置將所述低溫閃凍液流量優(yōu)化分配并均勻輸運至所述閃凍池中，同時操作所述控制器開啟所述磁控管放出微波，對所述低溫閃凍液進行溫度控制；在對一批肉類產(chǎn)品均勻冷凍30～40分鐘后將被凍肉類產(chǎn)品取出，瀝水，再過清水后進行存放。

在未使用所述微波輔助冷凍時，低溫閃凍液凝固點可達到-40℃，其中冷凍溫度較佳為-30℃～-35℃，冷凍時間較佳為10～15分鐘。所述的低溫閃凍液除主要的物質(zhì)組分外，還可根據(jù)需求添加抗菌成分槲皮素(1％-2％)，保鮮成分檸檬酸(1％-2％)、山梨酸(1％-2％)。

本發(fā)明冷凍裝置的梯級流量分配裝置基于人體氣管結(jié)構(gòu)的構(gòu)形特征設(shè)計，實現(xiàn)流量的優(yōu)化分配，均勻提供所述閃凍液；所述微波輔助冷凍裝置開啟后能進一步降低所述低溫閃凍液凝固點，使用微波輔助冷凍可使低溫閃凍液凝固點溫度下降5-10℃。同時均勻化所述閃凍液溫度，根據(jù)前端溫度反饋，對不同溫度的冷凍過程進行輔助調(diào)節(jié)。

所述微波輔助冷凍裝置包括所述磁控管、所述微波共振腔，所述磁控管用于產(chǎn)生激發(fā)微波，通過所述共振腔引到產(chǎn)生的微波誘導(dǎo)所述低溫閃凍液水分子的偶極子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，所述共振腔呈喇叭狀。所述控制器為輸出控制電路，與所述溫度傳感器相連，實時監(jiān)控所述低溫閃凍液溫度，對應(yīng)發(fā)出電信號調(diào)節(jié)微波頻率及強度。

所述預(yù)冷池、所述閃凍池和所述管道均包覆保溫材料，減少設(shè)備和外界換熱，提高經(jīng)濟性。

有益效果：

本發(fā)明涉及的是一種肉類產(chǎn)品保鮮的液冷閃凍方法及裝置，為滿足人類對肉類產(chǎn)品長時間保鮮食用的需求，通常采用冷凍的方法對肉類產(chǎn)品進行處理。本發(fā)明通過采用含有高分子聚合物葡聚糖的低溫閃凍液作為肉類產(chǎn)品冷凍工質(zhì)，不僅能夠降低閃凍液的凝固點，調(diào)節(jié)閃凍液的粘度及滲透壓，而且能夠減少冷凍過程中閃凍液對肉類產(chǎn)品細胞造成的傷害。利用仿生人體氣管構(gòu)形特征，設(shè)計梯級流量分配裝置，將低溫閃凍液由下至上層級冷凍肉類產(chǎn)品，并利用循環(huán)管路，始終在均勻冷凍的條件下處理肉類產(chǎn)品。增設(shè)的微波輔助冷凍系統(tǒng)，針對不同的溫度反饋，通過控制器實時進行微波頻率及強度操控，抑制低溫閃凍液發(fā)生凝固，均勻化流體溫度。在均勻冷凍、快速輸運下實現(xiàn)肉類產(chǎn)品的均勻、快速、高質(zhì)量冷凍。

本發(fā)明肉類產(chǎn)品低溫閃凍裝置通過閃凍液及閃凍裝置的協(xié)同工作，能夠在保證被凍肉類產(chǎn)品長期儲存的條件下，減少被凍肉類產(chǎn)品的營養(yǎng)流失，使用對象包括常見的豬肉、牛肉、羊肉等肉類產(chǎn)品。

附圖說明

圖1一種肉類產(chǎn)品保鮮的液冷閃凍方法及裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2梯級流量分配裝置結(jié)構(gòu)圖(n＝3)。

圖3仿生梯度底板結(jié)構(gòu)圖(n＝3)。

圖4梯級流量分配裝置結(jié)構(gòu)圖(n＝2)。

圖5仿生梯度底板結(jié)構(gòu)圖(n＝2)。

圖中1.預(yù)冷池；2.閃凍池；3.梯級流量分配裝置；4.磁控管；5.微波共振腔；6.控制器；7.溫度傳感器；8.制冷機組；9.循環(huán)泵管；10.預(yù)冷池頂蓋；11.閃凍池頂蓋；12.仿生梯度底板；13.通道頂板。

具體實施方式:

下面結(jié)合附圖進行更進一步的詳細說明：

圖1給出了本發(fā)明一種肉類產(chǎn)品保鮮的液冷閃凍裝置的結(jié)構(gòu)圖，包括低溫閃凍液循環(huán)池、微波發(fā)生裝置及控制器。具體結(jié)構(gòu)包括：預(yù)冷池1；閃凍池2；梯級流量分配裝置3；磁控管4；微波共振腔5；控制器6；溫度傳感器7；制冷機組8；循環(huán)泵管9等主要組成部分。預(yù)冷池1通過循環(huán)泵管9與閃凍池2相連，循環(huán)泵管9是通過泵作用實現(xiàn)低溫閃凍液在兩循環(huán)池中的循環(huán)。預(yù)冷池1中安裝有制冷機組8，頂部為預(yù)冷池頂蓋10。閃凍池2底部為梯級流量分配裝置3，頂部的一半位置安裝有多個磁控管4，用于產(chǎn)生微波，所有的磁控管4均與控制器6相連，上部懸空位置安裝有微波共振腔5，實現(xiàn)微波輔助冷凍的微波引導(dǎo)作用。同時，在閃凍池2內(nèi)還安裝有溫度傳感器7，直接與控制器6相連，實現(xiàn)閃凍池2中的溫度實時監(jiān)測，以此調(diào)整微波功率及微波頻率，實現(xiàn)對低溫速凍液溫度的準確反饋調(diào)控。

圖2給出了本發(fā)明的梯級流量分配裝置結(jié)構(gòu)圖，該分配裝置采用3級分支結(jié)構(gòu)，仿生梯度底板12與通道頂板13的出口位置直接相連，實現(xiàn)低溫閃凍液流量的均勻分配。

圖3給出了本發(fā)明的仿生梯度底板結(jié)構(gòu)圖，該底板采用3級分支結(jié)構(gòu)。該分支結(jié)構(gòu)利用構(gòu)形設(shè)計規(guī)律進行設(shè)計，采用的長度維數(shù)α＝3，寬度維數(shù)β＝2，能夠?qū)崿F(xiàn)流量的優(yōu)化控制。

圖4給出了本發(fā)明的梯級流量分配裝置結(jié)構(gòu)圖，該分配裝置采用2級分支結(jié)構(gòu)，仿生梯度底板12與通道頂板13的出口位置直接相連，實現(xiàn)低溫閃凍液流量的均勻分配。

圖5給出了本發(fā)明的仿生梯度底板結(jié)構(gòu)圖，該底板采用2級分支結(jié)構(gòu)。該分支結(jié)構(gòu)利用構(gòu)形設(shè)計規(guī)律進行設(shè)計，采用的長度維數(shù)α＝2，寬度維數(shù)β＝2，能夠?qū)崿F(xiàn)流量的優(yōu)化控制。

實施例1

本發(fā)明一種肉類產(chǎn)品保鮮的液冷閃凍方法及裝置用于冷凍較大型肉類產(chǎn)品整頭豬的操作過程為：

按如下質(zhì)量百分比配制冷凍液：15％的氯化鈉、20％的乙醇、8％的葡聚糖，其余為蒸餾水；該閃凍液能夠在-50℃的制冷條件下，迅速降溫5分鐘至-35℃，并能保持低溫溫度冷凍整頭豬肉。將被凍整頭豬肉產(chǎn)品置入閃凍池中安放好，并將低溫閃凍液倒入預(yù)冷池中，開機讓預(yù)冷池中的制冷機組制冷。當?shù)蜏亻W凍液達到理想溫度時，開啟預(yù)冷池與閃凍池之間的循環(huán)泵管，通過梯級流量分配裝置將低溫閃凍液流量優(yōu)化分配并均勻輸運至閃凍池中，同時操作控制器開啟磁控管放出微波，對低溫閃凍液進行溫度控制。在對一批肉類產(chǎn)品均凍30～40分鐘后將被凍肉類產(chǎn)品取出，瀝水，再過清水后進行存放。低溫閃凍液，會通過循環(huán)泵管在預(yù)冷池及閃凍池之間進行循環(huán)，保證閃凍液能夠持續(xù)的在閃凍池中對整頭豬肉產(chǎn)品進行均勻、快速冷凍。冷凍后的整頭豬肉的組織在解凍后，經(jīng)顯微鏡觀測，仍然具有很好的細胞活性。

實施例2

本發(fā)明一種肉類產(chǎn)品保鮮的液冷閃凍方法及裝置用于冷凍小型肉類產(chǎn)品羊腿的操作過程為：按如下質(zhì)量百分比配制冷凍液：20％的氯化鈉、15％的乙醇、10％的葡聚糖，其余為蒸餾水；該閃凍液能夠在-40℃的制冷條件下，迅速降溫5分鐘至-30℃，并能保持低溫溫度冷凍羊腿肉產(chǎn)品。將被凍羊腿肉置入閃凍池中安放好，并將低溫閃凍液倒入預(yù)冷池中，開機讓預(yù)冷池中的制冷機組制冷。當?shù)蜏亻W凍液達到理想溫度時，開啟預(yù)冷池與閃凍池之間的循環(huán)泵管，通過梯級流量分配裝置將低溫閃凍液流量優(yōu)化分配并均勻輸運至閃凍池中，同時操作控制器開啟磁控管放出微波，對低溫閃凍液進行溫度控制。在對一批羊腿肉類產(chǎn)品均凍10～15分鐘后將被凍肉類產(chǎn)品取出，瀝水，再過清水后進行存放。低溫閃凍液，會通過循環(huán)泵管在預(yù)冷池及閃凍池之間進行循環(huán)，保證閃凍液能夠持續(xù)的在閃凍池中對目標肉類產(chǎn)品進行均勻、快速冷凍。冷凍后的羊腿肉組織在解凍后，經(jīng)顯微鏡觀測，仍然具有很好的細胞活性。

實施例3

本發(fā)明一種肉類產(chǎn)品保鮮的液冷閃凍方法及裝置用于冷凍小型肉類產(chǎn)品牛腿的操作過程為：按如下質(zhì)量百分比配制冷凍液：18％的氯化鈉、17％的乙醇、5％的葡聚糖，其余為蒸餾水；該閃凍液能夠在-40℃的制冷條件下，迅速降溫10分鐘至-30℃，并能保持-30℃低溫溫度冷凍牛腿。將被凍牛腿置入閃凍池中安放好，并將低溫閃凍液倒入預(yù)冷池中，開機讓預(yù)冷池中的制冷機組制冷。當?shù)蜏亻W凍液達到理想溫度時，開啟預(yù)冷池與閃凍池之間的循環(huán)泵管，通過梯級流量分配裝置將低溫速凍液流量優(yōu)化分配并均勻輸運至閃凍池中，同時操作控制器開啟磁控管放出微波，對低溫閃凍液進行溫度控制。在對一批肉類產(chǎn)品均凍10～15分鐘后將被凍肉類產(chǎn)品取出，瀝水，再過清水后進行存放。低溫閃凍液，會通過循環(huán)泵管在預(yù)冷池及閃凍池之間進行循環(huán)，保證閃凍液能夠持續(xù)的在閃凍池中對牛腿肉類產(chǎn)品進行均勻、快速冷凍。冷凍后的牛腿肉組織在解凍后，經(jīng)顯微鏡觀測，仍然具有很好的細胞活性。