流態(tài)冰制取技術(shù)及其在水產(chǎn)品中應(yīng)用的研究進(jìn)展

胡亞男，張建友,2,3，呂 飛,2,3,*，丁玉庭,2,3

（1.浙江工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，浙江杭州 310014；2.國家遠(yuǎn)洋水產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)分中心（杭州），浙江杭州 310014；3.海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧大連 116038）

水產(chǎn)品因肉質(zhì)鮮嫩、脂肪含量低、蛋白質(zhì)含量高而備受消費(fèi)者青睞，但因其水分含量高，在流通期間易受微生物、內(nèi)源酶影響而發(fā)生品質(zhì)劣變。因此，冰藏保鮮在食品鏈中至關(guān)重要，特別是對于剛捕撈后的新鮮水產(chǎn)品。流態(tài)冰能減少水產(chǎn)品在運(yùn)輸中的損傷，使其在貯藏中保持良好的品質(zhì)，已逐漸取代傳統(tǒng)冰成為一種新型的載冷和儲冷介質(zhì)。流態(tài)冰是由一種細(xì)小冰晶及載液組成的兩相均勻混合物，也稱為冰漿、液冰、泵送冰、二元冰等，冰晶粒子直徑大小一般在幾十微米到幾百微米之間[1]，在顯微鏡下呈現(xiàn)球形，其載液是純淡水，或是由水和凝固點(diǎn)降低劑組成的二元溶液，如氯化鈉、乙醇、乙二醇和丙二醇等，較于傳統(tǒng)冰，流態(tài)冰具有冷卻速率快、儲能密度高、顆粒圓潤、輸送方便等優(yōu)點(diǎn)。

國際上對流態(tài)冰的系統(tǒng)研究始于20 世紀(jì)90 年代的歐洲[2]，該技術(shù)主要應(yīng)用于海洋漁業(yè)、空調(diào)蓄冷、食品加工與保鮮等領(lǐng)域，在美國、丹麥、歐洲及日本有較普遍的應(yīng)用[3?5]。在水產(chǎn)保鮮方面，從Fridoc 發(fā)現(xiàn)流態(tài)冰可以冰藏魚，至Ax 等[6]首次發(fā)明一種用于冰凍魚類的制冰系統(tǒng)專利，流態(tài)冰技術(shù)一直在持續(xù)發(fā)展，為了能夠在制冷領(lǐng)域中更深入地研究其基礎(chǔ)特性、制取技術(shù)及工程應(yīng)用等，國際上先后建立了流態(tài)冰研究中心（Ice Slurry Center）和流態(tài)冰研究合作體（Working Party on Ice Slurry）。

國內(nèi)的流態(tài)冰保鮮技術(shù)仍處于不斷研發(fā)狀態(tài)中，以滿足水產(chǎn)品保鮮、運(yùn)輸、貯藏的需要，適應(yīng)水產(chǎn)加工者和漁民的需求。目前，一些企業(yè)與高?；蜓芯繖C(jī)構(gòu)積極合作，研究主要集中于流態(tài)冰制取設(shè)備的開發(fā)、制取后在不同形狀/材質(zhì)管道中的運(yùn)輸情況（流動性、傳熱傳質(zhì)性）、以及對不同種類水產(chǎn)品（魚類、蝦類、貝類、蟹類等）的保鮮作用，該技術(shù)在水產(chǎn)品延長貨架期等方面已取得顯著的效果。

流態(tài)冰技術(shù)在水產(chǎn)品保鮮領(lǐng)域越來越受到關(guān)注，但是由于缺乏對流態(tài)冰晶基礎(chǔ)特性、應(yīng)用對象的了解和制取技術(shù)單一等問題，使流態(tài)冰技術(shù)成熟的進(jìn)程被阻礙。因此，本論文對流態(tài)冰制取技術(shù)、生長和抑制條件、流體動力學(xué)、熱力學(xué)特性以及在水產(chǎn)品中的研究進(jìn)行介紹，以期為水產(chǎn)企業(yè)或加工者在提升流態(tài)冰生產(chǎn)效率、拓寬應(yīng)用市場方向等問題上提供依據(jù)，有利于促進(jìn)水產(chǎn)保鮮技術(shù)健康、持續(xù)的發(fā)展。

1 流態(tài)冰的制取技術(shù)

流態(tài)冰制取的核心是高含冰率、低生產(chǎn)能耗且不易冰堵，但目前由于制取條件的約束，流態(tài)冰制取技術(shù)還未被完全開發(fā)，采用不同方法獲得的流態(tài)冰的基礎(chǔ)物性也相差較大。目前較為常見的流態(tài)冰制取方法包括流化床法、真空法、過冷法、刮削法、直接接觸法[7?11]等。

1.1 流化床法

流化床是指將大量固體顆粒懸浮于運(yùn)動的流體之中，使顆粒具有流體的某些表觀特征。制冰過程在流化床內(nèi)部進(jìn)行，水從流化床底部噴入循環(huán)流動的載冷液體中霧化形成細(xì)小液滴，液滴與載液一起流動，換熱液滴發(fā)生相變形成冰粒，周圍載冷液體的溫度升高，載液與形成的冰粒一起流出流化床并在濾冰器內(nèi)分離，冰粒被送入蓄冰容器。

國外的流化床制冰技術(shù)還處于試驗(yàn)研究狀態(tài)，Meewisse 等[12]研究了液固流化床換熱器在流態(tài)冰發(fā)生器中的傳熱系數(shù)，并提出一種準(zhǔn)確預(yù)測制冰發(fā)生器傳熱系數(shù)的模型。研究發(fā)現(xiàn)流態(tài)冰產(chǎn)生時溫度低且粘度較高，導(dǎo)致測得的傳熱系數(shù)低于液體/固體流化床換熱器特有的傳熱關(guān)聯(lián)式的預(yù)測值。隨后在模擬基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種流化床制冰裝置，向流化床中加入不同直徑的鋼珠，通過鋼珠對壁面的撞擊來防止壁面結(jié)冰，冷卻的水經(jīng)滴水管循環(huán)再次進(jìn)入流化床從而節(jié)約冷量。在整個制冰過程中，由于霧化時需要控制液滴粒徑分布，液滴在運(yùn)動中發(fā)生的聚并等問題難以解決，國內(nèi)學(xué)者在自建的試驗(yàn)臺上，探究液固流化床制冰工藝流程參數(shù)、穩(wěn)定操作和換熱規(guī)律，總結(jié)得出外循環(huán)流化床換熱器穩(wěn)定操作規(guī)律曲線、制冰過程中的對流換熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式等[13]。

1.2 真空法

真空制冰技術(shù)根據(jù)三相共存原理將普通壓力下的水打入蒸發(fā)器，液體由于降壓閃蒸吸收熱量，從而在水中產(chǎn)生冰晶并逐漸形成顆粒流態(tài)冰在蒸發(fā)器下部輸出，從蒸發(fā)器上端排出的水蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)和冷凝器重新復(fù)原為水[14]。

在真空法制備中，只要采取適當(dāng)措施維持真空狀態(tài)，就可以持續(xù)制冰。在此基礎(chǔ)上，鄭欽月等[15]和Tang 等[16]分別優(yōu)化了真空制取流態(tài)冰技術(shù)。鄭欽月等使用表面活性劑對納米流體進(jìn)行真空制冰，發(fā)現(xiàn)將納米Fe2O3作為制冰工質(zhì)、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）作為表面活性劑，可以降低過冷度、增加流態(tài)冰的含冰率。Tang 等提供了一種新型的帶有噴射泵的真空制冰系統(tǒng)，由噴射泵驅(qū)動的蒸汽用于在密閉容器中產(chǎn)生真空及提供足夠的冷能，以解決高能耗和結(jié)冰的問題。但目前，關(guān)于真空法制冰的研究，都僅針對真空噴霧法制冰或水滴下降過程的結(jié)冰特性，而在實(shí)際工況中，因受到噴霧量的限制以及對真空度的精密要求，該方法的制冰量較小，并且難以抽取出冰。

1.3 過冷法

過冷法是利用水的過冷度，流入過冷卻器的水被冷卻到冰點(diǎn)以下而沒有結(jié)晶，離開冷卻器之后的過冷水因受到物理干擾而生成冰晶。Mouneer 等[17]設(shè)計(jì)了一種新型的過冷式熱交換器，與傳統(tǒng)式相比，過冷水射流流態(tài)冰生成器可改善傳熱性能，但產(chǎn)生的冰的體積分?jǐn)?shù)低于傳統(tǒng)式。肖睿等[18]發(fā)明了一種實(shí)用新型的過冷水式動態(tài)流態(tài)冰制取系統(tǒng)，適用于采用過冷水法制取清水流態(tài)冰的工藝系統(tǒng)，減少了冷卻水預(yù)熱時產(chǎn)生的冷量損失。Li 等[19]在低濕度的環(huán)境中將水蒸發(fā)至過冷態(tài)形成循環(huán)，并結(jié)合蒸發(fā)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這種新型制冷循環(huán)減輕了電力負(fù)擔(dān)及冰堵塞問題，在提高制冰整體性能方面產(chǎn)生了雙重效益。卡爾斯魯厄應(yīng)用科技大學(xué)[1]最近開始使用一種材料（氟化物和烷基）進(jìn)行過冷卻器壁納米涂層實(shí)驗(yàn)，這可能會產(chǎn)出一種新型的節(jié)能高效、可靠的過冷流態(tài)冰生成器。

過冷法制取流態(tài)冰的系統(tǒng)較簡單，換熱效率高，但是目前也存在一些問題：一次循環(huán)制取流態(tài)冰的含冰率較低；在過冷器中容易發(fā)生冰堵問題。如果要實(shí)現(xiàn)制冰過程的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，需要對換熱表面的粗糙度、疏水性等進(jìn)行嚴(yán)格控制[20]。

1.4 刮削法

該方法制取流態(tài)冰的基本原理是將水浴液輸入到換熱器內(nèi)，冷卻至結(jié)晶溫度并在設(shè)備壁面凝結(jié)成冰，再通過高速旋轉(zhuǎn)的刮刀將凝結(jié)在設(shè)備壁面的冰晶刮削下來，與水溶液相形成流態(tài)冰[21]。該系統(tǒng)主要由制冷循環(huán)和殼管式流態(tài)冰發(fā)生器兩部分組成。秦坤等[22]設(shè)計(jì)了一種螺旋刮刀式動態(tài)制取流態(tài)冰裝置，傾斜設(shè)計(jì)的刀面能有效應(yīng)對變動的制冰機(jī)工況，同時防止刀片損壞和冰堵現(xiàn)象。劉瑞見等[23]在此基礎(chǔ)上對機(jī)體旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改良，使用刮刀系統(tǒng)驅(qū)動制冰，簡化原系統(tǒng)，降低驅(qū)動成本。Goulet 等[24]則針對刮刀驅(qū)動系統(tǒng)復(fù)雜的問題，運(yùn)用籠式刮刀設(shè)計(jì)出不同的壁面刮削制冰裝置，出冰效率顯著提高。

刮削法制冰與其他制冰技術(shù)相比，主要優(yōu)勢是機(jī)械攪拌可導(dǎo)致極高的傳熱速率，轉(zhuǎn)化成快速的冷卻速率。但在刮削式流態(tài)冰生成器中，其刮刀為了保證與機(jī)體的配合，精度制作成本偏高，且需要定期維護(hù)更換，所以刮削法制取流態(tài)冰技術(shù)還未全面普及。

1.5 直接接觸法

直接接觸法的基本原理是將不溶于水的低溫冷媒通過噴嘴噴入水槽，與水直接接觸換熱，水被冷卻到凍結(jié)點(diǎn)溫度以下形成冰晶。直接接觸換熱法制取流態(tài)冰技術(shù)有液液直接接觸法和氣液接觸法兩種。在液液直接接觸法中，劉劍寧等[25]公開了一種配有噴射器的直接接觸式制冰器，研究表明可較好地解決噴嘴冰堵及制冷劑與制冰溶液之間的分離問題。高玉國等[26]將載冷劑、制冰工質(zhì)噴嘴運(yùn)用于接觸式制冰器，解決了水不能與載冷劑直接接觸進(jìn)而影響制冰效率的問題。氣液直接接觸法是利用氣體，如CO2、N2等作為載冷劑與蓄冰溶液進(jìn)行接觸。Thongwik等[27]采用CO2作載冷氣體，研究了氣體流量、氣體進(jìn)口溫度等對流態(tài)冰體積傳熱系數(shù)的影響, 得到了制冰混合溶液的合適比例。劉玉東等[28]則針對載冷氣體進(jìn)行降溫，利用循環(huán)制冷系統(tǒng)得到的低溫冷卻氣體將包圍液滴或水霧，達(dá)到冷卻點(diǎn)后獲得流態(tài)冰。

因冷媒與水具有充分接觸的特性，該方法的換熱效率是所有流態(tài)冰制取方法中最高的，但是在采用制冷劑的過程中，也存在蒸發(fā)溫度過低導(dǎo)致噴射孔堵塞以及制冷劑需求量大等問題。

1.6 混合輔助制冰方式

動態(tài)冰蓄冷技術(shù)獲取的流態(tài)冰，其流動性、蓄冷密度等特性在不斷提高，流態(tài)冰的制取方式也隨之日益優(yōu)化。在技術(shù)組合方面，賈瀟雅等[29]設(shè)計(jì)了一套動態(tài)閃蒸結(jié)合超聲波作用的制冰設(shè)備，研究不同超聲波功率、噴射體積流量等對實(shí)驗(yàn)的影響，結(jié)果表明，超聲可增大水的閃蒸強(qiáng)度，高功率超聲有利于動態(tài)制冰。在技術(shù)節(jié)能方面，徐瑞林等[30]提供一種過冷法制取冰漿裝置，由太陽能驅(qū)動蒸發(fā)制冷，除濕需要的熱量全部由可再生能源太陽能提供，且一直維持工作狀態(tài)，大大提高了制冰效率。孫靖等[31]利用LNG（液化天然氣）氣化所釋放的冷能作為載冷劑，與海水換熱制冰進(jìn)行流化床式海水冷凍淡化，可完成連續(xù)高效的制冰淡化。混合輔助制冰方式與其他方式相比，主要的優(yōu)勢在于能夠充分利用現(xiàn)有的技術(shù)特點(diǎn)與傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)多元化結(jié)合，進(jìn)一步提高制冰的穩(wěn)定性及節(jié)能性。

2 流態(tài)冰晶的生長及抑制

在動態(tài)制取流態(tài)冰中，冰晶需經(jīng)歷成核、生長、破碎、團(tuán)聚等過程，其微觀形態(tài)及粒徑會隨著時間發(fā)生變化。冰晶的生長是基于溶質(zhì)分子，按一定規(guī)律結(jié)合成顆粒型的晶核，使溶質(zhì)分子發(fā)生位移并有秩序地結(jié)合到晶核上面，晶體不斷增大形成冰晶體。通常，晶體的生長快慢可以用線性增長速率U（單位為mm/min）來表示，即單位時間冰晶體沿射線方向的增長量，U 值與溶液的性質(zhì)、濃度、壁面接觸材料等有關(guān)，尤其是和過冷度有著密切聯(lián)系。冰晶生長初期時，其生長速度在不同方向上顯示不均勻，且冰粒直徑隨時間的延長而增大；等溫儲存運(yùn)輸過程中，冰晶顆粒發(fā)生相對滑移，平均冰晶尺寸嚴(yán)重增加，這主要?dú)w因于：冰水分層流動的團(tuán)聚現(xiàn)象，因粘附力作用聚集使冰晶增長，加劇運(yùn)輸管道的堵塞；溶質(zhì)中的較小型的結(jié)晶溶解并再次沉積到較大型的結(jié)晶上（奧氏熟化），當(dāng)冰晶混合物中溶質(zhì)濃度高于5%質(zhì)量比時，冰晶團(tuán)聚速率隨溶質(zhì)濃度的增加而降低[32]；Grandum等[33]發(fā)現(xiàn)在靜態(tài)溶液中冰晶種于雙棱錐的c 軸方向上生長，且在流動的核心區(qū)域中運(yùn)輸晶體。余云霞等[34]編寫UDF 程序引入冰晶生長項(xiàng)、團(tuán)聚項(xiàng)和破碎項(xiàng)描述冰晶粒徑演化，分析在不同過冷度、流速、含冰率下冰晶粒徑分布及其演化規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)，流速和含冰率的增加會導(dǎo)致冰晶平均粒徑增大且分布不均勻。

抑制冰晶的生長是大規(guī)模持續(xù)生產(chǎn)流態(tài)冰的關(guān)鍵。若未嚴(yán)格調(diào)控制冰系統(tǒng)條件，冰晶極易成核結(jié)冰，當(dāng)形成的冰晶與基底之間存在晶格失配時，會在生長的核中誘發(fā)應(yīng)變，這種應(yīng)變提高了克服新相形成所需的形核屏障，形成穩(wěn)定的冰晶；相反，匹配的晶格會減小成核壁壘，因此可抑制晶體生長，利于獲得理想的流態(tài)冰。針對這些問題，國內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行大量研究，總結(jié)如表1。

表1 冰晶生長的主要抑制方式及優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Main inhibition methods and its advantages and disadvantages of ice crystal growth

綜上所述，在流態(tài)冰實(shí)際制取應(yīng)用中，為抑制冰晶生長提高制冰效率及應(yīng)用價值，采取不同改善措施是很有必要的。然而，當(dāng)運(yùn)用于食品行業(yè)、大型制冰系統(tǒng)時，安全性和成本高低等因素是需要著重考慮的，所以未來還得繼續(xù)探索最佳的控制冰晶生長的方法。

3 流態(tài)冰的流動與傳熱特性

3.1 流動特性

流態(tài)冰作為一種流體，在實(shí)際運(yùn)輸中，可流動性是保證進(jìn)行長途運(yùn)輸且無堵塞的關(guān)鍵?？紤]到流態(tài)冰在管道中表現(xiàn)為固-液流的流型，冰晶存在浮力作用，流動呈現(xiàn)出不同的流態(tài)，基本分為均相流動狀態(tài)（固-液良好混合流動）、非均勻流動狀態(tài)（冰晶和載流流體之間初始分離）、移動床流態(tài)（冰晶在管道上部的初始積聚）、固定床流態(tài)（較小流速導(dǎo)致的填充床層增加）四種類型[41]，隨管道直徑、長度、流體密度、粘度、壁面粗糙度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其固體性質(zhì)等變化。此外，流態(tài)冰流動的主要問題之一是由于冰的質(zhì)量和體積分?jǐn)?shù)的增加而引起的高壓降和摩擦因數(shù)，在高冰體積分?jǐn)?shù)（φ12%）下，流態(tài)冰的壓力降總體上要高得多，直接導(dǎo)致了剪切增稠行為[42]。

在流體流動工況中，有效的減阻方法能為克服流態(tài)冰流動的壓降、摩擦系數(shù)等問題提供解決方案，加入少量的添加劑或改變管道的幾何形狀，從而降低流體的湍流表面摩擦。Ostwald-de Waele 模型、Bingham 模型、Casson 模型、Herschel-Bulkley 模型、Papanastastiou 模型[43]可用來描述并提供流動區(qū)域內(nèi)豐富的參數(shù)化信息。國內(nèi)外已有學(xué)者針對不同變量：壓降、流速、含冰率、顆粒粒徑、管道種類等開展大量實(shí)驗(yàn)，并采用合適的參數(shù)模型，進(jìn)一步研究流態(tài)冰的流變行為，對其輸送的安全設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有指導(dǎo)意義表2。

表2 不同管道內(nèi)湍流狀態(tài)下流態(tài)冰的流動特性Table 2 Flow characteristics of flowing ice under different turbulent states in pipes

3.2 傳熱特性

在流態(tài)冰生成器流動工況（液-固相變）中，熱量通過兩股流體間的傳熱面（單位m2）傳遞，冷、熱流體之間存在的溫度差即為熱量傳遞的推動力，一般來說，兩者單位時間所交換的熱量與傳熱面積、溫度差成正比。當(dāng)流體流速慢時呈平流，以傳導(dǎo)傳熱為主，較快時呈紊流，主要為對流傳熱，若要提高其傳熱速率，可考慮通過提高流體流速、溫度、改善壁材等方式適當(dāng)提高傳熱推動力或降低傳熱阻力。

另一種工況為運(yùn)輸管中，流態(tài)冰融化時（固-液相變）的傳熱特性，管壁的熱量先傳遞到液相，使液相溫度升高，隨后液相將熱量再傳遞給固相，使固相顆粒隨著流動不斷融化，而融化會使流態(tài)冰固相體積分?jǐn)?shù)降低、顆粒直徑減小，因此流態(tài)冰中固體顆粒之間同時具有聚并、破碎和融化作用。由于換熱器/管道不可視化，觀測具體傳熱過程較難，只能利用數(shù)值模擬發(fā)生器內(nèi)的傳熱動態(tài)計(jì)算平均換熱系數(shù)。Onokoko等[48]用數(shù)值方法研究了乙烯-乙醇-水流態(tài)冰在管內(nèi)流動時的熱行為，得到了熔化傳熱特性，包括傳熱系數(shù)的軸向分布、體壁溫度、冰體積分?jǐn)?shù)和熔化速度，均與非熔融流的相應(yīng)分布有顯著差異。Li 等[49]利用CFD 軟件模擬紊流和湍流態(tài)下的傳熱，發(fā)現(xiàn)流態(tài)冰的換熱性能強(qiáng)烈依賴于流速和冰質(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)在湍流中流動時，熱流密度對Nuis 值的影響很小。趙新穎等[50]采用粒子流與傳熱傳質(zhì)模型相結(jié)合的方法，計(jì)算研究了水平方管內(nèi)流態(tài)冰與漁獲物的流動傳熱，得知影響冰與漁獲物表面?zhèn)鳠岬年P(guān)鍵是冰顆粒的分布，隨著冰顆粒入口體積分?jǐn)?shù)的提高，漁獲物上表面與側(cè)面的熱通量整體有所增大且分布均勻。

目前，越來越多的學(xué)者通過仿真模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證探究流態(tài)冰的流動和傳熱特性，得出的關(guān)系式和理論基本適用于工程設(shè)計(jì)參數(shù)，同時也可考慮將研究不同制冰器或管道局部特性的數(shù)群模型結(jié)合并優(yōu)化，進(jìn)一步提高工藝精度要求。

4 流態(tài)冰在水產(chǎn)品中的研究

4.1 預(yù)冷作用

流態(tài)冰具有較大的傳熱面積和熱傳遞能力，降溫速率快，因此常用于水產(chǎn)品的預(yù)冷，提高后續(xù)的生產(chǎn)加工效率。流態(tài)冰預(yù)冷是指水產(chǎn)品在凍結(jié)、冷藏、貯運(yùn)等操作前，使用流態(tài)冰將其從初始溫度（30 ℃左右）迅速降至所需要的終點(diǎn)溫度（0～15 ℃）的過程。Lin 等[51]研究在?1.5 °C 下用流態(tài)冰預(yù)冷、直接冷凍對琵琶魚肝臟質(zhì)量和微結(jié)構(gòu)的作用，結(jié)果顯示，兩組魚的內(nèi)聚性和耐嚼性等鮮度參數(shù)均呈下降趨勢，但前者較為緩慢，可延遲樣品的組織損傷。高紅巖等[52]將流態(tài)冰預(yù)冷與冰溫貯藏相結(jié)合，研究其對新鮮鱈魚片質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)預(yù)冷可延長樣品從中性期到腐敗期的過程，延長貨架期達(dá)17 d。同時，研究表明，將預(yù)冷前處理與冷凍疊加作用于水產(chǎn)品，保鮮效果更明顯。Zakhariya 等[53]分別用流態(tài)冰和片冰對澳洲肺魚進(jìn)行不同時間的前處理后于?20 ℃條件下貯藏20 d，實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)流態(tài)冰處理的魚體蛋白質(zhì)含量、水分含量均高于片冰組，TVB-N、pH 及活菌數(shù)低于片冰處理組，可看出流態(tài)冰能有效維持水產(chǎn)品的新鮮品質(zhì)。Zhao 等[54]研究了在冰箱（5 ℃）或流態(tài)冰（0 ℃）中的預(yù)冷與凍結(jié)相結(jié)合對金鯧魚的冷凍速度和質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)在流態(tài)冰中進(jìn)行預(yù)冷有助于提高后續(xù)冷凍過程的冷凍速度，并且用1.7 m / s 的冷媒在?100 °C下連續(xù)冷凍，是保持冷凍金鯧魚質(zhì)量的最有效方法。這兩種方法也為食品市場中水產(chǎn)品的前處理加工提供了參考。

4.2 貯藏保鮮作用

流態(tài)冰將產(chǎn)品溫度控制在零度以下，以較低溫度減緩蛋白質(zhì)、脂質(zhì)氧化。Rodriguez 等[55]比較了比目魚在流態(tài)冰或片冰中的生化、微生物學(xué)反應(yīng)。結(jié)果表明，使用前者貯存明顯降低了核苷酸降解、脂質(zhì)氧化速率，比目魚肌肉的部分高分子量蛋白質(zhì)保持良好的穩(wěn)定性。Zhang 等[56]探究了流態(tài)冰作用于金槍魚品質(zhì)的影響，經(jīng)處理后發(fā)現(xiàn)魚肌肉中的肌原纖維蛋白、Ca2+-ATPase 活性和總巰基含量均高于空白和片狀樣品。此外，流態(tài)冰相較于碎冰保鮮可明顯降低水產(chǎn)品的腐敗速度，保持其原有的鮮度。以碎冰為對照，張皖君等[57]分析了3 種冰藏處理后鱸魚中微生物等的變化規(guī)律，其中流態(tài)冰可有效抑制鱸魚中ATP 降解、抑制微生物生長；藍(lán)蔚青等[58]發(fā)現(xiàn)經(jīng)流態(tài)冰處理后的南美白對蝦樣品的彈性、咀嚼性、TVB-N 含量、TBARS 值與菌落總數(shù)始終維持在較低水平，品質(zhì)明顯均優(yōu)于碎冰處理組。顯而易見，基于流態(tài)冰冰晶的物理特性，使得在貯藏情況下水產(chǎn)品的保鮮效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)冰，降低水產(chǎn)品受到的污染以及破壞程度，能夠在較長時間內(nèi)保持水產(chǎn)品品質(zhì)。

4.3 冷致死作用

通常，海上漁業(yè)捕撈水產(chǎn)品后，收獲和屠宰（刺殺、擊昏）過程中的壓力會對肉質(zhì)有明顯影響，死亡前掙扎會縮短肌肉細(xì)胞的壽命[59]。所以需對水產(chǎn)品進(jìn)行快速屠宰，使敏感性和意識的迅速喪失，保證水產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)的最大化。Anders 等[60]將鯖魚持續(xù)擊昏（5 s）并在流態(tài)冰中冷卻6 min，研究發(fā)現(xiàn)，在鯖魚暈眩無意識情況下，可誘發(fā)死亡、改善鯖魚的肉質(zhì)。Huidobro 等[61]分別將金頭鯛浸泡在流態(tài)冰浴、冰水中，并觀察在兩組情況下魚體死亡后的質(zhì)量變化，前者減少了魚完全凍結(jié)所需的時間；但是使用最低溫度（?2.2 ℃）時出現(xiàn)了眼睛混濁，導(dǎo)致外觀的劣變。直接使用流態(tài)冰進(jìn)行致死，大大降低了魚類的商業(yè)價值?；谏鲜鲈?，Lopez-Canovas 等[62]使用不同類型的冰結(jié)合丁香精油（CEO），并封裝在β-環(huán)糊精（β-CD）納米膠囊中以調(diào)整金頭鯛的致死條件，結(jié)果表明，該方法與目前冷凍、屠宰和冷藏過程中使用的冰包埋精油技術(shù)兼容[63]，可有效降低宰殺時的應(yīng)激水平，獲得質(zhì)量更高、保質(zhì)期更長的鮮魚。顯然，選擇單一的流態(tài)冰殺死魚類是不值得推薦的，對水產(chǎn)品質(zhì)地有負(fù)面影響，但可以確定冰浴的最佳溫度范圍，再結(jié)合其他恰當(dāng)?shù)脑讱⒎绞絹磉M(jìn)行處理。

4.4 船載車載運(yùn)輸中的應(yīng)用

水產(chǎn)品自捕撈后，經(jīng)歷一系列的轉(zhuǎn)運(yùn)流程到達(dá)售賣市場，期間受到各種環(huán)境因素（摩擦、撞擊和溫度變化等）的影響，這些因素均有可能導(dǎo)致水產(chǎn)品發(fā)生不同程度的腐敗變質(zhì)、出現(xiàn)異味等不良現(xiàn)象。因此，研發(fā)在船載車載中的水產(chǎn)品保鮮技術(shù)顯得尤為重要。Yuan 等[64]將魷魚貯藏在 40 r/min、?4 ℃的搖床中，使用動態(tài)流態(tài)冰模擬船上保鮮魷魚的效果，結(jié)果顯示，相對于冰水混合、碎冰與冰箱組，流態(tài)冰能顯著減緩魷魚的腐敗變質(zhì)速率，滿足魷魚遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)囊?。Huidobro 等[65]在船上用流態(tài)冰加工深水粉紅蝦并觀察對品質(zhì)的影響，不僅減緩了pH 的升高和微生物的生長，質(zhì)地也發(fā)生很小的變化。研究表明漁船上使用流態(tài)冰優(yōu)于傳統(tǒng)冰，尤其適用于將蝦用作需要去除甲殼加工類型的原料時。

4.5 流態(tài)冰復(fù)合型保鮮技術(shù)探究

目前，為了將水產(chǎn)品在貯存中受到的損傷降到最低，有實(shí)驗(yàn)研究將流態(tài)冰和不同的添加劑相結(jié)合，以達(dá)到更優(yōu)異的保鮮效果。在結(jié)合抗氧化劑方面，施源德等[66]利用響應(yīng)面法的中心組合試驗(yàn)確定流態(tài)冰最佳配方，研究表明，在?4 ℃下配制的0.25%茶多酚、0.2%二氧化硅、3%氯化鈉的茶多酚流態(tài)冰能有效抑制鯖魚中揮發(fā)性鹽基氮和組胺的產(chǎn)生。張皖君等[67]比較了使用流態(tài)冰、竹葉抗氧化物流態(tài)冰（AOB-SI）、迷迭香提取物流態(tài)冰（RE-SI）處理對鱸魚貯藏期間抗氧化活性及微生物作用效果，結(jié)果表明，AOB-SI 與RE-SI 處理組較于SI 組可明顯延緩鱸魚樣品的POV 值、MDA 值和FFA 值的升高，以及蛋白質(zhì)氧化和微生物的生長繁殖。在結(jié)合抗菌劑方面，馮家敏等[68]采用流態(tài)冰結(jié)合防黑變劑等探索南美白對蝦的鮮度保持和黑變現(xiàn)象抑制方法，發(fā)現(xiàn)流態(tài)冰與4-HR 或植酸鈉、ClO2混合保鮮對蝦僅頭部輕微褐變，肌肉緊密有彈性。黃利華等[69]研究了ClO2、乳酸鏈球菌素（Nisin）和二甲基二碳酸鹽（DMDC）抑菌流態(tài)冰對白鯧魚品質(zhì)特性的影響，結(jié)果表明，白鯧魚的TVB-N 值和TBARS 值升高，抑菌流態(tài)冰能夠促進(jìn)魚肉pH、硬度、彈性和色度等的穩(wěn)定性。Campos等[70]將流態(tài)冰和臭氧結(jié)合前后對大菱鲆保鮮效果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)臭氧流態(tài)冰抑制脂肪水解及氧化反應(yīng)等方面的效果比流態(tài)冰突出，延長了食品貨架期。然而在研究實(shí)驗(yàn)中，雖然發(fā)現(xiàn)流態(tài)冰復(fù)合保鮮效果優(yōu)于單一流態(tài)冰，但是在水產(chǎn)品實(shí)際保鮮應(yīng)用中，選擇對其無害的抗氧化劑、抗菌劑及濃度比例是值得以后的研究者深入探討的。

5 流態(tài)冰技術(shù)的應(yīng)用前景

流態(tài)冰作為一種快速冷卻水產(chǎn)品的蓄冷新技術(shù)，在未來具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，因此，越來越多的企業(yè)和研究團(tuán)隊(duì)爭相開發(fā)創(chuàng)新，并積極地向著更深層次的領(lǐng)域推廣應(yīng)用。在流態(tài)冰成為重要研究方向的同時，其存在的問題也不容忽視。制取流態(tài)冰的溫度、鹽度以及形成冰晶后的含冰率等都會影響水產(chǎn)品的冷藏與保鮮效果，利用動態(tài)法制取的流態(tài)冰在流動性、粒徑大小和穩(wěn)定性等方面也存在差異，實(shí)際應(yīng)用時需根據(jù)產(chǎn)品的需求來選擇不同的流態(tài)冰。對于水產(chǎn)品的研究方向可以沿著以下幾方面發(fā)展：

a. 規(guī)?；a(chǎn)流態(tài)冰，并直接用于水產(chǎn)品中是降低水產(chǎn)品損失率、提高新鮮品質(zhì)的有效途徑。地球淡水資源有限，而海水資源豐富且易得，利用海水作為制冰溶液，可結(jié)合使用過冷水法一體化制冰裝置制取流態(tài)冰，實(shí)現(xiàn)深海遠(yuǎn)洋漁船上連續(xù)動態(tài)制冰和就地保鮮。

b. 流態(tài)冰保鮮技術(shù)中，流態(tài)冰的殺菌機(jī)理起著重要作用，未來在制冰系統(tǒng)中可更換蓄冰溶液的類型：電解水或低溫等離子體活化水等，將其制冰后作用于水產(chǎn)品可達(dá)到高效抑菌效果。

c. 刮削法和過冷法是流態(tài)冰制取的常用技術(shù)，產(chǎn)冰中會出現(xiàn)機(jī)損、易冰堵、效率低等問題，脈沖電場、電子輻射、磁場、超聲波輔助促核成冰成為一種可行性方案。目前已有超聲輔助制冰等應(yīng)用報(bào)道。

d. 對于遠(yuǎn)洋漁業(yè)捕撈后的漁獲物，可考慮使用流態(tài)冰噴淋-輸送帶的裝置，運(yùn)用于遠(yuǎn)洋漁船，并于后期運(yùn)輸、貯藏中建立無損-感應(yīng)檢測系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)控水產(chǎn)品的鮮度變化、提高安全性。

新時代新追求，流態(tài)冰作為新型的綠色保鮮介質(zhì)，其制取技術(shù)的研發(fā)、工程應(yīng)用的開拓，既能響應(yīng)國家的創(chuàng)新、綠色發(fā)展理念，又對國家的能源節(jié)約、經(jīng)濟(jì)效益提高有著深遠(yuǎn)意義，成為未來不斷探索的必然趨勢。