直接浸漬冷凍在食品加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

楊雯雯 郭志芳

摘要：直接浸漬冷凍技術(shù)是一種新興的食品冷凍技術(shù)，現(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用于中國食品加工領(lǐng)域。該技術(shù)具有凍結(jié)速率快、時(shí)間短、質(zhì)量好且節(jié)能的特點(diǎn)，但在應(yīng)用過程中也存在龜裂、冷凍液質(zhì)量下降、吸收冷凍液溶質(zhì)等缺點(diǎn)，在一定程度上制約了其在中國食品加工行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。文章闡述了直接浸漬冷凍技術(shù)的原理，綜述了直接浸漬冷凍技術(shù)在中國食品加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析總結(jié)了直接浸漬冷凍技術(shù)存在的問題，并展望了直接浸漬冷凍技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：直接浸漬冷凍；技術(shù)原理；應(yīng)用現(xiàn)狀；存在問題

中圖分類號：TS205.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20210329

冷凍技術(shù)食品加工過程中被廣泛應(yīng)用，具有操作方便、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，但同時(shí)也有一定的不足，如：對食品質(zhì)量影響較大，效率低且凍結(jié)不均勻等[1]。對冷凍技術(shù)進(jìn)行升級，更利于冷凍食品品質(zhì)的保證[2]。直接浸漬冷凍技術(shù)就是在冷凍技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其將冷凍物料與載冷劑直接接觸換熱，使物料迅速降溫凍結(jié)，是一種高效的低溫加工技術(shù)[3]，目前在食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。本文對直接浸漬冷凍技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并對其前景進(jìn)行展望，以期更好地推進(jìn)我國食品加工業(yè)的發(fā)展。

1 直接浸漬冷凍技術(shù)的原理

直接浸漬冷凍技術(shù)是利用對食品無毒、無異味等特性的冷凍液作為制冷劑或者是載冷劑，與食品直接接觸進(jìn)行熱交換，使物料冷凍的凍結(jié)方式[4]。直接浸漬冷凍的機(jī)制和間接接觸冷凍、對流冷凍的機(jī)制極為不同，直接浸漬冷凍包含傳質(zhì)以及傳熱兩個(gè)方面，但間接冷凍和空氣對流只關(guān)乎傳熱一方面。在固液交界面，食品內(nèi)部的溶質(zhì)和水分就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)移，進(jìn)而引發(fā)能量傳遞，最終實(shí)現(xiàn)食品凍結(jié)的目的[5]。在直接浸漬冷凍過程中，傳熱與傳質(zhì)雖同步進(jìn)行，但傳質(zhì)的速度卻慢于傳熱的速度，且熱比質(zhì)會更先達(dá)到平衡。食品與冷凍液之間的溶質(zhì)滲透通常發(fā)生在熱平衡前，此時(shí)溶質(zhì)滲透的速率較低[6]。同時(shí)，食品中的水會向外遷移，出現(xiàn)這種情況的原因可能是相同溫度下冰的蒸汽壓力遠(yuǎn)小于水的蒸汽壓力，二者產(chǎn)生的蒸汽壓差，使細(xì)胞內(nèi)的水分析出。

2 直接浸漬冷凍技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

近些年直接浸漬冷凍技術(shù)在我國得到了越來越廣泛的應(yīng)用[7]。它主要是借助冷凍液的幫助以實(shí)現(xiàn)對食品的冷凍?，F(xiàn)階段在食品冷凍業(yè)被廣泛應(yīng)用的冷凍液有一、二、三元液體。三元冷凍液主要是由乙醇、氯化鈉、水混合而成，該冷凍液還能夠延長水產(chǎn)品以及肉質(zhì)產(chǎn)品的保質(zhì)期；二元冷凍液是由水和其他溶質(zhì)組成的溶液，例如氯化鈣溶液、氯化鈉溶液等；一元冷凍液主要是二氧化碳或液氮。現(xiàn)階段在食品冷凍行業(yè)也將二氧化碳和液氮直接浸漬凍結(jié)稱之為低溫凍結(jié)。直接浸漬冷凍技術(shù)能夠加快食品的冷凍速度，降低冷凍成本，并減少能耗，可以應(yīng)用于組織非常軟弱的食品冷凍過程中，例如水產(chǎn)品或者水果等。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)將直接浸漬冷凍技術(shù)在我國食品加工業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀總結(jié)為以下幾個(gè)方面。

2.1 降低能耗和冷凍成本

能耗問題一直是圍繞食品加工行業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要問題[8]。如何在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)能耗的降低是食品加工行業(yè)近些年一直在探尋的問題。目前我國食品加工業(yè)開展了大量的降低能耗的實(shí)踐研究。楊濤華[9]以草莓為例，從能耗、輔料、操作費(fèi)用等方面對液氮超低溫冷凍技術(shù)和空氣強(qiáng)制對流冷凍技術(shù)進(jìn)行了對比研究。實(shí)驗(yàn)表明，直接浸漬冷凍技術(shù)的成本顯著低于液氮超低溫。這也更加直觀地說明了將直接浸漬冷凍技術(shù)應(yīng)用于食品加工業(yè)能夠極大降低能耗，同時(shí)節(jié)約冷凍成本。

2.2 加快食品的凍結(jié)速度

現(xiàn)階段被應(yīng)用于食品加工業(yè)中的冷凍方式主要有間接接觸冷凍與空氣冷凍。這兩種冷凍技術(shù)雖然在傳統(tǒng)的冷凍技術(shù)上有所改進(jìn)，冷凍效率也較以往更快，但并不具有全面性，也對其冷凍速率產(chǎn)生了一定的影響[10]。在制冷量相同的情況下，冷表面和食品的接觸緊密度會對間接接觸的冷凍速率產(chǎn)生極大的影響，接觸得越好，傳熱系數(shù)越大[11]。其接觸效果受多種因素影響，包括接觸壓力、產(chǎn)品規(guī)則程度等，這些因素在實(shí)踐過程中并不能被妥善解決，所以冷凍時(shí)應(yīng)當(dāng)著重考慮食品外觀和質(zhì)量兩個(gè)方面，導(dǎo)致冷凍速率會因此受到或大或小的限制。而直接浸漬冷凍技術(shù)卻能夠有效彌補(bǔ)以上兩種冷凍方式的此種不足，可能是直接浸漬冷凍技術(shù)運(yùn)用的冷凍液的傳熱系數(shù)相較空氣更高，因此冷凍速率也會得到一定的提升。

2.3 提高產(chǎn)品質(zhì)量

食品加工業(yè)中，保證冷凍食品的質(zhì)量意義重大[12]。有研究[13]表明，冷凍食品質(zhì)量與冷凍速率呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。如果冷凍速率越慢，則食品質(zhì)量越差。食品冷凍過程中，導(dǎo)熱速度越快，食品溫度降低的速度也越快，能夠減慢肉類中的生物化學(xué)反應(yīng)，降低肉類出現(xiàn)變質(zhì)的概率。同時(shí)也能夠在最大程度上抑制微生物的生長，這對于比較容易受到污染的食品來說至關(guān)重要。由此可見，對食品進(jìn)行快速降溫，有利于保持品質(zhì)[14]。在食品加工業(yè)中運(yùn)用直接浸漬冷凍技術(shù)能夠加快肉類食品冷卻速度，減少損失揮發(fā)物質(zhì)的量，同時(shí)還能夠?qū)χ旱牧魇нM(jìn)行控制還能減少汁液流失。實(shí)踐[15]證明，直接浸漬冷凍技術(shù)能夠最大程度地保持食品的口感、結(jié)構(gòu)以及品質(zhì)，同時(shí)還能延長其貨架期。

2.4 降低干耗

干耗是衡量冷凍食品質(zhì)量優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，尤其是對于性價(jià)比高的海鮮類食品[16]。直接浸漬冷凍的方式與間接接觸冷凍法和空氣對流冷凍法相比較干耗率極低。蔡錦林等[17]研究發(fā)現(xiàn)，采用低溫浸漬冷凍的蝦，其干耗率為（1.73±0.02）%；采用空氣對流法冷凍的蝦，其干耗率為（2.15±0.30）%。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意的是在冷凍之后，空氣對流冷凍法冷凍的蝦肉脂肪氧化程度遠(yuǎn)高于直接浸漬冷凍技術(shù)的蝦。除以上兩種冷凍方式，采用單一二氧化碳和液氮對蝦進(jìn)行冷凍時(shí)其干耗更低。盧九偉等[18]研究發(fā)現(xiàn)，披薩運(yùn)用液氮進(jìn)行凍結(jié)時(shí)干耗極低，為0.51% ～ 0.61%。

3 直接浸漬冷凍技術(shù)存在的問題

直接浸漬冷凍技術(shù)冷凍的食品產(chǎn)品凍結(jié)速率、質(zhì)量高，設(shè)備耗能低，而且加工成本低[19]。但對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行深入研究后發(fā)現(xiàn)其存在一些問題，阻礙了直接浸漬冷凍技術(shù)在食品加工業(yè)的發(fā)展。其中一個(gè)極為突出的問題就是冷凍液的安全性，伴隨著冷凍工作的進(jìn)行，冷凍液的濃度也會隨著冷凍時(shí)間的推移而降低[20]。而且溶液可能會受到微生物的污染，冷凍槽也可能會被腐蝕。溶質(zhì)的吸收則會對產(chǎn)品產(chǎn)生極為不利的影響，有可能改變食品的風(fēng)味，甚至造成食品的污染，而現(xiàn)今的技術(shù)卻無法把控食品對溶質(zhì)的吸收。直接浸漬技術(shù)還具有凍結(jié)速度快的特點(diǎn)，這既是一大優(yōu)點(diǎn)，但也易引發(fā)食品的龜裂，尤其是對于體積較大的食品[21]。由此可見，為了保證冷凍食品的質(zhì)量，就應(yīng)當(dāng)對冷凍液的污染情況進(jìn)行最大程度的控制，這也是提高直接浸漬冷凍技術(shù)的一大方式。經(jīng)過大量的實(shí)踐研究，現(xiàn)將直接浸漬冷凍技術(shù)實(shí)際存在的具體問題總結(jié)為以下幾點(diǎn)。

3.1 龜裂

龜裂是直接浸漬冷凍技術(shù)在發(fā)展過程中不可忽略的一個(gè)問題。直接浸漬冷凍技術(shù)的一個(gè)主要的特點(diǎn)就是冷凍速度快，而降溫迅速就會造成食品表面和其中心出現(xiàn)較大的溫差，控制不當(dāng)會造成食品的龜裂。而且食品的體積越大，其出現(xiàn)龜裂的概率就越大[22]。所以，為進(jìn)一步促進(jìn)直接浸漬冷凍技術(shù)的發(fā)展，就應(yīng)當(dāng)在日后的發(fā)展過程中對龜裂這一問題加以重視。

3.2 冷凍液質(zhì)量下降

冷凍液需要被循環(huán)使用在整個(gè)食品冷凍全過程中。因而食品殘留物以及所溶出的成分就會對冷凍液的質(zhì)量產(chǎn)生影響[23]。冷凍液質(zhì)量降低主要是有兩方面的原因：一是冷凍液的理化性質(zhì)發(fā)生了變化，這種情況出現(xiàn)的原因是食品溶出物與殘留物中的脂肪和蛋白質(zhì)產(chǎn)生了一定的變化，這會加劇容器中金屬離子的釋放；二是微生物產(chǎn)生的污染，出現(xiàn)這一現(xiàn)象是因?yàn)槔鋮s的溫度持續(xù)保持在較高的狀態(tài)，進(jìn)而加速了食品中微生物生長的速度。

3.3 吸收冷凍液溶質(zhì)

在直接浸漬冷凍的過程中，冷凍液中的溶劑在食品中擴(kuò)散與滲透是阻礙直接浸漬冷凍技術(shù)發(fā)展的一大原因。這也會在一定程度上加速食品中的水分流失，最終會使冷凍液溶劑減少，但食品中溶劑會增多。為了更好地解決這一問題就應(yīng)對直接浸漬冷凍過程中的傳質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)控制。有學(xué)者研究了蘋果在氯化鈉溶液中浸漬冷凍的不同因素對傳質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)傳質(zhì)的作用會隨著冷凍液溫度的降低而減弱。當(dāng)冷凍液的溫度保持在-18 ℃時(shí)，蘋果中氯化鈉的含量為2%，而當(dāng)冷凍液的溫度為-5 ℃時(shí)，蘋果中氯化鈉的含量則為7%[24]。這也更加直觀地說明了在對食品進(jìn)行直接浸漬冷凍前，應(yīng)當(dāng)對食品進(jìn)行一定的包裝，進(jìn)而降低溶劑在食品中的擴(kuò)散與滲透，從而保障食品的質(zhì)量。但若對食品進(jìn)行包裝，又會影響熱傳遞，降低冷凍速率。減少傳質(zhì)的另一個(gè)極為有效的方式就是加強(qiáng)對食品表面的處理。隨著直接浸漬冷凍技術(shù)的日益發(fā)展，對于減少傳質(zhì)的方式也逐漸豐富起來。鍍冰衣就是一種極為有效的方式，對食品進(jìn)行鍍冰衣處理能夠降低食品對溶劑的吸收，尤其是對于含水量高的食品，可以先對其進(jìn)行水浸之后再進(jìn)行浸漬冷凍處理，通過這種方式就能夠在食品表面形成冰衣[25]。而另一個(gè)極為有效的方式就是通過涂膜對食品進(jìn)行保護(hù)。在食品的表面涂一層薄薄的膜，能起到阻礙溶質(zhì)進(jìn)入食品內(nèi)部的作用。以蘋果為例，先在其表面運(yùn)用低濃度的殼聚糖與乙酸溶液進(jìn)行涂抹處理后再完成浸漬冷凍。通過這樣的方式，可以最大限度地降低溶質(zhì)在食品中的擴(kuò)散，避免影響食品質(zhì)量。但表面涂膜操作具有一定的技術(shù)性，且食品的美觀性也會減弱。為了提高冷凍技術(shù)，廣大專家學(xué)者不斷進(jìn)行探尋。經(jīng)過大量的實(shí)踐研究后發(fā)現(xiàn)，低溫流體也可對食品完成浸漬冷凍，這就包括液氮與二氧化碳，這兩種物質(zhì)均無毒、無害，也能夠保證食品的質(zhì)量。同時(shí)液氮與二氧化碳的沸點(diǎn)在-196 ℃和-78 ℃，所以凍結(jié)可以在超低溫進(jìn)行。通過這樣的方式，也能夠加快凍結(jié)速度，在凍結(jié)過程中產(chǎn)生的干耗也較小。

4 展 望

直接浸漬冷凍技術(shù)是一種較為新興的食品冷凍技術(shù)，且在我國食品加工行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。并取得了極為顯著的成效。但在直接浸漬冷凍技術(shù)發(fā)展過程中仍舊存在一些亟待解決的問題。日后研究工作可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：① 完成數(shù)學(xué)模型的建立，充分研究直接浸漬冷凍技術(shù)中的傳質(zhì)以及傳熱原理，使食品保持在高質(zhì)量的狀態(tài)。② 對制冷的設(shè)備進(jìn)行改良。③ 積極結(jié)合其他新型技術(shù)，例如超高壓以及超聲波，通過技術(shù)可實(shí)現(xiàn)直接浸漬冷凍技術(shù)的升級。而且在日后的食品加工行業(yè)發(fā)展過程中，應(yīng)當(dāng)不斷加強(qiáng)對直接浸漬冷凍技術(shù)的研究，以期促進(jìn)我國冷凍技術(shù)與食品加工業(yè)的進(jìn)一步向前發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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Application Status and Prospects of Direct Immersion Freezing in Food Processing

Yang Wenwen， Guo Zhifang

（ Luohe Vocational and Technical College， Luohe， Henan 462002 ）

Abstract： Direct immersion freezing technology is a technology widely used in food processing in my country at this stage. This technology has the characteristics of fast freezing rate， short time， good quality and energy saving. However， cracks will also be found in the application process. Other shortcomings， the lack of direct immersion freezing technology will affect the further development of my country’s food processing industry to a certain extent. It can be seen that it is particularly necessary to conduct in-depth research on the application status and prospects of direct immersion freezing in food processing. This article will describe the principle， application status and existing problems of direct immersion freezing technology， and strive to reveal the application status quo of direct immersion freezing in my country’s food processing， and then promote the further development of this technology and achieve the promotion of my country’s food The purpose of further development of the processing industry.

Key words： direct immersion and freezing， food processing， application status， existing problems