液氮速凍在海產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用研究

摘 要：我國(guó)海域資源遼闊，海產(chǎn)品種類繁多，凍品是海產(chǎn)品加工的主要形式之一。液氮速凍作為一種新型速凍技術(shù)，具有凍結(jié)速率快、速凍食品品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)，已在海產(chǎn)品冷凍過(guò)程中廣泛應(yīng)用。文章綜述了液氮速凍技術(shù)基本原理及其在海產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用，分析了液氮速凍工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，并展望了液氮速凍技術(shù)未來(lái)研究方向，以供參考。

關(guān)鍵詞：液氮速凍；冰晶生成帶；中心溫度

Application of Liquid Nitrogen Quick Freezing Technology in Aquatic Products

SUN Xin1， ZHANG Lu1， DONG Shaoguang3， HU Xin1，2， SONG Huayu1*

（1.Qingdao Conson Oceantec Valley Development Co.， Ltd.， Qingdao 266200， China;

2.Conson CSSC （Qingdao） Ocean Technology Co.， Ltd.， Qingdao 266200， China;

3.Qingdao Conson Development （Group） Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China）

Abstract： China has abundant aquatic resources and a wide variety of aquatic products. Frozen products are one of the main forms of aquatic product processing. Liquid nitrogen quick freezing， as a new type of quick freezing technology， has the advantages of fast freezing rate and high quality of frozen food， and has been widely used in the freezing process of aquatic products. This paper reviews the basic principles of liquid nitrogen freezing technology and its application in aquatic product preservation. It analyzes the advantages and disadvantages of liquid nitrogen freezing process and looks forward to the future research direction of liquid nitrogen freezing technology for reference.

Keywords： liquid nitrogen quick freezing; ice crystal formation zone; central temperature

我國(guó)是一個(gè)海洋大國(guó)，擁有漫長(zhǎng)的海岸線和豐富的海洋生物資源，2023年海產(chǎn)品產(chǎn)量為3 353.08萬(wàn)t[1]。海產(chǎn)品含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸、無(wú)機(jī)鹽和維生素等人體所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并具有特殊的色、香、味等，深受廣大消費(fèi)者的喜愛。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海產(chǎn)品需求量不斷增大，逐步發(fā)展成為人們獲得高品質(zhì)蛋白的重要方式之一。然而，海產(chǎn)品因其富含蛋白質(zhì)，體表攜帶有多種微生物，極易因保存溫度等因素造成品質(zhì)變化，如食品腐爛、變質(zhì)等，產(chǎn)生難聞的腥臭味，并造成較大的經(jīng)濟(jì)

損失[2]。

我國(guó)海產(chǎn)品消費(fèi)主要以鮮活模式為主（約占68%），海產(chǎn)品原料加工率僅為32%。但一些外海養(yǎng)殖和遠(yuǎn)洋捕撈的海產(chǎn)品，由于其距離岸基較遠(yuǎn)，為保證食用安全，多采取低溫速凍保存，冷凍品重量約為643萬(wàn)t，占所有加工品的60%以上[3]。低溫速凍作為海產(chǎn)品的主要貯藏方式之一，成為海產(chǎn)品加工行業(yè)發(fā)展的重要支撐[4]。液氮速凍作為一種新型食品冷凍方法，在20世紀(jì)50年代產(chǎn)生于美國(guó)，1960年

開始被正式用于速凍食品[5-6]。我國(guó)液氮速凍技術(shù)應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代，最早應(yīng)用在肉類制品的加工和保存中。近年來(lái)，液氮速凍工藝和設(shè)備都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用于食品和功能性產(chǎn)品的保存。

1 液氮速凍技術(shù)的基本原理

液氮是無(wú)色、無(wú)腐蝕性、不可燃的氮?dú)庠跇O低溫度下（-195.8 ℃）液化后的透明液體。液氮化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)與食品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，符合《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 餐飲服務(wù)通用衛(wèi)生規(guī)范》（GB 31654—2021），是一種理想的凍結(jié)保鮮劑[7]。液氮通過(guò)與食品接觸或浸泡，在食品表面快速汽化，大量吸收食品熱量從而使食品快速凍結(jié)。液氮速凍主要采用噴淋和浸漬兩種方式進(jìn)行食品凍結(jié)，由低溫高壓突變到常溫常壓，體積瞬間膨脹696倍，吸收熱量效率可達(dá)383 kJ·kg-1[8]，食品瞬間凍結(jié)。

液氮速凍使食品迅速通過(guò)冰晶生成帶，體內(nèi)冰晶顆粒細(xì)小且均勻，降低了對(duì)細(xì)胞的損傷；同時(shí)，解凍過(guò)程中由于細(xì)胞破壞較小，汁液流失率較少，能夠最大限度地維持食品營(yíng)養(yǎng)、口感和特有風(fēng)味。液氮由液體汽化變成氮?dú)猓潴w積劇烈膨脹，食品周圍充滿氮?dú)?，降低了凍結(jié)過(guò)程中食品周邊的氧氣濃度，食品呼吸與氧化減少，從而減慢了腐敗變質(zhì)的速率[9]。液氮速凍與普通機(jī)械制冷不同，主要依靠液氮相變吸收食品的熱量，速凍過(guò)程中僅需要少量電能維持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)[10]。液氮速凍與CO2制冷速凍、氨制冷速凍以及氟利昂制冷速凍在制冷劑方面存在不同，其沸點(diǎn)更低且對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響，制冷效果更好。簡(jiǎn)易液氮低溫速凍設(shè)備與氟利昂制冷速凍比較見表1。

2 液氮速凍在海產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用

液氮速凍技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于金槍魚[11]、蝦[12-13]、

銀魚[14]、銀鯧魚[15]、大黃魚[16]、蟹[17]、鮑魚[18]等海產(chǎn)品保鮮中。張洪杰等[11]研究表明，在-18 ℃低溫冷凍設(shè)備中，金槍魚中心溫度下降緩慢，凍結(jié)時(shí)間約200 min，而使用液氮速凍，2 min內(nèi)魚體溫度降低至-169 ℃，最大冰晶生成帶很短。楊利艷等[12]、向迎春等[13]對(duì)凡納濱對(duì)蝦的冷凍方式研究表明，液氮速凍在幾秒內(nèi)迅速通過(guò)0 ℃到-5 ℃最大冰晶生成帶，并將凡納濱對(duì)蝦迅速凍至-18 ℃。同時(shí)，液氮速凍處理后的凡納濱對(duì)蝦咀嚼性降低，口感更好。盧定偉等[14]對(duì)工業(yè)用液氮速凍銀魚試驗(yàn)及優(yōu)化方案研究表明，液氮速凍銀魚解凍后與冰鮮銀魚外觀、質(zhì)感和口感方面差異較小，產(chǎn)品干耗僅為0.5%，同時(shí)采用穿冰衣工藝可達(dá)到更好的鎖鮮目的。楊巨鵬等[16]對(duì)大黃魚解凍方式研究表明，海水解凍的解凍時(shí)間、水溶性蛋白與鹽溶性蛋白含量變化、水合性和硬度變化優(yōu)于其他3種解凍方式。方婷等[18]對(duì)于速凍鮑魚貯藏期間品質(zhì)研究表明，液氮速凍處理的鮑魚口感及質(zhì)感較高。總之，液氮速凍相較于常規(guī)機(jī)械制冷具有凍結(jié)速率高、產(chǎn)品干耗小，凍結(jié)質(zhì)量好，安全性高等優(yōu)點(diǎn)；但由于液氮溫度較低，長(zhǎng)時(shí)間、超低溫凍結(jié)也會(huì)產(chǎn)生龜裂，需要根據(jù)不同海產(chǎn)品規(guī)格和肌肉特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 液氮速凍工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 液氮速凍工藝的優(yōu)點(diǎn)

3.1.1 速度快、效率高

常溫常壓條件下液氮的沸點(diǎn)是-195.8 ℃，比液態(tài)氨（-33 ℃）和氟利昂（-40～-30 ℃）的沸點(diǎn)都要低很多。液氮低溫速凍是將液氮直接噴灑到食品表面，或?qū)⑹称方n于液氮之中，以大約200 ℃的溫差進(jìn)行熱交換，凍結(jié)速度極快。液氮速凍在完成降溫通過(guò)冰晶生成帶后，每分鐘降溫幅度為7～15 ℃，比機(jī)械制冷快30～40倍，凍結(jié)效率大大提高。

3.1.2 質(zhì)量好

大黃魚凍結(jié)冰晶生成帶主要集中在-5～-1 ℃[19]，

400～500 g的大黃魚在-110 ℃液氮速凍機(jī)中凍結(jié)至中心溫度-18 ℃以下，僅需12 min，其中凍結(jié)至

-5 ℃以下需要7～8 min，由-5 ℃下降至-18 ℃僅需4～5 min，凍結(jié)速度較普通速凍快2～3倍。由于液氮速凍能使細(xì)胞內(nèi)形成無(wú)數(shù)均勻的細(xì)小冰晶，細(xì)胞破壞較小，使用相應(yīng)方法解凍后能最大限度地保持食品原有狀態(tài)，產(chǎn)品質(zhì)量較好。

3.1.3 干耗小、抗氧化、雜菌少

一般情況下，海產(chǎn)品機(jī)械制冷干耗損失率為3%～6%，而采用液氮速凍技術(shù)進(jìn)行海產(chǎn)品凍結(jié)，干耗降低0.25%～0.50%。液氮速凍使用的凍結(jié)保鮮劑為氮?dú)?，食品不?huì)被氧化和變色，能維持海產(chǎn)品初始的香味。液氮速凍溫度極低，一般情況下細(xì)菌很難存活，故凍品表面雜菌極少。

3.1.4 占地面積小、勞動(dòng)強(qiáng)度低

液氮速凍設(shè)備主要包括制冷箱體和液氮罐等，其占地面積較小。常規(guī)機(jī)械制冷設(shè)備如雙螺旋低溫速凍機(jī)、隧道式低溫速凍機(jī)等，占地面積較大，相同凍結(jié)能力的速凍設(shè)備，液氮速凍設(shè)備占地面積僅為機(jī)械制冷設(shè)備的1/6。液氮速凍設(shè)備投資較小，僅為機(jī)械凍結(jié)設(shè)備的1/3～1/2。液氮速凍設(shè)備由于主要消耗氮?dú)膺M(jìn)行制冷，對(duì)于能源消耗較少，僅為機(jī)械凍結(jié)的1/10。液氮速凍由于其凍結(jié)時(shí)間較短，生產(chǎn)效率高，設(shè)備操作過(guò)程中易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和流水線操作，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較低。

3.2 液氮速凍工藝的缺點(diǎn)

3.2.1 凍結(jié)成本高、利用不充分

液氮速凍機(jī)，其箱體一般采用不銹鋼板制成，箱段之間用硅膠密封條和黏結(jié)劑加以密封，箱體間填充聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料作為隔熱層。液氮速凍因采用液氮作為冷凝劑，其凍結(jié)成本較高。近年來(lái)，隨著空氣分離技術(shù)迅速發(fā)展，液氮成本隨之下降，現(xiàn)階段液氮成本為800～1 500元/t，液氮凍結(jié)成本約為1.2～2.0元/kg，高于機(jī)械制冷的0.6～1.0元/kg。液氮冷能在凍結(jié)過(guò)程中不能循環(huán)利用，凍結(jié)食品僅帶走部分顯熱，冷量利用不充分。

3.2.2 凍結(jié)易斷裂

液氮速凍由于其溫度過(guò)低或凍結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品在凍結(jié)過(guò)程中因低溫而斷裂，大大降低食品食用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。液氮速凍過(guò)厚或形體過(guò)大的食品不宜采用此法凍結(jié)，一般厚度應(yīng)小于10 cm。齊國(guó)強(qiáng)[20]研究表明，餃子皮面團(tuán)含水量、面團(tuán)靜置時(shí)間、餃子液氮沉浸時(shí)間、皮餡比等均會(huì)影響餃子凍裂率；楊瑾莉等[21]研究表明，噴淋式液氮速凍不同凍結(jié)溫度，其凍結(jié)時(shí)間差異顯著，-100 ℃液氮速凍處理的火龍果表面出現(xiàn)明顯的斷裂紋。

3.2.3 需特殊容器和車輛

液氮作為特種液體，存儲(chǔ)過(guò)程中處于低溫高壓狀態(tài)，因此其盛裝容器需要進(jìn)行特制，符合相關(guān)管理規(guī)范及要求。液氮運(yùn)輸過(guò)程中，需使用特種車輛，船載液氮加工設(shè)備需報(bào)船級(jí)社進(jìn)行審圖、核定后，方可進(jìn)行建造和使用。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的海產(chǎn)品冷凍保鮮研究起步較晚，目前有關(guān)海產(chǎn)品冷凍的研究主要集中在冷凍過(guò)程的機(jī)理變化、冷凍保鮮劑的添加和冷凍設(shè)備的研制。液氮速凍保鮮作為一種新型保鮮技術(shù)，其凍結(jié)效率優(yōu)勢(shì)明顯，但由于其凍結(jié)劑成本高，鎖鮮解凍工藝尚不完善，真正投入使用的生產(chǎn)線較少。隨著我國(guó)工業(yè)體系不斷發(fā)展進(jìn)步，液氮制備成本不斷降低，解凍工藝不斷完善，液氮速凍在海產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用將更加廣泛。

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基金項(xiàng)目：山東省重點(diǎn)研發(fā)技術(shù)（科技示范工程）“游弋式大型智慧工船深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖示范工程”（2021SFGC0701）。

作者簡(jiǎn)介：孫欣（1987—），男，山東滕州人，碩士，高級(jí)工程師。研究方向：海水養(yǎng)殖及遺傳育種。

通信作者：宋華玉（1988—），女，山東威海人，博士，高級(jí)工程師。研究方向：海水魚類養(yǎng)殖。E-mail： song.huayu@

163.com。