液氮在冰淇淋工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用技術(shù)

1、液氮凍結(jié)在冰淇淋工業(yè)化生產(chǎn)的應(yīng)用丹東天茂氣體有限公司轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)過(guò)程的能耗及成本，并有助于生態(tài)環(huán)保。 國(guó)外譽(yù)為 20 “魔法凍結(jié)（Magic freeze）”的美譽(yù)，美國(guó)把這種凍結(jié)方式稱為瞬間凍結(jié)（Flash freezing）。在西方國(guó)家液氮主要用在魚(yú)類、水果、 業(yè)化生產(chǎn)，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)乳制品行業(yè)的先河。傳統(tǒng)冰淇淋生產(chǎn)中存在的問(wèn)題在傳統(tǒng)的冰淇淋生產(chǎn)工藝中，使用氟利昂或液氨壓縮機(jī)制冷機(jī)組進(jìn)行產(chǎn)品凍結(jié)存在以下問(wèn)題： 85%100%，經(jīng)凝凍機(jī)制造出來(lái)等待凍結(jié)的軟冰淇淋溫度僅為-5 左右，軟冰淇淋灌充在威化筒上，其拉花火炬形狀因在普通冷凍隧道里溫度僅有-35 左右，容易塌陷變形，

2、產(chǎn)品外觀不好?；鹁嫘捅苛茉趥鹘y(tǒng)氟利昂（或液氨）壓縮機(jī)冷凍隧道中凍結(jié)速度太慢，會(huì)產(chǎn)生粗糙 的冰屑而在食用時(shí)產(chǎn)生沙狀的口感。這是由于冰淇淋組織成分的每個(gè)細(xì)胞外溶液濃度較低， 這些冰結(jié)晶分布不均勻。按照傳統(tǒng)的制造巧克力脆皮雪糕條工藝，先將雪糕條直接浸入55 的液體巧克力漿 料中約 23 s，靠雪糕條本身的溫度凍結(jié)粘在其表面的巧克力漿料涂層，經(jīng)包裝后通過(guò)傳送帶進(jìn)入-25 冷庫(kù)保存。由于制造過(guò)程溫度不夠低、冷凍效果差，雪糕條外層巧克力脆皮容易熔融、裂開(kāi)甚至脫落，影響了產(chǎn)品的感官質(zhì)量。巧克力脆皮雪糕條中的巧克力漿料涂層脂肪含量達(dá)到50%以上，其油脂容易因氧化 作用而產(chǎn)生油腥味。傳統(tǒng)壓縮機(jī)制冷設(shè)備占地面積

3、大，設(shè)備一次性投資費(fèi)用大，日常維護(hù)費(fèi)用高；而且電能消耗大、冷凍效率低。冰淇淋產(chǎn)品需在包裝前完成凍結(jié)，而傳統(tǒng)制冷吹風(fēng)凍結(jié)裝置凍結(jié)的產(chǎn)品，因凍結(jié)時(shí)間 4%6%，冰淇淋組織因水分蒸發(fā)而直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)制冷設(shè)備大量使用氟利昂或液氨等冷媒破壞大氣臭氧層，對(duì)地球生態(tài)環(huán)境造成危害。液氮快速凍結(jié)設(shè)備應(yīng)用于冰淇淋工業(yè)化生產(chǎn)冰淇淋屬于乳制品加工行業(yè)，為了解決冰淇淋生產(chǎn)中的質(zhì)量、能耗、成本、環(huán)保等問(wèn)題， 將應(yīng)用于水產(chǎn)品速凍的液氮凍結(jié)技術(shù)運(yùn)用在冰淇淋生產(chǎn)中術(shù)和設(shè)備裝置。液氮浸漬式巧克力脆皮雪糕條凍結(jié)設(shè)備1 液氮浸漬凍結(jié)設(shè)備糕漿料的棒狀模具被置于-35 克力漿料的不銹鋼槽上方，雪糕條被浸入至55 2 s，機(jī)械手

4、立即23 s 作，成品被移送入包裝段，經(jīng)枕形鍍鋁膜包裝機(jī)包裝后移至-25冷庫(kù)貯存。液氮噴霧式火炬型冰淇淋凍結(jié)設(shè)備2 液氮噴霧凍結(jié)設(shè)備它由不銹鋼隧道箱體、噴霧裝置、不銹鋼輸送帶、傳動(dòng)裝置、抽風(fēng)機(jī)等組成10 m3 液氮貯罐形狀的冰淇淋，此時(shí)冰淇淋半成品溫度只有-5 左右，冰淇淋內(nèi)部因有大量空氣而整個(gè)組織-195.8 的液氮通過(guò)噴嘴直接噴淋在火炬型冰淇淋上，冰淇淋立刻被凍結(jié)，軟冰淇淋的火炬體外，蓋上透明塑料蓋后轉(zhuǎn)入-351 h 左右，儲(chǔ)于-25 的成品 冷庫(kù)。液氮凍結(jié)技術(shù)及其設(shè)備結(jié)構(gòu) 整個(gè)箱體由幾段相通的SUS304 不銹鋼隔熱箱組成，不銹鋼箱體之間用耐低溫的硅橡膠密封條和黏結(jié)劑加以密封。隔熱箱內(nèi)外

5、護(hù)板為不銹鋼板制成，其間填充75 mm 厚的聚氨基甲酸乙?guī)ф湕l因溫度變化發(fā)生卡住或冷脆等故障；電磁閥和調(diào)壓閥等自控閥用于液氮流量控 制，間內(nèi)聚集。抽氣風(fēng)機(jī)上設(shè)有T 型蝶閥，當(dāng)排氣溫度過(guò)低時(shí)，可打開(kāi)蝶閥，吸入部分空氣，以防止風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)冰影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)。液態(tài)氮始終保持著強(qiáng)烈沸騰，這有利于單個(gè)雪糕條彼此間的分離；液氮在大氣壓下溫度為-195.8 ，人體皮膚接觸后會(huì)引起嚴(yán)重凍傷，為避免在液氮流入浸漬式液氮凍結(jié)裝置的敞開(kāi)采用變頻調(diào)速，可以根據(jù)雪糕產(chǎn)品不同的形狀和凈含量而調(diào)整運(yùn)行速度。置于室外的液氮儲(chǔ)罐是專業(yè)工廠加工的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)為不銹鋼內(nèi)槽和碳素鋼外槽相連， 其間充填高真空粉末-1.33 KPa，外層

6、有聚氨酯隔熱材料形成雙重保溫； 計(jì)顯示，用完后由供應(yīng)商的液氮槽車通過(guò)加液閥向罐內(nèi)填充液氮。氮?dú)鉄o(wú)色無(wú)味，如果生產(chǎn)車間環(huán)境空氣中的氧氣含量低于20%，可造成窒息環(huán)境而引起人 自鎖安全裝置，確保生產(chǎn)工人的安全。液氮凍結(jié)在冰淇淋生產(chǎn)中體現(xiàn)的優(yōu)越性液氮是無(wú)色、無(wú)味、低黏度的透明液體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，與任何物質(zhì)不起化合作用，在常壓下的沸點(diǎn)是-195.8 647 -25 凍結(jié)終溫所揮發(fā)的制冷量為 383.1 KJ/kg液氮凍結(jié)速度快，生產(chǎn)效率高。液氮的沸點(diǎn)比氨-33 ）和氟利昂-30-40 ）沸點(diǎn)低得多，由于液氮與冰淇淋直接接觸時(shí)，以將近200 的溫差進(jìn)行劇烈的熱交換，液氮凍結(jié)與傳統(tǒng)的凍結(jié)設(shè)備相比較，換熱強(qiáng)

7、度增加了3040 倍。生產(chǎn)實(shí)踐證明，液氮浸漬凍23 s，液氮噴霧凍結(jié)火炬型冰淇淋時(shí)間僅為12 min，而傳統(tǒng)制冷機(jī)組將上述產(chǎn)品凍結(jié)到-25 30 min 以上的時(shí)間，單位時(shí)間內(nèi)液氮設(shè)備所能凍結(jié)的產(chǎn)品量顯著增加。減少冰淇淋產(chǎn)品因大顆冰晶體引起的沙狀口感。冰淇淋組織成分里含有乳蛋白質(zhì)、乳 脂肪、乳糖、蔗糖等有機(jī)物質(zhì)，這些有機(jī)物來(lái)源于動(dòng)植物，動(dòng)植物原料由大量細(xì)胞構(gòu)成，冰淇淋的凍結(jié)點(diǎn)（Freezing point）低于純水冰點(diǎn)。由于傳統(tǒng)制冷設(shè)備凍結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，冰淇淋組Rate）極快，可使食品迅速通過(guò)-1 -5 的最大冰結(jié)晶生成帶（Zone of maximum ice crystal formation）

8、，冰淇淋組織內(nèi)結(jié)冰層推進(jìn)速度大于水分移動(dòng)結(jié)合水及游離水和細(xì)胞間隙中的游離水同時(shí)凍結(jié)成無(wú)數(shù)細(xì)微均勻的冰晶體冰晶（1），消除了食用時(shí)冰淇淋的沙狀感。1 冰淇淋的凍結(jié)速度對(duì)冰晶體形狀、大小的影響保持冰淇淋的新鮮度、色香味和營(yíng)養(yǎng)成分。液氮無(wú)毒，對(duì)食品成分呈惰性，使脂肪含量較高的巧克力脆皮雪糕等冰淇淋產(chǎn)品減少與空氣的接觸 的新鮮度、色香味及其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的貨架期。改善冰淇淋產(chǎn)品外觀質(zhì)量。實(shí)踐證明，即使在生產(chǎn)脂肪含量高、膨脹率達(dá)到100%的 分平整和光滑，不會(huì)產(chǎn)生熔融、粘結(jié)和表面龜裂、脫落等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)單體快速凍結(jié)（Individual quick frozen）產(chǎn)品。液氮凍結(jié)設(shè)備占地面積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

9、單、操作方便、維護(hù)容易。與傳統(tǒng)機(jī)械凍結(jié)設(shè)備的比較, 液氮凍結(jié)設(shè)備有不少優(yōu)點(diǎn)（2）。液氮凍結(jié)設(shè)備只需配置一個(gè)儲(chǔ)罐，該裝置可向液 效率高，有效改善工人低溫下的操作條件和勞動(dòng)強(qiáng)度。液氮凍結(jié)能耗較低。設(shè)備依靠液氮相變制冷及內(nèi)能的轉(zhuǎn)變來(lái)達(dá)到凍結(jié)產(chǎn)品的目的，不像傳統(tǒng)冷凍系統(tǒng)在凍結(jié)產(chǎn)品時(shí)需要消耗大量的電能來(lái)運(yùn)行制冷壓縮機(jī)機(jī)組 氮凍結(jié)基本屬于不直接消耗電能的。2 液氮深冷凍結(jié)設(shè)備與傳統(tǒng)機(jī)械凍結(jié)設(shè)備的比較液氮凍結(jié)成本低。根據(jù)最新的國(guó)外資料數(shù)據(jù)，凍結(jié)能力在3000 kg/h 的液氮噴淋設(shè)備其基本投資為 7.5 萬(wàn)美元，而普通壓縮機(jī)冷凍機(jī)組要投資16.5 萬(wàn)美元。在凍結(jié)能力相同情況下，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，液氮凍結(jié)設(shè)

10、備投資成本僅為機(jī)械制冷設(shè)備成本的1/2，安裝面積僅需 1/61/102/5，每年可以節(jié)省一大筆土地和廠房的租金。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說(shuō)明，每?jī)鼋Y(jié)l kg 0.20.6 kg 之間，以目前液氮市場(chǎng)價(jià)0.8 kg 85 g支015元/支；噴霧法生產(chǎn)一個(gè)火炬型冰淇淋（100 g/個(gè)），0.045 元/個(gè)，低于傳統(tǒng)機(jī)械制冷在產(chǎn)生同樣凍結(jié)效果時(shí)所用電費(fèi)成本。降低冰淇淋產(chǎn)品干耗。由于傳統(tǒng)制冷設(shè)備凍結(jié)冰淇淋的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，冰淇淋表面的水分被蒸發(fā)造成重量減輕，所丟失的水分占冰淇淋原重量的4%6%，而液氮凍結(jié)時(shí)間極短，冰 僅為 0.3%0.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于慢速凍結(jié)的干耗值。冰淇淋表面有一層很薄的凍膜，冰淇淋的機(jī)械強(qiáng)度高，凍品

11、表面色澤好、失水率低。質(zhì)量改善使銷售單價(jià)提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。液氮浸漬凍結(jié)設(shè)備和噴霧凍結(jié)設(shè)備投產(chǎn)以 質(zhì)量得到根本性改善，產(chǎn)品美譽(yù)度的提高使銷售單價(jià)和銷售量均同步提升。液氮凍結(jié)技術(shù)對(duì)環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)尤為突出。在21 世紀(jì)的今天，發(fā)展液氮凍結(jié)技術(shù)具有 目前對(duì)環(huán)保事業(yè)空前重視，減少CFC、HCFC 等制冷劑的使用功在千秋、勢(shì)在必行。液氮在空氣中的含量約為 78%，是無(wú)色無(wú)味的惰性介質(zhì)，是地球大氣中取之不盡的資源，液態(tài) 業(yè)化和集約化的進(jìn)程，對(duì)促進(jìn)農(nóng)副產(chǎn)品的深加工具有重要的社會(huì)意義。結(jié)論通過(guò)冰淇淋生產(chǎn)中應(yīng)用液氮凍結(jié)技術(shù)幾年來(lái)的實(shí)踐 術(shù)，所制造的冰淇淋產(chǎn)品質(zhì)量好，凍結(jié)速度快，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)能耗低，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

12、， 泛推廣。的更高追求，相信液氮在我國(guó)食品工業(yè)將有更為廣闊的發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)林婉玲,曾慶孝,朱志偉.直接浸漬冷凍在食品加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景J.食品工業(yè)科技,2008,29(7):256-260郭旭峰,陶樂(lè)仁,華澤釗.液氮噴霧式食品流態(tài)化速凍裝置的研制J.食品工業(yè),2003(2):48-49陳紹橋.液氮在食品速凍中的應(yīng)用J.肉類工業(yè),2002, 10:28-29Agnelli M E, Mascheroni R H. Quality evaluation offoodstuffsfrozeninacryomechanicalfreezerJ.JournalofFoodEngineering,2002,52(3): 257-263Zorrilla S E, Rubiolo A C. Mathematical modeling forimmersionchillingandfreezingoffoods.PartI:ModeldevelopmentJ.JournalofFoodEngineering, 2005, 66(3): 329-338Boonsumrej S, Chaiwanic