[科普中国]-悬浮式速冻

速冻

速冻是以食品中水分快速结晶为基础,迅速降低食品温度的加工技术。速冻的要求是在30分钟内通过食品最大冰晶生成带(-1~-5℃),并迅速降低到-18℃以下贮藏(国际冷冻协会的标准)。食品在这样的冻结条件下,细胞间隙中的游离水和细胞内的游离水及结合水,能同时冻成无数微小的冰晶体(冰晶粒子在100μm)以内,冰晶分布与天然食品中液态水的分布极为相近,这样就不会损伤细胞组织。当食品解冻时,冰晶融化的水分能迅速被细胞所吸收,而不致于产生汁液流失。

速冻的方法及设备目前食品速冻的方法很多,但按使用的冷却介质与食品接触的状况可归为间接冻结和直接冻结两大类。在直接冻结中,适合速冻的有送风冻结、浸渍冻结、超低温制冷剂喷淋冻结,如压缩的液氮、二氧化碳、特种氟利昂喷淋冻结等。设备有卧式平板冻结机、立式平板冻结机等。散状或包装食品与低温介质或超低温制冷剂直接接触下进行冻结的方法称为直接冻结。直接速冻法中常用的致冷介质可分为两大类:①与制冷剂间接接触冷却的气态或液态介质,如空气、盐水、普通氟利昂等。②蒸发时本身能产生致冷效应的超低温制冷剂,如压缩的液氮、二氧化碳、特种氟利昂等。按制冷介质的操作方式它又可分为浸渍和喷淋两种。设备有隧道式冻结装置、传送带式连续冻结装置、螺旋带式连续冻结装置等。

冷冻浓缩冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间固液相平衡原理的一种浓缩方法。其操作是把稀溶液降温至水的冰点凝固点以下使得部分水冻结成冰晶，并将冰晶以固态的方式从溶液中去除而使溶液得到浓缩的一种浓缩方式1。

冷冻浓缩的冻结方式目前在工业上，冷冻浓缩过程的结晶方式主要有两种：一种是在管式、板式、转鼓式以及带式设备中进行的，称为层状冷冻或渐进冷冻法；另一种发生在搅拌悬浮液中，通过大量悬浮分散于母液中冰结晶的成长、分离而达到浓缩的方式称为悬浮冻结。这两种结晶形式在晶体成长上有显著的差别。

渐进冷冻法随着冰层在冷却面上生成并成长，界面附近的溶质被排除到液相侧，液相中溶质质量浓度逐渐升高，利用这一现象的浓缩方法即为渐进冷冻浓缩法。渐进冷冻浓缩法最大的特点就是形成一个整体的冰晶，固液界面小，使得母液与冰结晶的分离变得非常容易。加之其装备简单，制造成本低，控制方便等特点，所以一经面世就受到了众多科研机构的追捧。

最早的冷冻浓缩装置是由日本生产的，尽管渐进式有上述优点，但由于渐进层状冻结是在过冷的壁面上形成的厚厚冰层，而冰层的传热系数很小，对传热过程的顺利进行是个障碍，这使得结冰速率将随着结冰的厚度不断加大而急剧下降。因此到目前为止仍然鲜见于大工业上的应用。

悬浮式速冻悬浮式速冻法又称分散结晶法，其特征为无数自由悬浮于母液中的小冰晶，在带搅拌的低温罐中长大并不断排除，使母液浓度增加而实现浓缩。

Einghoven等在70年代成功地利用奥斯特瓦尔德成熟效应设置了再结晶过程造大冰晶，并建立了冰晶生长与种晶大小及添加量的数学模型，从此冷冻浓缩技术被应用于工业化生产。以此为基础制造的Grenco冷冻浓缩设备至今仍被作为冷冻浓缩设备的代表2。

该过程首先将被浓缩物料泵入刮板式热交换器中，生成部分细微的冰晶体，后送入再结晶罐，由于奥斯特瓦尔德效应，小冰晶融化，大冰晶成长，然后通过洗净塔排除冰晶并用部分冰融解液冲洗及回收冰晶表面附着的浓缩液，清洗液回流至进料端，浓缩液则循环至所要求的组成后从结晶罐底部排出。这一方法用于速溶咖啡、速溶茶、浓缩橙汁等的生产，得到了高质量产品。