一种无氧气调水、无氧气调冰的制备方法及制备系统

技术领域

本发明属于无氧气调水制备技术领域，特别是涉及一种无氧气调水、无氧气调冰的制备方法及制备系统。

背景技术

“无氧气调冰”是一种氧气含量极低（近乎为0），其融化后形成的“无氧气调冰”水混合物可有效覆盖海产品，形成类似隔绝氧气的真空包装结构，能够有效抑制细菌繁殖并降低生物酶活性，达到延缓腐败活动的目的。

“无氧气调冰”制作的关键基础技术是“无氧气调水”，其后进行快速冷冻根据需要制成冰块、碎冰或者冰沙。目前常用的水中除氧方法可分为物理和化学两大类。化学法主要是通过向锅炉中投加某种除氧剂，使之与水中的溶解氧反应，从而达到除氧目的，常用的除氧剂主要有亚硫酸钠、联胺、铁、树脂和氢气等。在现实生活中，化学法经常被应用到油田开发与锅炉热水行业中，相对比较成熟，但由于在水中添加新的外来物质，因此所得之无氧水无法直接应用于食品行业，必须经过一系列复杂处理方可利用，但这在无形之中增加了成本。

与化学法相对，物理法则是利用了氧气的物理性质将其从水中脱离出来。气体的溶解率与其液面上混合气体中的分压力成正比。当总压力恒定时，升高水温，水蒸气压力增大，氧气的分压减下。当达到水的沸点100℃时，液面上氧气分压基本为零，水中的溶解氧含量量也基本接近于零。综上，传统的物理除氧设备大部分需要真空高温环境，因此对应的装备存在着体积庞大，投资金额/运行成本高，维护风险大的缺点。

因此，有必要提供一种新的无氧气调水、无氧气调冰的制备方法及制备系统来解决上述问题。

发明内容

本发明的主要目的之一在于提供一种无氧气调水的制备方法，利用氮气微纳米气泡快速置换水中氧气从而实现常温常压下去除水中氧气的目的，制备的其制备的无氧气调水能够长时间保持抑菌、保鲜效果。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种无氧气调水的制备方法，其包括在水中通入纯氮气的微纳米级气泡，微米级气泡与水中的氧气分子发生碰撞，将氧气分子吸收融入内部，随着氧气分子吸收数量的增多微米级气泡发生膨胀浮出水面脱离水体，降低水中溶解氧浓度；同时，纳米级气泡均匀分散在水体中，与空气里融入水中的氧气分子发生碰撞、吸收、膨胀、上浮以及爆裂，将氧气分子带出水体；将氧气分子带出水体后的水即为无氧气调水。

进一步的，所述纯氮气的纯度大于或等于99.99%。

进一步的，所述微米级气泡的直径为0.3~3um。

本发明的另一目的在于提供一种无氧气调冰的制备方法，其包括在水中通入纯氮气的微纳米级气泡，微米级气泡与水中的氧气分子发生碰撞，将氧气分子吸收融入内部，随着氧气分子吸收数量的增多微米级气泡发生膨胀浮出水面脱离水体，降低水中溶解氧浓度；同时，纳米级气泡均匀分散在水体中，与空气里融入水中的氧气分子发生碰撞、吸收、膨胀、上浮以及爆裂，将氧气分子带出水体；将氧气分子带出水体后的水即为无氧气调水，将无氧气调水进行冷冻降温制成冰块、碎冰或冰沙即为无氧气调冰。

本发明的另一目的在于提供一种无氧气调水的制备系统，其包括储水箱、产生微纳米气泡并通入所述储水箱内的气泡发生装置、将所述储水箱中的水在所述储水箱与所述气泡发生装置之间进行循环的循环泵、往所述气泡发生装置中通入纯氮气的氮气发生装置，所述储水箱上设置有供氧气排出的排气口。

进一步的，所述储水箱上设置有一无氧气调水排出管、内部设置有一含氧量检测装置，所述制备系统还包括一控制所述无氧气调水排出管导通或关闭的控制模块；所述含氧量检测装置与所述控制模块电路连通。

进一步的，所述无氧气调水排出管的一端连通一冷冻模块，通过所述冷冻模块可制成无氧气调冰。

进一步的，所述储水箱上设置有一补水管，所述补水管上设置有电磁阀，所述电磁阀与所述控制模块电路连通实现管路导通的自动控制。

进一步的，所述储水箱内设置有一液位传感器，所述液位传感器与所述控制模块电路连通。

进一步的，所述氮气发生装置包括氮氧分离器、往所述氮氧分离器内通入压缩空气的空气压缩机。

与现有技术相比，本发明一种无氧气调水、无氧气调冰的制备方法及制备系统的有益效果在于：在无机材质本体表面进行了表面处理形成一个纳米级的硅氧化合物涂层，利用纳米级的硅氧化合物涂层使得无机质物体结构表面具有亲水性，能够把水分抓住，然后把油质和污渍隔开，从而使得无机质物体结构易于清洗。

【附图说明】

图1为按照气泡直径大小对气泡进行分类的分类图；

图2为微纳米气泡在水中长期停留的原理示意图；

图3为微纳米气泡的气液界面示意图；

图4为本发明实施例纯氮气微纳米气泡降低溶解氧浓度原理的示意图；

图5为利用本发明实施例技术制备无氧气调水过程中水体含氧量的变化取线图；

图6为本发明实施例制备的无氧气调水与蒸馏水的抑菌效果对比图；

图7为本发明实施例无氧气调水制备系统的原理结构示意图。

图中数字表示：

100无氧气调水制备系统；

1储水箱；2气泡发生装置；3循环泵；4氮气发生装置，41氮氧分离器，42空气压缩机；5排气口；6无氧气调水排出管；7补水管；8控制模块；9冷冻模块。

【具体实施方式】

实施例：

请参照图4，本实施例为无氧气调水的制备，其包括：在水中通入纯氮气的微纳米级气泡，微米级气泡与水中的氧气分子发生碰撞，将氧气分子吸收融入内部，随着氧气分子吸收数量的增多微米级气泡发生膨胀浮出水面脱离水体，达到降低水中溶解氧浓度的目的；同时，纳米级气泡均匀分散在水体中，与空气里融入水中的氧气分子发生碰撞、吸收、膨胀、上浮以及爆裂，将氧气分子带出水体；将氧气分子带出水体后的水即为无氧气调水。

微纳米气泡是国际最前沿的物理科技之一。微纳米气泡是指气泡发生时直径在数十微米到数百纳米之间的气泡，这种气泡是介于微米气泡和纳米气泡之间，具有常规气泡所不具备的物理与化学特性。对于气泡按照直径大小进行分类如图1所示。

普通气泡（毫米级、亚毫米级）浮力大，会快速竖直上升至水面脱离破裂。而微纳米气泡因为尺寸非常小，所以浮力小，上升速度缓慢（3mm/分），可在水中做长期停留做布朗运动而不逸出，这样可有效增加微纳米气泡与液体中各种成分（包括气体分子）发生碰撞的机会和概率。通常情况下，微米级气泡可在水里停留5-500小时，而纳米级则可停留数年至数十年之久。微纳米气泡在水中长期停留的原理示意图如图2所示。

同时，微纳米气泡表面电荷会形成双电层，其电势差用ζ电位表示。气泡的体积越小则界面处产生的ζ电位越高。微纳米气泡表面带负电荷，内部带正电荷，因此同极性的微纳米气泡之间互相排斥，不发生互相粘连合并的现象。通过气液界面，微纳米气泡内部的气体分子会同外界的气体分子发生交换。微纳米气泡的气液界面示意图如图3所示。

本实施例利用上述微纳米气泡的两大特性，在水中生成纯氮气（99.99%）的微米级气泡和纳米级气泡，其中微米级气泡因为表面积较大，与氧气分子发生碰撞后，将其吸收融入内部。随着吸收氧气分子的增加，微米级气泡发生膨胀浮出水面脱离水体，从而达到降低水中溶解氧浓度的目的。同时，体积更小的纳米级气泡均匀分散在水体中，与从空气里溶入水中的氧气分子发生碰撞、吸收、膨胀、上浮、爆裂，将氧气分子带出水体。换而言之，含有氮气的微米级气泡可在短时间内吸收水中的氧气，随后上浮爆裂带出水体；而纳米级气泡则起着防止空气中氧气重新融入水体的作用。纯氮气微纳米气泡降低溶解氧浓度原理的示意图如图4所示。

本实施例利用纯氮气微纳米气泡技术可在35分钟内将水中的含氧量由8.25mg/L降低至0.00mg/L，而水中含氮量则由15.61mg/L升至20.01mg/L，其测试结果如图5所示，利用“无氧气调水”即可在冷冻条件下制成渔业保鲜所需之“无氧气调冰”。

本实施例还提供了一种无氧气调冰的制备方法，其包括：在水中通入纯氮气的微米级气泡和纳米级气泡，微米级气泡与水中的氧气分子发生碰撞，将氧气分子吸收融入内部，随着氧气分子吸收数量的增多微米级气泡发生膨胀浮出水面脱离水体，达到降低水中溶解氧浓度的目的；同时，纳米级气泡均匀分散在水体中，与空气里融入水中的氧气分子发生碰撞、吸收、膨胀、上浮以及爆裂，将氧气分子带出水体；将氧气分子带出水体后的水即为无氧气调水，将无氧气调水进行冷冻降温制成冰块、碎冰或冰沙即为无氧气调冰。

如上所述，“无氧气调水”已不是普通的水，它可以人为地形成局部无氧空间。在这种环境下，细菌无法获取氧气来维持生命活动，因此会出现死亡现象。为了验证本实施例所制备的无氧气调水的抑菌效果，本实施例通过抑菌圈法，对其抑菌效果进行了检测，其结果如图6所示，从图6中可以清晰地观察到实验组无氧气调水附近抑菌圈的出现，而对照组蒸馏水则无此现象。

同时，为了定量把握“无氧气调水”的抗菌能力，本实施例将其与臭氧水和生理盐水进行了对比，其对比结果如表1所示，从表1中可以看出“无氧气调水”具有优于臭氧水的抗菌能力；臭氧通常会氧化海产品中的脂肪与蛋白质等有机成分，而“无氧气调水”可有效防止氧化，可以达到更好的保鲜效果。

表1 “无氧气调水”抗菌能力对照表

“无氧气调水”制成“无氧气调冰”之后直接覆盖海产品，可以迅速将海产品表面与内部温度降至-5至0℃；随后“无氧气调冰”融化为液体，迅速包裹在海产品表面，以达到隔绝空气的目的。同时体积异常细小的氮气纳米级气泡会逐渐渗透进入海产品内部，通过吸收内部的氧分子从而减少氧含量，进而，通过“无氧气调冰”可以一箭双雕地达到迅速降温与除去海产品体内外氧分子的目的，从而产生保鲜效果。

本实施例将制备的无氧气调冰，并将其应用于海鲜产品保鲜，取得了较好的实验效果，采用本实施例制备的无氧气调冰保存的海产品即使经过5天仍可保持K值为10%以下的鲜鱼状态，符合鲜鱼标准。具体实验结果如表2所示。

表2 无氧气调冰保存鱼类的K值变化

请参照图7，本实施例还提供了一种制备无氧气调水的制备系统100，其包括储水箱1、产生微纳米气泡并通入储水箱1内的气泡发生装置2、将储水箱1中的水在气泡发生装置2之间进行循环的循环泵3、往气泡发生装置2中通入纯氮气的氮气发生装置4，储水箱1上设置有供氧气排出的排气口5。

储水箱1上还设置有一无氧气调水排出管6、补水管7，本实施例一种制备无氧气调水的制备系统100还包括一控制无氧气调水排出管6、补水管7导通或关闭的控制模块8。

具体的，无氧气调水排出管6与补水管7上均可设置电磁阀，通过控制模块8控制电磁阀的开启或关闭从而实现对无氧气调水排出管6和补水管7的导通控制。储水箱1内设置有一含氧量检测装置（图中未标示），所述含氧量检测装置与控制模块8电路连通。当储水箱1内的含氧量为零时，控制模块8控制无氧气调水排出管6导通，实现无氧气调水的输出。

储水箱1内还设置有液位传感器（图中未标示），所述液位传感器与控制模块8电路连通，当所述液位传感器检测到储水箱1内的液位低于设定液位值时，控制模块8控制补水管7打开，进行自动补水。

无氧气调水排出管6的一端连通一冷冻模块9，通过冷冻模块9可制成无氧气调冰。

氮气发生装置4包括氮氧分离器41、往氮氧分离器41内通入压缩空气的空气压缩机42。

本实施例一种制备无氧气调水的制备系统100的工作原理为：压缩空气通过空气压缩机42产生然后通入到氮氧分离器41内，多余的氧气被排出，分离出来的高纯度氮气被通入气泡发生器2内，然后进如储水箱1内，使得储水箱1内的水中新增无数的高纯度氮气微纳米气泡，在储水箱1内，微米级的氮气气泡与水体中的氧气分子发生碰撞、吸收、膨胀、上浮，然后将氧气带离水面，有效的降低水体中溶解氧浓度，通过排气口5排出；同时纳米级的氮气气泡与空气中融入水体中的氧气分子碰撞、吸收、膨胀、上浮、爆裂，将氧气带离水面，有效的抑制空气中的氧气分子进入水体中，并降低空气中的氧气分子进入水体中的含量；通过循环泵3将储水箱1中的水在储水箱1与气泡发生器2之间进行不断的循环，从而逐步的降低水体中的溶解氧浓度，最终得到无氧气调水；然后通过无氧气调水排出管6进入冷冻模块9，形成无氧气调冰。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。