Эксперименты по замораживанию в вузовских пищевых научно-исследовательских группах и заводские производственные линии — это не одно и то же. Завод гонится за производительностью и выходом продукции, лаборатория — за тем, чтобы одну и ту же серию экспериментов можно было воспроизвести: одна рецептура, одна температура загрузки, одна кривая замораживания — образцы, сделанные сегодня, и образцы, сделанные на следующей неделе, должны поддаваться прямому сравнению. Подходящая для таких задач модель — криогенный шкаф с жидким азотом DKN-LFC-300: внутренняя камера 900 × 1320 × 1800 mm, рабочая температура -150℃ ～ комнатная, точность поддержания температуры ±1℃, равномерность температуры ±3℃, скорость охлаждения без загрузки не ниже 20℃/мин, производительность 300 kg/h, мощность агрегата 2.5 kW, стеллаж вмещает 40 лотков за раз.
I. Предпосылки применения
Партия образцов обычно составляет несколько десятков лотков, общий вес — от десятков до сотен килограммов, номенклатура разнородная, партии мелкие, каждый раз замораживается что-то новое. Большие туннельные линии подходят для непрерывной подачи одного вида продукта, при смене вида требуется чистить сетчатый транспортёр и перенастраивать параметры — здесь они неприменимы; шкафы и ультранизкотемпературные морозильники охлаждают за счёт естественной конвекции, разница температур между поверхностью и центром образца велика, кривая замораживания сильно растягивается, результаты трудно воспроизвести.
Поэтому криогенный шкаф с жидким азотом стал обычным выбором многих лабораторий: объёма камеры хватает для размещения партии лотков, охлаждение быстрое и регулируемое по интенсивности, партия образцов за сравнительно короткое время проходит процесс замораживания, параметры замораживания можно зафиксировать и записать в протокол эксперимента.
II. Технологические сложности
Согласованность партий. В сравнительных экспериментах, если скорость охлаждения при двух замораживаниях отличается на заметную величину, размер кристаллов льда будет разным, и последующие результаты по текстуре, потерям сока и микроскопическим наблюдениям не совпадут. Со стороны оборудования требуются высокая точность поддержания температуры и стабильная скорость охлаждения без загрузки, а также фиксированные приёмы работы оператора.
Загрузка, выгрузка и перемещение образцов. Как расставлены лотки, сколько лотков в камере, как фиксируется время от загрузки до выгрузки — для этих действий нет фиксированных рабочих мест и приспособлений, разные операторы дают разное время замораживания.
Безопасность в условиях низких температур. Температура в камере может достигать -150℃, при открывании двери для загрузки и выгрузки холодный газ выходит наружу, кислород в камере вытесняется азотом. В лаборатории много людей и частая сменяемость, контроль концентрации кислорода нельзя возлагать на людей.
III. Комплектация решения
В данном сценарии применяется криогенный шкаф с жидким азотом DKN-LFC-300, параметры взяты из технической документации изделия:
| Позиция | Параметр |
|---|---|
| Размеры внутренней камеры | 900 × 1320 × 1800 mm (Ш×Г×В) |
| Габаритные размеры | 1740 × 1730 × 2220 mm |
| Рабочая температура | -150℃ ～ комнатная |
| Точность поддержания температуры | ±1℃ |
| Равномерность температуры | ±3℃ |
| Скорость охлаждения | не ниже 20℃/мин (без загрузки), регулируется по потребностям эксперимента |
| Производительность | 300 kg/h (различается для разных продуктов и способов упаковки) |
| Мощность агрегата | 2.5 kW |
| Хладагент | жидкий азот 5-8 BAR |
| Стеллаж и лотки | стеллаж: высота в свету 1600 mm, ширина 605 mm, глубина 807 mm, вмещает 40 лотков за раз; лотки 400×600×25 mm из нержавеющей стали |
Логика комплектации состоит из трёх пунктов: высота внутренней камеры в свету 1600 mm в сочетании со стеллажом на 40 лотков позволяет загрузить партию образцов за один раз, без набора по частям; точность поддержания температуры ±1℃ и равномерность ±3℃ обеспечивают нахождение образцов в разных точках камеры в одной температурной зоне, что снижает отклонение, связанное с положением; в качестве источника холода используется жидкий азот, скорость охлаждения регулируется расходом испарения, сопоставимость разных партий при одной уставке лучше.
IV. Технологические особенности
Перед загрузкой образцов фиксируется начальная температура, после загрузки процесс идёт по заданной кривой, температура в камере снижается со скоростью не ниже 20℃/мин без загрузки. В научных задачах больше внимания уделяется тому, когда температура в центре образца проходит через зону максимального образования кристаллов льда (примерно от -1℃ до -5℃): скорость охлаждения на этом участке определяет размер кристаллов льда и является обязательным пунктом протокола эксперимента.
В работе рекомендуется фиксировать три вещи: загрузку лотков по одному стандарту (одинаковый вес на лоток для одного вида продукта), фиксированное расположение на стеллаже, запись времени загрузки и выгрузки для каждой партии. Концентрация кислорода в камере контролируется по уставке 19.5%~21.5% (в таблице параметров данной модели указан пункт контроля концентрации кислорода, конкретная комплектация подтверждается при заказе); после открывания двери для загрузки и выгрузки следует дождаться возвращения концентрации кислорода в безопасный диапазон, прежде чем входить в рабочую зону.
Жидкий азот — собственный расходный материал, подаётся при 5-8 BAR, расход газа напрямую связан с количеством образцов и температурой загрузки; лаборатории точнее учитывать расход газа по партиям, а не по дням.
V. Область применения и рекомендации по выбору
Шкафная модель подходит для сценариев с партиями от десятков до сотен килограммов, широкой номенклатурой и частой переналадкой, необходимостью фиксировать кривую замораживания для сравнительных экспериментов — лаборатории вузов и НИИ, центры R&D пищевых предприятий, производство малых партий высокоценной продукции.
Когда партия образцов вырастает до тонного уровня и требуется непрерывное производство одного вида продукта, шкафную модель следует заменить на туннельную: DKN-LFT-1206 с сетчатым транспортёром 6000 × 1200 mm или DKN-LFT-1212 длиной 12 m — способность непрерывной подачи выходит на новый уровень. При выборе сначала определяют три вещи — вес одной партии, форму образцов (россыпь/лоток/упаковка), целевую температуру в центре, — а затем решают, шкафная или туннельная модель.
Параметры модели см. на странице продукта криогенного шкафа с жидким азотом DKN-LFC-300, пояснения по зоне образования кристаллов льда и кривой замораживания см. в разделе Кривая замораживания и зона максимального образования кристаллов льда, о том, как увидеть разницу температур в камере, см. Равномерность температуры криогенного шкафа с жидким азотом. Чтобы проверить комплектацию под свои образцы и план производства, можно связаться с нами.
Часто задаваемые вопросы
Почему в лаборатории уделяют больше внимания воспроизводимости кривой замораживания?
Выводы экспериментов опираются на сравнение между партиями. При разной скорости охлаждения двух замораживаний размер кристаллов льда и степень выхода внутриклеточных веществ различаются, результаты по текстуре, потерям влаги и микроскопическим наблюдениям меняются, и две партии образцов теряют сопоставимость. Стабильность оборудования — лишь предпосылка, фиксированные загрузка и расположение также важны.
Достаточно ли 300 kg/h для лаборатории?
300 kg/h — это производительность при заданных продукте и упаковке, для разных продуктов и способов упаковки она различается. В лаборатории одна партия чаще всего составляет от десятков до сотен килограммов, загрузки в 40 лотков обычно хватает для одной партии образцов; конкретный объём загрузки рассчитывается по форме образцов, толщине упаковки и целевой температуре в центре.
Как контролировать концентрацию кислорода в камере?
Испарение жидкого азота вытесняет кислород из камеры. В таблице параметров данной модели указан пункт контроля концентрации кислорода (уставка 19.5%~21.5%, конкретная комплектация подтверждается при заказе); после открывания двери для загрузки и выгрузки следует дождаться возвращения концентрации в безопасный диапазон, прежде чем работать; лаборатории также следует оснащаться стационарным сигнализатором концентрации кислорода с регулярной калибровкой.
Сколько примерно времени занимает одна партия образцов от загрузки до выгрузки?
Зависит от толщины отдельного образца, температуры загрузки и загрузки лотков; для обычных образцов это величина порядка нескольких десятков минут. Рекомендуется для первой партии записать кривую температуры в центре, отметить момент прохождения зоны максимального образования кристаллов льда, а в дальнейшем для того же вида продукта воспроизводить по кривой, а не оценивать время по опыту.