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浸渍冷冻载冷剂的冻结点分布与渗透性

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华南理工大学学报(自然科学版) 第38卷第8期 Journal of South China University of Technology Vo1.38 NO.8 2010年8月 (Natural Science Edition) August 2010 文章编号:1000-565X(2010)08—0111-05 浸渍冷冻载冷剂的冻结点分布与渗透性木 韩光赫 倪明龙 曾庆孝 朱志伟 (华南理工大学轻工与食品学院,广东广州510640) 摘要:对于乙醇、丙二醇、盐类与水构成的三元以及四元载冷剂,采用温度一时间法,研 究其组成与冻结点的关系,采用银滴定法和气相色谱法,研究多元载冷剂对食品明胶 模型的渗透作用.结果表明,溶质质量分数大于45%的乙醇、丙二醇与水组成的三元载冷 剂的冻结点比同质量分数的乙醇水溶液低,乙醇质量分数为20%~30%时,溶液的冻结 点达到最低值;盐类中的NaC!对四元载冷剂冻结点下降的影响最明显;与常用的盐水及 乙醇水溶液相比,乙醇、丙二醇、NaC1与水构成的四元载冷剂向冻结明胶模型的溶质渗透 量最小;乙醇、丙二醇、NaC1与水构成的四元载冷剂具有冻结点低、溶质质量分数小、渗透 量小等优点,更适合作为浸渍冷冻载冷剂. 关键词:浸渍冷冻;载冷剂;冻结点;渗透 中图分类号:TS205.7 doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2010.08.021 浸渍冷冻(ICF)是一种新型冷冻加工技术,食 理特性方面的研究较少,可用数据缺乏 11-12].Fenne— 品在冻结过程中与载冷剂直接接触,与载冷剂换热 ma、Scau等 认为多元溶液在冻结过程中的降温 后迅速降温.该技术具有冷却或冻结速率快、时间 特性和纯液体有很大不同,表现为过冷点明显下降 短、节能和质量好的特点¨。 .其中,以法国Lucas及 以及未出现等温区间等特点,因此,由冻结曲线不能 保加利亚Fikiin为代表的研究小组是对此方面的研 直接确定其冻结点.文中以乙醇、丙二醇、盐类 究较为领先的团队 .载冷剂的选择是浸渍冷冻技 (NaC1、CaC12、KC1、MgC12)以及水作为三元以及四元 术中的关键问题之一.载冷剂应该具有无毒、对食品 载冷剂的组成成分,研究不同载冷剂在不同浓度下的 风味无影响或影响小、冻结温度低、高传热、传质 冻结点的变化规律,并在一20、一30、一40℃下研究不 (渗透)快、设备腐蚀性低和成本低等特点E1,4-S].已 同载冷剂对明胶模型食品的渗透作用规律,探索可适 报道的浸渍冷冻载冷剂主要有盐、醇或糖类的二元 用于食品浸渍冷冻的三元以及四元载冷剂. 及三元载冷剂,其中最常用的是氯化钠及乙醇的水 溶液¨’ .但乙醇溶液作为载冷剂易挥发,而氯化钠 1 材料与方法 溶液存在冻结点较高、渗透性强及易对设备腐蚀等 1.1 载冷剂样品的制备 问题. 以乙醇(或丙二醇)、水二元溶液,乙醇、丙二 多元载冷剂是浸渍冷冻载冷剂的研究方向之 醇、水三元溶液,乙醇、丙二醇、盐(NaC1、CaC1 KCI、 一,但由于多元载冷剂与冻结品之间的渗透规律以 MgC1 )、水四元溶液为载冷剂,按照预计的溶质总 及多元溶液的冻结过程较复杂等,有关多元载冷剂 质量分数( )与各组分的质量分数配制样品,采用 方面的研究进展较慢 .关于ICF多元载冷剂物 SHANGPING JA1003电子天平(精度为±0.01 g)称量 收稿日期:2009—07.31 基金项目:高校基本科研项目(2009ZM0301);广东省海洋渔业科技推广专项项目(A200899103) 作者简介:韩光赫(1973一),男,博士生,主要从事食品加工工艺中传递过程研究.E-mail:hanguanghe.guang@163.com 十通讯作者:朱志伟(1974一),男,博士,讲师,主要从事加工与保藏技术研究.E-mail:zhwzhu@ cut.edu.en 112 华南理工大学学报(自然科学版) 第38卷 每个组分的质量,每种溶液总质量为50g,置于60mL 式中: 乙 丙 醇为样品单位表面积中吸收的乙醇的 的样品瓶中,拧紧密封盖,搅拌5~10min以保证溶 液混合均匀.最后将载冷剂放人样品瓶里备用. 1.2 降温曲线的获得与冻结点的测定 冷冻装置采用Premium系列超低温冰箱(MBS有 限公司生产,温度可调节,最低工作温度为一86℃).将 样品瓶放进冰箱里,热电偶探头插在CENTER 309温 度记录仪(TP—K01探头的测温范围为一50~200 oC, 泰仕电子工业股份有限公司生产)内,样品与冰 箱周围的温差为10℃以内.打开电源,设定工作温度 为一20℃,当冰箱温度下降到一20℃时维持0.5h,样 品与周围的温差为5℃以下.然后将冰箱温度设定为 一86℃,工作温度下降速率为0.1~0.2 oC/min,记录 样品的温度,从而获得样品的降温曲线.根据Fenne. ma、Scau等的方法_l 确定冻结点:溶液的冻结点取 决于冻结曲线的延长曲线与冻结前曲线的交点. 1.3 载冷剂对食品模型渗透量的测定 以明胶圆柱体为食品模型Ⅲ ,测定冻结过程中 载冷剂溶质的渗透量.将明胶(天津市科密欧化学 试剂有限公司生产)与蒸馏水按照1:3的质量比混 合均匀,置于60℃水浴中加热0.5 h,装入圆柱体模 型中制备样品(大约50 g左右),然后放到一20℃ BCD-282TDe冰箱(北京海信电器有限公司生产)中 冷却10min.使用时将K型热电偶置于明胶圆柱体 中心,然后放入浸渍式低温冷冻机内冻结,利用 CENTER 309温度记录仪记录温度变化,样品中心 温度降到一18℃时取出,测定其吸收NaC1、乙醇和 丙二醇的质量. 采用银滴定法 副测定NaC1的吸收量; ,N cl=mNⅡCl/S (1) 式中: 。为样品单位表面积中吸收的氯化钠的质 量;m 。为样品吸收的氯化钠的质量;S为样品的表 面积. 乙醇和丙二醇的渗透量采用气相色谱法中的内 标标准曲线法u 测定.实验选用Agilent Technologies 7890A GC System气相色谱仪.色谱柱:FFAP,0.25 pxn, 30m×0.25 rnm;载气:高纯氮(t>99.999%);进样器温 度:200 oC;检测器温度:200 oC;柱温程序:初始温度 40℃,保持2 arin,再以5 ̄C/rain升温到60℃,保持 2min.20oC/rain升到200℃;载气流速:1.0mL/min; 分流比:1:50;进样量:1 tzL.按式(2)计算其渗透量: 乙醇/丙二醇=,n乙醇/丙二醇/5 (2) (或丙二醇)质量;m乙 丙二醇为样品吸收的乙醇(或 丙二醇)的质量;S 为样品的表面积. 2结果与分析 2.1 溶液的降温过程与冻结点 一元液体存在明显的相变过程,冻结点容易确 定,但多元溶液在冻结时的相变过程比较复杂.不同 的二元、三元和四元溶液的降温曲线如图1所示.按 照Fennema、Scau等的方法 。-15],得到冻结曲线的延 长线ABC,其中A为冻结点,C为变曲点.若体系处 于完全热力学平衡状态下,则溶液的冻结过程沿着 ABC进行,点 即为溶液的冻结点. O 0 O 0 O O O O 0 赠 时间/min (a)45%的丙二醇水溶液 p 魁 赠 O 60 120 180 240 300 360 420 时间/arin (b)乙醇30%、丙二醇20%的水溶液 赠 时间/arin (c)乙醇20%、丙二醇22%、NaCI 8%的水溶液 图1 二元、三元和四元溶液的降温曲线 Fig.1 Freezinging CUl'Ves of binary,ternary and quaternary wa— ter mixture solutions 第8期 韩光赫等:浸渍冷冻载冷剂的冻结点分布与渗透性 0 O O O O O O O 113 2.2 乙醇、丙二醇、水三元溶液的冻结点分布 0 10 冻结点是载冷剂的重要特征之一,冻结点的高 —20 低决定了浸渍冷冻设备的使用范围.乙醇、丙二醇及 3O ——口一NaC1.W=35% o--NaCI_w=45% +NaC1.W=55% --丙三醇等醇类是在浸渍冷冻工艺中通常使用的载冷 剂成分.乙醇具有冻结点低、黏度低的优点,但容易 挥发,在工艺过程中需经常补充.丙二醇与丙三醇不 《 十十+-.-CaC1,.W=35% CaC1 .W=45% CaCI^. =55% 羹_4o 一50 o-KCl1 w=35% KCl1 w=45% 易挥发,但黏度较高.合理配制乙醇、丙二醇与水三 ——・-一MgCI .W=3 60 O 元成分可减少载冷剂的损失量.对于不同质量分 2 4 6 8 数的乙醇、丙二醇、水三元溶液,按照上述冻结点 的确定方法所得的三元溶液的冻结点分布见图2. 姆 0 l0 20 30 40 5U 60 70 乙醇的质量分数/% 图2 乙醇、丙二醇、水三元溶液的冻结点分布 Fig.2 Freezing point distribution of ternary refrigerant liquid consisting of ethanol,propylene glycol and water 由图2中可知,当乙醇、丙二醇和水三元溶液中 乙醇质量分数小于15%时,三元载冷剂冻结点的下 降率较大;而当其大于15%时,三元载冷剂冻结点的 下降趋于平缓;当乙醇质量分数为20%~30%时,无 论丙二醇的量为多少,溶液的冻结点达到最低值.由 乙醇、丙二醇、水三元溶液的冻结点分布特性可以 设定溶液中乙醇的质量分数为20%.降低乙醇的质 量分数则可减少乙醇挥发量,易于生产应用,并且以 丙二醇代替乙醇对溶液的冻结点影响较小. 2.3 乙醇、丙二醇、盐类、水四元溶液的冻结 点分布 盐类也是载冷剂中通常使用的成分,在低浓度 下盐水的冻结点比醇类水溶液低,但渗透性更强.图 3中显示了乙醇、丙二醇、盐(NaCI、CaC1,、KC1、 MgC1 )、水四元溶液的冻结点随溶质总质量分数以 及丙二醇、盐含量的变化.由图3中可知,乙醇、丙二 醇、NaC1(或CaC1 )、水四元溶液的冻结点随着NaC1 (或CaC1 )含量的增加而降低,但乙醇、丙二醇、KC1 (或MgCI )、水四元溶液的冻结点随着KC1(或 MgC1 )含量的增加而上升. 盐分质量分数/% 图3乙醇、丙二醇、盐类、水四元载冷剂的冻结点分布 Fig.3 Freezing points distribution of quaternary refirgerant liquid consisting of ethanol,propylene glycol,salt and water 由表1中可知,乙醇、丙二醇、水三元溶液中添 加少量盐类可有效地降低溶液的冻结点.在相同的 质量分数下,乙醇、丙二醇、NaC1(或CaC1:)、水四元 溶液的冻结点相对于其它二元、三元溶液明显较低, 特别是乙醇、丙二醇、NaC1、水四元溶液的冻结点最 低.实验中还发现,溶质总质量分数较高时,冷却过 程中出现盐析现象,当溶质总质量分数为55%、 CaC1 6%~8%、乙醇20%、丙二醇27%一29%时, 出现CaC1,析出现象. 表1 乙醇、丙二醇、盐、水四元溶液与二元及三元溶液的冻 结点比较” Table 1 Comparison of freezing points between quaternary aqueous solutions and binary or ternary solution 溶质 冻结点 总质量乙醇、丙二醇、乙醇、丙二醇、乙醇、丙二醇、 乙醇、 分数/% NaC1、水 CaC12、水 水 水 丙二醇、水 35 —27.4~一26.4—26.3~一23.6—24.6—16.4 —22.9 45 —4o.9~一39.1—41.1~一35.1—34.1—26.7 —34.3 55 —5O.7~一49.6 —44.3 —4o.7—43.8 —43.8 1)四元溶液的乙醇质量分数为20%,NaCI或CaC12质量分数为 4%一8%;三元溶液的乙醇质量分数为20%;丙二醇质量分数=溶 质总质量分数一乙醇质量分数一盐类质量分数. 2.4 载冷剂对明胶模型食品渗透性的比较 根据前面获得的乙醇、丙二醇、NaC1、水四元溶 液的冻结点分布,冻结点各为一30、~40、一5OcC的 乙醇、丙二醇、NaC1、水四元溶液配方选为表2中的 A、D、F.在表2中,B为盐(NaC1)水,C、E和G为乙 醇水溶液.对各配方的渗透性进行比较,结果如表2 所示. 114 华南理工大学学报(自然科学版) 第38卷 由表2中可知,溶液温度越低渗透量越小.由于 1998,21(6):419—429. 冻结速率快,样品的冻结时间短,四元载冷剂A、D、 l2j 管天.食品浸渍冷却与冻结技术的特点与发展趋势 F的渗透量各小于相同温度下的二元载冷剂B、C、 [J].冷藏技术,2003(12):20—24. E、G;在一20℃下,A的溶质总渗透量为B和c溶质 Guan Tian.The characteristics and trends of the food im— 总渗透量的60.5%、93.0%;在一3O℃下,D的溶质 mersion chilling and freezing technology[J].Refrigera— 总渗透量为E的80.1%;在一40℃下,F的溶质总 tion Technoloyg,2003(12):20—24. 渗透量为G的87.4%.A的盐分渗透量为B盐分渗 林婉玲,曾庆孝,朱志伟.直接浸渍冷冻在食品加工中 透量的11.3%;A、D、F的乙醇渗透量为C、E、G乙 的应用现状与前景[J].食品工业科技,2008(7):256— 260. 醇渗透量的51.9%、39.8%、43.7%.由表2中还可 Lin Wan—ling,Zeng Qing—xiao,Zhu Zhi—wei.Present situa— 知,溶液中丙二醇的渗透量比盐分与乙醇小得多.本 tion and application prospect of immersion chilling and 实验使用的所有溶液中,乙醇、丙二醇、NaC1与水构 freezing in food processing[J].Science and Technology 成的四元溶液的渗透量最小. of Food Industry,2008(7):256—260. rA] 3 结论 Lucas T,Flick D,Raouh—Wack A L,et a1.Modeling and control of thawing phenomena in solute—impregnated frozen 乙醇、丙二醇与水构成的三元溶液中,乙醇质量 foods[J].Journal of Food Engineering,2000,45(4): 分数为20%一30%时,溶液冻结点几乎达到最低 209—218. 值;在其中添加少量NaC1或CaC12可使溶液的冻结 l J Lucas T,Chourot J M,Bohuon Ph,et a1.Freezing of a 13o— 点明显降低,因而NaC1或CaC1 可作为载冷剂的良 rous medium in contact with a concentrated aqueous free— 好成分.乙醇、丙二醇、盐类(NaCI或CaC1 )与水构 zant:numerical modeling of coupled heat and mass trans— 成的四元溶液和目前常用的盐水与乙醇水溶液相 port[J].International of Journal of Heat and Mass Trans— 比,其冻结点较低,尤以乙醇、丙二醇、NaC1与水构 fer,2001,44(1 1):2093—2106. Fikiin K A,Fikiin G A.Individual quick freezing of foods 成四元溶液的冻结点最低.乙醇、丙二醇、NaC1与水 by hydrofluidisation and pumpable ice slurries[J],Re— 构成的四元载冷剂向明胶食品模型的渗透量比目前 frigeration Science and Technology,1998,6:319—326. 常用的盐水与乙醇水溶液小,该载冷剂具有冻结点 F7] Fikiin G A.New method and fluidized water system for in— 低、渗透量小的优点,因而适合直接用作浸渍冷冻载 tensive chilling and freezing of ifsh:food control[J].Re— 冷剂.后续将根据载冷剂的热传递性进一步筛选载 frigeration Science and Technology Division,1992,3(3): 冷剂的组成. 153.160. 『8] Peraha J M,Rubiolo A C,Zorrilla S E.Design and con— 参考文献: struction of a hydrofluidization system:study of the heat [1]Lueas T,Raouh—Wack A L.Imme ̄ion chilling and free— transfer on a st&tionary sphere[J].Journal of Food Engi— zing in aqueous refrigerating media:review and future neering,2009,90(3):358—364. trends『J].International of Journal of Refirgeration, [9] Lucas T,Francois J,Bohuon P.Factors influencing mass 第8期 韩光赫等:浸渍冷冻载冷剂的冻结点分布与渗透性 115 transfer during immersion cold storage of apples in NaC1/ preservation of foods and matter[M].New York:Marcel Dekker INC,1973:109—143. sucrose solutions[J].Lebensm—Wissu—Techno,1999,32 (6):327—332. Scau E L,Arthur J C,Wakeham H.In technique of or_ [10] Cipollett J C,Robertson G H,Fracas D F.Freezing of ve— getables by direct contact with aqueous solutions of etha— ganic chemistry(A—weissberger,ed.)[M].3rd ed.New York:Wiley—Interscience,1959:287—355. D1015—05,Standard test method for freezing points of nol and sodium chloride[J].Journal of Food Science, 1977,42(4):911—916. Fikiin K,Tsvetkov O,Laptev Y,et a1.Thermophysieal and engineering issues of the immersion freezing of fruits in ice slurries based on sugar—ethanol aqueous solutions high—purity hydrocarbons[s]. Olivier B,Andre Lallemand.Study of a two phase se— condary refrigerant:intinsirc thermophysical properties of n iace slurry[J].International Journal of Refrigeration, 1999,22:164—174. Lucas T,Raouh—Wack A L.Immersion chilling and freezing:phase change and mass transfer in model food [C]∥Third Workshop of the International Institute of Refrigeration on Ice Slurries.Lucerne:International lnsti— tute of Refrigeration,2001:147—156. [12] Peralta J M,Rubiolo A C,Zorrilla S E.Prediction of heat capacity,density and ̄eezing point of liquid refrigerant rl rl l l rl rL[J].Journal of Food Science,1996,61(1):127—132. 黄伟坤.食品检验与分析[M].北京:轻工业出版社,  solutions using an excess Gibbs energy model[J].Jour- H " ]J]J 1J 1J1992:71—72. ]J 1J nal of Food Engineering,2007,82(4):548—558. 汪正范.色谱定性与定量[M].第2版.北京:化学工 业出版社,2007:164—165. [13] Fennema 0 R,Powrie W D,Marth E H.Low—temperature Freezing Point Distribution and Impregnation Capacity of Refrigerant Liquids for Immersion Chilling and Freezing Han Guang—he Ni Ming—long Zeng Qing—xiao Zhu Zhi—wei (School of Light Industry and Food Sciences,South China University of Technoloy,Guanggzhou 5 10640,Guangdong,China) Abstract:In this paper,refrigerant liquids containing three or four components such as ethanolpropylene glycol, ,salt and water were prepared,and the relationship between the freezing points and the components of the refrigerant liquids were analyzed via the temperature—time method.Thenthe impregnation of the refrigerant liquids in gelatin ,gel model was investigated by means of the silver nitrate titration and the gas chromatographyThe results indicate .that(1)when the mass fraction of the solutes is larger than 45%,the ternary refrigerant liquid consisting of etha. .nol,propylene glycol and water is of a freezing point lower than that of the ethanol solution with the same solute mass fraction,especially at a ethanol mass fraction varying from 20%to 30%;(2)NaC1 has the greatest effect on the decrease of the freezing point of the quaternary refirgerant liquid;and(3)as compared with the common salt 0r ethanol solutions,the quaternary refrigerant liquid consisting of ethanolpropylene glycol,sodium chloride and wa— ,ter is of the lowest solute impregnation capacity.Thusit is concluded that the quaternary regrigerant liquid is more ,suitable for immersion chilling and freezing due to its low freezing pointsolute mass fraction and impregnation ca— ,pacity. Key words:immersion chilling and freezing;refigerantr liquid;freezing point;impregnation 

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