低溫液體凍結法(cryogenic liquids freezing)該方法要求食品(包裝或不包裝)與低溫液體直接接觸,食品在與低溫液體換熱后,迅速降溫凍結。食品與低溫液體接觸的方法有噴淋法、浸漬法,或者兩種方法同時使用。
由于食品與低溫液體直接接觸,所以對低溫液體有一定的限制,特別是與未包裝的食品接觸時尤其如此。這些限制包括要求無毒、純凈、無異味和異樣氣體、無外來色澤或漂白劑、不易燃、不易爆等。另外,低溫液體與食品接觸后,不應改變食品原有的成分和性質。
(l)截冷劑接觸凍結(secondary-refrigerant contact freezing):載冷劑經(jīng)制冷系統(tǒng)降溫后與食品接觸,使食品降溫凍結。常用的載冷劑有鹽水、糖溶液和丙三醇溶液等。
所用的鹽水濃度應使其冰點低于或等于一18℃,鹽水通常為NaCl或CCl2的水溶液。鹽水不能用于不應變成成味的未包裝食品,目前主要用于凍結海魚。鹽水的特點是黏度小、比熱容大、便宜;缺點是腐蝕性強,使用時應加人一定量的防腐蝕劑。
糖溶液曾經(jīng)用于凍結水果,但困準在于要達到較低的溫度,所需蔗糖溶液的濃度較大,如要達到一21℃時,至少需要62%的濃度,而這樣的溶液在低溫下已變得很黏。因此,糖溶液凍結的使用范圍有限。
丙三醇水溶液曾被用來凍結水果,但不能用于不應變成甜味的食品。67%
丙三醇水溶液的冰點為一47℃。另一種與丙三醇有關的低冰點液體是丙二醇,
60%丙二醇水溶液的冰點為一51.1℃。丙二醇是無毒的,但有辣味,為此,丙二醇在直接凍結法中的用途通常限于包裝食品。
要想達到更低的溫度,可使用聚二甲基硅醚或右旋檸檬堿,其冰點分別為一111.1℃和一96.7℃。
(2)液氮凍結裝置(liquid nitrogen freezer):液氮凍結裝置大致有浸漬式、噴淋式和冷氣循環(huán)式三種。
①液氮噴淋凍結裝置(liquid nitrogen spraying freezer):液氨的汽化潛熱為198.9kJ/kg,比定壓熱容為1.034k/(kg·K),沸點為一195.8℃。從沸點到一20℃凍結終點所吸收的總熱量為383kJ/kg。其中,一195.8℃的氮氣升溫到一20℃時吸收的熱量為182kJ/kg,幾乎與汽化潛熱相等。這是液氯的一個特點,在實際應用時,應注意不要浪費這部分冷量。
對于5cm厚的食品,經(jīng)過10~30min即可完成凍結,凍結后的食品表面溫度為一30℃,中心溫度達一20℃。凍結每千克食品的液氮耗用量為0.7一1.1kg。
液氮噴淋凍結裝置如圖9-14所示。它由三個區(qū)段組成,即預冷段、液氮噴淋段和凍結均溫段。這種凍結裝置中,沒有制冷循環(huán)系統(tǒng),具有凍結設備簡單、操作方便、維修保養(yǎng)費用低、凍結裝置功率消耗很小、凍結速度快、凍品脫水損失少、凍品質量高的優(yōu)點。主要缺點是凍結成本高,比一般鼓風凍結裝置高4倍左右,主要是因為液氮較昂貴。
還有一種液氮噴淋與空氣鼓風相結合的凍結裝置。該裝置中,被凍食品先經(jīng)液氮噴淋,使其表層很快凍結,這樣可減少脫水損耗;然后再進入鼓風式凍結裝置,完成產(chǎn)品凍結過程。這樣的凍結裝置,可使凍結能力增大,液氮的消耗量也可減少。
②液氮浸漬凍結裝置(liquid nitrogen immersion freezer):裝置示意圖如圖9-15所示,主要由隔熱的箱體和食品傳送帶組成。食品從進料口直接落人液氮中,表面立即凍結。由于換熱,液氮強烈沸騰,有利于單個食品的分離。
食品在液氮中只完成部分凍結,然后由傳送帶送至出料口,再到另一個溫度較高的凍結間做進一步的凍結。
如果凍品太厚,則其表面與中心將產(chǎn)生極大的瞬時溫差,引起熱應力,從而產(chǎn)生表面龜裂,甚至破碎,因此,食品厚度以小于10cm為宜。液氨凍結裝置幾乎適于凍結一切體積小的食品。
③液態(tài)CO2凍結裝置(liquid carbon dioxide freezer):液態(tài)COz在大氣壓的沸點為一78.5℃,汽化潛熱為575kJ/kg,比熱容為0.837kJ/kg·K。
CO2在常壓下不能以液態(tài)存在,因此,液態(tài)CO2噴淋到食品表面后,立即變成蒸氣和千冰。其中轉變?yōu)楦杀牧繛?3%,轉變?yōu)闅鈶B(tài)的量為57%,二者的溫度均為一78.5℃。液態(tài)C02全部變?yōu)橐?0℃的氣體時,吸收的總熱量為621.8kJ/kg,其中約15%為顯熱量,一般沒有必要利用顯熱,因此,液態(tài)CO2噴霧凍結裝置不像液氮噴淋裝置那樣做成長形隧道,而是做成箱形,內裝螺旋式傳送帶來凍結食品。
由于CO2資源豐富,一般不采用回收裝置,當希望回收時,應至少回收80%的二氧化碳,