冷鏈技術(shù)簡介
——第Ⅳ部分 食品生產(chǎn)加工中的制冷

Jacques GUILPART（著）

（法國冷藏協(xié)會，布瓦西蘇圣伊翁 91790）

邵月月**，范薇，王亞薇，田甜（譯）

（中國制冷學(xué)會，北京 100142）

0 引言

消費者所購入的部分食品可以“按原樣”進(jìn)行食用，即只需少量加工。例如水果和蔬菜可以生吃（蘋果、橙子和生菜等）也可以在烹飪后食用（豆類、土豆和山藥等）。有時烹飪工作也可以在食品加工廠中進(jìn)行。肉類產(chǎn)品也是如此，不同之處在于肉類一般是煮熟（牛排和燉菜等）或經(jīng)過特定的加工過程（火腿和香腸等）后再食用。無論哪種情況，一旦涉及食品加工，冷藏對于保持食品中微生物水平、保證食品營養(yǎng)及品質(zhì)都是非常必要的。

1 食品制冷概述

冷鏈應(yīng)盡早的介入食品供應(yīng)鏈（如，果蔬或肉類制品應(yīng)從采摘或宰殺時起）。制冷的具體方式則取決于食物本身。

1.1 預(yù)冷

1.1.1 水果和蔬菜

快速冷卻對于減緩水果和蔬菜的新陳代謝以及 延長儲存時間非常重要，溫度降低越快，效果就越好。根據(jù)不同性質(zhì)的食品推薦采用不同冷卻技術(shù)：強制通風(fēng)冷卻可用于大多數(shù)水果和蔬菜，浸泡或水冷卻可用于體積較小的水果（如櫻桃和漿果），真空冷卻可用于綠葉蔬菜（如生菜和菠菜）。如圖1所示，對于強制通風(fēng)冷卻，要確保冷空氣在托盤、堆疊的食品之間均勻分布，因此建議使用擋風(fēng)簾以及在各托盤之間加上墊片，迫使冷空氣進(jìn)入堆疊的商品之間。

圖1 水果冷藏室的典型布局

1.1.2 肉制品

使用強制通風(fēng)系統(tǒng)來冷卻屠體表面，以防止有害細(xì)菌和微生物的生長。表面的快速冷卻可以減少水分/重量損失。除屠體受過電刺激外，一律建議先將屠體暴露于中溫環(huán)境中（10～12 ℃）再降至冷卻水平，以免屠體因過早暴露于太低溫度而發(fā)生冷縮。

1.1.3 雞蛋和乳制品

母雞通過泄殖腔產(chǎn)卵，蛋殼表面必然受到污染，但只要蛋殼沒有發(fā)生破裂，蛋殼內(nèi)部仍然是無菌的。因此一些國家建議雞蛋在運輸和銷售過程中的存儲溫度保持在室溫水平即可，以避免溫度波動使蛋殼外表面產(chǎn)生冷凝水而促進(jìn)細(xì)菌的滋生。

對于乳制品來說，擠奶后即刻冷卻牛奶是獲得優(yōu)質(zhì)原料的必要條件。冷卻牛奶是在專門的容器中進(jìn)行的，牛奶的溫度可以在2 h 內(nèi)降至4 ℃。

1.2 冷藏

預(yù)冷后，食品還須在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行冷藏。

1.2.1 水果和蔬菜

水果和蔬菜可以通過隧道式預(yù)冷機(jī)等特殊設(shè)備進(jìn)行降溫，但冷藏通常是在內(nèi)部通風(fēng)良好的冷藏室或氣調(diào)冷藏室中進(jìn)行。冷藏溫度取決于食品的敏感性：1）對于高敏感性食品（如芒果、甜瓜、生姜、紅薯和山藥等）冷藏溫度不可低于8～12 ℃，溫度過低會導(dǎo)致食品代謝紊亂，縮短壽命；2）對于中等敏感性的食品（如橘子、綠豆和土豆等），冷藏溫度可降至4～6 ℃，但不能更低；3）對于低等敏度性的食品，建議冷藏溫度為2～3 ℃，略高于冰點的水平。若不按建議溫度進(jìn)行冷藏可能導(dǎo)致水果和蔬菜出現(xiàn)不同程度的損傷，例如表面點蝕、變色、內(nèi)部損壞、不成熟、萎蔫和腐爛等。但無論屬于哪類敏感性食品，必須使托盤和堆疊的食品之間保持充足的通風(fēng)，以去除食品代謝過程中產(chǎn)生的氣體和熱量。

1.2.2 肉制品

肉制品應(yīng)放置于適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度降溫，以避免其發(fā)生冷縮，隨后建議在低溫下（低于2 ℃）進(jìn)行儲存，以抑制微生物的生長。根據(jù)屠宰場設(shè)備的實際情況，可選擇在帶有冷風(fēng)機(jī)或冷卻排管的冷藏室中冷藏。

1.2.3 雞蛋和乳制品

對于乳制品，在被消費或再加工之前需要進(jìn)行嚴(yán)格的冷鏈運輸以保障其衛(wèi)生及品質(zhì)。加工過的乳制品（奶酪、酸奶和發(fā)酵乳等）必須儲存在適當(dāng)?shù)臏囟龋?～6 ℃）下，以避免細(xì)菌的產(chǎn)生。

對于蛋類，在8～10 ℃之間儲存即可，此時蛋殼完好無損。當(dāng)采用更低的溫度（4～6 ℃）儲存時，其保質(zhì)期更可長達(dá)數(shù)月。上述兩種情況所對應(yīng)的溫度均為冷藏室所保持的溫度。

1.3 冷凍

冷凍是將食品的溫度降至凝固點以下的過程。降低食品的溫度可以降低食品內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的速率。冷凍可以阻止水果和蔬菜產(chǎn)品的新陳代謝，一旦食品開始保持冷凍狀態(tài)，可以儲存很長時間。冷凍在多數(shù)情況下需在專門的低溫、高空氣流速設(shè)備中進(jìn)行（通常為-35～-45 ℃、3～7 m/s），以確保產(chǎn)品快速冷凍。再將產(chǎn)品進(jìn)行低溫儲存（低于-18 ℃）。

1.4 過冷、超冷

最近，在冷鏈系統(tǒng)中出現(xiàn)了食品儲存的新方法。分別是過冷（將食品的溫度降至低于冰點但不形成冰）和超冷（將食品的溫度降至低于冰點且部分冷凍）。這些技術(shù)目前已應(yīng)用于部分動物食品（如鮭魚和豬肉等）并大大延長了食品的保質(zhì)期[1]。但由于難以確定和維持這些過程所需的適當(dāng)溫度，所以限制了他們在高科技工業(yè)和冷藏運輸中的應(yīng)用。

1.5 其他食品冷加工過程

制冷技術(shù)是食物供應(yīng)鏈（保鮮和儲存）的重要組成部分，還被廣泛應(yīng)用于許多食品加工過程以提高食品質(zhì)量。例如：1）脂肪結(jié)晶，用于黃油、人造黃油和一些軟奶酪的紋理化；2）冷凍法分離不需要的成分，例如白葡萄酒和香檳中的酒石酸；3）冷凍濃縮，例如果汁；4）冷凍干燥，用于食品和飲料，例如咖啡。

2 工業(yè)制冷與食品加工

制冷技術(shù)被廣泛應(yīng)用于食品的儲存與加工，設(shè)備中的制冷系統(tǒng)及管路形式通常根據(jù)其所需的溫度和冷量確定。

2.1 小型設(shè)備

小型制冷設(shè)備一般采用單級直接膨脹式系統(tǒng)進(jìn) 行供冷，廣泛采用活塞/往復(fù)式制冷壓縮機(jī)，冷量由制冷劑直接提供。這類系統(tǒng)具有簡單、可靠、成本低和易維護(hù)等優(yōu)點。

2.2 大型設(shè)備

盡管高效制冷技術(shù)在投資和維護(hù)方面更加昂貴，但隨著技術(shù)研究的不斷深入促進(jìn)了其他衍生技術(shù)的發(fā)展。冷藏設(shè)備方面，建議采用帶滿液式蒸發(fā)器的單級系統(tǒng)，采用載冷劑（如丙二醇）進(jìn)行冷量分配，可以大大減少制冷劑的充注量。冷凍設(shè)備方面，建議采用帶滿液式蒸發(fā)器的雙級制冷系統(tǒng)（通常帶有串聯(lián)的螺桿壓縮機(jī)或活塞式壓縮機(jī)）。對于兼具冷藏和冷凍功能的設(shè)備，使用大型活塞式壓縮機(jī)可以輕松滿足制冷需求，但螺桿式壓縮機(jī)具有高效的制冷能力以及較小的尺寸所以更受歡迎。

3 當(dāng)前使用的制冷劑和潛在替代品

制冷劑的選擇取決于制冷設(shè)備的大小以及所需的溫度。

3.1 小型設(shè)備

當(dāng)前低毒且不易燃制冷劑得到了廣泛使用，例如HFCs 制冷劑。但由于其具有較高的全球變暖潛能值（Global Warming Potential，GWP），歐盟和國際《氣候變化條例》要求各國逐步減少或淘汰使用HFCs 制冷劑[2]。

HFCs制冷劑的替代品可以為其它低GWP制冷劑或混合類制冷劑?；旌项愔评鋭┮话憔?jīng)過嚴(yán)格的匹配篩選，力爭在環(huán)境影響、安全性、制冷性能之間保持平衡。另一方面，這些混合類制冷劑大多具有較高的溫度滑移，在某些應(yīng)用中該特殊性可能會引起一些問題，因此需要特別小心。

目前已經(jīng)開始在小型設(shè)備中應(yīng)用的替代制冷劑包括：1）HFOs 制冷劑，該類制冷劑具有極低的GWP，但其有效性、當(dāng)前成本以及輕微可燃性限制了它的廣泛應(yīng)用。此外，該類制冷劑在環(huán)境中積累分解形成的殘渣也須進(jìn)行必要的檢驗和研究。2）HCs 制冷劑（如異丁烷、丙烷），該類制冷劑的易燃性較高因此只適用于充注量極低的場合。3）CO2制冷劑，CO2作制冷劑時系統(tǒng)性能低于其他制冷劑系統(tǒng)，但由于CO2對環(huán)境的影響較小并且其制冷系統(tǒng)的設(shè)計在不斷改進(jìn)，促使其成為潛在替代制冷劑。

3.2 大型設(shè)備

大型制冷設(shè)備通常使用NH3作為制冷劑，盡管NH3具有毒性，但通過采用特殊的設(shè)計方法以及維護(hù)手段可以將該風(fēng)險降至最低。

冷凍設(shè)備方面，建議采用帶氣液分離器的雙級螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)。由于NH3的GWP 較低且應(yīng)用較為廣泛，所以制冷劑大多選用NH3。

冷藏設(shè)備方面，采用載冷劑系統(tǒng)（如丙二醇）已是一項成熟技術(shù)。該系統(tǒng)可以大大減少系統(tǒng)中NH3的充注量，提高設(shè)備的安全性。同時對于冷凍設(shè)備，使用復(fù)疊系統(tǒng)（如高溫級使用R134a 或NH3，低溫級使用CO2）也可以減少NH3的充注量。

由于CO2制冷循環(huán)系統(tǒng)在設(shè)計方面所取得的進(jìn)展促進(jìn)了系統(tǒng)的使用，特別是在冷凍和低溫倉庫中CO2系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。

4 發(fā)展前景與挑戰(zhàn)

采用相變制冷劑的壓縮-膨脹系統(tǒng)具有性能優(yōu)越、緊湊性好和可靠性高等優(yōu)勢，因此該系統(tǒng)已連續(xù)使用一個多世紀(jì)，并將繼續(xù)使用很長一段時間。

目前主要的技術(shù)挑戰(zhàn)是如何開發(fā)和使用性能優(yōu)越、環(huán)境影響小、潛在危險性低的制冷劑。當(dāng)前市場上有各種各樣的混合制冷劑被采用，并沒有一種“通用的”制冷劑出現(xiàn)，而且可能永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)。

對于一些早已開始研究的替代技術(shù)（如吸收和吸附系統(tǒng)）將繼續(xù)是研究的主題。對于負(fù)荷量較大的系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)控制上有較大系統(tǒng)慣性，難以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。同時與常規(guī)系統(tǒng)相比，此類系統(tǒng)的投資更高，且能為此類設(shè)備提供維護(hù)的專業(yè)人員也較少。

5 結(jié)論

工業(yè)制冷環(huán)節(jié)是冷鏈的第一步，是指在運輸、零售和消費之前對食品進(jìn)行的加工和儲存。制冷行業(yè)在設(shè)備可靠性、系統(tǒng)性能（降低能耗）、環(huán)境影響（提倡使用低GWP 制冷劑）以及經(jīng)濟(jì)等方面面臨若干挑戰(zhàn)。因此具有可持續(xù)性的制冷系統(tǒng)解決方案必須加快實施（取決于設(shè)備的大小及所需達(dá)到的溫度水平），這樣制冷行業(yè)才能繼續(xù)為世界提供安全、高質(zhì)量的食品，并為世界的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。