據(jù)G際制冷學會估計，全世界每年因各種原因所造成腐爛變質(zhì)的食品占食品年總產(chǎn)量的45%。因此解決食品保藏技術，減少浪費，提高食品質(zhì)量，是目前世界各G急需解決的問題。冷
凍保藏法因其安全性高而應用**為廣泛[1]
。速凍食品指采用速凍方法快速凍結后冷凍保藏的食品。由于速凍食品對加工原料的新鮮度有嚴格的要求，因此有“速凍食品比市場中的新鮮食品還要新鮮”的說法。由于速凍形成的冰晶體小，因此解凍后可保持食品原有的新鮮狀態(tài)和風味，可**大限度地延長保質(zhì)期，使營養(yǎng)成分的損失減少到**低限度。因此在歐美、日本等發(fā)達G家
發(fā)展很快，市場需求量巨大[2]
。速凍食品因其方便、質(zhì)優(yōu)、衛(wèi)生等優(yōu)點，已成為一個新興的食品加工行業(yè)，是世界上發(fā)展**快的行業(yè)之一，年平均增長速度為20～30%；我G九五計劃和2010
年遠景規(guī)劃都將其列為發(fā)展重點[3]
。
液氮是利用空氣分離裝置將空氣中的氮氣液化后的產(chǎn)物。液氮是無色、無味、低黏度的透明液體。化學性質(zhì)穩(wěn)定，與其它物質(zhì)很難發(fā)生化學反應。液氮在常壓下的沸點為-195.8℃，蒸
發(fā)潛熱為161.2 MJ/m3
，定壓比熱為1.03 KJ/kg.K，從它的沸點到-20℃凍結終溫所產(chǎn)生的制冷量為383.1 KJ/kg，是一種理想的制冷劑。用液氮速凍食品，**早始于美G，在20世紀50年代就開始了這方面的研究，到1960年即正式用于速凍食品，1964年開始在生產(chǎn)上迅速推廣。
目前，液氮速凍已在美G幾百家食品加工企業(yè)中廣泛使用[4]
。
液氮速凍主要有三種方式：浸沒式冷凍、冷空氣冷凍和噴霧式冷凍。浸沒式冷凍是將食品完全浸入液氮中，它可以達到所期望的快速凍結，食品占用的空間小，但液氮耗量較大，因為僅僅用了液氮的潛熱這部分冷量；冷空氣冷凍，食品由液氮冷卻的冷空氣來冷凍，用空氣作為載冷劑，所以從冷量的利用上是經(jīng)濟的；噴霧式冷凍類似浸沒式冷凍，食品一般是通過不銹鋼鏈條式輸送帶送入隧道，并通過三個冷凍區(qū)：預冷區(qū)、凍結區(qū)和均溫區(qū)進行加工，液氮經(jīng)噴嘴成霧狀與食品進行熱交換，液氮吸熱蒸發(fā)成氮氣，氮氣又被用來預冷新進入的食品，這樣既利用了液氮的潛熱，又利用了液氮的顯熱，使冷量得到充分利用。由此可見，從冷量利用的觀點看，噴霧式冷凍液氮耗量**小，經(jīng)濟而有效，尤其對大批量食品的凍結更為適宜。通常凍結1
公斤食品需要0.6～1.1公斤液氮[1]
。
G內(nèi)對食品進行凍結研究時，大多是采用以液體氨或氟里昂作為制冷劑對水果[5，6，7，8]
、蔬菜[9]及熟食[10]等的普通凍結，也有人用液氮對銀魚[11]
等進行速凍研究，但采用噴霧式流態(tài)化液氮速凍裝置對果蔬進行瞬時凍結的研究鮮見報道。
1 機械結構及性能
云南梅塞爾氣體產(chǎn)品有限公司-昆明理工大學食品工程研究中心液氮速凍工藝車間，采用噴霧式流態(tài)化技術，其機械結構及性能與單體速凍機相似，但制冷情況有較大差別。一般的單體速凍機是以液體氨或氟里昂作為制冷劑，并通過壓縮機、蒸發(fā)器組成的制冷系統(tǒng)傳熱**媒體（通常是空氣），在由空氣冷卻食品，其原理是“間接”式熱交換。根據(jù)機械制冷性能及運行成本因
素，工廠大多采用冷空氣介質(zhì)溫度為-35～-40℃，食品凍結時間則為40～60分鐘[12]
。
噴霧式流態(tài)化液氮速凍裝置就簡單得多（圖1），不需要壓縮機及蒸發(fā)器，冷凍裝置的致冷劑采用液氮噴淋汽化后提供，汽化氮氣在風管內(nèi)循環(huán)使用以提高冷量的利用率，它主要由離心式風機、風管、布風板、變頻器、噴嘴、杜瓦瓶、高壓氮氣瓶以及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和處理系統(tǒng)組成。風機的轉(zhuǎn)速由變頻器輸出不同頻率的電流來實現(xiàn)對風機的無級調(diào)速。風機吹出的氮氣經(jīng)導流后進入到布風板的下方，與從杜瓦瓶壓出經(jīng)噴嘴霧化的霧狀液氮混合后，再通過布風板，把放在布風板上的食品吹起。低溫混合氣體與食品充分熱交換后溫度升高，**后經(jīng)管道返回風機，完成一次循環(huán)。冷凍食品的冷量由液氮來提供，通過調(diào)節(jié)液氮的噴量來調(diào)節(jié)冷風的溫度，能滿足不同介質(zhì)溫度的要求。計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由溫度傳感元件（銅－康銅熱電偶）、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號放大器、壓力傳感器、風速儀以及高性能計算機等組成。溫度由熱電偶傳送到信號放大器，放大后的電信號進入A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)碼信號后進入到計算機并口錄入溫度值。同樣裝置的壓力由壓力傳感器變?yōu)殡娦盘柦?jīng)放大器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器后進入計算機錄入壓力值。熱風速儀采集風速后經(jīng)輸出口輸出到計算機。
2 工藝流程
2.1 **佳流態(tài)化工藝探索 2.1.1 熱電偶制作和矯正
利用康銅絲與純銅絲的不同電勢差特性來測定溫度變化，此法具有能瞬時反映所測溫度的性質(zhì)。具體方法是將兩根同等長度的康銅絲和純銅絲相互纏繞在一起，其一端用四號細砂紙打磨約5mm長，并用錫點焊將兩金屬絲頂端互連在一起，而另一端打磨約30mm長度(打磨時盡量在保持原粗細的前提下將表面鍍層盡量磨干凈)后插入傳感器中， 之后打開計算機溫度測試程序，將熱電偶一端放于恒溫水浴鍋中，找出讓溫度線平穩(wěn)的參數(shù)值。再浸入不同濃度的NaCl和MgCl2 冰水溶液中，用同樣方法得到使溫度平穩(wěn)的參數(shù)值，由此確定熱電偶的測溫性質(zhì)，并于程序中進行矯正設定，達到準確測溫的目的。 2.1.2 探索篩板和不同風速間的關系 #p#分頁標題#e#
在冷凍隧道中安裝不同孔徑的篩板，在篩板位置上下不遠處各有一孔洞與外相連，用U型管壓力計測定隧道風速于篩板上下的壓力變化，另外還在裝置水平位置插入風速計探頭連接**主控電腦。打開風機，于程序中設定一風速值，在隧道風速達到此值后記錄篩板上下的壓強，計算壓差。
2.1.3 篩板孔徑和風速對流化床高度的影響
于篩板上放置樣品，用不同篩板和風速記錄其壓強，求壓降并作圖畫線。觀察不同情況下樣品在篩板上的流化高度。**后綜合以上情況找出適合該樣品的**佳孔徑篩板及風速。 2.1.4 流態(tài)化的工藝摸索
（1）shou先進行鮮樣品速凍前的準備工作，對設備進行清理排出異物并對鮮樣品流態(tài)化狀態(tài)進行試驗研究；（2）采用開孔率為40%、50%等等篩板進行試驗，了解流態(tài)化的初流態(tài)化速度，觀察鮮樣品在不同循環(huán)風速狀態(tài)的流態(tài)化情況；（3）采用在相同的篩板開孔率的情況下，循環(huán)風管風速進行變化（風速為0.5 ～5.0 m/s），對鮮樣品流態(tài)化狀況進行研究（主要記錄鮮樣品在流態(tài)化開始時的風速、流化床高度及壓降，以及流態(tài)化的好壞，記錄**佳流態(tài)化時樣品的風速和**大流態(tài)化情況下的風速，同時找出它們之間的關系與相關資料對比）；（4）記錄在不同流化狀態(tài)下的風速和變頻器的輸入電壓值，用于在鮮樣品速凍時進行風速控制；（5）試驗熱電偶能否測量到鮮樣品的中心溫度和表面溫度以及熱電偶能否固定??；同時進行環(huán)境溫度測量點的固定；（6）測量鮮樣品的單個質(zhì)量及平均直徑等。2.2 速凍工藝
凍結不同性質(zhì)的果蔬需采用不同的工藝路線，現(xiàn)以我們凍結食用菌的工藝為例介紹如下。 基本工藝流程：原料驗收→清洗→護色→漂洗→人工分級→真空抽氣→（殺青）→一次冷卻→二次冷卻→速凍→精選→包冰衣→包裝→凍藏
其中護色可采用：（1）稀食鹽溶液。這是一種常見的護色方法，將采摘后的食用菌浸入濃度為0.6～0.8%、溫度為13℃以下的食鹽溶液中運到凍結室。（2）半胱氨酸溶液。將剛采摘的食用菌浸入0.3～0.5mmol/L半胱氨酸溶液中30分鐘后取出，抽氣包裝后運到凍結室，或一直浸泡著運到凍結室。（3）檸檬酸水溶液。將剛采摘的食用菌浸入0.8～1.2%的檸檬酸水溶液中，同時加入少量抗壞血酸，抽真空并使真空桶中保持約0.053MPa真空度3分鐘左右，再把空氣放入。（4）薄膜氣調(diào)包裝。將剛采摘的食用菌放入0.06～0.08mm聚乙烯袋中，并將袋口扎緊。殺青可采用：（1）蒸汽、熱水及熱風殺青。選擇不同的溫度和時間。（2）微波、紫外線殺青。選擇不同的強度和時間。兩類殺青后都分析食用菌中過氧化物酶的失活率、礦質(zhì)元素（Ca、Cu、Zn、Fe、Mn等）、Vc、煙酸、VE、β-胡蘿卜素、總糖等的變化情況，使用各種食用菌**佳的殺青手段和條件。速凍可采用：–100℃、–80℃、–60℃及–40℃等溫度，殺青和不殺青兩種處理。速凍前用離心機或震動篩把物料表面水分瀝干。包冰衣可采用：把速凍后的食用菌放入不銹鋼絲藍中，然后浸入冰水中約2～3分鐘，拿出后左右搖動，以防凍品結塊。
3 噴霧式流態(tài)化液氮速凍的優(yōu)點
3.1 速度快、產(chǎn)量高
液氮的沸點是-195.8℃，比液氨（-33℃）和氟里昂（-30～-40℃）的沸點要低得多，當霧化的液氮與食品直接接觸時，以超過200℃的溫差進行激烈的熱交換，所以凍結速度極快，比一般的凍結方法快30～40倍，相應的每小時凍結量就有顯著提高。 3.2 質(zhì)量好
由于凍結速度快，能在極短的時間內(nèi)通過**大冰晶生成帶，使細胞內(nèi)的膠體結合水及游離水和細胞間隙中的游離水能同時原位凍結成無數(shù)微細均勻的冰晶體，細胞組織基本上不受破壞，因而解凍后的食品能**大限度地恢復到原來的新鮮狀態(tài)和原有的營養(yǎng)成分。表2為龍須菜
凍結速度與冰晶體形狀、大小的關系[13]
。
3.3 干耗小
一般凍結食品的干耗損失率為3～6%，而液氮速凍的干耗損失率可減少到0.25～0.5%，這對于價格較高的食品就顯得尤為重要。 3.4 抗氧化、雜菌少
液氮速凍時，所產(chǎn)生的氣體是惰性的氮氣，因而食品在冷凍過程中就不會被氧化，從而避免了變味、變色及營養(yǎng)成分損失等不良變化，且能保護預制食品剛剛做成時的香味；由于被凍食品瞬時就達到-10℃以下的低溫，故凍品雜菌少。 3.5 費用少
在凍結能力相同的情況下，與機械凍結裝置相比，它的設備投資額只有1/2，安裝面積只有1/6，動力消耗只有1/10，用人數(shù)可比庫房凍結節(jié)省2/5。 3.6 生產(chǎn)效率高
因其易于實現(xiàn)機械化和自動化流水線，就提高了生產(chǎn)效率；且能改善工人低溫下的操作條件和勞動強度。 3.7 凍結范圍廣
可以凍結普通冷凍不能凍結或凍結效果不好的食品，如：（1）含水量超過75%及解凍后容易產(chǎn)生汁液流失，使凍品不易恢復原來狀況的食品，如西紅柿、柑橘、楊梅、蟹肉、鱈魚肉等等；（2）經(jīng)熱燙殺青處理后易使風味物質(zhì)喪失或一經(jīng)熱燙就不能凍結的食品，如松茸、蘑菇等等；（3）需保持原有食品特有香味的食品，如烹調(diào)好的盤菜，焙烤的面包等等；（4）需保持新鮮食品原來的維生素C或甜味的食品，如甜玉米、甜脆豌豆等等；（5）需防止溶膠或凝膠制品在解凍時其水分分離的食品，如生奶、辣醬類等等；（6）需進行單體凍結的食品，如蝦、雞、肉餅等等。 #p#分頁標題#e#
4 結束語
隨著我G人民生活水平的不斷提高，人們的消費觀念也在不斷地改變。對食品的需求而言，從單純的充饑到講求品質(zhì)，已逐漸與發(fā)達G家人民對食品的要求看齊。低檔次的食品在市場的競爭力已不如以前，取而代之的是中**的安全衛(wèi)生的食品。發(fā)達G家如英G、美G及日本等，早在十多年前，就已廣泛采用安全、快捷的深冷物質(zhì)如液氮等用于急凍食品。**近幾年，一些發(fā)展中G家如泰G等，已放棄機械式冷凍而轉(zhuǎn)用液氮等深冷方法，因為它能使蝦等食品的營養(yǎng)和外觀在解凍后與鮮品沒有任何分別。
隨著我G加入世界貿(mào)易組織的發(fā)展，將越來越多地遭遇加工農(nóng)產(chǎn)品出口的技術壁壘等問題，這就需要像液氮速凍這類能加工綠色食品的生產(chǎn)方式的大力發(fā)展，相信像噴霧式流態(tài)化液氮速凍這樣的高技術會受到越來越多生產(chǎn)廠商的青睞。
