การแช่แข็งอาหารไม่ใช่การลดอุณหภูมิแบบสม่ำเสมอ เส้นโค้งอุณหภูมิ–เวลาจะมีช่วงราบเกือบระดับระหว่าง -1℃ ถึง -5℃ น้ำอิสระส่วนใหญ่ในอาหารจะแข็งตัวในช่วงนี้ ความแตกต่างระหว่างการแช่แข็งเร็วกับการแช่แข็งทั่วไปไม่ได้อยู่ที่ปลายทางลดได้ต่ำแค่ไหน แต่อยู่ที่ใช้เวลาผ่านช่วงราบนี้กี่สิบนาทีหรือกี่ชั่วโมง — ผลึกน้ำแข็งในช่วงนี้จะโตขึ้นหรือไม่ทันโต ซึ่งกำหนดเนื้อสัมผัสและการรักษาน้ำหลังละลายน้ำแข็งโดยตรง
เส้นโค้งการแช่แข็งแบ่งเป็นสามช่วง ช่วงกลางคือจุดแบ่ง
อาหารจากอุณหภูมิเริ่มต้นลดลงถึงอุณหภูมิแช่แข็งเก็บ เส้นโค้งอุณหภูมิ–เวลาแบ่งเป็นสามช่วง:
| ช่วง | ช่วงอุณหภูมิ | ลักษณะกระบวนการ |
|---|---|---|
| ช่วง precooling | อุณหภูมิเริ่มต้น → จุดเยือกแข็ง | ระบายความร้อน sensible เย็นลงเร็ว จุดเยือกแข็งของอาหารต่ำกว่า 0℃ แตกต่างตามปริมาณน้ำตาล กรด แร่ธาตุ และคอลลอยด์ |
| ช่วงเกิดน้ำแข็ง (ช่วงเกิดผลึกน้ำแข็งสูงสุด) | ประมาณ -1℃ ～ -5℃ | น้ำเกิดเป็นน้ำแข็งปล่อยความร้อนแฝงจำนวนมาก อุณหภูมิลดลงช้าลงอย่างชัดเจน เส้นโค้งเกือบราบ |
| ช่วงเย็นลึก | -5℃ → อุณหภูมิแช่แข็งสุดท้าย | น้ำที่เหลือแข็งตัวต่อ อุณหภูมิลดลงอีกครั้ง |
ในช่วงทั้งสาม ช่วงกลางคือช่วงที่ปล่อยความร้อนกระจุกตัวและเส้นโค้งแบนราบ ในการวัดว่ากระบวนการแช่แข็งหนึ่งเร็วหรือไม่ อุตสาหกรรมมักใช้ “เวลาที่ผ่านช่วงเกิดผลึกน้ำแข็งสูงสุด” เป็นตัววัด
ช่วงเกิดผลึกน้ำแข็งสูงสุด: -1℃ ถึง -5℃
วิทยาศาสตร์อาหารกำหนดให้ -1℃ ถึง -5℃ เป็นช่วงเกิดผลึกน้ำแข็งสูงสุด ในช่วงนี้ความชื้นเกือบ 80% สามารถแข็งตัวเป็นน้ำแข็งได้ (科普中国·科学百科) ผลึกน้ำแข็งเกิดและเติบโตในช่วงนี้ ขนาดใหญ่แค่ไหนขึ้นอยู่กับเวลาที่停留
ความหมายของการแช่แข็งเร็วอยู่ที่ช่วงนี้: ผ่านไปในเวลาสั้น ผลึกน้ำแข็งไม่ทันโต เกิดผลึกเล็กจำนวนมากภายในเนื้อเยื่อ ทำลายโครงสร้างเซลล์น้อย; หาก停留นาน น้ำนอกเซลล์ที่แข็งตัวก่อนจะเข้มข้นขึ้นเรื่อยๆ น้ำในเซลล์ซึมออกมา สุดท้ายเกิดผลึกน้ำแข็งขนาดใหญ่ภายนอกเซลล์ บีบและเจาะผนังเซลล์ เมื่อละลายน้ำแข็งของเหลวส่วนนี้เก็บไว้ไม่ได้
อัตราการแช่แข็งแบ่งระดับอย่างไร
ตามความเร็วการเคลื่อนที่ของแนวน้ำแข็ง การแช่แข็งแบ่งเป็นสามระดับ (เอกสารเทคนิคการแช่แข็งไนโตรเจนเหลว Kunning Cryo):
| ประเภท | ความเร็วการเคลื่อนที่ของแนวน้ำแข็ง |
|---|---|
| การแช่แข็งเร็ว | ≥ 5～20 cm/ชั่วโมง |
| การแช่แข็งปานกลาง | ≥ 1～5 cm/ชั่วโมง |
| การแช่แข็งช้า | ≥ 0.1～1 cm/ชั่วโมง |
“การแช่แข็งเร็ว” ที่อุตสาหกรรมอาหารกำหนด ต้องการให้ผ่านช่วงเกิดผลึกน้ำแข็งสูงสุดภายใน 30 นาที อุณหภูมิศูนย์กลางลดจาก 0℃ ลงต่ำกว่า -5℃ ผลึกน้ำแข็งที่เกิดมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 100 μm อุณหภูมิศูนย์กลางผลิตภัณฑ์สุดท้ายลงต่ำกว่า -18℃
ด้านอุปกรณ์: ความเร็วการลดอุณหภูมิกำหนดว่าชิงช่วงเวลานี้ได้หรือไม่
จุดเดือดไนโตรเจนเหลวที่ความดันบรรยากาศ -196℃ ต่ำกว่าสารทำความเย็นที่ใช้ทั่วไปในการทำความเย็นเชิงกลมาก ไนโตรเจนเหลวยังแลกเปลี่ยนความร้อนกับอาหารโดยตรง ความเร็วการลดอุณหภูมิเริ่มต้นคือเงื่อนไขฮาร์ดแวร์ว่าอุปกรณ์จะผ่านช่วงผลึกน้ำแข็งได้เร็วหรือไม่
| รุ่น | วิธีการถ่ายเทความร้อน | พารามิเตอร์การลดอุณหภูมิหลัก |
|---|---|---|
| DKN-LFC-300 ตู้แช่แข็งไนโตรเจนเหลว | ไนโตรเจนเหลวระเหย＋พัดลมหมุนเวียนบังคับ | ลดอุณหภูมิไม่มีโหลดไม่ต่ำกว่า 20℃/นาที; ความเร็วลมหมุนเวียนถึง 10 เมตร/วินาที |
| DKN-LFC-600 ตู้แช่แข็งไนโตรเจนเหลว | เช่นเดียวกัน พัดลมเพลายาวสามตัว | ลดอุณหภูมิไม่มีโหลดไม่ต่ำกว่า 20℃/นาที |
| DKN-LFC-1200 ตู้แช่แข็งไนโตรเจนเหลว (สี่โซน) | ไนโตรเจนเหลวระเหย＋หมุนเวียนแยกโซน | ลดอุณหภูมิไม่มีโหลด ≤ 50℃/นาที; สี่โซนสามารถโหลดแยกตามประเภท |
| DKN-LFT-1206 อุโมงค์แช่แข็งไนโตรเจนเหลว | สายพานตาข่ายลำเลียง ฉีดสองทิศทาง上下＋สนามลม | ไม่มีโหลดประมาณ 10℃/นาที; รอบการลำเลียงปรับได้ 6～30 นาที; ผลิตภัณฑ์บางสามารถแช่แข็งได้ภายใน 1 นาที |
| DKN-RHV-2000L เครื่องทำเย็นแบบจุ่มของเหลว | ของเหลวแช่แข็งเกรดอาหารสัมผัสโดยตรง | อุณหภูมิทำงาน ≤ -35℃; อุณหภูมิของเหลวแช่แข็งถึง -50℃; รอบอุโมงค์ปรับได้ 20～100 นาที |
ตารางข้างต้นเป็นพารามิเตอร์สาธารณะของแต่ละรุ่น ขอบเขตความสามารถของตู้แช่แข็งไนโตรเจนเหลวดูที่ตู้แช่แข็งไนโตรเจนเหลว สายการผลิตต่อเนื่องดูที่อุโมงค์แช่แข็งไนโตรเจนเหลว แนวทางแลกเปลี่ยนความร้อนโดยตรงกับของเหลวดูที่เครื่องทำเย็นแบบจุ่มของเหลว
ต้องเตือนไว้: อุปกรณ์ระบุความเร็วการลดอุณหภูมิไม่มีโหลด ไม่เท่ากับความเร็วการลดอุณหภูมิศูนย์กลางผลิตภัณฑ์ ผลิตภัณฑ์ยิ่งหนา ปริมาณน้ำยิ่งสูง เวลาผ่านช่วงผลึกน้ำแข็งยิ่งนาน สิ่งที่อุปกรณ์ทำได้คือให้เงื่อนไขการแลกเปลี่ยนความร้อนเพียงพอ — อุณหภูมิแวดล้อมต่ำพอ สนามลมที่เข้าไปในช่องถาดได้ ความหนาการโหลดที่กระจายได้
ความเร็วการแช่แข็งและการสูญเสียน้ำหนัก
ระหว่างการแช่แข็ง ความชื้นผิวอาหารจะระเหิดหรือถูกกระแสลมพาไป น้ำหนักที่สูญเสียเรียกว่าการสูญเสียน้ำหนัก ห้องแช่แข็งฉุกเฉินและอุปกรณ์แช่แข็งแบบดั้งเดิมแช่แข็งช้า อัตราการสูญเสียน้ำหนัก 3%～6%; การแช่แข็งไนโตรเจนเหลวอัตราการสูญเสียน้ำหนัก 0.25%～0.5% (เอกสารเทคนิคการแช่แข็งไนโตรเจนเหลว Kunning Cryo) ความแตกต่างมาจากเวลาสัมผัส — ผิวอยู่ในกระแสลมเย็นนานเท่าไร น้ำที่ถูกพาไปยิ่งน้อย สำหรับประเภทที่มีราคาต่อหน่วยสูง รายการนี้ส่งผลโดยตรงต่ออัตราผลผลิต
จะตัดสินว่าแช่แข็งเสร็จสมบูรณ์ได้อย่างไร
การแช่แข็งเสร็จสมบูรณ์ไม่ดูที่อุปกรณ์ทำงานนานแค่ไหน ดูที่อุณหภูมิศูนย์กลางความร้อนของอาหาร ศูนย์กลางความร้อนคือตำแหน่งที่แข็งตัวสุดท้ายในกระบวนการแช่แข็ง อาหารรูปร่างสม่ำเสมอ一般在ศูนย์กลางเรขาคณิต อุตสาหกรรมถือว่าศูนย์กลางความร้อนถึงอุณหภูมิเป้าหมายเป็นจุดสิ้นสุดการแช่แข็ง เนื้อสัตว์มักต้องการอุณหภูมิศูนย์กลางถึง -15℃; อุณหภูมิแช่แข็งเก็บมักตั้งไว้ที่ -18℃ ถึง -25℃
ด้านอุปกรณ์ที่สอดคล้องคือการวัดอุณหภูมิและการบันทึก ยกตัวอย่างซีรีส์ DKN-LFC ใช้การวัดอุณหภูมิแบบ platinum resistance ช่วง 200℃～-200℃ หนึ่งตัวควบคุมหลักหนึ่งตัวตรวจสอบ; สายอุโมงค์มีปุ่มหยุดฉุกเฉินที่ปลายเข้า ปลายออก และตู้ไฟฟ้า พร้อมการตรวจจับความเข้มข้นออกซิเจน หลังโปรแกรมสิ้นสุดจะแจ้งเตือนและตัดไฟอัตโนมัติ ข้อมูลสามารถ追溯ได้หรือไม่ กำหนดว่าการเปลี่ยนประเภทสามารถทบทวนพารามิเตอร์ล็อตก่อนหน้าได้หรือไม่
คำถามที่พบบ่อย
“ช่วงราบ” บนเส้นโค้งการแช่แข็งหมายความว่าอะไร?
ช่วงราบหมายถึงช่วงที่อุณหภูมิแทบไม่เปลี่ยนในกระบวนการลดอุณหภูมิ น้ำกลายเป็นน้ำแข็งต้องปล่อยความร้อนแฝง หากความร้อนนี้ไม่ระบายออก อุณหภูมิก็ลด不下来 เส้นโค้งจึงแบนราบระหว่าง -1℃ ถึง -5℃ ยิ่ง停留ที่ช่วงราบนาน แสดงว่าผ่านช่วงผลึกน้ำแข็งยิ่งช้า
อุณหภูมิอุปกรณ์แช่แข็งเร็วตั้งยิ่งต่ำยิ่งดีหรือไม่?
ไม่ใช่ ขนาดผลึกน้ำแข็งกำหนดโดยความเร็วที่ผ่านช่วงเกิดผลึกน้ำแข็งสูงสุด ไม่ได้กำหนดโดยอุณหภูมิปลายทาง อุณหภูมิอุปกรณ์ตั้งต่ำเกินไป สำหรับผลิตภัณฑ์บางจะแช่แข็งเกินไป เพิ่มการสิ้นเปลืองไนโตรเจนเหลว; สำหรับผลิตภัณฑ์หนา เวลาผ่านช่วงของศูนย์กลางถูกจำกัดด้วยความหนา อุณหภูมิแวดล้อมต่ำกว่านี้ก็เร็วขึ้นไม่มาก พารามิเตอร์ต้องสอบเทียบตามประเภทผลิตภัณฑ์และความหนา
แช่แข็งถึง -18℃ เหมือนกัน ทำไมหลังละลายน้ำแข็งต่างกันมาก?
-18℃ คืออุณหภูมิแช่แข็งเก็บ ไม่ใช่ความเร็วการแช่แข็ง ใช้เวลาหลายชั่วโมงค่อยๆ ลดลง กับใช้เวลาหลายสิบนาทีผ่านไปเร็ว สุดท้ายถึง -18℃ ได้เหมือนกัน แต่ขนาดผลึกน้ำแข็งต่างกัน: แช่แข็งช้าเกิดผลึกใหญ่ เจาะเซลล์ น้ำ流失เมื่อละลายน้ำแข็ง; แช่แข็งเร็วเกิดผลึกเล็กสม่ำเสมอ เนื้อเยื่อคงสภาพพื้นฐาน
ตัดสินว่าแช่แข็งเสร็จสมบูรณ์ควรดูอะไร?
ดูอุณหภูมิศูนย์กลางความร้อนของอาหาร ไม่ดูเวลาทำงานของอุปกรณ์ ศูนย์กลางความร้อนคือตำแหน่งที่แข็งตัวสุดท้ายในกระบวนการแช่แข็ง อาหารรูปร่างสม่ำเสมอ一般在ศูนย์กลางเรขาคณิต เนื้อสัตว์มักต้องการอุณหภูมิศูนย์กลางถึง -15℃ อุณหภูมิแช่แข็งเก็บจึงตั้งต่ำกว่า -18℃
ผลิตภัณฑ์บางและผลิตภัณฑ์หนาใช้พารามิเตอร์ชุดเดียวกันได้หรือไม่?
ไม่ได้ ผลิตภัณฑ์แผ่นบาง เม็ดเล็ก สามารถแช่แข็งได้ภายใน 1 นาที; ผลิตภัณฑ์หนาเวลาผ่านช่วงของศูนย์กลางเพิ่มตามความหนา ความเร็วสายพานตาข่าย ความหนาการโหลดต้องสอบเทียบใหม่ ก่อนเปลี่ยนประเภทขึ้นสายแนะนำให้สอบเทียบล็อตเล็กก่อน เขียนพารามิเตอร์ลงในคู่มือการปฏิบัติงาน
หากต้องการยืนยันกระบวนการแช่แข็งตามประเภทผลิตภัณฑ์และความหนา สามารถส่งชนิดวัสดุ ความหนาชิ้นเดียว อุณหภูมิขาเข้า และอุณหภูมิศูนย์กลางเป้าหมายมา เราจะออกชุดพารามิเตอร์ตามเงื่อนไขจริง: ติดต่อ Kunning Cryo
การแบ่งระดับความเร็วการแช่แข็งและอัตราการสูญเสียน้ำหนักในบทความอ้างอิงจากเอกสารเทคนิคการแช่แข็งไนโตรเจนเหลว Kunning Cryo; ช่วงอุณหภูมิเกิดผลึกน้ำแข็งสูงสุดและสัดส่วนการแข็งตัวของน้ำอ้างอิงจาก科普中国·科学百科 คำอธิบายกลไกเป็นความรู้ทั่วไปของกระบวนการแช่แข็ง