[发明专利]变频超声波强化提高荔枝冷冻速度与品质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷冻食品技术领域，特别涉及变频超声波强化提高荔枝冷冻速度与品质的方法。

背景技术

食品冻藏技术是通过降低温度以及改变食品中水的形态的方式，来抑制微生物及酶类的活动和降低食品基质中的活性，从而防止食品腐败，保持食品的新鲜度和营养价值。食品冻藏技术是目前效果较好、价格较低、保鲜时间较长、最普遍采用的食品贮藏方法。

一般来说，在冷冻过程中，慢速冻结由于热传递速度相对较慢，水分集中在细胞外结晶，由于细胞内外浓度差，使细胞发生收缩，过分脱水。而且细胞间冰晶会撕裂细胞间原有的紧密联系，破坏组织结构。另外，慢速冷冻时，由于过冷度小，冰核形成速度小于冰晶成长速度，所以冰晶比较少，体积较大，而过大的冰晶会把细胞刺破，造成胞内液汁外泄，形成不可逆的质量损失。而在快速冻结的过程，热量传递的速度比水分渗透过程快，细胞内的水来不及渗透出来而被过冷形成冰晶。这样，细胞内形成数量多而体积小的冰晶。因此，提高冷冻过程中的冻结速度是控制冰晶大小和分布，即冻品品质的关键。

将超声波技术结合食品的冻结工艺，由于超声波的物理效应(空穴效应)降低冰晶成核所需要的过冷度，促进晶核的形成，尤其在难于成核的低过冷度的环境中，利用超声波可有效地促进成核；对于较大的冰晶体还有破碎的作用；强度较大的超声波产生的气泡还可以有效充当晶核，从而增加冰晶数目，进而减小冰晶体积。而且超声波空穴效应产生强烈的搅动及微气化现象可以加速冻结食品的传质、传热系数。

Mathieu和Roman在2009年对的10%的甘露醇水溶液用35kHz的超声波处理1s后，通过确定冰晶尺寸和操作条件（过冷度和超声功率）之间的经验关系说明了，增大过冷度和超声功率可以减小冰晶的尺寸。Adriana Delgado和Da-WenSun等人在2007年对浸渍在冷冻液中冷冻的苹果在冰点附近辅助以40kHz的超声波处理，超声波功率131.3W（0.23W/cm²），处理时间一共120s，食品中心特征冻结时间（由-1℃降至-7℃所需时间），相比没有处理的苹果缩短了8%（P<0.05）。HosseinKiani和Da-Wen Sun等人在2011年用不同的辐射时间以及超声强度处理作为食品模型的琼脂凝胶，证明超声波能降低结晶需要的过冷度，而且缩短了冷冻时间。在2012年他们证实超声波辅助浸渍法冷冻过程中，高功率超声波能提高表面的热交换速度，从而加速冻结过程。在2006年，华云等人研究体外实验条件下超声频率和强度对其溶栓效率的影响时得出，在固定超声照射能量和照射时间的条件下,不同频率超声都能获得较好的溶栓率，然而效果与频率成负相关，即频率越高，溶栓率则呈下降趋势。这可能是因为，热效应使得高频率损失过多能量，而低频超声更易于激发空化效应并能在组织内产生更强的机械破碎作用。

中国专利ZL02149762.1中通过辐射超声波，利用超声波的空化作用达到优质清洗的目的。中国专利ZL01123889.5公布了一种食品快速冷冻或冷却的装置。中国专利ZL02241523.8、ZL200510060873.2、ZL95107114.9公布了通过改善冷冻装置达到快速冷冻物品的目的。中国专利ZL20148455.4公布了超声波应用于除去废水中挥发性物质的方法。超声波在冷冻方面的专利有中国专利ZL200710134436.X，用低频超声波改善速冻果蔬解冻品质的方法，但是该专利仅使用20-24kHz这一很短的低频率，且使用的为单频率，没有根据果蔬冻结过程和冰晶形成的特点选择更为合适的超声波处理条件。

荔枝以色鲜、味美、营养丰富而深受消费者的喜爱。但由于生产的季节性和耐贮性的限制，大大缩短了供应期，远远满足不了市场的需求。为达到荔枝周年均衡上市的目的，速冻加工是一种较为理想的保鲜方法。速冻加工能保持荔枝原有的新鲜风味及品质，将变频超声波应用于普通的冷冻荔枝的方法可以提高冷冻速度，缩短冷冻时间，并有利于长时间的保存。

综上所述，采用现有的关于食品快速冷冻的技术如风冷法、平板接触法、循环盐水法和液氮冷冻法冷冻荔枝鲜果存在以下缺陷：

1）传统的方法冻结速度太慢，且形成的冰晶尺寸大分布不均，对细胞膜和结构造成一定程度的损害。

2）传统冷冻方法能耗大，冷冻产品温度不均一。

3）单频率的超声波辅助冷冻法受到单一频率的限制，不能使超声波的空穴作用效果最大化。

发明内容