液氮速冻技术在食品中的应用李伟1,李保国1*,朱珩2,朱传辉1(1.上海理工大学,上海200093;2.普莱克斯(上海)工业气体有限公司,上海201204)摘要:随着社会的发展和人民生活水平的提高,人们对速冻食品的需求和品质也会相应提高,速冻技术也需要提高。
液氮速冻技术是一种新型速冻技术,具有冻结速率快、速冻食品的品质高等优点。
文章综述了液氮速冻技术、国内外液氮速冻设备的研究进展及其在肉制品、水产品、果蔬类、预制食品领域的应用,分析了液氮速冻技术及设备存在的问题,并对多种速冻食品速冻方式的组合模式进行了分析。
关键词:液氮;速冻;食品中图分类号:TS201.1文献标识码:A文章编号:1674-506X (2019)01-0066-0005Application of Liquid Nitrogen Quick Freezing Technology in FoodLI Wei 1,LI Bao-guo 1*,ZHU Chuan-hui 1,ZHU Hang 2(1.School of Medical Instrument and Food Engineering ,University of Shanghai for Science and Technology ,Shanghai 200093,China ;2.Praxair (Shanghai )Industrial Gas Co.,Ltd.,Shanghai 201204,China )Abstract :With the development of society and the improvement of living standards,people’s demand and quality of quick-frozen foods have also increased accordingly,and it is necessary to improve the quick-freezing technology.Liquid nitrogen quick freezing technology is a new type of quick freezing technology,which has the advantages of fast freezing rate and high quality of quick frozen food.This paper reviews the research progress of liquid nitrogen quick freezing technology,liquid nitrogen quick freezing equipment at home and abroad,and its application in meat products,aquatic products,fruits and vegetables,prefabricated foods,and analyzes the problems of liquid nitrogen quick freezing technology and equipment.The combination mode of quick -frozen food quick -freezing method was analyzed.Key words :liquid nitrogen;quick-freeze;food doi :10.3969/j.issn.1674-506X.2019.01-014收稿日期:2018-08-24基金项目:上海市联盟计划项目(LM201826)和普莱克斯项目资助作者简介:李伟(1995-),女,硕士。
研究方向:食品冷冻冷藏等。
*通讯作者第55卷(第1期)Vol.55,No.1目前常用的保鲜技术有冷藏保鲜(0-4℃)、冰藏保鲜(-2-0℃)、微冻保鲜(-2--4℃)和冻结保鲜(-18℃以下),前3种保鲜方式,产品货架期相对较短,冻结保鲜可以延长产品货架期,然而,在冻结过程中,冰晶的形成会造成产品的品质下降[1]。
食物通过最大冰晶生成带的时间越短,生成的冰晶越小,对食品的损害越小。
20世纪50年代液氮速冻技术开始在美国应用,而正式用于速冻食品是在1960年[2]。
第55卷(总第209期)应用于预制食品则是从2015年开始,因其冻结速度快、冻结时间短、冻结后的样品品质好、安全无污染而被作为一种绿色冷冻剂广泛使用。
无色、无味、透明液体,化学性质稳定,不与食品成分发生化学反应是液氮的特征[3]。
液氮来源于空气,蒸发和再加热后排放到大气中,对环境无害,属于环保型产品。
若将液氮速冻设备直接与加工过程相配合,不需要中间贮存区,故能降低成本[4]。
随着人民生活水平的提高,人们对食品的品质要求也相应提高,特别是对于高附加值的产品,为了使食品质量更好,对冷冻的技术要求也随之提高,由此可见,液氮速冻技术在食品冷冻行业具有广阔的前景。
本文从液氮速冻技术的原理、设备以及其在速冻食品中的应用等方面进行了综述。
1液氮速冻技术原理液氮在常压下的沸点是-195.8℃。
液氮速冻技术利用液氮超低温吸热的特性,将液氮与食品接触,以200K以上的温差进行强烈热交换,冻结速度极快,降温速率达7~15K/min[5]。
如图1所示,高压液氮瓶1对液氮罐2加压,使液氮通过阀门3经过喷嘴4,喷淋到传送带6上的物料,冻结后的冻品从出料口出料。
由于液氮在短时间内低温冷冻,在食品内部形成细小且分布均匀的冰晶,对细胞损伤小,解冻后汁液流失少,能保持食品的营养、口感和原有风味。
与此同时,液氮蒸发为氮气取代了空气,可在冻结过程中降低氧气浓度,减小食品呼吸与养化。
当液氮与形状不规则的食物接触时,可以使传热阻力最小化。
由此可见,液氮速冻技术在食品加工领域具有广泛的实用价值。
2液氮速冻研究与设备应用与普通冷冻系统不同,液氮速冻装备在冻结时不需要直接消耗电能,主要是靠液氮相变制冷和内能转换,达到快速冷冻保鲜的目的。
速冻设备按冷却介质可分为空气循环式冻结、接触式冻结、喷淋式冻结、浸渍式冻结。
空气冻结方式中应用较广的是隧道式、螺旋式和流态化式冻结装置[6]。
液氮速冻设备应用归纳为表1所示。
常见速冻设备如图2-图5所示。
图2为液氮柜题目作者结论优点缺点液氮喷雾流态化速冻机的稳定性研究郑志皋等[7](2016)使用液氮喷雾流态化速冻机,进行了该速冻机运行的稳定性和可靠性的研究,结果表明:采用温控仪AI智能控制控温,控温效果最好,温度分布均匀,上下波动,温度偏差约为±1.8K使食品快速冻结,提高冻结速度和冻结质量消耗液氮量大,能耗多液氮沉浸速冻鱼丸的工艺优化潘治利等[8](2017)使用浸入式液氮速冻机,以液氮沉浸作为速冻冷媒介质对速冻鱼丸工艺配方进行研究,结果表明:液氮沉浸式冻结鱼丸的最佳时间为45s,利用大豆组织蛋白10%作为夹心材料,冻裂率为0传热速率快,对食品进行冷冻在化学和感官方面较为有利冻结时间不易把握,食品易冻裂交通运载工具用液氮速冻机提高液氮利用率的设计研究赖威娜[9](2017年)使用翻面螺旋式速冻机,速冻过程中水产品通过翻面,达到了双面冷却节能的效果,经过试验验证,节约氮量约21%使液氮直接喷淋到整个物料表面,提高机械中的空间利用率,提高冷量利用率冻结时间会相对较长,可能会存在冻结不完全的现象隧道式速冻装置风场均衡性研究张亮等[10](2015年)对于低风速隧道式速冻机,导风口选用13mm宽条缝,风口速为10m/s。
对于高风速隧道式速冻机,增加导风装置局部阻力保证导风装置出风的整体均衡性不需要停机扫霜,能连续生产提高生产效率体积大,占地空间大,冷冻不均表1液氮速冻设备应用表Tab.1Application table of liquid nitrogen quick freezingequipment1.高压氮气瓶；2.液氮罐；3.低温电磁阀；4.液氮喷淋喷嘴；5.液氮速冻箱；6.物料传送带；7.离心风机；8.回风管。
图1液氮速冻技术原理示意图Fig.1Schematic diagram of principle of liquid nitrogenquick freezing technology李伟等:液氮速冻技术在食品中的应用672019年第1期图2液氮柜式速冻机Fig.2Liquid nitrogen tankfreeze图3液氮浸液式速冻机Fig.3Liquid nitrogen immersion type quick freezingmachine图4液氮隧道式速冻机Fig.4Liquid nitrogen tunnelfreeze图5液氮螺旋式速冻机Fig.5Liquid nitrogen spiral quick-freezing machine式速冻机,适用于单冻(IQF)及盘冻;可以进行研发及小批量生产。
其工作原理为:首先,将准备好的样品放置于冻品盘,将冻品盘置于传送带,随后进入提升轨道,待冻品盘上升至过桥位置时,将冻品盘推至下降轨道上,最后进入水平传送带,传送带将冻品盘送出速冻室。
图3为液氮浸液式速冻机,采用冷冻液加压缩机制冷方式,被冻食品经过冷冻液液冷速冻,而压缩机给冷冻液降温,保持冷冻液的低温,冷冻液可循环利用。
其特点是:成本低、能耗低,与同类产品可节约10%-30%的电能,自备冷源,可自由移动,日常维护方便,除霜灵活,故障率低。
图4为液氮隧道式速冻设备,其工作原理为:待冻物料置于传送带上通过隧道,空气通过蒸发器降温后进入隧道中,川流于物料之间使其速冻。
特点:液氮隧道式速冻机的喷嘴可上下排布,确保上下冻结更均匀更快速,垂直升降的上盖方便清洗隧道内部。
适用于大批量速冻食品加工。
图5为液氮螺旋式速冻机,按结构形式可分为单螺旋和双螺旋式速冻机。
特点:结构紧凑,占地面积小;仅相当于其他形式相同产量的速冻机的1/3左右。
多层结构形式,库容量大。
使用方便,进出口选择灵活:易形成流水化生产,适应冻品范围较广。
3液氮速冻技术在速冻食品中应用现状随着液氮速冻技术的发展和完善,它被应用于肉制品、果蔬类、水产品以及各种预制食品如牛排、肉丸子、生鱼片、披萨、汉堡、小龙虾等的冷冻中。
1981年,英国液氮速冻食品占冷冻食品的10%,用液氮量超过100kt。
西欧三分之一的液氮生产用于快速速冻和冷藏食品运输。
我国上世纪70年代初北京、上海就已研制出液氮速冻食品生产线,在90年代中期,大中城市超市的各种冷藏设施的增加,冷藏运输链的逐渐完善,冷冻冷藏食品行业开始迅速发展。
促进了液氮速冻技术的迅猛发展。