低压静电场联合真空解冻装置及方法

1.本发明涉及肉类解冻技术领域，特别涉及一种低压静电场联合真空解冻装置及方法。

背景技术：

2.肉类食物可以为人类提供丰富和必要的营养物质，如蛋白质、脂肪和矿物质。然而，这些营养物质也为储存和加工过程中的内源性酶和腐败微生物提供了优良的生长基质，肉类食物的质量和安全受到了极大的影响。冷冻是通过抑制微生物的生长和腐败来延长肉制品货架期的一种最常见方法。因此，人们通常将肉制品冷冻起来以供储存、运输和销售。解冻成为冷冻肉在进入后续加工和烹饪处理之前的一个必要且关键的步骤。然而，在解冻过程中会不可避免地发生质量损失，包括颜恶化、保水能力下降、质地变化和蛋白质变性等。解冻肉的质量可能受到多种因素的影响，如动物种类、屠宰加工方式以及冷冻、解冻的影响，特别需要注意的是解冻方法。
3.传统的肉类解冻都是在空气和水中进行的。这类方法除了会消耗大量的时间之外，通常还会导致严重的肉品质量损失。此外，其他新的解冻方法，如超高压、微波和超声也已被广泛研究和应用到解冻中。虽然这些方法可以有效地缩短解冻时间，但也存在许多缺点。超高压解冻对肌肉组织的影响很大，因为高压极易引起蛋白质变性和组织的结构损伤，并且高压对设备的要求极高，成本费用昂贵；微波解冻时，冻结区和未冻结区对电磁波能量的吸收快慢不一，导致加热不均匀，部分区域的肉被彻底解冻，而其他部分保持冷冻，并且微波因为频率的缘故而穿透力较弱，对于大体积的冷冻肉无法进行深层次的解冻；超声波解冻的功耗高，设备昂贵，难以在工业上进行大规模应用。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明公开一种解冻效率高且降低肉品质量损失的低压静电场联合真空解冻装置。
5.还有提供一种解冻效率高且降低肉品质量损失的低压静电场联合真空解冻方法。
6.一种低压静电场联合真空解冻装置，包括箱门、箱体、加湿器、超声波探头、真空调节阀、真空度传感器、湿度传感器、低压静电场极板、解冻控制装置、低压静电发生器、超声测温系统；所述箱体具有不连通的解冻腔及电气腔；所述解冻腔内设置有加湿器、超声波探头、真空度传感器、湿度传感器、真空调节阀及低压静电场极板；所述解冻腔的相对的两个内壁上各设置一块低压静电场极板；所述解冻腔通过管道与真空泵装置相连接；所述右侧电气腔内设置解冻控制装置、低压静电发生器、超声测温系统，解冻控制装置与低压静电发生器、超声测温系统、真空度传感器、湿度传感器、真空调节阀及加湿器电性连接，低压静电发生器还与低压静电场极板电性连接，超声测温系统与超声波探头电性连接；
所述低压静电发生器用于使两块低压静电场极板之间形成对称的且电场强度相对一致的低压静电场，且保证低压静电场将待解冻冻肉完整罩住，并使两块低压静电场极板之间产生电晕风；超声波探头用于将监测到的冻肉温度信号实时传递给超声测温系统，超声测温系统根据冻肉温度信号产生对应的冻肉当前温度值，并将冻肉当前温度值提供给解冻控制装置；所述真空度传感器、湿度传感器分别监测解冻腔内的真空度和湿度，并产生对应的当前真空度值及当前湿度值，并将当前真空度值及当前湿度值提供给解冻控制装置；解冻控制装置响应启动操作，控制真空泵装置开始工作，在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，控制真空泵装置维持工作，以使当前真空度值与预设的基准真空度值相对应；解冻控制装置在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，还控制加湿器工作以使所述解冻腔内的当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，解冻控制装置在判断出当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，还控制所述低压静电发生器开始工作；解冻控制装置在判断出冻肉当前温度值与预存的基准温度值相对应时，控制所述低压静电发生器停止工作，并控制真空调节阀工作以使解冻腔内的压力恢复到常压。
7.一种低压静电场联合真空解冻方法，该方法应用于上述低压静电场联合真空解冻装置中，包括以下步骤：将冻肉制品放在箱体的解冻腔内并关上箱门；利用真空度传感器、湿度传感器分别监测解冻腔内的真空度和湿度，并产生对应的当前真空度值及当前湿度值；响应启动操作，解冻控制装置控制真空泵装置开始工作，在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，控制真空泵装置维持工作，以使当前真空度值与预设的基准真空度值相对应；解冻控制装置在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，还控制加湿器工作以使所述解冻腔内的当前湿度值与预设的基准湿度值相对应；解冻控制装置在判断出当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，还控制所述低压静电发生器开始工作；利用超声波探头监测冻肉的温度，并产生对应的冻肉温度信号；利用超声测温系统根据冻肉温度信号产生对应的冻肉当前温度值；解冻控制装置在判断出冻肉当前温度值与预存的基准温度值相对应时，控制所述低压静电发生器停止工作，并控制真空调节阀工作以使解冻腔内的压力恢复到常压。
8.上述低压静电场联合真空解冻装置及方法中，利用真空度传感器、湿度传感器分别监测解冻腔内的真空度和湿度，并产生对应的当前真空度值及当前湿度值；解冻控制装置控制真空泵装置开始工作，在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，控制真空泵装置维持工作，以使当前真空度值与预设的基准真空度值相对应；解冻控制装置在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，还控制加湿器工作以使所述解冻腔内的当前湿度值与预设的基准湿度值相对应；解冻控制装置在判断出当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，还控制所述低压静电发生器开始工作；利用超声波探头及超声测温系统获得所述解冻腔内的冻肉当前温度值；解冻控制装置在判断出冻肉当前温度值与预存
的基准温度值相对应时，控制所述低压静电发生器停止工作，并控制真空调节阀工作以使解冻腔内的压力恢复到常压，如此利用低压静电场可破坏水的稳态结构并形成离子风加速解冻，在此过程中真空泵装置使解冻腔内的真空度维持在基准真空度值内，以此缓解低压静电场电离空气产生的带电离子对冻肉的脂质和蛋白质的氧化，并保持蛋白质凝胶质量，同时通过向冻肉表面释放潜热，加速解冻速度，从而缩短解冻时间。
附图说明
9.图1为一较佳实施方式的低压静电场联合真空解冻装置的结构示意图。
10.图2为低压静电场联合真空解冻方法的流程示意图。
11.图中：低压静电场联合真空解冻装置100、箱门101、箱体102、解冻腔1021、电气腔1022、载物台1023、解冻废液收集盘1024、加湿器103、超声波探头104、真空调节阀105、真空度传感器106、湿度传感器107、低压静电场极板108、解冻控制装置109、低压静电发生器110、超声测温系统111、真空泵装置112、低压静电场联合真空解冻方法的步骤s100至步骤s107。
具体实施方式
12.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
13.如图1所示，本技术提供的一种低压静电场联合真空解冻装置100包括箱门101、箱体102、加湿器103、超声波探头104、真空调节阀105、真空度传感器106、湿度传感器107、低压静电场极板108、具有数据处理功能的解冻控制装置109、低压静电发生器110、超声测温系统111、真空泵装置112；所述箱体102具有不连通的解冻腔1021及电气腔1022；所述解冻腔1021内设置有加湿器103、超声波探头104、真空调节阀105、真空度传感器106、湿度传感器107、真空调节阀105及低压静电场极板108；所述解冻腔1021的相对的两个内壁上各设置一块低压静电场极板108；所述解冻腔1021通过管道与真空泵装置112相连接。
14.所述右侧电气腔1022内设置解冻控制装置109、低压静电发生器110、超声测温系统111，解冻控制装置109与低压静电发生器110、超声测温系统111、真空度传感器106、湿度传感器107、真空调节阀105及加湿器103电性连接，低压静电发生器110还与低压静电场极板108电性连接，超声测温系统111与超声波探头104电性连接。
15.所述低压静电发生器110用于使两块低压静电场极板108之间形成对称的且电场强度相对一致的低压静电场，且保证低压静电场将待解冻冻肉完整罩住，并使两块低压静电场极板108之间产生电晕风。相对设置的两块低压静电场极板108保证了冻肉周围电场的均匀及场强一致性，使得两块低压静电场极板108各自产生的电晕风能够相对稳定的碰撞，进而带动空气中散存的带电粒子与更多的空气接触，形成新的带电粒子，增加带电粒子与冻肉中的冰晶的接触机率及接触时间，进而保证产生解冻所需的热量，以此提高解冻效率和解冻均匀性。
16.超声波探头104用于将监测到的冻肉温度信号实时传递给超声测温系统111，超声测温系统111根据冻肉温度信号产生对应的冻肉当前温度值，并将冻肉当前温度值提供给解冻控制装置109；所述真空度传感器106、湿度传感器107分别监测解冻腔内的真空度和湿度，并产生对应的当前真空度值及当前湿度值，并将当前真空度值及当前湿度值提供给解冻控制装置109；解冻控制装置109响应启动操作，控制真空泵装置112开始工作，在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，控制真空泵装置112维持工作，以使当前真空度值与预设的基准真空度值相对应；解冻控制装置109在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，还控制加湿器103工作以使所述解冻腔1021内的当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，解冻控制装置109在判断出当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，还控制所述低压静电发生器110开始工作；解冻控制装置109在判断出冻肉当前温度值与预存的基准温度值相对应时，控制所述低压静电发生器110停止工作，并控制真空调节阀105工作以使解冻腔内的压力恢复到常压。
17.其中，在解冻腔1021内设置有载物台1023及解冻废液收集盘1024，解冻废液收集盘1024位于载物台1023的下方。所述超声波探头104设置在解冻腔1021内正对载物台1023的顶部中间位置，超声测温系统的精度在1℃以内，分辨率达到0.001℃，通过二维场重建算法反演冻肉的切面温度特性。采用超声测温系统111与超声波探头104监测解冻过程的温度变化，一是不需要钻孔获取通道，不会破坏冷冻肉品的温度场分布；二是可以精准地获取到冷冻肉品几何中心的温度，保证了判断冻肉解冻完毕的准确度。
18.其中，所述加湿器103安装在解冻腔1021内的顶部，所述基准湿度值的范围为80%-85%；所述基准真空度值为2000pa；基准温度值为4℃；所述低压静电场极板108为锌合金，尺寸为w260mm
×
d170mm
×
h7mm，两块极板间距为30-40cm之间；所述低压静电发生器110输出2500v、0.2ma的直流电，以使使两块低压静电场极板108之间产生电晕风，所述箱体102绝缘，外壳接地；管道上还设置一个所述真空调节阀105，通过两个真空调节阀105同时打开以此来缩短解冻腔内的压力恢复到常压所需时间。
19.在本实施方式中，上述解冻控制装置109为微型计算机，解冻控制装置109包括中央处理器、存储器、输入输出接口电路及总线硬件结构，存储器中可以存储包括操作系统、网络通信程序、用户接口程序以及冻肉解冻控制程序。操作系统是管理和控制设备硬件和软件资源的程序，支持冻肉解冻控制程序以及其它软件或程序的运行。解冻控制装置109中的中央处理器运行存储器存储的冻肉解冻控制程序后，产生如下功能模块：启动单元，用于响应启动操作，控制真空泵装置112开始工作；真空度判断单元，在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，输出第一执行命令给真空度维持单元、湿度控制单元；真空度维持单元，响应第一执行命令，控制真空泵装置112维持工作，以使当前真空度值与预设的基准真空度值相对应；湿度控制单元，响应第一执行命令，还控制加湿器103工作以使所述解冻腔1021内的当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，湿度控制单元还用于在判断出当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，输出第二控制命令给所述低压静电发生器，所述低压静电发生器
110响应第二控制命令，开始工作；解冻判断单元，用于接收超声测温系统111提供的冻肉当前温度值，在判断出冻肉当前温度值与预存的基准温度值相对应时，输出第三控制命令给所述低压静电发生器110、所述真空度维持单元及真空调节阀105；所述低压静电发生器110响应第三控制命令，停止工作；所述真空度维持单元响应第三控制命令，控制真空泵装置112停止工作，所述真空调节阀105响应第三控制命令，所述真空调节阀105打开，以使解冻腔内的压力恢复到常压。
20.进一步，请同时参看图2，本技术还提供一种低压静电场联合真空解冻方法，该方法应用于上述低压静电场联合真空解冻装置中，包括以下步骤：步骤s100，将冻肉制品放在箱体的解冻腔内并关上箱门；步骤s101，利用真空度传感器、湿度传感器分别监测解冻腔内的真空度和湿度，并产生对应的当前真空度值及当前湿度值；步骤s102，响应启动操作，解冻控制装置控制真空泵装置开始工作，在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，控制真空泵装置维持工作，以使当前真空度值与预设的基准真空度值相对应；所述基准真空度值为2000pa；步骤s103，解冻控制装置在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，还控制加湿器工作以使所述解冻腔内的当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，所述基准湿度值的范围为80%-85%；步骤s104，解冻控制装置在判断出当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，还控制所述低压静电发生器开始工作；步骤s105，利用超声波探头监测冻肉的温度，并产生对应的冻肉温度信号；步骤s106，利用超声测温系统根据冻肉温度信号产生对应的冻肉当前温度值；步骤s107，解冻控制装置在判断出冻肉当前温度值与预存的基准温度值相对应时，控制所述低压静电发生器停止工作，并控制真空调节阀工作以使解冻腔内的压力恢复到常压，所述基准温度值为4℃。
21.为便于理解，以下举例说明本技术的技术方案：以宰后成熟24h羊后腿为原料，将其分割成4cm
×
4cm
×
3cm重约50
±
2g的肉块，置于-18℃冰箱中冷冻24小时。
22.将冻结后的羊肉块取出，放入解冻腔内的载物台上，关闭箱门；操作人员启动电源，上述解冻控制装置中预设解冻腔内真空度为2000pa，湿度范围为80%-85%；解冻控制装置控制真空泵装置开始工作，以使解冻腔内的真空度持续维持在2000pa；解冻控制装置控制加湿器开始工作，解冻腔内的湿度上升，当解冻控制装置判断出解冻腔内的湿度大于85%时，控制加湿器停止工作以防产生凝露，当判断出解冻腔内的湿度低于80%时，控制加湿器103立即工作增湿，防止电场中发生干耗现象；解冻控制装置在判断出解冻腔内的湿度在80%-85%之间时，控制低压静电发生器工作，以使低压静电发生器产生2500v，0.2ma的直流电，在低压静电场极板之间形成相互对称弧形盖状分布的、强度相对一致的电场；解冻控制装置在判断出冻肉当前温度值与预存的基准温度值相对应时说明解冻结束，控制真空泵装置停止工作及真空调节阀打开，待解冻腔恢复常压后取出肉块。
23.经过本技术的技术方案处理的羊肉的解冻速度分别是单独使用低压静电场和真
空解冻的1.85倍和1.54倍；本方法处理的羊肉样品的解冻损失为3.26%，单独使用低压静电场和真空解冻处理的解冻损失分别为4.71%和4.05%；本方法处理的羊肉样品的羰基含量最低（3.65mmol/mg），与鲜肉（3.45mmol/mg）差异不显著（p＜0.05），而单独使用低压静电场和真空解冻后的样品羰基含量分别为4.4mmol/mg和4.3mmol/mg；经过本技术的技术方案处理的羊肉样品总巯基含量与新鲜样品对照减少了2.8%，与之对应的是单独使用低压静电场和真空解冻的样品总巯基含量分别减少了8.2%和6.1%。综上，采用本方法具有最短的解冻时间，抑制蛋白质氧化变性，并减少汁液流失。

技术特征：

1.一种低压静电场联合真空解冻装置，包括箱门、箱体，其特征在于：还包括加湿器、超声波探头、真空调节阀、真空度传感器、湿度传感器、低压静电场极板、解冻控制装置、低压静电发生器、超声测温系统；所述箱体具有不连通的解冻腔及电气腔；所述解冻腔内设置有加湿器、超声波探头、真空度传感器、湿度传感器、真空调节阀及低压静电场极板；所述解冻腔的相对的两个内壁上各设置一块低压静电场极板；所述解冻腔通过管道与真空泵装置相连接；所述右侧电气腔内设置解冻控制装置、低压静电发生器、超声测温系统，解冻控制装置与低压静电发生器、超声测温系统、真空度传感器、湿度传感器、真空调节阀及加湿器电性连接，低压静电发生器还与低压静电场极板电性连接，超声测温系统与超声波探头电性连接；所述低压静电发生器用于使两块低压静电场极板之间形成对称的且电场强度相对一致的低压静电场，且保证低压静电场将待解冻肉品完整罩住，并使两块低压静电场极板之间产生电晕风；超声波探头用于将监测到的冻肉温度信号实时传递给超声测温系统，超声测温系统根据冻肉温度信号产生对应的冻肉当前温度值，并将冻肉当前温度值提供给解冻控制装置；所述真空度传感器、湿度传感器分别监测解冻腔内的真空度和湿度，并产生对应的当前真空度值及当前湿度值，并将当前真空度值及当前湿度值提供给解冻控制装置；解冻控制装置响应启动操作，控制真空泵装置开始工作，在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，控制真空泵装置维持工作，以使当前真空度值与预设的基准真空度值相对应；解冻控制装置在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，还控制加湿器工作以使所述解冻腔内的当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，解冻控制装置在判断出当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，还控制所述低压静电发生器开始工作；解冻控制装置在判断出冻肉当前温度值与预存的基准温度值相对应时，控制所述低压静电发生器停止工作，并控制真空调节阀工作以使解冻腔内的压力恢复到常压。2.如权利要求1所述的低压静电场联合真空解冻装置，其特征在于：所述解冻腔内设置有载物台及解冻废液收集盘，解冻废液收集盘位于载物台的下方。3.如权利要求2所述的低压静电场联合真空解冻装置，其特征在于：所述超声波探头设置在解冻腔正对载物台上侧中部，超声测温系统的精度在1℃以内，分辨率达到0.001℃，通过二维场重建算法反演冻肉的切面温度特性。4.如权利要求1所述的低压静电场联合真空解冻装置，其特征在于：所述加湿器安装在所述解冻腔的顶部，所述基准湿度值的范围为80%-85%；所述基准真空度值为2000pa；基准温度值为4℃。5.如权利要求1所述的低压静电场联合真空解冻装置，其特征在于：所述低压静电场极板为锌合金，尺寸为w260mm
×
d170mm
×
h7mm，两块极板间距为30-40cm之间；所述低压静电发生器输出2500v、0.2ma的直流电，以使使两块低压静电场极板之间产生电晕风。6.如权利要求1所述的低压静电场联合真空解冻装置，其特征在于：所述箱体绝缘，外壳接地；管道上还设置一个所述真空调节阀。7.一种低压静电场联合真空解冻方法，该方法应用于权利要求1至6任意一项所述的低
压静电场联合真空解冻装置中，包括以下步骤：将冻肉制品放在箱体的解冻腔内并关上箱门；利用真空度传感器、湿度传感器分别监测解冻腔内的真空度和湿度，并产生对应的当前真空度值及当前湿度值；响应启动操作，解冻控制装置控制真空泵装置开始工作，在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，控制真空泵装置维持工作，以使当前真空度值与预设的基准真空度值相对应；解冻控制装置在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，还控制加湿器工作以使所述解冻腔内的当前湿度值与预设的基准湿度值相对应；解冻控制装置在判断出当前湿度值与预设的基准湿度值相对应，还控制所述低压静电发生器开始工作；利用超声波探头监测冻肉的温度，并产生对应的冻肉温度信号；利用超声测温系统根据冻肉温度信号产生对应的冻肉当前温度值；解冻控制装置在判断出冻肉当前温度值与预存的基准温度值相对应时，控制所述低压静电发生器停止工作，并控制真空调节阀工作以使解冻腔内的压力恢复到常压。

技术总结

一种低压静电场联合真空解冻装置，利用真空度传感器、湿度传感器分别监测解冻腔内的真空度和湿度，并产生对应的当前真空度值及当前湿度值；解冻控制装置在判断出当前真空度值与预设的基准真空度值相对应时，控制真空泵装置维持工作,还控制加湿器工作以使所述解冻腔内的当前湿度值与预设的基准湿度值相对应并控制所述低压静电发生器开始工作；解冻控制装置在判断出超声测温系统提供的冻肉当前温度值与预存的基准温度值相对应时，控制低压静电发生器停止工作，并控制真空调节阀工作以使解冻腔内的压力恢复到常压，如此利用低压静电场可破坏水的稳态结构并形成离子风加速解冻。本申请还提供一种低压静电场联合真空解冻方法。请还提供一种低压静电场联合真空解冻方法。请还提供一种低压静电场联合真空解冻方法。