家用冻肉快速解冻装置的研发

刘睿旸 北京交通大学附属中学高三三班

一、前言

冷冻食品符合“绿色”、“方便”、“保健”的三大食品发展趋势，在工业化生产中，冷冻加工能减缓食品劣变及病原体微生物的生长，降低绝大多数生化反应速度，在各种食品加工手段中具有高度的安全性。从肉的温度处理状况来看，其工艺过程可分为冷却、冻结、冷藏、解冻4个环节。

将肉进行快速、深度冷冻，使肉中大部分水冻结成冰，这种肉称为冷冻肉。肉的冻结温度通常为-18℃～-20℃ ，在这样的低温下水分结冰，有效地抑制了微生物的生长繁殖和肉中的各种化学反应，使肉更耐储藏，其储藏期为冷却肉的5倍～50倍[1]。但肉内水分在冻结过程中体积会增加9%，使细胞壁冻裂，在解冻时细胞中的汁液会渗漏出来，造成营养随汁液渗出而流失，风味和营养下降。

家庭中，通常都会在冰箱内储备冻肉，方便随时取用。冻肉在取出后，需要先经过解冻才能切开。但是，大多数家庭都是在需要切肉前，先将冻肉取出，然后经过自然化冻后才切肉。而自然化冻需要很长时间，较为不方便，家庭中也经常将热水直接浇在冻肉上[2]，但是，该种解冻的方式效率较低，通常只能够使冻肉外层化冻，内部还是冻结在一起的，且需要耗费过多的热水，因此，家庭中需要一种能够快速将冻肉解冻的装置。

二、冻肉快速解冻装置工作原理

如果在冻结与冷藏中冰晶对细胞组织和蛋白质的破坏很小，那么在合理的解冻方式下，部分融化的水可能重新渗入到细胞内，在蛋白质颗粒周围重新形成水化层，使汁液流失减少，可以保持较好的营养和原有的风味。

解冻的一般要求有：（1 ）均匀解冻，以半解冻状态为好；（2 ）尽量减少解冻时的汁液流失率；（3 ）抑制细菌的繁殖生长；（ 4 ）解冻介质的温度不宜超过20℃；（5 ）解冻速度尽可能地快，尽量缩短食品在较高温度下停留的时间。

为了保持冻肉较好的营养和原有的风味，人们先后研究了多种解冻方式[3-6]，例如空气解冻、水解冻、电解冻、超声波解冻、远红外线辐射解冻等方式。

本文基于低温微风空气解冻原理，采用高湿低温节能型解冻技术，开发了由可编程序控制器PLC自动控制解冻温度和湿度的家用冻肉快速解冻装置。

家用冻肉快速解冻装置外部结构如图1所示，包括解冻箱、定时器、PLC编程控制器、蒸汽罐、输气管和风机。

图1 冻肉解冻装置的整体结构图

解冻箱1用于冻肉的放置和快速解冻用的各种传感器、控制器、辅助装置的安放。

在解冻箱外侧安装有定时器2和PLC编程控制器3，定时器2 能够方便人们定时，从而确定冻肉化冻的时间；PLC 编程控制器通过数据导线分别电连接所有的定时器、电磁阀、风机、加热丝和红外传感器，能够控制整个装置的运行。

蒸汽罐4固定于解冻箱的顶端，内部储存有用于解冻的湿蒸汽；蒸汽罐的出气口连接两个输气管5，将湿蒸汽引入到解冻箱内部实现高湿解冻功能。

解冻箱外壁顶端的一侧固定有风机6，通过解冻箱内部顶端设置的进风室，向解冻箱送入空气，空气经过加热丝变成热空气，该空气吹向冻肉的同时，保持解冻箱处于15℃左右的低温环境，实现低温解冻功能。

三、冻肉快速解冻装置结构特点

冻肉快速解冻装置内部结构如图2 所示，除了图1中的装置外，包括进风室7、加热丝8、导风板9、导风槽10、红外传感器11、喷气管12、喷气嘴13、过滤网14和集污箱15。

图2 冻肉解冻装置的内部结构图

本冻肉自动解冻装置的工作过程和特点是：

1.蒸汽罐4 内的蒸汽通过两个输气管5，分别输送到解冻箱1 两侧的喷气管12中；喷气管12 固定在解冻箱两侧的外壁上且其内侧安装有喷气嘴13，通过喷气嘴13向冻肉喷出蒸汽，对冻肉高湿解冻。

2.解冻箱外壁顶端固定有风机6，其产生的风进入进风室7中，进风室7的底端固定有导风板9，其上开设有若干个导风槽10，导风板9的上方还固定有加热丝8。当风机6引进的风经过加热丝8 时，能够使风变成热风，然后使热风通过导风槽10 导向冻肉时，能够加快冻肉化冻的效率；导风槽10 和喷气嘴13 内均安装有电磁阀，其外部安装有红外传感器11，用于检测出冻肉的位置，并将该信息传送给PLC 编程控制器3。

3.解冻箱内还固定有过滤网14，便于将冻肉放在过滤网14 上，过滤网14 固定在所有喷气嘴13 的下方。当冻肉化冻时，流出的血水能够通过过滤网14 流到下方的集污箱15 中。

4.解冻箱1前连接有箱门，且其侧壁上开设有若干个出风口，便于热气排出从而保证解冻箱温度不会过高。

四、结论

本文基于低温微风空气解冻原理，采用高湿低温节能型解冻技术，开发了由可编程序控制器PLC自动控制解冻温度和湿度，在肉汁液流失最低的情况下将冻肉快速解冻的装置并申请了实用新型专利。

本实用新型装置所达到的效果是：通过设置蒸汽罐，并通过输气管将蒸汽罐与喷气管相连接，然后在喷气嘴上安装电磁阀和红外传感器，当红外传感器检测到冻肉的位置时，将该信息传送给PLC 编程控制器，然后PLC 编程控制器控制能够检测到冻肉的红外传感器所在的喷气嘴上的电磁阀打开，使喷气嘴向冻肉喷出蒸汽，实现高湿解冻功能。同时，设置了风机强迫送风系统和加热丝，在导风槽内设置电磁阀和红外传感器，通过风机吹风，加热丝加热，能够向冻肉吹出热风，促进冻肉解冻，实现了低温解冻功能。