[发明专利]一种基于超声法制备微晶流态冰的方法及设备

说明书

本发明提供了一种基于超声法制备微晶流态冰的方法及设备，本发明使用棕榈油作为乳状制冰溶液的原料，结合超声辐射的低频高功率的空化效应，获得的冰晶颗粒细小、不易粘附器壁，并且乳状液流态冰在完全融化后经过冷却、超声等仍可重新形成流态冰；本发明实现了“乳状液降粘附性‑超声波促晶成核”的制冰高效协同作用，由该方法获取的流态冰流动性及换热性能等良好，且对整体制冰系统要求较低，可改善冰堵塞问题、提高制冰效率。

技术领域

本发明涉及流态冰技术领域，具体涉及一种基于超声法制备微晶流态冰的方法及设备。

背景技术

流态冰作为一种典型的相变蓄冷介质，具有冰晶细小、颗粒圆润、冷却速度快、流动性能好等优点，在食品保鲜中可用于快速冷却食品，抑制腐败微生物的生长，并且不破坏食品的表皮层面，可有效地改善食品品质、延长食品货架期，在未来的食品冷链物流中存在广阔的应用前景。然而，在实际制冰过程中，由自来水、纯净水、去离子水生成的冰晶呈针尖状，颗粒较大，易粘附于制冰容器内壁而造成冰堵。此外，制冰过程中普遍存在过冷现象，即将实际制冰温度降低到理论温度以下才开始发生结晶，制冰溶液的过冷状态不稳定，易提前解除而不能稳定制冰，导致制冰效率下降，极大增加了能耗，阻碍了流态冰技术走向成熟。

为了降低最大过冷度、促进冰晶成核，改善流态冰晶颗粒的形状和尺寸，避免冰晶粘附器壁，目前最常用的方法是在制冰溶液中加入醇类物质、表面活性剂、纳米金属氧化物或者这几种物质复配的多元添加剂。

选用醇类物质作为添加剂，如乙二醇、丙二醇、丙三醇等，会降低制冰溶液的凝固点，需要更低的制冷剂温度，从而增大了制冰能耗；另外，醇类水溶液制备得到的流态冰大多呈枝状，在后续输送和储存过程中，流态冰晶容易发生熟化或团聚，导致冰晶直径增大，流动性能较差。

选用表面活性剂作为添加剂，如司盘-80、吐温-20、吐温-80等，可制取获得晶体圆润、柔软絮状的流态冰，但加入后会让流态冰粘度变大，易附着制冰器内壁，不易流动且在后续流通中不易保存。

选用纳米金属氧化物作为添加剂，如氧化铜、氧化铝、二氧化钛等氧化纳米粒子，添加剂中的微粒与基体之间具有较好的润湿效果，通常用作成核剂，并且同时具备较强的亲水性、量子效应、宏观量子隧道效应等，在流态冰制取过程中，可降低制冰溶液的过冷度，促进冰晶快速成核，但因其属于金属类氧化物具有危害性，不宜应用于食品保鲜方面。

同时选用醇类物质、纳米金属氧化物或表面活性剂作为复配添加剂，可降低过冷度、细化冰晶，然而在过冷水状态时难以维持稳定，易分散解除过冷态，同样出现冰堵现象难以稳定出冰，制冰效率较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于超声法制备微晶流态冰的方法及设备。本发明使用食用油作为乳状制冰溶液的原料，结合超声辐射的低频高功率的空化效应，获得的冰晶颗粒细小、不易粘附器壁，并且乳状液流态冰在完全融化后经过搅拌、冷却等仍可重新形成流态冰。

本发明的技术方案如下：

一种基于超声法制备微晶流态冰的方法，所述方法为：

(1)将聚甘油蓖麻醇酯(PGPR)添加到油相中，使用磁力搅拌器以400～600rpm搅拌4～5min，然后加入水相，利用高速均质器在600～900rpm下混合15～20min，得到粗乳液；

所述油相的组成为：体积分数50～70％棕榈油、体积分数30～50％中链甘油三酯(MCT)；

所述水相为去离子水；

基于油相和水相的总体积，油相体积占比10～30％，水相体积占比70～90％；

所述聚甘油蓖麻醇酯的体积为油相和水相总体积的3～5％；