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  • 資訊 > 市場動態(tài) > 液氮在食品冷凍中的應(yīng)用

    2021-12-06 來源:現(xiàn)代食品工程
    氮氣廣泛存在于大氣中,分子式:N2 、分子量:28.01,正常的空氣成分按體積計算:氮約占78%,氧約占21%,其它是稀有氣體和二氧化碳等。

    一.概述:

     

    氮氣廣泛存在于大氣中,分子式:N2 、分子量:28.01,正常的空氣成分按體積計算:氮約占78%,氧約占21%,其它是稀有氣體和二氧化碳等。氮氣是惰性氣體,無色、無嗅、無腐蝕性、不可燃、不支持燃燒;但是它不是維持生命的必要元素。液氮汽化時大量吸收熱量,人體接觸會造成凍傷。液氮純度:高純液氮:氮 ≥99.99%;工業(yè)級液氮:一級≥99.5%、二級≥98.5%。

     

    液氮一般由空氣中物理分離獲得,空氣經(jīng)低溫條件下加壓,使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài),然后逐漸加溫分餾,此過程中氮氣首先從液態(tài)空氣中蒸發(fā)出來,收集后得到氮氣,對收集得到的氮氣再降溫加壓就是液氮,食品級液氮還要通過凈化處理,例如:空氣除塵、精餾純化等。液氮是一種高效制冷劑,可應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、施工、超導、生物等生產(chǎn)科研領(lǐng)域冷凍源。早在上個世紀初液氮制冷技術(shù)已應(yīng)用于修筑地下工程,通過土層凍結(jié)方法,為地下建筑施工提供了新的工程技術(shù):液氮在凍結(jié)環(huán)境汽化吸熱后,氣氮經(jīng)管路排出地下釋入大氣,比常規(guī)制冷系統(tǒng)凍結(jié)快約10倍,典型應(yīng)用案例,如:英國地下水道工作面土壤凍結(jié)、日本新干線工程凍結(jié)施工等都曾有報道。

     

    液氮用于冷凍食品是在上世紀50年代開始研究的,至1960年即正式用于速凍食品。一開始便在食品生產(chǎn)上迅速推廣,液氮用于食品冷凍技術(shù)迅速推廣的背景是:

     

    1、由于美國宇宙空間技術(shù)的發(fā)展,作為火箭燃料需要大量液態(tài)氧的生產(chǎn),促進了空氣液化分離技術(shù)的發(fā)展。在生產(chǎn)液氧的同時空氣中所含78%的氮的大量液化需要找到消化出口,從而推動了冷凍行業(yè)新的冷媒應(yīng)用。

     

    2、上世紀60年代初,美國的食品工業(yè)面臨一個新的轉(zhuǎn)折點,生活方式向快捷方便轉(zhuǎn)型,冷凍食品消費增加并出現(xiàn)兩個特點:(1)應(yīng)用連續(xù)凍結(jié)裝置提高冷凍食品的產(chǎn)能;(2)“冰晶理論”研究要求冷凍食品向高品質(zhì)的速凍方式發(fā)展。由于這些要求促使凍結(jié)方法必須在技術(shù)上進行更新,因此液氮速凍技術(shù)應(yīng)運而生,并迅速得到廣泛應(yīng)用。目前已應(yīng)用到各類食品冷凍和處理過程,包括:速凍食品、氣調(diào)保鮮、飲料灌裝、冷凍粉碎等。

     

    液氮用于食品冷凍有哪些優(yōu)勢呢:

     

    1.冷凍速度快:液氮在一個大氣壓下的溫度:-195.8℃,通過相變的超低溫對流和傳導可使食品迅速凍結(jié),這也是液氮用于食品冷凍的最大優(yōu)勢。

     

    2.冷凍質(zhì)量好:冷媒直接作用于食物快速凍結(jié),防止大冰晶在食物組織內(nèi)的生成,減少對細胞結(jié)構(gòu)的破壞,從而更好的保持食物原有的形態(tài)、風味和口感,以及減少化凍損傷。

     

    3.防止凍干、減少冷凍食品的水分流失;提高冷凍得率,其它方式凍結(jié)干耗率一般在3%~6%之間,而用液氮凍結(jié)干耗率在0.6%~1% 。

     

    4.由于液氮制冷的快速特點,使速凍的時間、流程大大縮短,速凍設(shè)備的體積相應(yīng)縮小,例如:一臺3噸左右的液氮速凍機(每小時速凍能力),占地只有20平米左右,比其它制冷方式的速凍設(shè)備可節(jié)省更多的空間。

     

    目前液氮速凍技術(shù)廣泛應(yīng)用于魚、蝦、雞、鴨、肉、果、蔬、及各種加工食品過程(如:牛排、肉丸、水產(chǎn)品、漢堡包、速凍包點、冰激凌等)。

     

    二.液氮在食品冷凍中的應(yīng)用:

     

    1.液氮速凍食品的方式:

     

    液氮凍結(jié)方式大致有沉浸式、噴淋式、冷風循環(huán)式等種類。

     

    沉浸式冷凍:是將食品完全浸入液氮中,它可以達到所期望的快速凍結(jié)目的,食品占用的空間小,同時產(chǎn)生狀態(tài)變化的幅度也很顯著,但液氮耗量較大,因為僅利用了液氮潛熱的部分冷量。

     

    噴淋式冷凍:一般通過分段:預(yù)冷區(qū)、凍結(jié)區(qū)和均溫區(qū)。液氮經(jīng)噴嘴成霧狀與食品進行熱交換,液氮吸熱蒸發(fā)成氮氣,氮氣又被用來預(yù)冷新進入的食品,這樣既利用了液氮的潛熱,又利用了液氮的顯熱,使冷量得到充分利用。

     

    冷空氣循環(huán)式冷凍:由液氮冷卻循環(huán)的冷空氣,用空氣作為載冷體冷凍食品,可簡化的制冷控制設(shè)備,減少一次性投入。

     

    2.液氮冷凍及應(yīng)用設(shè)備:

     

    凍結(jié)及應(yīng)用設(shè)備可以分為:液氮柜式凍結(jié)裝置、隧道式凍結(jié)裝置、沉浸式凍結(jié)裝置、攪拌成型凍結(jié)裝置等。

     

    液氮柜式冷凍機:液氮柜式冷凍機由三部分組成:高保溫凍結(jié)室、液氮噴射系統(tǒng)、冷風循環(huán)系統(tǒng),超低溫的液氮汽霧均勻的通過凍結(jié)室內(nèi)的推車或托盤,對食品進行快速冷凍,柜式機一般為小型凍結(jié)設(shè)備,凍結(jié)室多在1-3立方,通常在10幾分鐘可將一百至數(shù)百公斤單體食物的中心溫度降低到-18℃以下。

     

    液氮隧道式冷凍機:液氮隧道式冷凍機一般由輸送系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成,冷凍過程按冷凍曲線要求動態(tài)控制,對食品進行高效速凍,隧道機一般凍結(jié)能力很大,冷凍能力從幾百公斤/小時到幾千公斤/小時,即可得到中心溫度在-18℃以下的凍品。

     

    沉浸式冷凍機:沉浸式冷凍機配備了液位控制和運行系統(tǒng),使冷凍機穩(wěn)定的供給冷量,適合單體超快速凍結(jié)食品,例如:單凍蝦、單凍貝、單凍果等。

     

    攪拌、成型式冷凍機:攪拌、成型式冷凍機可與現(xiàn)有的食品加工工序?qū)?,通過攪拌、成型的食品加工過程進行冷凍食品,通過將液氮噴射工藝,可在幾分鐘甚至幾秒鐘內(nèi)將食品冷凍或冷卻,并同步伴隨生產(chǎn)流程連續(xù)運轉(zhuǎn)。

     

    3.應(yīng)用舉例:

     

    (1)速凍包點:一個蒸熟的包子,放入液氮速凍柜中只需要短短的幾分鐘,中心溫度則可以達到-18℃,由于包子在迅速凍結(jié)時很少發(fā)生冰晶對組織的損傷,所以,包子在回溫后的口感跟剛出鍋時幾乎一樣,這就是液氮速凍的優(yōu)勢所在。

     

    (2)冷凍水產(chǎn)品:以單體蝦為例,短短數(shù)十秒內(nèi)就能迅速通過0℃到-5℃這一最大冰晶生成帶,再將蝦體速凍至適宜儲藏溫度-18℃,解凍后不但風味和口感得到保持,甚至口感的粘附性、咀嚼性與鮮蝦均無顯著差異。

     

    有研究表明:由于液氮的超冷性,所以在冷凍過程中除了保持水產(chǎn)品的營養(yǎng)成分和品質(zhì)外,還可以抑制和殺死微生物。生食刺身研究表明液氮冷凍易達到微生物和寄生蟲(含蟲卵)致死溫度,使一直困擾著生食消費的風險得以規(guī)避。

    (3)速凍果蔬:要保證冷凍食品中營養(yǎng)不受損失,果蔬應(yīng)該是最難控制的(果蔬大多屬生命活體),超冷是解決這一難點的關(guān)鍵,液氮速凍的果蔬由于不易出現(xiàn)凍傷害,維生素和礦物質(zhì)含量保持的會更完好,特別是對鮮切果蔬,液氮汽化時使得果蔬切口在氮的防氧化作用下,可以更好的減緩酶促褐變的發(fā)生。

     

    (4)低溫粉碎:是將冷卻到脆化點溫度的食物,在外力作用下破碎成粉體的過程。食品低溫粉碎是最新發(fā)展的食品加工技術(shù),該技術(shù)特別適宜于加工含芳香成分多、含脂量高、含膠狀物質(zhì)多的食品。用液氮進行低溫粉碎處理,其超冷性可使粉末食品的微粒最小組織保持最佳狀態(tài)。如:經(jīng)液氮凍結(jié)后的海藻類、可食花蕾、軟體甲殼等經(jīng)粉碎,可使食品的微細粒度高達100μm以下,基本保持了原有營養(yǎng)價值,特別是:得到的超細顆粒具有特別的吸附力和親和力,有極強的分散性和溶解性,對促進人體對營養(yǎng)食物的有效吸收很有幫助。

     

    (5)冷凍萃?。河匈Y料顯示利用液氮淬冷協(xié)同高溫解凍進行花粉破壁具有效果好、破壁率高、速度快及花粉生理活性保持穩(wěn)定、減少加工過程損傷等特點。

     

    (6)低溫干燥:低溫干燥的機理是利用冰晶升華的物理性質(zhì),將含水食品進行超低溫冷凍,然后,在真空狀態(tài)下使食物中的冰晶升華,最終得到干制品,俗稱:凍干。這種加工方式對熱敏感度高、容易出現(xiàn)氧化的食品最為適合,它在保留了食品味道、口感、風味、色澤、形態(tài)的同時,也使得食物的營養(yǎng)得到了保護。

     

    例如:利用冷凍干燥技術(shù)生產(chǎn)方便面,使方便面的色澤更佳、風味和口感更好,避免了高溫焗干或油炸脫水對品質(zhì)的影響,方便面的品質(zhì)得到很大的提高。由于大多食品在冷凍干燥時需將溫度降到很低(一般在-40℃以下),所以,液氮更具備超低溫冷凍干燥優(yōu)勢。

     

    三.液氮使用安全:

     

    液氮屬低溫液體,在貯存、使用中應(yīng)按《低溫液體貯存設(shè)備 使用安全規(guī)則》(JB/T6898-2015)的規(guī)定執(zhí)行,并注意以下幾點:

     

    1.液氮在101.325kpa壓力下,沸點為-195.65℃,與人體皮膚、眼睛接觸會引起凍傷(冷燒灼)。低溫液體汽化為氣體時,體積會迅速膨脹,在0℃/101.325kpa狀態(tài)下,1L氮汽化為氣體647L,在密閉容器內(nèi),因液體汽化使壓力升高,易引起容器超壓危險。氮氣有窒息性,會引起窒息危險。

     

    2.對低溫液體貯存壓力容器的安裝、使用要求:除符合JB/T6898-2015外,還應(yīng)符合TSGR0004及TSGR7001的規(guī)定。液氮容器宜安裝在室外。儲存液氮的容器嚴禁過量充裝。

     

    3.操作人員應(yīng)熟悉低溫液體的特性及其危害。應(yīng)熟悉產(chǎn)品使用說明書,設(shè)備工藝流程和操作程序。操作人員在充灌或處理低溫液體時應(yīng)戴上干凈易脫的低溫防護手套和護目鏡,若有產(chǎn)生液體噴射或飛濺可能,應(yīng)戴上面罩。操作人員的皮膚因接觸低溫液體或低溫氣體而被凍傷時,應(yīng)及時將受傷部位放入溫水浸泡或沖洗,切勿干加熱,并及時到醫(yī)院治療。

     

    4.在進入通風不良且有發(fā)生窒息危險場所處理液氮,必須分析大氣含氧量,當含氧量低于19.5%(體積分數(shù))時,操作人員必須戴上自供式防護面具,并需在有人監(jiān)護下進行操作處理。室內(nèi)使用液氮制冷設(shè)備,應(yīng)有空氣監(jiān)測設(shè)施。

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