[發明專利]一種基于超聲法制備微晶流態冰的方法及設備

有效

• 申請號: 202111047687.0
• 申請日: 2021-09-08
• 公開（公告）號: CN113865169B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 呂飛;胡亞男;丁玉庭;張建友;涂存禎;王彥波
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F25C1/00
• 分類號: F25C1/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;朱思蘭

本發明提供了一種基于超聲法制備微晶流態冰的方法及設備，本發明使用棕櫚油作為乳狀制冰溶液的原料，結合超聲輻射的低頻高功率的空化效應，獲得的冰晶顆粒細小、不易粘附器壁，并且乳狀液流態冰在完全融化后經過冷卻、超聲等仍可重新形成流態冰；本發明實現了“乳狀液降粘附性?超聲波促晶成核”的制冰高效協同作用，由該方法獲取的流態冰流動性及換熱性能等良好，且對整體制冰系統要求較低，可改善冰堵塞問題、提高制冰效率。

技術領域

本發明涉及流態冰技術領域，具體涉及一種基于超聲法制備微晶流態冰的方法及設備。

背景技術

流態冰作為一種典型的相變蓄冷介質，具有冰晶細小、顆粒圓潤、冷卻速度快、流動性能好等優點，在食品保鮮中可用于快速冷卻食品，抑制腐敗微生物的生長，并且不破壞食品的表皮層面，可有效地改善食品品質、延長食品貨架期，在未來的食品冷鏈物流中存在廣闊的應用前景。然而，在實際制冰過程中，由自來水、純凈水、去離子水生成的冰晶呈針尖狀，顆粒較大，易粘附于制冰容器內壁而造成冰堵。此外，制冰過程中普遍存在過冷現象，即將實際制冰溫度降低到理論溫度以下才開始發生結晶，制冰溶液的過冷狀態不穩定，易提前解除而不能穩定制冰，導致制冰效率下降，極大增加了能耗，阻礙了流態冰技術走向成熟。

為了降低最大過冷度、促進冰晶成核，改善流態冰晶顆粒的形狀和尺寸，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類物質、表面活性劑、納米金屬氧化物或者這幾種物質復配的多元添加劑。

選用醇類物質作為添加劑，如乙二醇、丙二醇、丙三醇等，會降低制冰溶液的凝固點，需要更低的制冷劑溫度，從而增大了制冰能耗；另外，醇類水溶液制備得到的流態冰大多呈枝狀，在后續輸送和儲存過程中，流態冰晶容易發生熟化或團聚，導致冰晶直徑增大，流動性能較差。

選用表面活性劑作為添加劑，如司盤-80、吐溫-20、吐溫-80等，可制取獲得晶體圓潤、柔軟絮狀的流態冰，但加入后會讓流態冰粘度變大，易附著制冰器內壁，不易流動且在后續流通中不易保存。

選用納米金屬氧化物作為添加劑，如氧化銅、氧化鋁、二氧化鈦等氧化納米粒子，添加劑中的微粒與基體之間具有較好的潤濕效果，通常用作成核劑，并且同時具備較強的親水性、量子效應、宏觀量子隧道效應等，在流態冰制取過程中，可降低制冰溶液的過冷度，促進冰晶快速成核，但因其屬于金屬類氧化物具有危害性，不宜應用于食品保鮮方面。

同時選用醇類物質、納米金屬氧化物或表面活性劑作為復配添加劑，可降低過冷度、細化冰晶，然而在過冷水狀態時難以維持穩定，易分散解除過冷態，同樣出現冰堵現象難以穩定出冰，制冰效率較低。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于超聲法制備微晶流態冰的方法及設備。本發明使用食用油作為乳狀制冰溶液的原料，結合超聲輻射的低頻高功率的空化效應，獲得的冰晶顆粒細小、不易粘附器壁，并且乳狀液流態冰在完全融化后經過攪拌、冷卻等仍可重新形成流態冰。

本發明的技術方案如下：

一種基于超聲法制備微晶流態冰的方法，所述方法為：

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

所述油相的組成為：體積分數50～70％棕櫚油、體積分數30～50％中鏈甘油三酯(MCT)；

所述水相為去離子水；

基于油相和水相的總體積，油相體積占比10～30％，水相體積占比70～90％；

所述聚甘油蓖麻醇酯的體積為油相和水相總體積的3～5％；