冷鏈物流中冷凍溫度全程無源監(jiān)測

盧安迪　姜文

研究背景

每次媽媽讓我到超市買冷凍食品，總要叮囑我看一下生產(chǎn)日期，還要看一下包裝袋里的冷凍食品外觀、顏色是否正常。然而，冷凍食品在出廠后的冷鏈物流某個環(huán)節(jié)若發(fā)生過解凍與再次冷凍的情況，從而導(dǎo)致食品內(nèi)部可能變質(zhì)，我們也能看得出來嗎？于是，我嘗試發(fā)明一種簡便、可靠的方法，僅用我們自己的眼睛就能快速判斷出冷凍食品在冷鏈物流的所有環(huán)節(jié)中貯藏溫度是否始終正常，是否可以放心選購。

冷鏈物流中冷凍溫度全程無源監(jiān)測的技術(shù)方案

該技術(shù)方案的發(fā)明靈感源自中學(xué)科學(xué)教材的基礎(chǔ)知識：①晶體有一定的熔點(diǎn)或凝固點(diǎn)；②對溶液結(jié)晶而言，溶質(zhì)的加入一般會降低其凝固點(diǎn)；③晶體一般可制成具有一定形狀的固體。

技術(shù)方案的基本原理：將具有初始形狀和初始大小、熔點(diǎn)或凝固點(diǎn)不高于0℃同時不低于冷凍食品貯藏規(guī)定溫度的晶體作為冷凍溫度監(jiān)測劑，放在冷凍食品包裝內(nèi)或冷凍食品貨箱內(nèi)，在冷鏈物流的運(yùn)輸與貯藏等所有環(huán)節(jié)中，冷凍食品貯藏溫度如果上升并超過冷凍溫度監(jiān)測劑的熔點(diǎn)或凝固點(diǎn)，冷凍溫度監(jiān)測劑的全部或部分將從固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，從而使其形狀發(fā)生不可逆的改變，據(jù)此可判斷出該冷凍食品在運(yùn)輸或貯藏過程中溫度超過冷凍食品貯藏規(guī)定溫度，不符合運(yùn)輸或貯藏要求。

冷凍溫度監(jiān)測劑的形狀可能出現(xiàn)3種情形：①冷凍溫度監(jiān)測劑完好（圖1a）；②冷凍溫度監(jiān)測劑部分融化（圖1b）；③冷凍溫度監(jiān)測劑完全融化（圖1c）。通過觀察冷凍溫度監(jiān)測劑的形狀，針對可能出現(xiàn)的以上3種情形，消費(fèi)者或冷鏈物流工作人員可據(jù)此直接作出判斷：第1種情形表明冷鏈物流環(huán)節(jié)沒有超過冷凍食品貯藏規(guī)定溫度；第2種情形表明冷鏈物流環(huán)節(jié)曾短時間或小幅度地超過冷凍食品貯藏規(guī)定溫度；第3種情形則表明冷鏈物流環(huán)節(jié)曾長時間或大幅度或多次超過冷凍食品貯藏規(guī)定溫度，嚴(yán)重違反冷凍食品運(yùn)輸和貯藏規(guī)定，應(yīng)放棄購買或拒絕接收。

冷凍溫度監(jiān)測劑成分的研究

冷凍食品主要包括冷凍畜禽肉、冷凍水產(chǎn)品、冷凍果汁、冷凍飲品、冰蛋、速凍蔬菜、冷凍調(diào)制食品等。我上網(wǎng)查找到上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DB31/T3882007《食品冷鏈物流技術(shù)與管理規(guī)范》，其中規(guī)定：一般而言大部分普通冷凍食品貯藏標(biāo)準(zhǔn)溫度為18℃以下；在冷鏈物流的運(yùn)輸與貯藏等不同環(huán)節(jié)中，由于環(huán)境變換、交接需要，冷凍食品貯藏溫度允許有小范圍的起伏波動，但是升溫幅度不允許超過6℃，因此接貨方在與承運(yùn)方進(jìn)行交接時如果發(fā)現(xiàn)冷凍食品貯藏溫度超過12℃，接貨方按規(guī)定將拒收；冷凍食品應(yīng)放入冷凍陳列柜進(jìn)行出售，冷凍陳列柜的溫度要保持在15℃以下，由于存在顧客選購冷凍食品時需要短時間打開冷凍陳列柜等情況，故允許冷凍陳列柜的溫度出現(xiàn)短時間回升但不得高于12℃。從上述冷鏈物流的管理規(guī)范中可以發(fā)現(xiàn)，12℃是普通冷凍食品貯藏上限溫度。

為此，需要找到一種熔點(diǎn)或凝固點(diǎn)在12℃的晶體作為制作冷凍溫度監(jiān)測劑的材料。我從海水的冰點(diǎn)低于淡水的自然現(xiàn)象得到啟發(fā)，進(jìn)一步通過查閱《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》等文獻(xiàn)，繪出了圖2所示的氯化鈉水溶液濃度與其凝固點(diǎn)的關(guān)系圖，說明氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.0%的氯化鈉水溶液冷凍后，即可得到凝固點(diǎn)為-12℃的結(jié)晶。

此外，不同的冷凍食品對冷凍貯藏標(biāo)準(zhǔn)溫度有不同的規(guī)定，比如：成熗蟹的冷凍貯藏標(biāo)準(zhǔn)溫度為-6℃，冰淇淋的冷凍貯藏標(biāo)準(zhǔn)溫度為-23℃，金槍魚的冷凍貯藏標(biāo)準(zhǔn)溫度為-50℃。因此，還需要定制具有不同凝固點(diǎn)的冷凍溫度監(jiān)測劑。

從圖2可以發(fā)現(xiàn)：隨著氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增加，氯化鈉水溶液的凝固點(diǎn)到達(dá)21℃的最低點(diǎn)后將反轉(zhuǎn)升高。因此，在實(shí)際應(yīng)用時，按氯化鈉的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)在21～0℃之間可以方便地定制具有不同凝固點(diǎn)的冷凍溫度監(jiān)測劑。

那么，針對貯藏標(biāo)準(zhǔn)溫度為50"C的金槍魚等冷凍食品，用什么晶體制成冷凍溫度監(jiān)測劑呢？我再次求助于《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》等文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)按乙醇的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)在-120～0℃之間可以方便地定制具有不同凝固點(diǎn)的結(jié)晶。按圖3的乙醇水溶液凝固點(diǎn)與濃度的關(guān)系圖，可以用乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.3%的晶體制成凝固點(diǎn)為-44℃的冷凍溫度監(jiān)測劑，以滿足金槍魚等深度冷凍食品的冷鏈物流溫度監(jiān)測的特殊需求。

創(chuàng)新特色

與現(xiàn)有的冷鏈物流冷凍溫度監(jiān)測技術(shù)手段相比，本技術(shù)方案具有如下創(chuàng)新與特色。

成本低廉：本技術(shù)方案所必需的冷凍溫度監(jiān)測劑，可放置于配置的冷凍托盤中，采用冷卻結(jié)晶成形的方法，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本制造。

綠色環(huán)保：本技術(shù)方案所必需的冷凍溫度監(jiān)測劑，其成分主要為水、氯化鈉、乙醇，完全滿足食品安全、環(huán)境友好等方面的要求。

無需供電：冷凍溫度監(jiān)測劑在監(jiān)測冷鏈物流全流程的冷凍溫度時，完全無需外部電源或內(nèi)部電池的支持。

結(jié)果直觀：消費(fèi)者或冷鏈物流工作人員僅通過自己的眼睛觀察冷凍溫度監(jiān)測劑形狀的變化，即可直接作出判斷。

監(jiān)測可靠：本技術(shù)方案可以確保冷凍溫度監(jiān)測劑的監(jiān)測功能覆蓋冷鏈物流的全流程，且監(jiān)測結(jié)果不可逆，除非違規(guī)開啟冷凍食品包裝或冷凍食品貨箱調(diào)換冷凍溫度監(jiān)測劑。

適用面廣：采用氯化鈉水溶液或乙醇水溶液，根據(jù)溶液的不同濃度可以分別在-21～0℃和-120～0℃之間方便地定制各種不同凝固點(diǎn)的冷凍溫度監(jiān)測劑，全面滿足所有冷凍食品的冷凍溫度監(jiān)測需求。

實(shí)施容易：本技術(shù)方案的具體實(shí)施過程所涉及的冷凍溫度監(jiān)測劑制造、封裝、檢驗(yàn)等所有環(huán)節(jié)，均不存在實(shí)施難度。

應(yīng)用前景

本課題的研究成果，不僅可以應(yīng)用于冷凍食品的冷鏈物流領(lǐng)域，還可以進(jìn)一步推廣到冷凍藥品的冷鏈物流領(lǐng)域，具有良好的市場應(yīng)用前景。

該項(xiàng)目獲得第32屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競賽項(xiàng)目中學(xué)組工程學(xué)一等獎。

專家評語

該發(fā)明具有成本低，綠色環(huán)保、無需供電、結(jié)果直觀、檢測可靠、適用面廣、易于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)。要避免冷凍溫度監(jiān)測劑在運(yùn)輸過程中被替換，可貼防偽標(biāo)志或二維碼于監(jiān)測劑盒上。