專利名稱：：通過與液氮按劑量直接接觸的超快食品冷凍設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及食品冷凍工藝，具體說，涉及用液氮對限制在用于銷售至最終消費(fèi)者的容器中的食品進(jìn)行操作以冷凍保存食品的冷凍設(shè)備。
背景技術(shù)：
：長時(shí)間保存食品有多個(gè)必須解決的問題。食品在環(huán)境溫度下只能保存非常短的有限時(shí)間，而且通常即使在低溫下也難以長時(shí)間保存食品。要以相對較長的時(shí)間周期、尤其是在環(huán)境溫度或有時(shí)在低溫下保存食品，需要防止因生長的例如細(xì)菌、真菌等微生物引起的食品變質(zhì)。食品中這種微生物的生長有賴于食品中存在的水以及例如保存溫度、環(huán)境溫度等條件。包括細(xì)菌在內(nèi)的微生物的生長，在環(huán)境溫度或更高溫度下得到促進(jìn)，使得食品變質(zhì)速度在較高溫度下加快，而在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生腐敗。因此，食品在低溫下保存，以便微生物不易生長，并能控制微生物的繁殖和防止食品的變質(zhì)。然而，在低溫下保存食品，當(dāng)冷凍或冰凍食品解凍時(shí)，食品又會產(chǎn)生新問題，如下所述。目前，保存新鮮和未加工食品達(dá)一定時(shí)間而不引起變質(zhì)的最佳選擇是冷凍或冰凍食品并保存在冷卻室中。食品冷凍法是一種基于使食品中的水份凝固的保存方法。因此，必須將產(chǎn)品中的水份作為一個(gè)因素來考慮。冷凍潛熱取決于水量。其它因素包括開始溫度和結(jié)束溫度，因?yàn)樗鼈儧Q定了從產(chǎn)品中引出的熱量。在食品領(lǐng)域，冷凍定義為能夠阻止細(xì)菌和酶反應(yīng)破壞食品的極度冷卻。食品冷凍包括降低水溫(顯熱)以及從液體向固體的進(jìn)一步相變(潛熱)，因?yàn)樗侵饕煞?5090%)。食品中的水的冷凍比純水復(fù)雜，因?yàn)橛羞m應(yīng)食品本身的以下物質(zhì)存在脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、纖維、淀粉、糖份和水，它們能改變冷凍參數(shù)。作為冷凍的第一步，一部分水的溫度降低以達(dá)到冰點(diǎn)(0°C)，然后開始生成小冰核(“冷凍種子”)。冰開始在這種冰核周圍形成，并且基于冷凍速度，冰晶可以是細(xì)長的、端部軟化的、大的、小的，或者生成在細(xì)胞內(nèi)部/外部?；诶鋬鏊俣?，可出現(xiàn)以下現(xiàn)象當(dāng)產(chǎn)品冷凍較慢時(shí)，或者保存期間溫度發(fā)生波動(dòng)，生成的冰晶在生長時(shí)從蛋白質(zhì)中汲出水份，使蛋白質(zhì)變得紊亂而且不能在解凍時(shí)回收水份，因此失去的水份帶走了水溶性養(yǎng)分。該過程改變了食品組織，引起硬化并降低溶解度和營養(yǎng)值。淀MM:淀粉由稱作直鏈淀粉的葡萄糖直鏈和稱作支鏈淀粉的復(fù)雜支鏈結(jié)構(gòu)形成。淀粉顆粒在冷懸浮體中易于脹大，保持水份，并且當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，它們轉(zhuǎn)變?yōu)槟z凝狀態(tài)，使液體變稠。當(dāng)該凝膠熟化(rest)時(shí)，直鏈淀粉的直鏈發(fā)生聚集，如同結(jié)晶一樣，釋放出先前保持在其組織中的水份。因此，容易在直鏈淀粉率極低的食品中選取淀粉。例如，大米的直鏈淀粉率為16%，玉米的為24%，高粱和木薯沒有直鏈淀粉。MMM:固態(tài)脂質(zhì)稱作脂肪，而液態(tài)脂質(zhì)稱作油類。從固體到液體的狀態(tài)變化取決于脂質(zhì)的熔點(diǎn)。如果食品被冷凍，則油類發(fā)生凝固，并能發(fā)生收縮。水份含量低的食品具有較低的初始冰點(diǎn)，因?yàn)檎羝麎阂蛉苜|(zhì)而降低。無法冷凍全部水份含量，因?yàn)橹挥兴^的自由水份(約75%)在該工藝中被冷凍。冷凍類型·空氣法冷空氣流從產(chǎn)品帶走熱量，直到達(dá)到最終溫度?！そ佑|法與產(chǎn)品接觸的冷表面帶走熱量?！さ蜏胤ㄓ玫蚨趸嫉鹊蜏亓黧w來代替冷空氣以達(dá)到冷凍效果。冷凍效果王堡動(dòng)物全重的近80%為水份，而植物則更多。水份是來源于動(dòng)物和植物的食品中的主要組分。當(dāng)食品被冷凍后，水轉(zhuǎn)變成冰，從而形成干燥效果。形核當(dāng)在IH常大氣壓力下冷凍食品時(shí),溫度降至0°C,這時(shí)水開始轉(zhuǎn)變成冰。在該溫度下保持一段時(shí)間，當(dāng)結(jié)晶完成時(shí)，溫度降至與環(huán)境溫度平衡。溫度不發(fā)生降低的時(shí)間為取出冷凍潛熱(80cal/g)所需的時(shí)間。在該時(shí)間期間，冷影響與水份因狀態(tài)變化所釋放的熱量平衡。溫度仍然保持恒定，并在圖中形成水平線，其長度取決于散熱速度。在該時(shí)間期間，結(jié)晶與熔化之間形成平衡。在水平區(qū)段的起點(diǎn)，觀察到輕微的凹陷，表明在結(jié)晶開始前水份中存在過冷(這在例如細(xì)胞和微生物等小體積中更加明顯)。這伴隨著快速排熱，并確保冰晶的快速形成。由于食品中的水份并不是純的，而是鹽、糖和可溶蛋白質(zhì)的溶液、以及膠態(tài)懸浮體蛋白質(zhì)分子的化合物，所以冷凍點(diǎn)較低。該降低與溶解元素的濃度成比例。常見食品在0°c-4°c之間結(jié)冰。該區(qū)域被稱為最大結(jié)晶區(qū)。當(dāng)水份結(jié)冰后，殘留在水份中的溶解元素的濃度逐漸增加，使冰點(diǎn)降低更大。MM為了促進(jìn)結(jié)晶，需要有起結(jié)晶核心作用的顆粒或不溶鹽的存在。溫度越低，越容易發(fā)生該現(xiàn)象，使結(jié)晶數(shù)量增多，從而使晶體尺寸減小。相反，在溫度接近熔點(diǎn)的情況下，形核慢，晶核少，從而生成較大的晶體。通過顯微鏡對冰晶形狀的研究表明速凍形成較圓的晶體，而慢凍形成較大的細(xì)長形或針狀晶體。該慢凍的結(jié)果是纖維和細(xì)胞壁破裂，并且食品會喪失性質(zhì)。在固體或高粘性食品中，晶體尺寸在食品的不同區(qū)域各不相同。在周緣區(qū)域，晶體形成快，因此尺寸小，而在內(nèi)部傳熱較難，所以晶體生長慢，使得尺寸較大。當(dāng)溫度降低時(shí)，達(dá)到被稱作共晶點(diǎn)的飽和點(diǎn)，在該點(diǎn)剩余水份和濃縮溶質(zhì)一起凝固。該點(diǎn)比多種工業(yè)冷凍器能達(dá)到的溫度低數(shù)倍，允許存在微生物可存活的少量未結(jié)冰水份，而使它們不能生長和繁殖。體積變化從液態(tài)水變成冰，體積增大近9%。因此，富水食品膨脹大于低水食品。這能導(dǎo)致裂紋或破裂。如果容器是拉長的，則生產(chǎn)容器時(shí)考慮這點(diǎn)很重要。冷凍速度冷凍產(chǎn)品的質(zhì)量取決于該產(chǎn)品被冷凍的速度。所述速度定義為表面與臨界點(diǎn)之間的最小距離除以臨界點(diǎn)從0°c降至-15°c所需的時(shí)間。因此，冷凍工藝的特征如下慢速<lcm/h,即_18°C時(shí)空氣靜止的家用冰箱。基本上在建造并配備為在低溫下操作的冷藏室中進(jìn)行。設(shè)備提供額外的制冷能力，進(jìn)一步配備有使空氣循環(huán)的風(fēng)扇。這些系統(tǒng)的冷凍速度低，并用于例如人造黃油和牛排或者屠宰體等不需要高質(zhì)量的產(chǎn)品。這種冷凍的難點(diǎn)是產(chǎn)品的結(jié)霜和脫水(510%)。此外，還存在冷平衡的問題，因?yàn)槿绻疫_(dá)到飽和，則系統(tǒng)過載，而不能達(dá)到期望的冷凍溫度。中速15cm/h，20km/h的冷空氣隧道和-40°C。這些設(shè)備設(shè)計(jì)為用于高效率的空氣循環(huán)，它們達(dá)到非常高的傳熱速度，并且它們的脫水損失為26%產(chǎn)品重量。必須根據(jù)工藝和產(chǎn)品的特性來選擇設(shè)備。這種冷凍集成有氣流冷凍器(BlastFreezer)、流化床(Fluidizedbed)和陀螺冷凍器(Gyrofreezer)設(shè)備。氣流冷凍器在該設(shè)備中，冷空氣在桉預(yù)定方法布置有平臺的房間內(nèi)高諫循環(huán)。使用該設(shè)備能冷凍幾乎所有產(chǎn)品，但是必須在產(chǎn)品包裝后進(jìn)行，以避免脫水或結(jié)霜。它也用于冷凍由導(dǎo)軌運(yùn)送的生肉。流化床這些設(shè)備用于小型產(chǎn)品(它們最初設(shè)計(jì)為用于豆類加工)。在該設(shè)備中，從下部向上吹強(qiáng)風(fēng)，使產(chǎn)品幾乎懸浮，并使之旋轉(zhuǎn)，以進(jìn)行均勻速凍。該設(shè)備的主要問題是強(qiáng)風(fēng)可能會因?yàn)楦咚俸屠鋸?qiáng)度使產(chǎn)品損壞或結(jié)霜。陀螺冷凍器該系統(tǒng)是最現(xiàn)代和有效的機(jī)械系統(tǒng)之一。在該設(shè)備中，從設(shè)計(jì)為產(chǎn)生均冷的風(fēng)扇生成湍流。產(chǎn)品在螺旋帶中旋轉(zhuǎn)，并在從45分到1小時(shí)的周期內(nèi)被冷卻。由于空氣流不是直接的，所以脫水(1%2%)對產(chǎn)品的損壞更小。由于是螺旋系統(tǒng)，所以不需要很大的空間。這種設(shè)備的唯一缺點(diǎn)是購買和安裝的初始成本較高。快速>5cm/h，浸漬在液氮中。速凍是使用液氮在極低溫度(_196°C)進(jìn)行的，方式是浸漬或噴灑，基于食品特性。通過這種冷凍，能獲得高的個(gè)體速凍(IQF)質(zhì)量，食品各部分彼此分開，并且不粘附到帶上。與其它工藝相比，這種冷凍能實(shí)現(xiàn)更好地保持產(chǎn)品質(zhì)量，原因如下ο它生成不使細(xì)胞變形的微型冰晶，避免了組織損失和脫水，保持了產(chǎn)品質(zhì)量。ο產(chǎn)品不會變形，因?yàn)闆]有強(qiáng)風(fēng)，并且不會粘附到帶上。保存效果已經(jīng)證明_18°C的溫度是保存冷凍食品的適當(dāng)和安全水平。在該溫度微生物不能生長，并且酶作用非常慢，然而保存工藝本身在食品中產(chǎn)生變動(dòng)SMM:在保存期間，小晶體趨于相互結(jié)合，以生成更大的晶體。這是因?yàn)橛捎趩挝毁|(zhì)量具有更高的能量，所以小晶體沒有大晶體穩(wěn)定。該現(xiàn)象在0°c附近保存產(chǎn)品時(shí)得以加強(qiáng)。溫度越低，影響越小，在60°c以下幾乎可忽略。冷霜進(jìn)入冷凍室的任意熱空氣在內(nèi)部冷空氣與滲入的熱空氣之間生成溫度梯度。當(dāng)空氣受熱時(shí)，其吸濕能力增加。在冷凍室中，水份的唯一來源是冷凍食品中所含的冰。熱空氣取走缺乏保護(hù)的食品中的水份，使之脫水。然后，當(dāng)空氣冷卻時(shí)，水份沉積在冷凍器的冷表面上。濕氣不經(jīng)過液態(tài)而形成冰被稱作升華。^iMM是由上述脫水在冷凍食品中引起的主要表面干燥。當(dāng)色素在最外層集中和氧化時(shí)，冷霜作為黑斑出現(xiàn)在產(chǎn)品的表面上。還出現(xiàn)灰白區(qū)域，因?yàn)楸A后留下了間隙。如果該現(xiàn)象持續(xù)足夠長，則表層開始形成海綿狀，而底層開始脫水。如果霜小，則通過暴露于水份和再水化，該現(xiàn)象是可逆的。這通過加熱微霜區(qū)而得到驗(yàn)證。相反，如果霜大，則形成了氧化，且化學(xué)變化是不可逆的。因此，使用適當(dāng)?shù)陌b很重要，能夠減少420倍的水份損失。冷霜導(dǎo)致產(chǎn)品的重大損失，而其價(jià)值的損失導(dǎo)致感官質(zhì)量降低。過去和現(xiàn)在，食品低溫冷凍法，雖然能提供優(yōu)質(zhì)、無害和保質(zhì)期，但因氣體、設(shè)備和安裝的高成本而使用較少。
發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)中迄今所提出的各種發(fā)展的局限，本發(fā)明的目的之一是提供一種通過與成劑液氮直接接觸的超快冷凍設(shè)備。另一目的是以一種方法提供超快食品冷凍設(shè)備，使得在冷凍室中長時(shí)間保存后的食品在解凍后原始性質(zhì)和味道不發(fā)生改變。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于食品的超快低溫冷凍設(shè)備。本發(fā)明的再一目的是提供一種超快低溫食品冷凍設(shè)備，其中食品能作為限制在用于展覽和銷售的容器中的獨(dú)立部分引入工藝中。本發(fā)明的再一目的是提供一種超快食品冷凍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)建立穩(wěn)定狀態(tài)的生產(chǎn)工藝，因?yàn)榇鋬鍪称纺苋菁{在密封前的最終包裝中。本發(fā)明的另一目的是提供一種液氮消耗效率最高的超快食品冷凍設(shè)備。本發(fā)明的另一目的是提供一種超快食品冷凍設(shè)備，其中通過直接向待冷凍產(chǎn)品按劑量快速且精確地分配液氮來實(shí)現(xiàn)冷凍。本發(fā)明的再一目的是提供一種超快食品冷凍設(shè)備，其中對于食品使用精確劑量的液氮。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有成本競爭力的超快食品冷凍設(shè)備。本發(fā)明的上述以及其它目的和優(yōu)點(diǎn)在將以下參考附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述中變得清楚明了，以下描述應(yīng)該理解為只起示例作用，而不是用于限制本發(fā)明。鑒于現(xiàn)有的發(fā)展，特別是在食品冷凍保存領(lǐng)域，需要開發(fā)一種設(shè)備，該設(shè)備能夠降低低溫冷凍的成本以便冷凍食品企業(yè)能夠承擔(dān)，從而向市場提供優(yōu)質(zhì)、無害和保質(zhì)期長的產(chǎn)品；本發(fā)明的設(shè)備，以下稱作UFGFOiltra-fastgravityfreezing，超快重力冷凍)，基于向待冷凍產(chǎn)品快速且精確地按劑量分配液氮來實(shí)現(xiàn)高效率的液氮消耗，從而獲得高的成本競爭力。本發(fā)明的UFGF設(shè)備是對使用目前已知的方法的食品冷凍技術(shù)的巨大改進(jìn)，現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備不能像本發(fā)明的設(shè)備那樣提供優(yōu)質(zhì)且保質(zhì)期長的冷凍產(chǎn)品。本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)勢之一是不會在產(chǎn)品中生成細(xì)長晶體，因?yàn)樗褂贸蓜┝康囊旱c食品進(jìn)行快速且精確的接觸，冷凍水分子，并形成微晶，這些微晶因其尺寸而不會損壞細(xì)胞壁；能夠獲得這種冷凍的原因是液氮與食品(在-196°C或-325F)的接觸速度以及能夠根據(jù)目標(biāo)食品的需要按確切劑量來分配液氮。本發(fā)明的設(shè)備在實(shí)現(xiàn)超快冷凍時(shí)提供一系列優(yōu)點(diǎn)不需要大的安裝空間、重量輕、與具有同等處理能力的通過氣體噴灑進(jìn)行冷凍的現(xiàn)有隧道型設(shè)備相比成本相當(dāng)?shù)?，在所述現(xiàn)有隧道型設(shè)備中是氣體而不是液體與待冷凍食品的表面接觸，導(dǎo)致冷凍延緩并且會生成尺寸能夠損壞食品細(xì)胞的晶體。UFGF技術(shù)是有效的并使食品質(zhì)量最佳化，保存了食品的例如維生素、礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)等原始性質(zhì)，并且在適當(dāng)條件下使它們在冷凍、運(yùn)輸和保存期間保持不變，因此食品的性質(zhì)得以完整無缺的保存。UFGF設(shè)備在購買、安裝或操作面積方面不需要高投資，相比之下，例如氣體噴灑型隧道或浸漬缸(immersiontub)等現(xiàn)有低溫冷凍設(shè)備的成本較高，可比本發(fā)明的設(shè)備高達(dá)10倍之多。低溫冷凍的成本影響基于待冷凍食品，對噴灑或浸漬為15%50%，而對UFGF設(shè)備為5%25%;噴灑或浸漬情況下的生產(chǎn)線是間歇式的(按批次)，而UFGF是連續(xù)的(穩(wěn)定狀態(tài))，避免了額外時(shí)間和多于工作人員方面的成本。當(dāng)比較噴灑型設(shè)備和本發(fā)明設(shè)備的安裝和操作面積時(shí)，本發(fā)明設(shè)備只需26平方米，而噴灑隧道需要至少40平方米。為了更好地理解本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，下面以示例方式給出一系列附圖來說明本系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的特性，本發(fā)明并不局限于這些示例。圖1示意性地示出了本發(fā)明設(shè)備的一優(yōu)選實(shí)施例的正視圖；圖2a示意性地示出了本發(fā)明設(shè)備的所述優(yōu)選實(shí)施例的右側(cè)側(cè)視圖；圖2b示意性地示出了圖1和2a所示本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例的液氮容納箱體底部的頂視圖；圖3示意性地示出了圖1所示本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例的分相器；圖4示意性地示出了圖1所示本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例的正視圖，示出了主要部件；圖5示意性地示出了圖1所示本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例的正視圖，示出了主要控制部件；圖6示意性地示出了圖1所示本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例的右視圖，示出了主要控制部件；圖7示意性地示出了本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例；圖8是能夠用于在本發(fā)明設(shè)備中進(jìn)行冷凍的容器的透視圖；圖9是圖8所示容器的示意圖，示出了用于本發(fā)明設(shè)備的分配測試的排放噴嘴的內(nèi)徑；圖10示出了在通過噴嘴進(jìn)行液氮分配的均勻性測試中液氮分配量隨分配時(shí)間變化的波動(dòng)圖；圖11示出了液氮分配期間和分配后在被本發(fā)明設(shè)備處理的物品的兩個(gè)位置處的溫度隨時(shí)間變化的分布圖。具體實(shí)施例方式下面將參考上述附圖來進(jìn)行描述，必須明白的是以下描述只是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的示例，而不是用于限制發(fā)明概念。圖中公用元件以相同標(biāo)號表示。本發(fā)明涉及對布置并限制在銷售包裝中的成組的個(gè)體部分組成的物品(優(yōu)選為食品，生食或熟食)進(jìn)行冷凍的設(shè)備。圖1和2示意性地示出了本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施例，整體由標(biāo)號100表示，其包括分相器110、液氮分配區(qū)120、分配用控制裝置130、相對本設(shè)備送進(jìn)送出待冷凍材料的傳送帶140、隧道型冷室150、和供氮?dú)馔ㄍ髿獾某隹?60。圖2以示意圖詳細(xì)地示出了液氮分配區(qū)120，包括具有真空隔離壁123的箱體121，真空隔離壁123限定出用于大氣壓力下的液氮的容器122，大氣壓力因通向大氣的通風(fēng)口125而形成，通風(fēng)口125位于覆蓋箱體121的入口的帽體124中；在帽體與箱體的中間，如有需要，可使用防止向工作人員所在的工作區(qū)域漏氮的密封件。箱體121的底部設(shè)置有供液氮離開的多個(gè)孔口，圖2b示出了具有8個(gè)出口的優(yōu)選實(shí)施例，這8個(gè)出口表示為126a、126b、126c、126d、126e、126f、126g和126h，位于兩個(gè)平行排中，每排4個(gè)孔口并成對相應(yīng)。雖然圖2b示出的是本設(shè)備的具有8個(gè)用于液氮的出口的優(yōu)選實(shí)施例，但實(shí)際上，本設(shè)備可設(shè)計(jì)成滿足用戶需要，增加或減少孔口數(shù)或者修改其布局，來適應(yīng)待冷凍的食品容器，并且如下所述，對于特定應(yīng)用，還能只使用所有可用孔口的一部分?；氐綀D2a，在箱體121下方、作為分配區(qū)的一部分設(shè)置有分配控制用裝置130，在內(nèi)部以高密度聚氨酯泡沫隔離出該區(qū)域。從該圖下部可看出，存在代表噴嘴131a、131b、131c和131d的4個(gè)突部，其分別對應(yīng)于孔口126a、126b、126c和126d；在這些噴嘴后，存在另一組完全相同的噴嘴，其對應(yīng)于平行的孔口126e、126f、126g和126h。各噴嘴與電磁線圈致動(dòng)低溫針閥(未示出)相關(guān)聯(lián)；各低溫閥分別由該圖中的致動(dòng)器(優(yōu)選為氣動(dòng)型)132a、132b、132c、132d控制。控制裝置包括檢測、傳送、顯示和控制其它變量的裝置，例如箱體121內(nèi)部氮水平的指示器300、液氮水平調(diào)控器310和氮?dú)饬髁坑?jì)320等。向箱體121中供給液氮是從分相器110通過箱體121上部區(qū)域的供給孔128來進(jìn)行的。下面參考分相器110，如圖3示意性地示出的，液氮從存儲箱體(未示出)穿過管頭111供入，并穿過控制低溫閥112直到排放口113，排放口113使液氮進(jìn)入室114中，液氮在室114中保持為環(huán)境壓力，同時(shí)經(jīng)由出口115排放氣體，使得待供給的液氮保持為適當(dāng)?shù)乃?，穿過下管116向分配區(qū)120前進(jìn)，最后液氮穿過管117進(jìn)入分配區(qū)120。在分配區(qū)120中，如圖4所示，液氮從大氣壓力下的箱體121僅通過液氮的重力流動(dòng)、穿過箱體121底部127的孔口126、分配至多個(gè)噴嘴131，所述多個(gè)噴嘴131使液氮直接到達(dá)各待冷凍物品的上表面的中心，在待冷凍物品為食品的情況下，各待冷凍物品對應(yīng)于各個(gè)個(gè)體部分。箱體121中的液氮水平確定箱體底部的流體靜壓，從而確定單位時(shí)間從孔口126傳向噴嘴131的液氮量；因此對所述水平保持控制的重要性如下所述。為了獲得有效的冷凍，有必要以足夠量的液氮來完成分配以保證食品部分的冷凍，而待分配量的確定取決于待冷凍產(chǎn)品的本性和性質(zhì)，這如上所述在食品的情況下是至關(guān)重要的，以保證在處理期間或在冷室中的保存期間不會改變食品的營養(yǎng)和感官特性。由于在這點(diǎn)上至關(guān)重要，所以本設(shè)備配備有非常精確的用于控制允許到達(dá)待冷凍的一個(gè)或多個(gè)物品的液氮量的控制系統(tǒng)；圖47示出了所述控制系統(tǒng)。參考圖4，其示出了液氮控制系統(tǒng)的基本元件，所述元件對于各個(gè)液體出口是公用的，所以通過主標(biāo)號即131來作為整體指代各個(gè)液體出口，而不指明區(qū)分出各自位置的字母，如131a、131b等，因此存在從大氣壓力下的箱體121排放通過重力作用而流動(dòng)的液氮的多個(gè)噴嘴131，氮穿過位于底部的孔口126排出，流至噴嘴131的液氮受到低溫閥135的作用而停止，低溫閥優(yōu)選為針型閥且其主動(dòng)元件(activeelements)由不銹鋼制成，低溫閥定位成使其桿部為水平取向，因此當(dāng)?shù)蜏亻y135被操作時(shí)液氮垂直地向下流動(dòng)；各低溫閥135被校準(zhǔn)以在單位時(shí)間排放一定量的液氮，并且低溫閥135通過具有氣源134的氣動(dòng)致動(dòng)器132致動(dòng)以實(shí)現(xiàn)開閉，而致動(dòng)器的氣源由五路電磁閥(5-wayssolenoidvalve)133提供。五路電磁閥133的操作基于連續(xù)的打開/閉合周期，所述周期受到打開時(shí)長能由操作員選擇的時(shí)間控制器200或計(jì)時(shí)器的電控制。圖5示出了具有雙實(shí)線的電線即主源210和用于五路閥的操作線220；用于供給電磁閥133的氣動(dòng)線136畫有斜線?？刂蒲b置還包括總開關(guān)(generalswitch)230和用于低溫閥112的致動(dòng)器240，所述低溫閥112用于從管頭111供給來自存儲箱體(圖7中以標(biāo)號500示出)的液氮。在本設(shè)備的一個(gè)簡單實(shí)施例中，時(shí)間控制器200通過手工設(shè)置，并且一旦操作員將容器置于噴嘴組下方后，容器的任意冷凍周期的開始也有手工完成。啟動(dòng)計(jì)時(shí)器200，并在按下致動(dòng)器按鈕250后開始排放液氮。請注意，箱體121的底部是水平的，因此液氮的高度在任一點(diǎn)都是相同的，以保證均一的流體靜壓，這在測試設(shè)備中得到了用以確定八個(gè)噴嘴的潛在流動(dòng)差動(dòng)的對比測試的證實(shí)。通過水平調(diào)控器310來將箱體中液氮水平的波動(dòng)維持在最小。該測試由穿過八個(gè)噴嘴分配液氮來完成，配置方式對應(yīng)于待冷凍食品被限制在例如國際申請WO2007/011199(Maccise，2007年)所描述的如圖8所示的托盤型容器600中的設(shè)備的操作，噴嘴位于各空腔的中心上，并根據(jù)圖9所示模板700來編號。結(jié)果見下表1表1測試設(shè)備中穿過八個(gè)噴嘴所分配的氮量的均勻性測試每個(gè)噴嘴分配的液氮(kgXIOOO)時(shí)間Γ(S)12345678—15.0~5.0“5.0~~5.05.0~5.05.0~5.0—210.0—10.0~10.09.09.010.010.0~10.0「…「ι~315.016.016.016.015.015.016.016.0---------421.021.021.022.022.022.022.022.0一530.(Γ31.0~32.029.031.032.032.0"^0.0638.0~38.038.0—37.038.039.038.037.0750.(Γ51.0~51.051.052.051.052.053.0—859.060.0~59.060.060.059.060.059.0一965.(Γ66.0~66.067.066.0~67.068.067.0—1075.0~75.076.0—76.076.076.0~77.077.0從表1可看出，測量結(jié)果反映了分配的均勻性；從圖10的圖形可得知分配的體積波動(dòng)最小。用于運(yùn)送待冷凍物品的容器應(yīng)該適于使得食品的各部分(或各物品)被限制在一個(gè)空腔中，足夠窄以保證物品位于各空腔的中心，從而保證各噴嘴正好位于該中心上。空腔可為任意形狀，但優(yōu)選為能使待冷凍物品松動(dòng)地容納于其中的形狀。要使容器就位，如圖1所示，本發(fā)明的設(shè)備還包括運(yùn)送器140，運(yùn)送器140可為輥型，從設(shè)備本體前的距離延伸直到足以容納容器，容器被運(yùn)送直到就位于噴嘴131下方進(jìn)行冷凍，然后被運(yùn)至食品的下一處理區(qū)域。在確定穿過壁隔離室150所形成的溫度分布的測試中，對壽司太卷(sushiroll)的樣品進(jìn)行冷凍，將熱電偶“1”放入太卷中心，并將熱電偶“2”放入太卷最外層的內(nèi)壁。詳情如下表2所示，值得指出的是該樣品太卷是在容器中與其它6個(gè)太卷一起冷凍，因此表2中的數(shù)據(jù)是7個(gè)成品太卷的數(shù)值。表2示例的測試參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>施加預(yù)定劑量的液氮25秒，該劑量適于冷凍包含有用于制備太卷所需的配料特征的整卷太卷，結(jié)果如圖11所示，觀察高影響I溫度和降到-170°C以下所需的時(shí)間以及在15分鐘周期內(nèi)延遲以達(dá)到_21°C的增加時(shí)間，將產(chǎn)品暴露至7°C的環(huán)境溫度，提供足以處理產(chǎn)品直到工藝結(jié)束而沒有物理變化的時(shí)間。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，運(yùn)送器140用于形成壁隔離冷室150，其內(nèi)部允許生成富氮低氧氣氛，溫度足夠低以允許液氮接觸被處理的物體以繼續(xù)冷卻它(根據(jù)產(chǎn)品本身的特性)，在被冷凍物品中保持溫度分布輪廓。運(yùn)送器140具有縫道160，由離開噴嘴131的液體與周圍空氣或容器和待冷凍物品的表面之間的熱沖擊所生成的氮?dú)獯┻^該縫道160被引出；吸力(由連接至室150的出口管道190的引出裝置提供)在室150的入口處生成簾幕，以防止氮?dú)鈹U(kuò)散至工作人員所在區(qū)域；生成的氮?dú)庋厥?50在被冷凍容器的上方和下方180被進(jìn)一步引導(dǎo)，如箭頭所示；冷室150在冷凍點(diǎn)的遠(yuǎn)端被功能與前述縫道160相同的縫道170限制。氮?dú)獯┻^連接至引出裝置(未示出)的管道190被引出，以排放至大氣。圖7是示意地示出了操作本發(fā)明的設(shè)備100所需的設(shè)施，包括液氮用沉積箱體500、用于調(diào)控向分相器的管頭111供給的液氮流的閥門機(jī)構(gòu)510、和減少由向環(huán)境轉(zhuǎn)移而造成的冷度損失所需的隔離體520?？捎^察到，通過本發(fā)明的設(shè)備和如上所述的設(shè)施，能減少對液氮以及工作人員、地基和空間的需求量，從而降低相關(guān)成本。從功能上看，本發(fā)明所提出的設(shè)備在性能上匹敵并改善了市場上現(xiàn)有的通常用于同類應(yīng)用的設(shè)備，例如基于浸漬缸的設(shè)備。在進(jìn)行性能對比的測試中，獲得了表3所示結(jié)果表3將液氮用于同基被處理產(chǎn)品的對比分析<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從被處理食品的觀點(diǎn)來看，在諸多因素中，對本發(fā)明的設(shè)備所確定的一些優(yōu)點(diǎn)如下·由于液氮與待冷凍食品之間的直接接觸，顯著提高了任意冷凍食品的質(zhì)量。食品中的營養(yǎng)性得以完整保留，并且由于低溫和冷凍速度，食品保持完全無毒?！づc任意其它類型的冷凍相比保質(zhì)期大幅增加，保留了食品的原始特性和性質(zhì)?！ど刹粫p害食品細(xì)胞膜的微型冰晶，保留了食品的原始特性和性質(zhì)?！ぴ试S精確分配待冷凍食品所需的液氮?jiǎng)┝??！び捎趧┝糠峙涑?，基于食品的傳熱速度和傳熱量，冷凍食品所需的時(shí)間大幅下降至幾秒左右?！ぴ试S建立穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)線，因?yàn)榇鋬鍪称纺苋菁{在其最終包裝中?！つ芴峁└甙踩裕?yàn)椴淮嬖诓僮鲉T與液氮直接接觸的危險(xiǎn)。·能顯著降低產(chǎn)品損失，因?yàn)橐坏┊a(chǎn)品在最終包裝內(nèi)冷凍消除了接觸。有關(guān)所需投資的一些優(yōu)點(diǎn)·顯著降低了投資，因?yàn)楸驹O(shè)備和設(shè)施的成本只占現(xiàn)有設(shè)備投資成本的30%40%?！づc現(xiàn)有設(shè)備相比，使所使用的操作空間的尺寸降低高達(dá)80%。有關(guān)操作成本的一些優(yōu)點(diǎn)·能降低冷凍成本，因?yàn)槟芫_控制液氮消耗劑量，以避免過度消耗，主要是損失到環(huán)境中?！つ茱@著降低產(chǎn)品損失，因?yàn)椴槐厥止ぬ幚懋a(chǎn)品，并且能增加冷凍效率和生產(chǎn)力，因?yàn)槟芨鶕?jù)需要確切控制液氮?jiǎng)┝?。以上描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，為說明起見，其中的設(shè)備包括八個(gè)用于分配液氮的噴嘴；然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，可對所述優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行修正，以使本設(shè)備適合于各特定用戶的特定操作狀態(tài)。例如，在所示的八個(gè)噴嘴實(shí)施例中，可暫時(shí)關(guān)閉一些噴嘴，以便用較少數(shù)量例如4個(gè)進(jìn)行操作。相似地，原本裝配為操作12個(gè)噴嘴的設(shè)備也可適于較少數(shù)量，如10個(gè)、8個(gè)、6個(gè)、4個(gè)或2個(gè)噴嘴，不必限制為成對減少。由于分配區(qū)中的箱體底部的流體靜力負(fù)載是均勻的，所以可“從工廠”修改孔口的位置從而修改與之相關(guān)聯(lián)的噴嘴的位置，來實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)用。還可在不顯著影響液氮朝噴嘴的分布輪廓的情況下，進(jìn)一步修改箱體的垂直壁的幾何形狀，以采用圓柱形形狀或平底正棱柱形狀。此外，顯然在優(yōu)選實(shí)施例所示的設(shè)備中所描述的手工操作能替換為自動(dòng)控制，以允許建立高容量生產(chǎn)線。根據(jù)所附權(quán)利要求書，上述修改以及其它修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯然是在本發(fā)明范圍內(nèi)的。權(quán)利要求一種通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，包括a.分相器；b.液氮分配區(qū)；c.分配控制裝置；d.朝/從所述設(shè)備搬運(yùn)待冷凍材料的運(yùn)送器；e.隧道型冷室；和f.供氮?dú)庖菹虼髿獾耐L(fēng)口，其中，所述液氮從箱體供給至大氣壓力下的所述分相器；在所述分配區(qū)中，當(dāng)液氮被分配至待冷凍產(chǎn)品前，氣相被排出至大氣，而液氮被供給并保持在大氣壓力下的隔離容器中；從所述箱體到所述待冷凍產(chǎn)品的液氮流僅通過重力作用來實(shí)現(xiàn)穿過多個(gè)噴嘴，并通過能按劑量分配液氮的控制裝置來控制；液氮被直接分配到所述待冷凍產(chǎn)品上，所述待冷凍產(chǎn)品優(yōu)選限制在其最終包裝中，所述最終包裝在液氮得以分配后被運(yùn)送器運(yùn)送至所述分配區(qū)外，所述運(yùn)送器被隔離材料蓋住以形成隧道型冷室，在該冷室中產(chǎn)品周圍的剩余氮被氣化以生成冷氣；最后，在所述冷室的末端，氮?dú)獗慌胖链髿?，而所述產(chǎn)品進(jìn)入包裝和保存工序。2.如權(quán)利要求1所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，供給至所述分相器的液氮來自加壓線路，所述液氮被供給至所述分相器，并且通過將壓力降低至大氣壓力來實(shí)現(xiàn)分相。3.如權(quán)利要求2所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，所述分相器中的氣相排出至大氣。4.如權(quán)利要求1所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，從所述分相器將液氮通過重力供給至所述分配區(qū)中的隔離箱體。5.如權(quán)利要求4所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，所述分配區(qū)中的箱體為帶真空隔離體的雙壁形式。6.如權(quán)利要求4所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，所述分配區(qū)中的箱體具有平坦的底部。7.如權(quán)利要求6所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，所述箱體中的所述平坦的底部包括多個(gè)排放孔口，這些排放孔口分別與多個(gè)相應(yīng)的分配噴嘴相連接。8.如權(quán)利要求7所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，所述孔口配置為成對分布，使得各孔口位于具有多個(gè)或成對空腔的容器的容納待冷凍食品的各個(gè)空腔的中心上方。9.如權(quán)利要求7所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，所述排放孔口在箱體的底部分布成使得各孔口僅位于具有多個(gè)空腔的容器的容納待冷凍食品的各個(gè)空腔的中心上方。10.如權(quán)利要求7所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，所述箱體的底部中的孔口各自與一個(gè)噴嘴相連接，所述噴嘴用于使液氮穿過控制流股經(jīng)過的閥而分配至待冷凍食品。11.如權(quán)利要求10所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，能夠?qū)σ旱┻^各個(gè)噴嘴的排放進(jìn)行控制，以使液氮只穿過位于具有多個(gè)空腔的容器中的容納待冷凍食品的空腔的中心的噴嘴進(jìn)行分配。12.如權(quán)利要求11所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，單位時(shí)間穿過孔口、低溫閥和噴嘴構(gòu)成的每個(gè)組的流量均相同。13.如權(quán)利要求12所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，穿過各個(gè)噴嘴的液氮量由所述低溫閥的開放時(shí)長確定。14.如權(quán)利要求10所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，用于控制流量的所述低溫閥優(yōu)選為低溫針閥。15.如權(quán)利要求10所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，用于控制流量的所述低溫閥優(yōu)選由不銹鋼制成。16.如權(quán)利要求10所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，用于控制流量的所述低溫閥中的每一個(gè)由獨(dú)立的氣動(dòng)致動(dòng)器致動(dòng)。17.如權(quán)利要求15所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，用于控制流量的所述低溫閥中的每一個(gè)布置為使桿部處于水平位置，以使液氮在所述低溫閥被操作時(shí)垂直流動(dòng)。18.如權(quán)利要求11所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，每個(gè)獨(dú)立的氣動(dòng)致動(dòng)器由五路氣動(dòng)電磁閥致動(dòng)。19.如權(quán)利要求1所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，用于分配的控制裝置包括a.用于致動(dòng)低溫閥以將液氮供給至所述分相器的開關(guān)；b.用于打開或關(guān)閉所述設(shè)備的總開關(guān)；c.用于對流至所述噴嘴的液氮進(jìn)行時(shí)間控制的計(jì)時(shí)器；d.手動(dòng)操作按鈕致動(dòng)器；e.用于所述分配區(qū)中的箱體中的液氮的水平指示器；f.用于所述分配區(qū)中的箱體中的液氮的水平調(diào)控器；和g.用于氮?dú)獾牧髁坑?jì)。20.如權(quán)利要求19所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，在一個(gè)操作周期中，在所述計(jì)時(shí)器中設(shè)置液氮排放時(shí)長，當(dāng)按下操作按鈕時(shí)，傳送信號以操作與用于調(diào)配劑量的各個(gè)低溫閥相關(guān)聯(lián)的每一個(gè)五路氣動(dòng)電磁閥，使之打開達(dá)到設(shè)置在所述計(jì)時(shí)器中的時(shí)長，并在該時(shí)長結(jié)束時(shí)使之關(guān)閉，從而通過各個(gè)噴嘴精確地分配液氮量。21.如權(quán)利要求1所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，用于待冷凍材料的所述運(yùn)送器從所述分配區(qū)前的位置開始延伸，經(jīng)過用于冷凍待冷凍材料的分配區(qū)，并移動(dòng)趨向下一處理步驟，例如包裝的密封。22.如權(quán)利要求21所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，所述運(yùn)送器優(yōu)選為輥式傳送機(jī)類型的傳送帶。23.如權(quán)利要求21所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，沿著所述運(yùn)送器，在所述分配區(qū)下方及其后方，通過用隔離壁圍繞所述運(yùn)送器而形成冷室，以允許形成富含氮?dú)獾臍夥铡?4.如權(quán)利要求21所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，所述運(yùn)送器包括位于所述分配區(qū)的前方界限的一個(gè)縫道和位于靠近終端的區(qū)域的另一個(gè)縫道，生成的氮?dú)獯┻^這些縫道被引出。25.如權(quán)利要求21所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，通過在所述冷室的入口和出口處的縫道的吸附力生成簾幕，防止氮?dú)鈹U(kuò)散至工作人員所在區(qū)域。26.如權(quán)利要求21所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，在所述冷室中生成的氮?dú)庋厮隼涫以谒鲞\(yùn)送器的帶的上方和下方被引導(dǎo)。27.如權(quán)利要求21所述的通過液氮對食品進(jìn)行超快冷凍的設(shè)備，其中，通過與所述冷室的出口管道相連接的引出裝置從所述冷室將氮?dú)庖觥Ｈ恼景l(fā)明涉及超快冷凍設(shè)備，該設(shè)備通過施加足以對食品進(jìn)行超快冷凍的液氮流量來冷凍容納在用于銷售的具有多個(gè)空腔的包裝中的食品。液氮從大氣壓力下的真空隔離容器，通過重力穿過多個(gè)噴嘴分配至各個(gè)空腔的上表面的中心，在各空腔中形成短時(shí)浸漬。生成的氮?dú)庥糜谛纬蓪?shí)際上無氧的氣氛，足夠冷以保持分配后的冷凍工藝。與其它冷凍工藝相比，該工藝減少了所需的液氮量以及工作人員、設(shè)備和用于安裝和操作設(shè)備所需的物理空間，降低了相關(guān)成本。文檔編號F25D3/11GK101828084SQ200880025676公開日2010年9月8日申請日期2008年6月19日優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日發(fā)明者亞米爾·A·麥西斯薩德,莫里西奧·里奧塞科奧麗休拉申請人:亞米爾·A·麥西斯薩德;莫里西奧·里奧塞科奧麗休拉