CN113150749A - 一种食品用铝基发热包热效能提升方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种食品用铝基发热包热效能提升方法及装置，该食品用铝基发热包包括：铝基发热剂、支撑材料和包装层，所述铝基发热剂和所述支撑材料的混合物设置于所述包装层的内部；所述支撑材料为水溶棉，所述包装层为无纺布。本发明提供的食品用铝基发热包能够改善发热包内部微观结构，提升材料放热效能。

Description

一种食品用铝基发热包热效能提升方法及装置
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域，尤其涉及一种食品用铝基发热包热效能提升方法及装置。
背景技术
现有铝基发热包是以铝粉、氧化钙、发热剂载体(如人造沸石、焙烧硅藻土等)为主要原料，辅以少量氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠、氯化钙等成分，通过无重力混合工艺混合均匀、定量称量、无纺布包装、塑料包封等工艺操作获得预包装产品。
已有铝基发热包产品存在的主要问题有：启动时间长，反应不彻底，传热效率差，放热量不足，主要原因是发热剂与水反应产生气体，反应产物凝固，导致发热包在使用过程中膨胀，发热包反应呈现分层现象，部分发热剂未参与反应，降低了反应速度，严重缩短了自热食品的复热时间，造成大量热能浪费，增加相关企业的生产成本，难以满足消费者对自热食品便利性的需求。
发明内容
本发明提供一种食品用铝基发热包热效能提升方法及装置，以改善发热包内部微观结构，提升材料放热效能。
本发明实施例提供一种食品用铝基发热包，包括：铝基发热剂、支撑材料和包装层，所述铝基发热剂和所述支撑材料的混合物设置于所述包装层的内部；所述支撑材料为水溶棉，所述包装层为无纺布。本发明中，水溶棉具有适宜的水溶温度；良好的耐酸、耐碱性能，溶于水后无色、无味，水溶液呈透明状，能够改善发热包内部微观结构，提升材料放热效能，可在较短时间内自然生物降解，具有良好的生态环保性能。
根据本发明实施例提供的食品用铝基发热包，所述支撑材料为絮状水溶棉材料，优选为絮状的水溶性聚乙烯醇纤维。本发明中，水溶棉的原材料为聚乙烯醇纤维(简称PVA纤维)，所使用的上述水溶棉支撑材料可更好的用于食品包装，无毒无害，其遇水溶解过程是一种物理变化，且热稳定性良好，在受热过程中不产生有毒有害固体和气体，反应后产物易降解，对环境无污染，绿色环保。添加该PVA纤维水溶棉的食品发热包，可更好的搭配预制主食或菜肴，组成自热火锅、自热主食、自热菜肴等自热食品。产品携带方便、风味独特、营养丰富、适口性好，适于各种环境和地区的消费者使用。
根据本发明实施例提供的食品用铝基发热包，所述铝基发热剂与所述支撑材料的质量比为5～10:0.5～1。
根据本发明实施例提供的食品用铝基发热包，所述铝基发热剂包括：325目铝粉50～60份；氧化钙30～40份；碳酸钠3～5份；氢氧化钠1～3份；人造沸石粉3～5份。
本发明中，在现有铝基发热包的基础之上，在无纺布包装内的发热剂中进一步添加水溶棉支撑材料，使发热包呈现疏松多孔特点，能够显著提升发热包反应初始阶段激活剂水分的吸入量，使加热包中心部位的发热剂与水接触，发生反应，释放热量，有利于热能释放；进一步的本发明通过改进发热剂，将其与水溶棉在一定比例下相互作用，能够增加加热包中的水分吸入量，水分作为传热介质，能够更好的将热量传递至发热包外，提升发热包的传热效率，同时能够达到减轻加热包质量和降低成本的效果。
本发明实施例还提供一种食品用铝基发热包热效能提升方法，包括：将所述食品用铝基发热包与激活剂进行混合的步骤；所述激活剂与铝基发热剂的质量比为3～6:1，优选为5:1；所述激活剂为水。本发明中，激活剂水分既作为反应剂又作为传热介质，其扩散系数和进入量，对加热包放热、传热具有重要影响；尤其是，本发明增加了发热包反应初始阶段激活剂水分的吸入量，提升水分的扩散系数，目的是提升发热剂和水分反应速度和反应程度，实现食品用铝基发热包热能的快速产生和高效释放，采用上述优选比例效果更好。
本发明实施例还提供一种自热食品盒，包括所述的食品用铝基发热包。
根据本发明实施例提供的一种自热食品盒，包括：
外盒1；
外盒盖2，所述外盒盖2与所述外盒1之间可拆卸连接；
内盒3，所述内盒3设置于所述外盒1中，且与所述外盒1的顶部连接；以及
自加热包4，所述自加热包4设于所述外盒1的底部；
其中，所述内盒3包括内盒壁5、内盒底6和铝箔支撑层7，所述内盒壁5的下部设有内盒蒸汽孔8；所述铝箔支撑层设置于所述内盒壁的***，所述铝箔支撑层与所述内盒壁通过所述内盒底连接，且所述铝箔支撑层的高度低于所述内盒壁，所述内盒壁的顶部设有外凸的盒环9，所述盒环9的宽度大于所述铝箔支撑层与所述内盒壁之间的距离。
本发明中，通过对自热食品盒进行创新设计，使食品用铝基发热包产生的蒸汽经过过滤，直接通入食品中，完成对食品的加热，从而提高热能利用效率，减少发热剂用量，缩短食品复热时间，提升安全性，降低成本。尤其是，通过采用上下内外双层套盒结构，内盒与外盒通过局部蒸汽孔(覆有半透性无纺布过滤膜)连接，使得热蒸汽能够更好的由外盒经过滤进入内盒；尤其是，通过采用上述半透性过滤膜位于内盒侧壁中下位置，能够有效利用蒸汽的穿透性和对流传热特性和凝结放热特性，更有利于食物的快速复热。
根据本发明实施例提供的一种自热食品盒，所述内盒壁的外侧设有无纺布10，且所述无纺布覆盖在所述内盒蒸汽孔上。
根据本发明实施例提供的一种自热食品盒，所述内盒蒸汽孔的数量为2～8个，优选4个，所述内盒蒸汽孔均匀分布在所述内盒壁的四周；所述内盒蒸汽孔与所述内盒底之间的距离为5～10mm。
根据本发明实施例提供的一种自热食品盒，所述外盒盖上设有外盒蒸汽孔11；优选的，所述外盒蒸汽孔11设于所述外盒盖的中心，直径为5～10mm。
本发明采用上述自热食品盒进一步克服了传统食品包装容器多依靠传导传热，传热效率不高的难题。本发明创制的新型食品包装盒主要由上部的外盒盖、中部放置食品的内盒和下部放置自加热包的外盒组成。中部放置食品的内盒侧面下部布满了小孔并被高密度无纺布滤膜覆盖，上部有铝箔支撑层支撑食物。其中高密度无纺布具有良好的透气性与阻水性，可以使下部产生的热蒸汽从孔中更好的进入待加热食品；而上部的铝箔支撑层，可以阻止使用前后食品中的液体向下渗漏，也可以阻止蒸汽中携带的粉尘进入食品，因而整个装置的使用更具安全性。尤其是，采用上述蒸汽孔位于内盒侧壁并覆盖半透性无纺布膜，能够增大蒸汽穿透能力，增加热交换面积，阻止内盒中食物成分渗漏，更有利于提升食品的复热效率和安全性；在上述优选数量距离和直径参数范围共同作用下以上效果更好。
本发明的有益效果至少在于：本发明添加水溶棉支撑层的新型铝基发热包产生的热效能明显大于对照铝基发热包，并且通过剩余物检测实验得出，新型铝基发热包反应程度显著高于对照铝基发热包。同时应用新型包装盒的加热效率明显优于对照包装盒，蒸汽过滤后直接加热食品，具有良好的防尘、减氢、隔绝蒸汽中金属和防止食品使用前后液体渗漏的优良特性。本发明有利于食品用铝基发热包热能的高效释放，可以减少发热剂用量，防止粉尘随蒸汽进入食品可能造成的危害，安全性增强，成本降低，给消费者更好的使用体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的新型包装盒的内盒结构示意图；
图2为本发明实施例提供的新型包装盒的内盒示意图；
图3为本发明实施例提供的新型包装盒加热过程示意图；
图4为本发明提供的对照包装盒的组装示意图；
图5为本发明提供的对照发热包与新型发热包反应结束截面对比图(a对照发热包，b新型发热包)黑灰色部分为未反应的发热剂，灰白色部分为完全反应的发热剂；
图6为本发明提供的对照发热包与新型发热包加热的饮用水中心温度变化图；
图7为本发明提供的对照食品包装盒与新型食品包装盒加热的纯净水中心温度变化图；
图8为本发明提供的自加热包与食品包装盒配套使用食品中心温度变化比较；
附图标记：
1：外盒；2：外盒盖；3：内盒；4：自加热包；5：内盒壁；
6：内盒底；7：铝箔支撑层；8：内盒蒸汽孔；9：盒环；
10：无纺布；11：外盒蒸汽孔；12：水蒸气；13食物；
14：激活剂。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
本发明以下实施例中，优质水溶棉材料为购自上海勤丹实业有限公司的水溶性聚乙烯醇纤维。(自)发热剂配方为：325目铝粉55份；氧化钙35份；碳酸钠5份；水溶棉材料3份；氢氧化钠1份；人造沸石粉1份。无纺布为购自江西昊瑞工业材料有限公司的100～200g/m2双层无纺布。
实施例1(新型发热包)
本实施例提供一种食品用铝基发热包，包括：1g絮状水溶棉材料与40g自发热剂的混合物，对上述混合物进行密封的无纺布。该自发热包的制备包括以下步骤：将优质水溶棉材料用开棉机加工成絮状水溶棉材料，选取1g絮状水溶棉材料与40g自发热剂混合均匀，并使用无纺布进行密封。
对比例1(对照发热包)
与实施例1相同，区别在于：不加絮状水溶棉材料，将45g自发热剂用无纺布进行密封(自加热包大小、规格均与实施例1相同)。
实施例2(新型包装盒)
如图1-图3所示，本实施例提供一种自加热包装盒：包括：外盒1；外盒盖2，所述外盒盖2与所述外盒1之间可拆卸连接；内盒3，所述内盒3设置于所述外盒1中，且与所述外盒1的顶部连接；以及自加热包4，所述自加热包4设于所述外盒1的底部；其中，所述内盒3包括内盒壁5、内盒底6和铝箔支撑层7，所述内盒壁5的下部设有内盒蒸汽孔8；所述铝箔支撑层设置于所述内盒壁的***，所述铝箔支撑层与所述内盒壁通过所述内盒底连接，且所述铝箔支撑层的高度低于所述内盒壁，所述内盒壁的顶部设有外凸的盒环9，所述盒环9的宽度大于所述铝箔支撑层与所述内盒壁之间的距离。所述内盒壁的外侧设有无纺布10，且所述无纺布覆盖在所述内盒蒸汽孔上。所述内盒蒸汽孔的数量为4个，所述内盒蒸汽孔均匀分布在所述内盒壁的四周；所述内盒蒸汽孔与所述内盒底之间的距离为5mm。所述外盒盖上设有外盒蒸汽孔11；所述外盒蒸汽孔11设于所述外盒盖的中心，直径为10mm。本实施例根据加速传热原理设计的新型包装盒，外盒用于盛放发热包，作为发热包产热容器、外盒盖一定程度上改变蒸汽的溢出的方向和强度、内盒用于盛放食材或食物，与外盒分离，在盒壁上进行特殊处理，可以过滤水蒸汽12，又具有一定阻水作用，强化传热效率，促进食品加热处理。
对比例2(对照包装盒)
本对比例为日常可见的自热食品加热盒，包括外盒(用于盛放发热包，作为发热包产热容器)、内盒(用于盛放食材或食物，与外盒分离)、外盒盖，如图4所示。
实验例1
1)食品用铝基发热包的热效能提升实验：将新型发热包(实施例1)和对照发热包(对比例1)分别放入自热食品加热盒(用于发热包和水反应产热的容器)中，在盒中分别加入发热剂5倍质量的超纯水。向食品托盒(用于盛放食物13)中加入300mL纯净水，并用热电偶分别测量托盒中水的中心温度变化。监测20min后拔出热电偶结束测量并将吸干水分的发热包从几何中心位置横切，观察截面反应情况、测量剩余物情况。
2)食品包装盒热效能提升实验：将新型发热包和对照发热包分别放入对照食品包装盒(对比例2)和新型食品包装盒(实施例2)中，在自加热包盒中分别加入5倍质量的激活剂14(超纯水)。向盛装食品的托盒里加入300mL纯净水，并用热电偶分别测量托盒里水的中心温度变化。发热包使用20min后取出热电偶结束测量。
3)新型发热包与新型食品包装盒组合热效能提升实验：将添加水溶棉支撑层的铝基发热包放入新型食品包装盒中，加入铝基发热剂5倍质量的超纯水。向盛装食品的托盒里加入300mL纯净水，并用热电偶分别测量托盒里水的中心温度变化。发热包使用20min后拔出热电偶结束测量。
以下为通过上述实验方法测得的自加热包和包装盒的对比结果。
(1)两种自加热包的使用后剩余物比较
根据图5可以看出相比于未添加水溶棉支撑层的对照发热包，新型发热包中的发热剂反应程度大，未参加反应的发热剂较少，分别称取每层剩余物样品1g，加入浓度为10％的NaOH溶液，将反应生成的气体收集测量，结果如表1所示。上述结果证明两种发热包在使用过后均有分层现象出现，但新型发热包中间层完全反应区域更大，且其他两层反应程度也较对照发热包更高。
表1两种发热包使用后各层剩余物产氢情况
Figure BDA0002940941020000081
(2)新型食品用铝基发热包的热效能提升实验结果
由图6可以看出，新型发热包加热效能明显大于对照发热包，使用过程中0-7分钟两种发热包放热效果大致相同，但从7min开始，使用新型发热包加热的纯净水，其温度升温速率更快，能够达到较高的温度。结果表明新型发热包与对照发热包相比，整个使用过程所释放的总热量更多。
(3)食品包装盒热效能提升实验结果：
由图7可以看出，新型食品包装盒热效率与热效能明显高于对照食品包装盒，食品受热开始升温所需的时间更短，且可以更快的将纯净水提升至更高的温度，从而减少食品复热时间。同时新型食品包装盒有着较好的防尘阻隔作用，具有极佳的使用安全性。
(4)新型发热包与新型食品包装盒组合热效能提升实验结果：
由图8可以看出，新型发热包与新型自热食品包装盒组合使用后效果具有优于单独使用新型包装盒与新型发热包的放热效能，可以在减少所使用的发热剂的量的情况下，加热相同质量或体积的食品达到并高于使用对照发热包和对照自热食品包装盒的效果，从而有效的降低了成本，提高了自加热包使用过程的安全性以及食品的食用安全性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种食品用铝基发热包，其特征在于，包括：铝基发热剂、支撑材料和包装层，所述铝基发热剂和所述支撑材料的混合物设置于所述包装层的内部；所述支撑材料为水溶棉，所述包装层为无纺布。
2.根据权利要求1所述的食品用铝基发热包，其特征在于，所述支撑材料为絮状水溶棉材料，优选为絮状的水溶性聚乙烯醇纤维。
3.根据权利要求2所述的食品用铝基发热包，其特征在于，所述铝基发热剂与所述支撑材料的质量比为5～10:0.5～1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的食品用铝基发热包，其特征在于，所述铝基发热剂包括：325目铝粉50～60份；氧化钙30～40份；碳酸钠3～5份；氢氧化钠1～3份；人造沸石粉3～5份。
5.一种食品用铝基发热包热效能提升方法，其特征在于，包括将权利要求1-4任一项所述食品用铝基发热包与激活剂进行混合的步骤；所述激活剂与铝基发热剂的质量比为3～6:1，优选为5:1；所述激活剂为水。
6.一种自热食品盒，其特征在于，包括权利要求1～4任一项所述的食品用铝基发热包。
7.根据权利要求6所述的自热食品盒，其特征在于，包括：
外盒；
外盒盖，所述外盒盖与所述外盒之间可拆卸连接；
内盒，所述内盒设置于所述外盒中，且与所述外盒的顶部连接；以及
自加热包，所述自加热包设于所述外盒的底部；
其中，所述内盒包括内盒壁、内盒底和铝箔支撑层，所述内盒壁的下部设有内盒蒸汽孔；所述铝箔支撑层设置于所述内盒壁的***，所述铝箔支撑层与所述内盒壁通过所述内盒底连接，且所述铝箔支撑层的高度低于所述内盒壁，所述内盒壁的顶部设有外凸的盒环，所述盒环的宽度大于所述铝箔支撑层与所述内盒壁之间的距离。
8.根据权利要求7所述的自热食品盒，其特征在于，所述内盒壁的外侧设有无纺布，且所述无纺布覆盖在所述内盒蒸汽孔上。
9.根据权利要求8所述的自热食品盒，其特征在于，所述内盒蒸汽孔的数量为2～8个，优选4个，所述内盒蒸汽孔均匀分布在所述内盒壁的四周；所述内盒蒸汽孔与所述内盒底之间的距离为5～10mm。
10.根据权利要求6-9任一项所述的自热食品盒，其特征在于，所述外盒盖上设有外盒蒸汽孔；优选的，所述外盒蒸汽孔设于所述外盒盖的中心，直径为5～10mm。
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