一种降低水过冷度的方法技术

本发明专利技术涉及制冰技术领域，涉及一种降低制冰过程中水过冷度的方法，所述方法包括在水中加入纳米壳聚糖。所述水可为自来水、纯水、矿泉水、海水中的一种或多种。

A method to reduce water subcooling

The invention relates to the technical field of ice making, and relates to a method for reducing the supercooling degree of water in the ice making process. The method includes adding nano chitosan into the water. The water can be one or more of tap water, pure water, mineral water and sea water.

【技术实现步骤摘要】
一种降低水过冷度的方法
本专利技术涉及制冰
，涉及一种降低制冰过程中水过冷度的方法。
技术介绍
流化冰具有冰晶细小、颗粒圆润和获取方便等优点，用于水产品快速降温，并不刺破水产品表皮，可有效提高水产品品质、延长货架期，在冷链物流中存在广阔的应用前景。但由于实际制冰过程中存在的过冷现象，需要将实际制冰温度降低到理论温度以下才能开始结冰，一般溶液存在5.0～6.0℃的过冷度，而海水的过冷度则更高，导致制冰机需要极低的蒸发温度在进行工作，使得能耗加大，阻碍了流化冰的应用前景。在水中添加适量的成核剂是降低过冷度的有效方法。微粒作为成核剂使用需要满足一定的条件，即微粒与基体溶液之间存在较好的润湿效果。现研究报道的金属纳米粒子、氧化物纳米粒子、碳(硅)化物纳米粒子、硫化物纳米粒子和复合纳米粒子等，具有纳米级的微小尺寸(100nm以下)及极强的亲水性，并有小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应等特性，作为成核剂应用于空调蓄冷以及食品工业等领域。目前研究较多的是金属纳米粒子Cu、Al以及CuO、Al2O3和TiO2等氧化纳米粒子，上述纳米粒子可作为成核剂应用于制冰过程中，减少水过冷度，但因其金属对人体的危害，无法应用于食品保鲜上。因此，有必要寻找一种对人体无害的纳米颗粒作为成核剂来提高制冰效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对流化冰制取过程因过冷现象的存在导致制冰机能耗增大的技术问题，提供一种降低水过冷度的方法，通过在水中加入纳米壳聚糖，有效降低水过冷度。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种降低水过冷度的方法，所述方法包括在水中加入纳米壳聚糖。所述水可为自来水、纯水、矿泉水、海水中的一种或多种。作为优选，所述纳米壳聚糖的粒径为50-400nm。进一步优选，所述纳米壳聚糖的粒径为300-400nm。作为优选，所述纳米壳聚糖在水中的质量分数为0.05-0.11％。进一步优选，所述纳米壳聚糖在水中的质量分数为0.09-0.11％。作为优选，所述纳米壳聚糖的相对分子量为50000-200000。本专利技术中，在水中添加纳米级壳聚糖作为成核剂，可有效消除水制冰过程中的过冷度，从而缩短成冰时间、提高制冰机制冰效率、降低制冰机能量消耗。纳米级壳聚糖对人体安全无害，由纳米级壳聚糖作为成核剂形成的流化冰可用于食品保鲜。附图说明图1为本专利技术一个实例中流化冰制取实验台示意图；图2为水降温理论曲线；图3为添加不同粒径纳米壳聚糖的纯水降温曲线；图4为添加不同粒径纳米壳聚糖的纯水过冷度对比；图5为不同粒径纳米壳聚糖作用下纯水出现白浊时间对比；图6为添加不同浓度纳米壳聚糖的纯水降温曲线；图7为添加不同浓度纳米壳聚糖的纯水过冷度对比；图8为不同浓度纳米壳聚糖作用下纯水出现白浊时间对比；图9为添加不同粒径纳米壳聚糖的海水降温曲线；图10为添加不同粒径纳米壳聚糖的海水过冷度对比；图11为不同粒径纳米壳聚糖作用下海水出现白浊时间对比；图12为添加不同浓度纳米壳聚糖的海水降温曲线；图13为添加不同浓度纳米壳聚糖的海水过冷度对比；图14为不同浓度纳米壳聚糖作用下海水出现白浊时间对比。图2中，1、膨胀阀，2、干燥器试管，3、贮液器，4、冷凝器，5、压缩机，6、制冰容器，7、底座，8、测温探头，9、数据采集仪，10、计算机，11、搅拌器，12、低温恒温水浴箱。具体实施方式下面通过具体实施例以及附图对本专利技术的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本专利技术的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。本专利技术中术语“流化冰”指一种含有悬浮冰晶颗粒的固液两相溶液，其中冰晶颗粒微小，直径不超过1mm，流动性强，可利用泵输送。本专利技术中术语“水过冷度”指水实际结冰温度与理论结冰温度的差值。水，包括自来水、纯水、矿泉水或海水，降温至生成冰晶理论上均可分为4个阶段，如图1所示：1)显热蓄热阶段，初始温度为T0的水溶液(凝固温度为Tm)在环境温度为Ts的条件下持续降温，首先水溶液放出显热温度降低，温度已低于凝固点，但水溶液仍为液态；2)冰晶形成阶段，当水溶液温度降至Tn(曲线上的b点)时出现晶核，此时Tn称之为水溶液的成核温度，随着温度的不断降低晶核处生成不断形成冰晶，此过程中所需时间较短，且需要经过释放潜热，因此温度回升至Tm(图中的c点)；3)潜热蓄冷阶段，此过程c点到达曲线中的d点时，水溶液完全结冰，之前是海水与冰的混合溶液，即海水流化冰；4)冰的显热蓄热阶段，该阶段冰晶开始结块变的紧实，冰晶温度逐步降低，直至环境温度Ts。本专利技术实施例中，需要对水过冷度进行测试，因此搭建过冷度测试实验台，测量实验过程中溶液的温度来确定过冷度的变化。如图2所示，过冷度测试实验台包括低温恒温水浴箱13、制冰容器6、数据采集仪9、计算机10和测温探头8等。低温恒温水浴箱13可在-40.0～35.0℃之间无极调节，低温恒温水浴箱中的溶液为乙醇。制冰容器6根据成核剂的不同选取玻璃烧杯或者玻璃试管。测温探头8选取T型热电偶，测量范围-200～350℃，实验过程中将测温探头8放置于制冰容器6的中央位置和低温恒温水浴箱13中，分别监测制冰溶液和蓄冷溶液的温度变化。数据采集仪9可采用安捷伦34970A，并连接计算机，时间间隔设定为5s，连续记录温度数据直至溶液成功结晶。此外，进行过冷度测试实验，需重复实验剔除波动较大的组别，保证结论的稳定性。一、测试纳米壳聚糖对纯水过冷度的影响所述纯水是不含杂质的H2O，由反渗透纯水机获得；所述纳米级壳聚糖由上海舜纳生物科技有限公司提供。1、不同粒径纳米壳聚糖对纯水过冷度的影响选取平均粒径为50nm、150nm、250nm、400nm的纳米级壳聚糖分别和纯水进行混合，经过搅拌与震荡配为纳米壳聚糖质量分数为0.05％混合溶液，通过移液器将8.0ml的混合溶液转移到玻璃试管中，20.0℃无菌环境下静置2.0h，保证试管内的气泡消散。以20.0℃为初始温度，在水浴温度-12℃下，通过过冷度测试实验台获得不同粒径纳米壳聚糖的纯水降温曲线，如图3所示，纯水的最大过冷温度为-7.5℃，起始结晶温度为-0.6℃，其过冷度为6.9℃，出现白浊时间90s；添加粒径为50nm的纳米级壳聚糖的最大过冷温度为-5.9℃、起始结晶温度为-1.5℃、出现白浊时间105.0s；添加粒径为150nm的纳米级壳聚糖的最大过冷温度为-4.1℃、起始结晶温度为-1.8℃、出现白浊时间为95.0s；添加粒径为250nm的纳米级壳聚糖在最大过冷温度为-3.5℃、起始结晶温度为-1.4℃、出现白浊时间75.0s；添加粒径为400nm的纳米级壳聚糖的过冷度消除。过冷度对比与出现白浊时间对比，如图4和5所示，相比于无纳米壳聚糖的纯水，平均粒径为50nm、150nm、250nm、400m的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低水过冷度的方法，其特征在于，所述方法包括在水中加入纳米壳聚糖。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低水过冷度的方法，其特征在于，所述方法包括在水中加入纳米壳聚糖。


2.根据权利要求1所述的降低水过冷度的方法，其特征在于，所述水为自来水、纯水、矿泉水、海水中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的降低水过冷度的方法，其特征在于，所述纳米壳聚糖的粒径为50-400nm。


4.根据权利要求1或3所述的降低水过冷度的方法，其特征在于，所述纳米壳聚糖的粒径...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈思佳，赵文琪，韩志，马庆文，高军凯，陈妍，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33