一种肉类产品保鲜的液冷闪冻装置及方法与流程

本发明涉及一种液冷闪冻方法及装置，具体涉及的是一种为解决肉类产品低温冷冻过程中冷冻不均、冷冻效率低造成冷冻后动物细胞受到破坏失活问题而设计的肉类产品保鲜的液冷闪冻方法及装置。

背景技术：

肉类产品(猪、牛、羊等)是食用价值很高的食品，能够提供人体所需的蛋白质、脂肪、无机盐和维生素，是人类的重要食品之一。然而，动物细胞中存在的动物酶及细胞内部适合微生物进行生长繁殖的营养环境，使肉类产品极易产生腐败变质，制约肉类产品的长期保存。

低温冷冻技术是目前实现肉类产品保存的常见方式。通常是在低温环境下直接将动物细胞中的水直接冻结成晶体，从而降低酶的活性并抑制细胞内微生物的生长繁殖，达到肉类产品长期保存的目的。目前常用的低温冷冻技术有吹风式冻结、平板冻结和微冻液冻结等。其中吹风式冻结和平板冻结均是利用热阻较高的空气作为换热介质，冷冻时间一般需要2-12小时，如此长时间的冷冻，不仅会造成水分丢失、细胞液冰晶增大等问题，而且在解冻后肉类产品会产生严重的营养流失，影响肉类产品的新鲜度及食用价值。

为解决空气换热造成的冷冻问题，具有粘度调节、凝固点调节特性的微冻液被作为冷冻工质应用于肉类产品冷冻工业。由于液体相对于气体有更高的换热系数，故而微冻液一般能够在30分钟内实现肉类产品的快速冻结，同时，由于在微冻液中添加有凝固点和粘度调节剂，能够保证细胞冻结过程中不被冰晶破坏，减少解冻过程中的营养物质流失。

由于人们对食品要求的越来越高，很多肉类产品的冷冻已经不再局限于加工后的小型肉类产品，对大型肉类产品的冷冻保鲜要求也越来越高。然而，当前微冻液冷冻技术在小型肉类产品，如猪小腿、羊肉小腿等部位有比较好的冷冻效果，但是在较大型肉类产品，如半只羊、半只牛、猪大腿等肉类产品的冷冻上效果却不是很好。这是由于微冻也冷冻技术采用直接浸没法，将肉类产品整体置于微冻液中，这种粗糙的处理方式，使得置于微冻液中的肉类产品的不同部位受冻不均，并且内部及外部的冷冻效果有较大差别，一般来讲，内部的冷冻中心温度会比外部的温度差距10℃以上，这种差别在越大型肉类产品的冷冻上体现的更为明显。为此，迫切需要开发一种用于实现大型肉类产品保鲜的液冷闪动液及均匀化冷冻装置。

微波是一种常见的电磁波，研究发现，适当的微波作用，能够对水产生共振作用，诱导水分子中的偶极子旋转，从而干扰液体冻结时冰核的形成过程，达到降低液体凝固点及均匀化冷冻流体温度的目的。同时，受人体气管结构实现流体均匀输运的启发，本发明开发了具有特定成分的低温闪冻液作为液冷冷冻介质，保证冷冻低温及肉类产品细胞结构完整，减少肉类产品的冷冻变性和营养损失；利用微波辅助冷冻，均匀化低温闪冻液温度的同时降低低温闪冻液凝固点，从而更快速的促使肉类产品均匀冻结；最后基于人体气管结构仿生构造低温闪冻液均匀输运流量优化装置，提供均匀冷冻目标肉类产品的实现装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对肉类产品低温冷冻过程中，现有技术在快速达到低温及冷冻均匀性方面的不足，而提供了一种具有低温闪冻液、微波辅助冷冻及梯级流量优化循环结构特征的肉类产品保鲜的液冷闪动方法及装置。该系统通过利用特定配方的低温闪冻液作为循环冷冻工质，采用微波辅助促进低温闪冻液凝固点降低及均匀化低温闪冻液温度，并利用梯级流量优化循环结构实现闪冻液的均匀分配输运及快速循环，实现了肉类产品的均匀、快速、高质量冷冻。

为解决肉类产品冷冻过程中存在的技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种肉类产品保鲜的液冷闪冻装置，其特征在于：包括低温闪冻液循环池、微波辅助冷冻装置、控制器及在所述低温闪冻液循环池内循环的低温闪冻液，所述低温闪冻液循环池包括预冷池及闪冻池，所述预冷池及冷冻池通过循环泵管相连构成循环系统；所述闪冻池底部安装梯级流量分配装置，顶部为闪冻池保温板和微波辅助冷冻装置安装板，在所述微波辅助冷冻装置安装板内部设有与所述控制器相连的温度传感器；所述预冷池内安装有制冷机组，上部为预冷池保温板；所述微波辅助冷冻装置具有磁控管及微波共振腔，所述磁控管安装在所述微波辅助冷冻装置安装板外并与所述控制器相连，所述微波共振腔安装在所述的安装板下部垂直于闪冻池液面并同所述磁控管相连；所述磁控管通过所述微波共振腔产生作用于低温闪冻液液面的微波，所述控制器根据所述温度传感器获取的闪冻液的温度控制所述磁控管调整发出的微波功率及微波频率；所述梯级流量分配装置包括进液口、分布槽以及出液口，所述闪冻池的进液口与所述梯级流量分配装置的进液口连接，所述闪冻池的出液口位于所述梯级流量分配装置出液口的上端；所述低温闪冻液由质量百分比的以下物质组成：15-20％的氯化钠、15-20％的乙醇、5-10％的葡聚糖，其余为蒸馏水。

所述梯级流量分配装置包括仿生梯度底板及通道顶板，所述仿生梯度底板上设置所述分布槽，所述分布槽为基于人体血管构形特征而设计的流动优化分散槽道，所述流动优化分散槽道的第n级与第n-1级的长度关系为ln＝ln-1n^-/α，其中，n为每级通道分支数目(n≥2)，α为长度维数(当3≥α≥2时可获得较均匀的分支结构)；所述的流动优化分散槽道的第n级与第n-1级的宽度关系为wn＝wn-1n^-/β，其中，n为每级通道分支数目(n≥2)，β为宽度维数(当3≥β≥2时，可获得较均匀的分支结构)；所述顶板为通孔板，该通孔板上开设有与所述流动优化分散槽道分级数相对应的通孔，梯级流量分配装置中，所述低温闪冻液从主通道进入后，在下级各通道逐步实现流量优化分配。

一种采用所述肉类产品保鲜的液冷闪冻装置对肉类产品进行闪冻处理的低温闪冻方法，其特征在于，方法为：将被冻肉类产品置入所述闪冻池中安放好，并将所述低温闪冻液倒入所述预冷池中，开机让所述预冷池中的所述制冷机组制冷；当所述低温闪冻液达到理想温度时，开启所述预冷池与所述闪冻池之间的所述循环泵管，通过所述梯级流量分配装置将所述低温闪冻液流量优化分配并均匀输运至所述闪冻池中，同时操作所述控制器开启所述磁控管放出微波，对所述低温闪冻液进行温度控制；在对一批肉类产品均匀冷冻30～40分钟后将被冻肉类产品取出，沥水，再过清水后进行存放。

在未使用所述微波辅助冷冻时，低温闪冻液凝固点可达到-40℃，其中冷冻温度较佳为-30℃～-35℃，冷冻时间较佳为10～15分钟。所述的低温闪冻液除主要的物质组分外，还可根据需求添加抗菌成分槲皮素(1％-2％)，保鲜成分柠檬酸(1％-2％)、山梨酸(1％-2％)。

本发明冷冻装置的梯级流量分配装置基于人体气管结构的构形特征设计，实现流量的优化分配，均匀提供所述闪冻液；所述微波辅助冷冻装置开启后能进一步降低所述低温闪冻液凝固点，使用微波辅助冷冻可使低温闪冻液凝固点温度下降5-10℃。同时均匀化所述闪冻液温度，根据前端温度反馈，对不同温度的冷冻过程进行辅助调节。

所述微波辅助冷冻装置包括所述磁控管、所述微波共振腔，所述磁控管用于产生激发微波，通过所述共振腔引到产生的微波诱导所述低温闪冻液水分子的偶极子产生旋转，所述共振腔呈喇叭状。所述控制器为输出控制电路，与所述温度传感器相连，实时监控所述低温闪冻液温度，对应发出电信号调节微波频率及强度。

所述预冷池、所述闪冻池和所述管道均包覆保温材料，减少设备和外界换热，提高经济性。

有益效果：

本发明涉及的是一种肉类产品保鲜的液冷闪冻方法及装置，为满足人类对肉类产品长时间保鲜食用的需求，通常采用冷冻的方法对肉类产品进行处理。本发明通过采用含有高分子聚合物葡聚糖的低温闪冻液作为肉类产品冷冻工质，不仅能够降低闪冻液的凝固点，调节闪冻液的粘度及渗透压，而且能够减少冷冻过程中闪冻液对肉类产品细胞造成的伤害。利用仿生人体气管构形特征，设计梯级流量分配装置，将低温闪冻液由下至上层级冷冻肉类产品，并利用循环管路，始终在均匀冷冻的条件下处理肉类产品。增设的微波辅助冷冻系统，针对不同的温度反馈，通过控制器实时进行微波频率及强度操控，抑制低温闪冻液发生凝固，均匀化流体温度。在均匀冷冻、快速输运下实现肉类产品的均匀、快速、高质量冷冻。

本发明肉类产品低温闪冻装置通过闪冻液及闪冻装置的协同工作，能够在保证被冻肉类产品长期储存的条件下，减少被冻肉类产品的营养流失，使用对象包括常见的猪肉、牛肉、羊肉等肉类产品。

附图说明

图1一种肉类产品保鲜的液冷闪冻方法及装置结构图。

图2梯级流量分配装置结构图(n＝3)。

图3仿生梯度底板结构图(n＝3)。

图4梯级流量分配装置结构图(n＝2)。

图5仿生梯度底板结构图(n＝2)。

图中1.预冷池；2.闪冻池；3.梯级流量分配装置；4.磁控管；5.微波共振腔；6.控制器；7.温度传感器；8.制冷机组；9.循环泵管；10.预冷池顶盖；11.闪冻池顶盖；12.仿生梯度底板；13.通道顶板。

具体实施方式:

下面结合附图进行更进一步的详细说明：

图1给出了本发明一种肉类产品保鲜的液冷闪冻装置的结构图，包括低温闪冻液循环池、微波发生装置及控制器。具体结构包括：预冷池1；闪冻池2；梯级流量分配装置3；磁控管4；微波共振腔5；控制器6；温度传感器7；制冷机组8；循环泵管9等主要组成部分。预冷池1通过循环泵管9与闪冻池2相连，循环泵管9是通过泵作用实现低温闪冻液在两循环池中的循环。预冷池1中安装有制冷机组8，顶部为预冷池顶盖10。闪冻池2底部为梯级流量分配装置3，顶部的一半位置安装有多个磁控管4，用于产生微波，所有的磁控管4均与控制器6相连，上部悬空位置安装有微波共振腔5，实现微波辅助冷冻的微波引导作用。同时，在闪冻池2内还安装有温度传感器7，直接与控制器6相连，实现闪冻池2中的温度实时监测，以此调整微波功率及微波频率，实现对低温速冻液温度的准确反馈调控。

图2给出了本发明的梯级流量分配装置结构图，该分配装置采用3级分支结构，仿生梯度底板12与通道顶板13的出口位置直接相连，实现低温闪冻液流量的均匀分配。

图3给出了本发明的仿生梯度底板结构图，该底板采用3级分支结构。该分支结构利用构形设计规律进行设计，采用的长度维数α＝3，宽度维数β＝2，能够实现流量的优化控制。

图4给出了本发明的梯级流量分配装置结构图，该分配装置采用2级分支结构，仿生梯度底板12与通道顶板13的出口位置直接相连，实现低温闪冻液流量的均匀分配。

图5给出了本发明的仿生梯度底板结构图，该底板采用2级分支结构。该分支结构利用构形设计规律进行设计，采用的长度维数α＝2，宽度维数β＝2，能够实现流量的优化控制。

实施例1

本发明一种肉类产品保鲜的液冷闪冻方法及装置用于冷冻较大型肉类产品整头猪的操作过程为：

按如下质量百分比配制冷冻液：15％的氯化钠、20％的乙醇、8％的葡聚糖，其余为蒸馏水；该闪冻液能够在-50℃的制冷条件下，迅速降温5分钟至-35℃，并能保持低温温度冷冻整头猪肉。将被冻整头猪肉产品置入闪冻池中安放好，并将低温闪冻液倒入预冷池中，开机让预冷池中的制冷机组制冷。当低温闪冻液达到理想温度时，开启预冷池与闪冻池之间的循环泵管，通过梯级流量分配装置将低温闪冻液流量优化分配并均匀输运至闪冻池中，同时操作控制器开启磁控管放出微波，对低温闪冻液进行温度控制。在对一批肉类产品均冻30～40分钟后将被冻肉类产品取出，沥水，再过清水后进行存放。低温闪冻液，会通过循环泵管在预冷池及闪冻池之间进行循环，保证闪冻液能够持续的在闪冻池中对整头猪肉产品进行均匀、快速冷冻。冷冻后的整头猪肉的组织在解冻后，经显微镜观测，仍然具有很好的细胞活性。

实施例2

本发明一种肉类产品保鲜的液冷闪冻方法及装置用于冷冻小型肉类产品羊腿的操作过程为：按如下质量百分比配制冷冻液：20％的氯化钠、15％的乙醇、10％的葡聚糖，其余为蒸馏水；该闪冻液能够在-40℃的制冷条件下，迅速降温5分钟至-30℃，并能保持低温温度冷冻羊腿肉产品。将被冻羊腿肉置入闪冻池中安放好，并将低温闪冻液倒入预冷池中，开机让预冷池中的制冷机组制冷。当低温闪冻液达到理想温度时，开启预冷池与闪冻池之间的循环泵管，通过梯级流量分配装置将低温闪冻液流量优化分配并均匀输运至闪冻池中，同时操作控制器开启磁控管放出微波，对低温闪冻液进行温度控制。在对一批羊腿肉类产品均冻10～15分钟后将被冻肉类产品取出，沥水，再过清水后进行存放。低温闪冻液，会通过循环泵管在预冷池及闪冻池之间进行循环，保证闪冻液能够持续的在闪冻池中对目标肉类产品进行均匀、快速冷冻。冷冻后的羊腿肉组织在解冻后，经显微镜观测，仍然具有很好的细胞活性。

实施例3

本发明一种肉类产品保鲜的液冷闪冻方法及装置用于冷冻小型肉类产品牛腿的操作过程为：按如下质量百分比配制冷冻液：18％的氯化钠、17％的乙醇、5％的葡聚糖，其余为蒸馏水；该闪冻液能够在-40℃的制冷条件下，迅速降温10分钟至-30℃，并能保持-30℃低温温度冷冻牛腿。将被冻牛腿置入闪冻池中安放好，并将低温闪冻液倒入预冷池中，开机让预冷池中的制冷机组制冷。当低温闪冻液达到理想温度时，开启预冷池与闪冻池之间的循环泵管，通过梯级流量分配装置将低温速冻液流量优化分配并均匀输运至闪冻池中，同时操作控制器开启磁控管放出微波，对低温闪冻液进行温度控制。在对一批肉类产品均冻10～15分钟后将被冻肉类产品取出，沥水，再过清水后进行存放。低温闪冻液，会通过循环泵管在预冷池及闪冻池之间进行循环，保证闪冻液能够持续的在闪冻池中对牛腿肉类产品进行均匀、快速冷冻。冷冻后的牛腿肉组织在解冻后，经显微镜观测，仍然具有很好的细胞活性。