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空气制冷机在冷冻中的应用

    空气制冷机主要应用于低温领域,可是随着氟利昂对环境破坏问题的提出,空气制冷机的应用范围开始拓宽。在食品冷冻领域的应用,虽在上世纪7O年代进行过尝试,可是由于某些关键问题没能得到解决,因此没能实际应用。随着食品快速冻结要求的日益迫切,使得冻结装置的冷源正朝低温化发展。

    目前常用的蒸汽压缩式制冷机,为了满足快速冻结装置的低温要求,也已由双级压缩制冷机向复叠式制冷机方向转移。所带来的问题则是装置庞大、结构复杂、投资增大、控制困难和效率降低。可是空气制冷机在以上各个方面却具有独特的优势,这里叙述为装置小巧、简单、控制容易和效率较高 本文从食品冷冻的特点出发,对空气制冷机在该领域的应用前景给予分析。

2 食品冷冻
2.1 食品的快速冻结
    食品快速冻结是指食品迅速通过其最大结晶区域,当食品平均温度低至一18℃时而迅速冻结的方法。食品在冻结过程中会发生各种各样的变化,如物理变化(体积、导热性、比热、干耗等),化学变化(蛋白质变性、色变等),细胞组织变化以及生物和微生物的变化等。快速冻结食品的特点是最大限度地保持食品原有的营养价值和色香味,也就是说,在冻结过程中必须保持食品所发生的上述各种变化达到最大的可逆性。冻结过程中生成冰结晶的数量和大小对于冻结过程的可逆性程度具有很大的意义。

    冻结速度越快,形成的冰结晶越细小、均匀,而不致于刺伤细胞造成机械损伤。因为有机体内汁液都是非饱和的有机溶液,在低于冰点时,首先是自由水冻结。随着温度的下降,非饱和的有机溶液继续浓缩,最后剩余的部分以低共溶混合物的形式均匀冻结。因为食品细胞组织未被破坏,所以具有保持原有食品营养价值和色香味等优点。

2.2 冻结装置
    由于食品的规格、形状不规整,冻结过程中不希望食品与冷表面或液体载冷剂相接触,防止造成食品污染。吹风式冻结装置的应用最为广泛。常用的吹风式冻结装置多采用R 717或氟利昂制冷系统。

    吹风式冻结是被冻结食品与冷风相接触使食品温度降低,直至内部水分冻结的冻结方式,其典型冻结装置如图1所示。冻结装置由保温体、食品传送机械、送风机和制冷系统组成。食品摆放在传送机械上,保温体内的空气由制冷系统通过蒸发冷却降温并由轴流风机推动循环流动,不断与食品表面接触,带走食品热量,使食品被冷却和冻结。食品热量等热负荷被循环空气与制冷系统蒸发器表面接触,并将热量转递至制冷系统,由制冷系统输送至环境。

2.3 食品的冻结干耗
    吹风式冻结是最易引起冻品干耗的冻结方式。食品暴露在空气中,重量就会减轻,色泽、外观都会恶化。水分由食品表面蒸发或升华到空气中被称为干耗。在单位时间内从食品的表面蒸发或升华到空气中的水分量可用下式计算:


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