唐 婉,謝 晶

(上海水產(chǎn)品加工與貯藏工程技術(shù)研究中心,上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306)

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速凍設(shè)備的分類及性能優(yōu)化的研究進(jìn)展

唐 婉,謝 晶*

(上海水產(chǎn)品加工與貯藏工程技術(shù)研究中心,上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306)

速凍是重要的食品保鮮技術(shù)之一,符合當(dāng)代人們對綠色、方便、保健的三大要求,而速凍食品的品質(zhì)與速凍設(shè)備的性能密切相關(guān)。本文首先介紹了速凍設(shè)備的分類和特點(diǎn),綜述了影響速凍設(shè)備性能的三個(gè)因素:能耗、氣流分布和凍結(jié)時(shí)間,得出在速凍設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)也需綜合考慮上述三個(gè)方面。在對食品凍結(jié)過程進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí),應(yīng)注意食品物性參數(shù)的時(shí)變性和建模的準(zhǔn)確性,進(jìn)而獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)值計(jì)算結(jié)果。數(shù)值模擬和自動控制是今后速凍設(shè)備性能優(yōu)化的有效手段。

速凍設(shè)備,性能優(yōu)化,展望,節(jié)能

快速凍結(jié)是重要的食品保鮮技術(shù)之一[1],能最大程度地保留食品的感官、營養(yǎng),并利于儲存、延長貨架期且不需要添加任何防腐劑[2-4],符合當(dāng)今人們對食品綠色、方便和保健的三大追求[5],逐漸成為備受歡迎的食品種類之一。速凍食品是采用新鮮的原料,經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗图彼倮鋬?于-18～-20 ℃的低溫條件下送達(dá)消費(fèi)點(diǎn)的低溫產(chǎn)品[6]。

隨著速凍食品需求量的日益增多,研究影響其品質(zhì)變化的因素是非常必要的。參考文獻(xiàn)[7-9]分別利用不同的冷凍方法處理同樣的原料,研究它們凍結(jié)后的品質(zhì)、貨架期等,結(jié)果表明速凍食品的質(zhì)量取決于凍結(jié)速率,凍結(jié)速率影響冰晶的大小與分布位置,與冰晶大小成反比。Fennema等[10]研究也證實(shí)了凍結(jié)速率會影響食品品質(zhì)。Alhamdan等[11]分別采用液氮超低溫凍結(jié)、單體快速冷凍和傳統(tǒng)的慢凍方式處理新鮮食品及其貨架期,發(fā)現(xiàn)液氮凍結(jié)的食品在相同儲存期內(nèi)品質(zhì)最好,即凍結(jié)速率越快,冰晶成核速度大于生長速度,這時(shí)晶體的體積小、數(shù)量多、分布均勻,對食品內(nèi)部組織細(xì)胞的傷害小[8-9],而凍結(jié)速率的快慢很大程度上依賴于凍結(jié)設(shè)備的性能。因此,設(shè)備性能好壞會直接影響冷凍食品的品質(zhì),而且速凍設(shè)備在冷凍食品加工生產(chǎn)線上的初投資也最大、能耗最高,所以對速凍設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計(jì)和優(yōu)化至關(guān)重要。本文主要根據(jù)目前國內(nèi)速凍設(shè)備的現(xiàn)狀,分別從能耗、氣流分布和凍結(jié)時(shí)間三個(gè)方面,綜述了影響速凍設(shè)備性能的因素。

1 速凍設(shè)備的現(xiàn)狀

1.1 速凍設(shè)備研究的背景

20世紀(jì)20年代,速凍設(shè)備的發(fā)展起源于美國,以世界上第一臺速凍機(jī)的問世為標(biāo)志[12],迄今為止,美、日、西歐等發(fā)達(dá)國家速凍設(shè)備的種類已達(dá)20余種,且設(shè)備規(guī)格齊全、單位時(shí)間生產(chǎn)量大且自動化程度高,而我國速凍設(shè)備產(chǎn)業(yè)起步相對較晚[13]。1973年我國食品廠首次引進(jìn)日本的速凍設(shè)備進(jìn)行速凍食品的生產(chǎn)加工[14]。后來,隨著速凍食品的需求量增加,開始注重對國產(chǎn)速凍設(shè)備的研發(fā)。1985年開始相繼自主開發(fā)研制了不同規(guī)格的十多種類型的速凍設(shè)備[15]。亞洲人口基數(shù)大,對速凍食品的需求量大,目前亞洲已成為全球速凍設(shè)備規(guī)模最大的市場,占全球的39%,速凍設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊[15]。目前我國研發(fā)的速凍設(shè)備與國外同類設(shè)備在性能指標(biāo)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、清潔便捷程度(如凍結(jié)區(qū)內(nèi)設(shè)置圓形倒角、傾斜面,不易生長細(xì)菌,而且機(jī)組各個(gè)面處于完全可視化范圍內(nèi),利于觀察,及時(shí)清掃等)和自控性能等方面的差距仍然很大[16]。

1.2 速凍設(shè)備的分類

速凍設(shè)備依據(jù)不同角度有不同的分類,例如:按凍結(jié)速度分為快速凍結(jié)(5～20 cm/h)、中速凍結(jié)(1～5 cm/h)和慢速凍結(jié)(0.1～1 cm/h)設(shè)備,三種凍結(jié)速度使食品凍結(jié)后內(nèi)部冰晶大小、形狀和分布均有差異[16];按冷卻介質(zhì)分4類,即空氣循環(huán)式凍結(jié)、噴淋式凍結(jié)、接觸式凍結(jié)和浸漬式凍結(jié)[17];空氣凍結(jié)方式中應(yīng)用較廣的是隧道式、螺旋式和流態(tài)化式凍結(jié)裝置。

速凍設(shè)備的種類較多,但不同的速凍設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)各異,而速凍設(shè)備的性能直接影響速凍食品的品質(zhì),因此合理選擇設(shè)備對保證食品的品質(zhì)至關(guān)重要。魯珺等[18]分別采用液氮速凍、平板速凍和冷柜凍結(jié)方法處理大小相近的同批銀鯧魚,并在相同的貯藏條件下儲存一段時(shí)間后,發(fā)現(xiàn)使用液氮凍結(jié)時(shí)銀鯧魚中揮發(fā)性鹽基氮值(TVB-N)和K值最小,且鹽溶性蛋白濃度下降最緩慢,表明三種凍結(jié)方法中液氮凍結(jié)最能有效地保持銀鯧魚的品質(zhì)。Boonsumrej等[19]分別采用鼓風(fēng)和超低溫兩種凍結(jié)方式對虎蝦進(jìn)行冷凍,且用相同的解凍方法,發(fā)現(xiàn)采用超低溫凍結(jié),虎蝦解凍后損失較少,品質(zhì)良好。

綜上可知,不同的速凍設(shè)備對同一食品進(jìn)行凍結(jié)、解凍后的品質(zhì)會不同,因此應(yīng)該依據(jù)被凍食品的特點(diǎn)和要求合理地選擇速凍設(shè)備。在這幾種常用的凍結(jié)方法中,直接接觸式、流化床式凍結(jié)設(shè)備對食品的形狀有要求;出于運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的考慮,液氮噴淋式凍結(jié)設(shè)備使用還不夠廣泛。因此,空氣式速凍裝置仍是目前使用最廣的設(shè)備,尤其是隧道式和螺旋式速凍設(shè)備。

2 速凍設(shè)備的性能優(yōu)化

2.1 影響速凍設(shè)備能耗的因素

近年來我國速凍食品年產(chǎn)量增長較快,占據(jù)全球速凍食品總量的三分之一。我國速凍設(shè)備主要應(yīng)用于冷凍水產(chǎn)品、肉禽類和果蔬食品領(lǐng)域[15],而速凍設(shè)備的運(yùn)行能耗比其它類型同容積的凍結(jié)設(shè)備高,因此速凍設(shè)備的節(jié)能需特別重視。下文將從壓縮機(jī)選型、蒸發(fā)器傳熱以及其他方面綜述影響速凍設(shè)備能耗的因素。

2.1.1 壓縮機(jī)的選型 壓縮機(jī)是速凍設(shè)備動力的來源也是耗能最大的部件,因此其設(shè)計(jì)選型對系統(tǒng)能耗至關(guān)重要。Widell等[20]利用MATLAB軟件對比分析了壓縮機(jī)電機(jī)上是否安裝變速驅(qū)動裝置對隧道式速凍設(shè)備系統(tǒng)的影響,研究發(fā)現(xiàn)在壓縮機(jī)電機(jī)上安裝變速驅(qū)動裝置能提高系統(tǒng)能效且便于調(diào)節(jié)容量。湯青等[21]在蒸發(fā)溫度為-35 ℃條件下,對比分析了使用單級壓縮、單機(jī)雙極壓縮和單機(jī)單、雙極切換壓縮對制冷系統(tǒng)的COP的影響,發(fā)現(xiàn)單機(jī)單、雙極切換壓縮在速凍系統(tǒng)中的節(jié)能效果最佳。張金翠等[22]在相同的運(yùn)行工況下(蒸發(fā)溫度-40～-60 ℃)對比了自動復(fù)疊和單機(jī)雙級壓縮兩套系統(tǒng),研究表明隨蒸發(fā)溫度的降低,復(fù)疊式系統(tǒng)具有凍結(jié)速度快和耗能低等特點(diǎn)。王衍智等[23]在相同工況下對比幾種不同的制冷機(jī)組,發(fā)現(xiàn)單機(jī)雙極變頻螺桿機(jī)組最適合應(yīng)用于大型低溫速凍設(shè)備。張建一等[24]通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)與冷凝壓力存在最佳匹配,在最匹配時(shí)制冷效率高。綜上可知,在不同的運(yùn)行工況,速凍裝置壓縮機(jī)的選型方案可以不同,可以根據(jù)不同的凍結(jié)溫度,合理選擇制冷循環(huán)及其壓縮機(jī)。

2.1.2 蒸發(fā)器的傳熱 在速凍系統(tǒng)內(nèi),蒸發(fā)器是必備的換熱部件,其性能的優(yōu)劣直接影響速凍設(shè)備的制冷效果和能耗高低,因此蒸發(fā)器傳熱傳質(zhì)的研究對系統(tǒng)的優(yōu)化至關(guān)重要。張玲等[25]研究了速凍設(shè)備蒸發(fā)器的傳熱,對比了在有霜運(yùn)行時(shí),等節(jié)距和變節(jié)距翅片對蒸發(fā)器傳熱的影響,研究發(fā)現(xiàn)變節(jié)距翅片能有效緩解結(jié)霜帶來的能量損失。鄭傳祥等[26]的研究表明不結(jié)霜條件下,采用叉排、小管徑的蒸發(fā)器傳熱系數(shù)較高。此外制冷劑的供液方式也會影響蒸發(fā)器的傳熱系數(shù),曹曉程等[27]采用三種供液方式(射流泵節(jié)流供液、熱力膨脹閥供液和液泵供液)對比分析了平板速凍機(jī)系統(tǒng)性能,發(fā)現(xiàn)射流泵供液系統(tǒng)的能耗最低。杜宇等[28]研究了重力供液和直接膨脹供液對速凍設(shè)備蒸發(fā)器運(yùn)行特性的影響,發(fā)現(xiàn)重力供液傳熱性能優(yōu)于直接膨脹供液。由此可知,蒸發(fā)器在有霜和無霜條件下翅片形狀、是否變節(jié)距、管徑大小以及管子排列方式等,對蒸發(fā)器傳熱性能影響至關(guān)重要。今后可以著重研究蒸發(fā)器管道的設(shè)計(jì)和布置等,設(shè)計(jì)更有利于換熱的盤管或采用高效板式換熱器,進(jìn)而提高蒸發(fā)器的傳熱效率,達(dá)到減少蒸發(fā)器尺寸、提高蒸發(fā)溫度、提高制冷系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)型的目的。

2.1.3 其他影響因素 黃仲興[29]研究提高速凍冷庫制冷效率的途徑時(shí),發(fā)現(xiàn)選用較大蒸發(fā)面積的冷風(fēng)機(jī),以及使用水冷機(jī)組時(shí)偏大選用冷卻塔的規(guī)格,能顯著提高制冷機(jī)組的制冷量。張亮等[30]研究流場均衡性對隧道式速凍機(jī)能耗的影響,研究結(jié)果表明流場分布越均勻,換氣速率越小,單凍機(jī)耗冷量越小,可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。孫勇等[31]分析了吹風(fēng)式速凍裝置料口跑冷的機(jī)理,提出了料口高度對裝置內(nèi)部冷空氣泄露速度的影響遠(yuǎn)大于寬度;若同側(cè)雙料口,要進(jìn)行隔斷,且盡量處于同一高度的改進(jìn)方案。

綜上可知,速凍設(shè)備在運(yùn)行工況下設(shè)備的選型、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及流場的特性均對速凍設(shè)備能耗有影響,因此在今后的研究和設(shè)計(jì)速凍設(shè)備時(shí)需綜合考慮這三個(gè)因素,尋求最佳的設(shè)計(jì)方案。

2.2 內(nèi)部流場的研究

在研發(fā)速凍機(jī)時(shí),速凍裝置內(nèi)部的流場不僅影響速凍設(shè)備的傳熱性能,而且對被凍食品的品質(zhì)和干耗有影響,因而研究速凍設(shè)備內(nèi)部流場至關(guān)重要。Amarante等[32]利用熱流傳感器分析了隧道式和流化床式速凍設(shè)備,研究表明速度場分布不均勻性是影響傳熱效率的主要因素。因此,優(yōu)化速凍機(jī)內(nèi)部流場對提高速凍機(jī)性能、改進(jìn)速凍設(shè)備至關(guān)重要。張珍等[33]研究了上下沖擊式速凍設(shè)備內(nèi)靜壓箱流場分布,建立物理數(shù)學(xué)模型,模擬靜壓箱內(nèi)速度場和壓力場,發(fā)現(xiàn)在均風(fēng)板和隔板間增設(shè)導(dǎo)流板后,提高了流場內(nèi)氣流組織的均勻性,使壓力場分布更均勻,增加了速凍裝置結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。梁亞星等[34]對比了擴(kuò)口形和等徑形的液氮噴霧式速凍設(shè)備出口風(fēng)道對風(fēng)速場的影響,發(fā)現(xiàn)等徑形的速度場均勻性好。因此在速凍設(shè)備合適的位置增設(shè)導(dǎo)流板會提高流場均勻性,進(jìn)而從性能、設(shè)計(jì)上優(yōu)化速凍設(shè)備。段雪濤等[35]對板帶式速凍機(jī)建立二維模型,利用PHOENICS軟件模擬速凍設(shè)備內(nèi)部的流場,分析風(fēng)速大小和柵格的加入對速凍設(shè)備內(nèi)流場的影響,研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)速大小、生產(chǎn)量與能耗之間存在最佳匹配,加入格柵后速凍設(shè)備內(nèi)速度場、溫度場的均勻性都有所提高。徐斌等[36]又進(jìn)一步模擬闡述了板帶式速凍機(jī)不同的流動通道高度、進(jìn)口空氣流速和進(jìn)口夾角對流場的影響,得出最佳氣流分布所對應(yīng)的通道高度、進(jìn)口風(fēng)速,為以后板式速凍機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。張珍等[37]運(yùn)用CFD模擬技術(shù)模擬了上下均風(fēng)孔板的速凍裝置中流場及溫度場,對比了凍結(jié)區(qū)內(nèi)孔板不同開口率下的壓力分布情況,得出孔板開孔率5%時(shí),壓力分布較為均勻,減少應(yīng)力集中,對孔板和隔板之間的區(qū)域起到保護(hù)作用。牛新朝[38]用CFD模擬了-60 ℃低溫速凍柜內(nèi)流場及溫度場,發(fā)現(xiàn)送風(fēng)口與回風(fēng)口的布置方式對速凍柜內(nèi)流場分布有影響,并最終得出送風(fēng)口采用上下布置,且回風(fēng)口位于送風(fēng)口中間時(shí),流場均勻性最佳。

由上述可知,針對不同的凍結(jié)設(shè)備其內(nèi)部流場的影響因素不同,CFD模擬技術(shù)可以相對準(zhǔn)確地模擬整個(gè)速凍設(shè)備內(nèi)部的速度場、壓力場和溫度場的分布,直觀地分析出流場的特點(diǎn),通過調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)可以有效地改進(jìn)速凍設(shè)備的設(shè)計(jì),以及發(fā)現(xiàn)設(shè)備在設(shè)計(jì)和使用中存在的不足,表明數(shù)值模擬技術(shù)對于設(shè)計(jì)和優(yōu)化速凍設(shè)備可提供有效的參考。

2.3 凍結(jié)時(shí)間的研究

食品凍結(jié)過程所消耗的能量占總能耗比重最大,凍結(jié)時(shí)間也直接影響生產(chǎn)商的運(yùn)行成本以及食品的質(zhì)量,是衡量速凍設(shè)備整體性能的重要因素之一。

2.3.1 影響食品凍結(jié)時(shí)間的因素 食品凍結(jié)時(shí)間是被凍結(jié)食品從初始狀態(tài)凍結(jié)至所需溫度所用的時(shí)間[39]。凍結(jié)時(shí)間受被凍食品的幾何尺寸、邊界條件和初始條件等影響,而且在凍結(jié)過程中食品物性具有時(shí)變性,食品結(jié)構(gòu)存在復(fù)雜性,因此準(zhǔn)確計(jì)算凍結(jié)時(shí)間比較困難?？梢砸罁?jù)不同食品的特點(diǎn),相對準(zhǔn)確地預(yù)測食品凍結(jié)時(shí)間,從而合理匹配速凍設(shè)備,進(jìn)而合理地控制速凍裝置的運(yùn)行,使設(shè)備高效運(yùn)行的同時(shí)保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗[40]。

2.3.2 食品凍結(jié)時(shí)間的計(jì)算 基于食品凍結(jié)時(shí)間預(yù)測的復(fù)雜性,計(jì)算凍結(jié)時(shí)間的方法各不相同。Pham等[41]通過對比分析計(jì)算凍結(jié)時(shí)間的四個(gè)經(jīng)典模型:CE、P1、P2、SM,研究低水分、低冰點(diǎn)的食品在凍結(jié)時(shí)間計(jì)算的準(zhǔn)確程度,研究表明對該類食品凍結(jié)時(shí)間預(yù)測最為準(zhǔn)確的模型是P1。李杰等[42]分析總結(jié)了預(yù)測食品凍結(jié)時(shí)間的三種方法,得出簡單公式法易掌握但準(zhǔn)確度低,數(shù)值模擬法成本低且值得推廣,在模擬形狀復(fù)雜的食品和同時(shí)存在傳熱傳質(zhì)的凍結(jié)過程中具有優(yōu)勢,而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是在數(shù)值模擬基礎(chǔ)上的補(bǔ)充完善。Min等[43]食品凍結(jié)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)公式出發(fā),開發(fā)了凍結(jié)時(shí)間的計(jì)算程序,考慮了食品厚度、冷卻介質(zhì)溫度和吹風(fēng)速度對隧道式速凍設(shè)備凍結(jié)時(shí)間的影響,計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確快速,得出根據(jù)凍結(jié)時(shí)間選擇速凍設(shè)備的運(yùn)行工況,使系統(tǒng)更節(jié)能。

綜上可知,計(jì)算食品凍結(jié)時(shí)間的方法較多,但對具有不同熱物性、不同形狀的食品,計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度存在差異,因而開發(fā)新的、適用性廣的計(jì)算模型是研究的熱點(diǎn)之一。

2.3.3 食品凍結(jié)時(shí)間計(jì)算的優(yōu)化 國內(nèi)外關(guān)于凍結(jié)時(shí)間的研究頗多,一般是交叉使用模擬法、實(shí)驗(yàn)法和經(jīng)驗(yàn)公式法三種方法。Okita等[44]采用CFD模擬鼓風(fēng)方式中三種容積不同番石榴果肉的凍結(jié)時(shí)間,研究結(jié)果表明利用模擬法和實(shí)驗(yàn)法獲得的凍結(jié)時(shí)間趨勢一致但存在誤差,可能是網(wǎng)格劃分不合理造成的。Kim等[45]對比了有無電磁加熱處理對大蒜凍結(jié)時(shí)間的影響,研究結(jié)果表明采用電磁熱處理后通過最大冰晶帶的時(shí)間縮短,且保持較好的硬度、新鮮度。Kim等[46]通過對液氮噴淋速凍裝置增設(shè)硅樹脂作為冷卻劑的預(yù)冷裝置,發(fā)現(xiàn)增設(shè)預(yù)冷裝置后,食品凍結(jié)時(shí)間大大縮短。李杰等[47]利用CFD模擬軟件研究了蝦仁在鼓風(fēng)凍結(jié)裝置中的凍結(jié)時(shí)間,得出吹風(fēng)速度、方向、大小以及送風(fēng)溫度均影響蝦仁凍結(jié)時(shí)間,且隨送風(fēng)溫度降低凍結(jié)時(shí)間減少的趨勢會變緩。Goi等[48]結(jié)合核磁共振成像的圖像處理和放樣對食品進(jìn)行幾何建模,為食品建模的精確性提供了技術(shù)支持。Santos等[49]基于焓和基爾霍夫結(jié)合的傳熱方程,用MATLAB6.5軟件對蘑菇凍結(jié)時(shí)間進(jìn)行模擬,模擬得出凍結(jié)時(shí)間溫度曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合,最大的絕對誤差小于3.2 ℃。邵雙全等[50]基于食品物性具有時(shí)變性特點(diǎn),首先對不同溫度下枸杞的各個(gè)物性進(jìn)行計(jì)算,然后采用FLUENT軟件的simple算法,建立二維模型對枸杞鮮果的凍結(jié)過程進(jìn)行模擬,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果能很好地吻合。

因?yàn)榛谲浖僮鞯难芯恐芷诙?、?jié)省物力,故利用軟件模擬計(jì)算凍結(jié)時(shí)間的研究較多,但模型的建立、網(wǎng)格的劃分和計(jì)算機(jī)內(nèi)存的有限在很大程度上限制了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前有關(guān)食品凍結(jié)的模擬軟件很多,但適用范圍和精確度不同,軟件的選擇對凍結(jié)時(shí)間模擬結(jié)果的影響較大。進(jìn)行不同速凍設(shè)備中食品凍結(jié)時(shí)間的計(jì)算時(shí),應(yīng)根據(jù)不同食品的特點(diǎn),選擇計(jì)算模型、物性參數(shù),或者確定相關(guān)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行食品凍結(jié)時(shí)間的計(jì)算。

3 未來速凍設(shè)備發(fā)展的展望

目前對速凍設(shè)備的研究,主要從優(yōu)化速凍設(shè)備性能的角度考慮,可歸納為三個(gè)方面:降低設(shè)備能耗,相關(guān)研究者已經(jīng)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型以及制冷劑供液方式等方面入手;優(yōu)化設(shè)備內(nèi)部的流場,關(guān)注速凍裝置內(nèi)流場的均勻性、氣流組織分布;凍結(jié)時(shí)間,凍結(jié)時(shí)間是影響速凍食品品質(zhì)的重要因素之一,準(zhǔn)確計(jì)算和預(yù)測食品凍結(jié)時(shí)間是速凍設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)目前我國設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的速凍機(jī)的現(xiàn)狀,基于速凍設(shè)備在食品加工生產(chǎn)中節(jié)能和對于食品品質(zhì)的重要性,在今后的研究中還可以重點(diǎn)關(guān)注以下方面:首先,由于壓縮機(jī)能耗是系統(tǒng)整體性能的一個(gè)重要指標(biāo),因此根據(jù)不同速凍設(shè)備的特點(diǎn),對壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等進(jìn)行合理選型;其次利用數(shù)字成像技術(shù)、核磁共振技術(shù)等進(jìn)行食品的建模,提高模型準(zhǔn)確性,通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對比分析速凍設(shè)備各部件的布置和設(shè)計(jì)、部件形狀等對設(shè)備內(nèi)部速度場、壓力場、溫度場的影響,從而優(yōu)化設(shè)備的設(shè)計(jì);最后,在模擬和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,探究計(jì)算凍結(jié)時(shí)間的可靠方法,并對不同凍結(jié)設(shè)備所凍結(jié)食品的凍結(jié)時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)積累,為進(jìn)一步研究不同食品凍結(jié)時(shí)間提供有效的依據(jù)。總之,該領(lǐng)域今后研究的熱點(diǎn)是在綜合考慮設(shè)備能耗、凍結(jié)時(shí)間和流場分布三個(gè)因素的基礎(chǔ)上對速凍設(shè)備性能優(yōu)化。

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Progress of performance optimization and classification in the quick-freezing equipment

TANG Wan,XIE Jing*

(Shanghai Aquatic Products Processing and Storage Engineering Technology Research Center,College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

Freezing is recognized as one of the most important technology in food preservation,which is in keeping with contemporary three requirements of green,convenience,health care,and the quality of frozen food is closely related to the performance of equipment. The classification and characteristics of the equipment were introduced,then the three factors affecting equipment performance,such as energy consumption,air distribution,and freezing time,were proposed,which were also needed to be considered for equipment design. The physical properties of time-varying and modeling accuracy of food(digital image)should be considered when the numerical simulation in food freezing process was carried out,to obtain a more accurate numerical results. Numerical simulation and optimization of automatic control are effective optimizing means of quick freezing equipment development.

Quick-freezing equipment;Performance optimization;Outlook;Energy saving

2016-05-30

唐婉(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：制冷工程，E-mail:1210051321@qq.com。

*通訊作者:謝晶(1968-)，女，博士，教授，研究方向：食品物流，E-mail:jxie@shou.edu.cn。

國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2016YFD0400303)；上海市科委平臺能力提升項(xiàng)目(16DZ2280300)。

TS203

A

1002-0306(2016)23-0362-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.23.060