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液氮食品冷凍技術分析

* 來源: * 作者: * 發表時間: 2020/07/13 0:35:29 * 瀏覽: 16
液氮速凍技術發展的背景:在1.50年代后期,由于航天技術的發展,對作為火箭燃料的大量液氧的需求推動了液化分離工業的快速發展。液氮的產生使得可以產生空氣中所含大量78%的氮,這為冷凍食品工業開辟了新的應用領域。 2.在1960年代初期,美國的冷凍食品行業面臨新的轉折點。當時,冷凍食品向三個方向發展:(1)向“冷凍”方向發展,并要求個體速凍(IQF);(2)要求連續速凍。該裝置提高了冷凍食品的產量,( 3)要求將冷凍食品發展為優質速凍保鮮食品。由于這些要求,必須對冷凍方法進行技術更新,因此液氮快速冷凍技術應運而生,并迅速得到廣泛應用。液氮快速冷凍具有以下優點:1.液氮可以與不規則形狀的食品的各個部分緊密接觸,從而使傳熱阻力降至最低。 2.液氮無毒且對食品成分呈惰性。另外,由于它替代了食物中的空氣,因此可以在冷凍和帶包裝的存儲過程中將氧化變化降至最低。 3.冷凍食品的質量高。由于液氮與食物之間的直接接觸以及溫度差超過200K的強熱交換,冷凍速度非???,并且每分鐘可降低7至15K的溫度。食物中的冰晶細而均勻,解凍后的食物質量很高。 4.冷凍食品消耗少。普通冷凍裝置冷凍食品的干消耗率為3%至6%,而液氮冷凍裝置冷凍食品的干消耗率為0.6%至1%。因此,它適用于冷凍一些水分含量高的食品,例如楊梅,西紅柿,蟹肉等。 5.占地面積小,投資少,設備效率高。隨著液氮速凍技術的進一步改進和發展,它被迅速,廣泛地應用于魚,蝦,蟹,雞,鴨,肉(牛,羊等),水果(楊梅,荔枝等)中。 ,蔬菜和各種預先準備好的食物(牛排,生魚片,肉丸,炸蝦,肉餅,漢堡包,比薩餅,蛋制品,湯等)都被冷凍。 1981年,英國的液氮冷凍食品占冷凍食品的10%,液氮的使用量超過100kt。西歐液氮產量的1/3用于食品的快速冷凍和冷藏運輸。日本的液氮冷凍食品約占冷凍食品的40-50%。目前,美國有數百家食品加工公司使用液氮進行速凍,而只有一家速凍牛排廠每天使用700噸液氮。 1970年代初,北京和上海開發了液氮速凍食品生產線。在1980年代,從日本,瑞典,法國,美國和丹麥引進了各種速凍設備(包括液氮速凍)。成功地將新鮮水產品(如湖蟹和大蝦)中的液氮快速冷凍。由于液氮需要每公斤速凍食品0.8-1千克,而受液氮價格高的影響,1991年在中國生產的250套各種類型的速凍設備中,液氮的使用非常少,導致我國目前液氮速凍食品在冷凍食品中的比例非常低,并且尚未得到廣泛普及。液氮是一種無色,無味,低粘度的透明液體,具有穩定的化學性質。常壓下液氮的沸點為-195.8℃,當它與冷凍食品接觸時,可以吸收的蒸發潛熱為198.9kJ / kg,然后讓氮氣蒸氣加熱到-20℃ ,平均比熱為1.047kJ /(Kgmiddot,K)米,可吸收184.1kJ / kg。兩項合計為383.0kJ / kg,是理想的制冷劑。速凍液氮食品d最早在美國。美國于1950年代開始在這一領域進行研究,到1960年正式用于速凍食品。1964年,它在生產中得到了迅速推廣。近年來,隨著改革開放的不斷深入,國外大型跨國天然氣公司競相在中國建立合資企業,帶來先進的空分設備,技術和管理,極大地增加了中國低溫液體的生產和供應。 。隨著范圍的不斷擴大,價格大大降低(液氮銷售價格從2元/ kg左右降到1元/ kg以下),極大地促進了液氮的應用。使用液氮快速冷凍食品的優點多種多樣,但其當前的應用還存在以下問題,亟待解決:1.由于冷凍速度極快,瞬時溫差大且溫度高。較大的膨脹壓力會導致低溫斷裂,破壞食品結構,并對食品質量產生不利影響。 2.液氮蒸發后變為低溫氮,具有吸收大量顯熱的能力。充分利用這部分制冷能力是提高液氮制冷設備經濟性的基礎,但目前利用率不高。液氮食品速凍裝置具有液氮冷凍的三種方法:浸入,噴霧和冷空氣循環。浸入式冷凍是將食品完全浸入液氮中,可以實現所需的快速冷凍,食品占據的空間較小,容量變化的范圍也很明顯,但是液氮消耗很大,因為僅使用液體。氮的潛熱是冷卻能力的一部分。噴霧冷凍具有三個冷凍區域:預冷卻區域,冷凍區域和溫度均衡區域。液氮被噴嘴霧化以與食物進行熱交換。液氮吸收熱量并蒸發成氮氣。氮氣用于預冷卻新進入的食物。這既使用了液氮的潛熱又使用了液氮的顯熱。 ,要充分利用感冒。冷空氣循環式冷凍,將循環的冷空氣通過液氮冷卻,并將該空氣用作制冷劑來冷凍食品,從而可以省去龐大的制冷設備并減少初期投資。特定的冷凍裝置可分為:液氮柜式冷凍裝置,隧道式冷凍裝置,浸沒式冷凍裝置,旋轉式冷凍裝置等。流化食品速凍理論和裝置的流化現象早已為人們所認識。它最初用于化學工程,后來被應用于能源,冶金和食品工程領域。 1959年,瑞典的Frigoscandia首次使用這種方法冷凍食品,并于1962年開發了世界上第一臺實驗性流化冷凍裝置。從那以后,美國,法國,保加利亞,前蘇聯,日本等國家高度重視流態化的應用和理論研究,特別是近二十年來冷凍食品的發展,推動了流態化的發展。流化冷凍設備。目前,該冷凍裝置已廣泛用于各個國家的冷凍食品工廠,特別是蔬菜加工廠。快速冷凍流化食品的基本原理是,快速冷凍流化食品的目的是使置于篩子或槽板上的顆粒狀,片狀或塊狀食品在低溫空氣的作用下,從底部以一定的流量產生類似的效果。沸騰,像液體一樣運動,并在運動中迅速凍結的過程。當冷氣流從底部到頂部通過食物層并且流速低時,食物顆粒處于靜止狀態,稱為固定床A。隨著氣流速度的增加,氣流在兩側的壓力下降。食物床也將增加,食物層將開始松弛B。當氣流速度達到一定值時,食物顆粒不再保持靜止狀態,一些顆粒向上懸浮,從而使床攪拌,空隙率增加,開始進入流化狀態。該狀態是固定床和流化床之間的邊界,稱為臨界狀態。相應的最大壓降稱為臨界壓力,而相應的風速稱為臨界風速。臨界壓力和臨界速度是形成流化的必要條件C。當氣流速度繼續增加時,床將繼續膨脹,并且床的空隙也將增加。但是,床中的實際氣體流速保持不變,并且流體的壓降僅由固體顆粒的重量消耗,也就是說,床中的壓降與氣體流速無關,并且始終保持此時,強烈的冷氣流與食物顆粒相互作用,導致食物顆粒上下不規則地運動。因此,食物層中的質量和熱傳遞非常迅速,從而食物單體被迅速冷凍。如果進一步提高氣流速度,顆粒將被流體帶走,床顆粒減少,空隙率增加,床壓降降低,流化床成為運輸床E。在輸送機床的前部進行冷凍生產和實驗,曲線AD為標準流化曲線。食品流態化速凍的主要特征是:快速冷凍速度。流化冷凍過程具有很強的傳熱特性。與傳統的強制空氣循環冷凍裝置相比,熱交換強度提高了30到40倍。這是因為:將食品懸浮和冷凍時的熱阻降低了15到18倍,產品表面和冷空氣的放熱系數()增加了4到6倍,有效的熱交換面積增加了3.5到10倍。因此,流化冷凍裝置的冷凍速度是普通冷凍裝置的數十倍。由于快速的冷凍速度,流化冷凍可以最大程度地保持食物的原始營養和新鮮度。實現單體的快速冷凍。由于食品在冷凍過程中處于懸浮狀態,冷凍后食品不會粘在一起,實現了IQF冷凍,不僅質量好,而且便于消費者包裝和消費。食物消耗低。每種速凍食品的表面都具有薄的冰膜,這有利于保持食品的新鮮度并防止其氧化,并且減少了干燥消耗。瑞典學者對蘑菇,草莓等進行的對比實驗表明,流態化冷凍干燥的消耗量僅為強制風洞冷凍的一半左右。這對于高價食品尤其重要。機械化,自動連續生產容易,生產效率高。工人在常溫條件下工作,從而改善了工作條件。當然,食物的流化冷凍也有局限性。它僅適用于粒狀食品。通常,其特征尺寸在50mm以內,最大不得超過100mm。目前,國外流化冷凍食品的種類主要有:肉類:肉,肉丁,丸子,魚片,魚條,蝦,蝦等。菜肴:豌豆,豆類,玉米,青豆,油炸或煮土豆,胡蘿卜丁或切片,完整或切成薄片的蘑菇,花椰菜,辣椒,西紅柿,卷心菜,切成小塊,切片,條狀各種蔬菜。水果:蘋果片,菠蘿片,草莓,黑莓,櫻桃,馬林魚,李子,杏,啤酒,紫色漿果,葡萄,荔枝,龍眼等。