家用凍肉快速解凍裝置的研發

劉睿旸 北京交通大學附屬中學高三三班

一、前言

冷凍食品符合“綠色”、“方便”、“保健”的三大食品發展趨勢，在工業化生產中，冷凍加工能減緩食品劣變及病原體微生物的生長，降低絕大多數生化反應速度，在各種食品加工手段中具有高度的安全性。從肉的溫度處理狀況來看，其工藝過程可分為冷卻、凍結、冷藏、解凍4個環節。

將肉進行快速、深度冷凍，使肉中大部分水凍結成冰，這種肉稱為冷凍肉。肉的凍結溫度通常為-18℃～-20℃ ，在這樣的低溫下水分結冰，有效地抑制了微生物的生長繁殖和肉中的各種化學反應，使肉更耐儲藏，其儲藏期為冷卻肉的5倍～50倍[1]。但肉內水分在凍結過程中體積會增加9%，使細胞壁凍裂，在解凍時細胞中的汁液會滲漏出來，造成營養隨汁液滲出而流失，風味和營養下降。

家庭中，通常都會在冰箱內儲備凍肉，方便隨時取用。凍肉在取出后，需要先經過解凍才能切開。但是，大多數家庭都是在需要切肉前，先將凍肉取出，然后經過自然化凍后才切肉。而自然化凍需要很長時間，較為不方便，家庭中也經常將熱水直接澆在凍肉上[2]，但是，該種解凍的方式效率較低，通常只能夠使凍肉外層化凍，內部還是凍結在一起的，且需要耗費過多的熱水，因此，家庭中需要一種能夠快速將凍肉解凍的裝置。

二、凍肉快速解凍裝置工作原理

如果在凍結與冷藏中冰晶對細胞組織和蛋白質的破壞很小，那么在合理的解凍方式下，部分融化的水可能重新滲入到細胞內，在蛋白質顆粒周圍重新形成水化層，使汁液流失減少，可以保持較好的營養和原有的風味。

解凍的一般要求有：（1 ）均勻解凍，以半解凍狀態為好；（2 ）盡量減少解凍時的汁液流失率；（3 ）抑制細菌的繁殖生長；（ 4 ）解凍介質的溫度不宜超過20℃；（5 ）解凍速度盡可能地快，盡量縮短食品在較高溫度下停留的時間。

為了保持凍肉較好的營養和原有的風味，人們先后研究了多種解凍方式[3-6]，例如空氣解凍、水解凍、電解凍、超聲波解凍、遠紅外線輻射解凍等方式。

本文基于低溫微風空氣解凍原理，采用高濕低溫節能型解凍技術，開發了由可編程序控制器PLC自動控制解凍溫度和濕度的家用凍肉快速解凍裝置。

家用凍肉快速解凍裝置外部結構如圖1所示，包括解凍箱、定時器、PLC編程控制器、蒸汽罐、輸氣管和風機。

圖1 凍肉解凍裝置的整體結構圖

解凍箱1用于凍肉的放置和快速解凍用的各種傳感器、控制器、輔助裝置的安放。

在解凍箱外側安裝有定時器2和PLC編程控制器3，定時器2 能夠方便人們定時，從而確定凍肉化凍的時間；PLC 編程控制器通過數據導線分別電連接所有的定時器、電磁閥、風機、加熱絲和紅外傳感器，能夠控制整個裝置的運行。

蒸汽罐4固定于解凍箱的頂端，內部儲存有用于解凍的濕蒸汽；蒸汽罐的出氣口連接兩個輸氣管5，將濕蒸汽引入到解凍箱內部實現高濕解凍功能。

解凍箱外壁頂端的一側固定有風機6，通過解凍箱內部頂端設置的進風室，向解凍箱送入空氣，空氣經過加熱絲變成熱空氣，該空氣吹向凍肉的同時，保持解凍箱處于15℃左右的低溫環境，實現低溫解凍功能。

三、凍肉快速解凍裝置結構特點

凍肉快速解凍裝置內部結構如圖2 所示，除了圖1中的裝置外，包括進風室7、加熱絲8、導風板9、導風槽10、紅外傳感器11、噴氣管12、噴氣嘴13、過濾網14和集污箱15。

圖2 凍肉解凍裝置的內部結構圖

本凍肉自動解凍裝置的工作過程和特點是：

1.蒸汽罐4 內的蒸汽通過兩個輸氣管5，分別輸送到解凍箱1 兩側的噴氣管12中；噴氣管12 固定在解凍箱兩側的外壁上且其內側安裝有噴氣嘴13，通過噴氣嘴13向凍肉噴出蒸汽，對凍肉高濕解凍。

2.解凍箱外壁頂端固定有風機6，其產生的風進入進風室7中，進風室7的底端固定有導風板9，其上開設有若干個導風槽10，導風板9的上方還固定有加熱絲8。當風機6引進的風經過加熱絲8 時，能夠使風變成熱風，然后使熱風通過導風槽10 導向凍肉時，能夠加快凍肉化凍的效率；導風槽10 和噴氣嘴13 內均安裝有電磁閥，其外部安裝有紅外傳感器11，用于檢測出凍肉的位置，并將該信息傳送給PLC 編程控制器3。

3.解凍箱內還固定有過濾網14，便于將凍肉放在過濾網14 上，過濾網14 固定在所有噴氣嘴13 的下方。當凍肉化凍時，流出的血水能夠通過過濾網14 流到下方的集污箱15 中。

4.解凍箱1前連接有箱門，且其側壁上開設有若干個出風口，便于熱氣排出從而保證解凍箱溫度不會過高。

四、結論

本文基于低溫微風空氣解凍原理，采用高濕低溫節能型解凍技術，開發了由可編程序控制器PLC自動控制解凍溫度和濕度，在肉汁液流失最低的情況下將凍肉快速解凍的裝置并申請了實用新型專利。

本實用新型裝置所達到的效果是：通過設置蒸汽罐，并通過輸氣管將蒸汽罐與噴氣管相連接，然后在噴氣嘴上安裝電磁閥和紅外傳感器，當紅外傳感器檢測到凍肉的位置時，將該信息傳送給PLC 編程控制器，然后PLC 編程控制器控制能夠檢測到凍肉的紅外傳感器所在的噴氣嘴上的電磁閥打開，使噴氣嘴向凍肉噴出蒸汽，實現高濕解凍功能。同時，設置了風機強迫送風系統和加熱絲，在導風槽內設置電磁閥和紅外傳感器，通過風機吹風，加熱絲加熱，能夠向凍肉吹出熱風，促進凍肉解凍，實現了低溫解凍功能。