[科普中国]-液态二氧化碳喷淋速冻

冷冻制品基本情况

冷冻制品从保藏原理的方面上看，应该分为以下两类：第一类，冷藏制品。主要指将清洗、分割、包装或加工处理后的食品原料以及配料，低温贮藏于-1℃以上8℃以下的制品；第二类，冻藏制品。主要是指将经过前处理加工的食品原料，快速冻结于-30℃以下，然后将冻结的食品原料进行包装，并低温贮藏和运输于-18℃以下食品。

冻结方法传统的食品冻结方法多种多样，根据冻结对象与冷却介质的不同接触方式可分为三种：空气冻结法、间接接触冻结法和直接接触冻结法，其中，间接接触冻结法和直接接触冻结法可统称为接触式冻结。每种冻结方法又包含不同形式的冻结装置。目前，冻结技术发展迅速，较新兴的冻结方法有被膜包裹冻结法、均温冻结法和高压冷冻法。

空气冻结法空气冻结法是在冻结过程中，冷空气以自然对流或强制对流的方式与食品进行热量交换。空气冻结法的优点是空气资源丰富、来源广，无毒副作用，在一定程度上加强了冷冻食品的安全卫生性；缺点是空气的导热性差，因此冻结相同的物料所需的冻结时间较其它方法长。迄今为止，以空气做为冷冻介质进行冻结仍然是最广泛采用的方法之一。

空气式冻结装置是以空气为中间媒介完成热量交换的冻结装置，冷热先由制冷剂传向空气，再由空气传给冻结对象。其类型有多种，包括：隧道型、流态化型、螺旋型、鼓风型等。目前，空气式冻结装置在冷冻食品中常用的有隧道式连续冻结装置、流态化单体连续冻结装置和螺旋式连续冻结装置1。

间接接触冻结法间接接触冻结法指的是将食品置于经制冷剂或载冷剂冷却的板、盘、带或其它冷壁上进行冻结，食品与冷壁直接接触，但与制冷剂或载冷剂不直接接触。对于固态食品，可将食品加工成具有平坦表面的形状，使冷壁与食品的某一个或某几个平面接触；对于液态食品，则用泵送的方式使食品通过冷壁进行热量交换，最终冻成半融状态。

间接接触冻结法的优点是能源消耗低、食品品质好、操作简便；缺点是难以控制冻结后食品的形状。其装置类型有平板式、钢带式和回转式等。

直接接触冻结法直接接触冻结法是通过食品与不冻液直接接触的方式进行热量交换的，换热后迅速降温冻结。按食品与不冻液接触的方式可分为以下三种方法：喷淋法、浸渍法或两种方法相结合。 直接接触冻结法的优点是冻结速率大、食品干耗低、颜色好；缺点是因食品与不冻液直接接触而产生的安全卫生问题。盐水浸渍式冻结和液化气式连续冻结是较常用的直接接触冻结装置。被膜包裹冻结法被膜包裹冻结法也叫冰壳冻结法其过程包括被膜形成、缓慢冷却、快速冻结、冷冻保存个步骤。该法的特点是：形成的被膜可以抑制食品冻结时发生的膨胀及变形，防止食品表层出现裂纹，最大程度地维持食品原有状态；通过对冻结速率的控制，抑制大冰晶的生成，降低冰晶体对细胞的破坏作用；解冻后产品口感佳，无老化现象。

均温冻结法均温冻结法属于浸没式冻结，但冻结过程实行均温处理。具体操作如下：把食品浸没或散布于低于-40℃的冷却介质中，当食品中心的温度降低至冰点附近时，再以-15℃的空气或者液态冷却介质使之均温；最后用低于-40℃的液态介质将食品冷却至终温。

均温处理的优点是，将冻结过程中食品内部产生的的膨胀压进行分散，能有效防止食品龟裂、隆起等表观品质的劣变。

高压冷冻法高压下，水的冰点随之降低，即使温度降至0℃以下，水仍然不会结冰。例如，当压力为200MPa时，水冷却到-18℃时仍不会结冰。把处于高压下不结冰的食品迅速解除压力，就可以对其实现速冻，而且冻结后食品中的冰晶体很微小，这种冻结方法叫做解除超高压速冻法或者称为高压冷冻。

液态二氧化碳喷淋速冻要想使鱼贝类等食物，呈新鲜状地长期保存，就应尽量使其不与空气接触和迅速地降低品温。喷淋冻结法，就是为了满足这些条件而研究出来的。液态CO2喷淋速冻是将液态CO2喷淋到被冻结物上，使其迅速冻结。通常是使被冻结物的中心温度，从常温通过最大冰结晶生成区，最快需70min左右。此外，由于隔断了空气，物料不会被氧化。液态CO2速冻时，CO2直接接触食品而降温，而传统机械式冷冻是经过换热器传热至空气媒介，再由冷空气冷却食品，所以在这个过程中损失的热量较多。

液态CO2喷淋速冻技术原理CO2气体是无色的，固体是白色的，有轻微的刺激气味。CO2气体在加压状态下呈液态状态，常被贮存在压力为2.0MPA的保温罐中。使用时，液态CO2经喷嘴喷出，注入急冻槽，急剧膨化成为雪花状的固体干冰（占43%）和CO2气体（占57%）。干冰升华时将产生-78℃的低温，可直接从物料吸收热量而升华为冷气体，冷气体又继续和食用菌等物料接触，直到冷量被完全吸收后排出槽外。在这个过程中，干冰升华的潜热约占总制冷量的84%，而CO2气体升温所吸收的潜热只占16%。

液态CO2喷淋速冻技术特点CO2主要是酒精发酵时得到的副产品，也可以从高纯度的天然气中取得。液态CO2冻结温度比液氮高，故冻结时间较长。在冻结能力相同时，隧道式液态CO2喷淋冻结装置的设备投资要更大一些。液态CO2速冻时，CO2直接接触食品而降温，而传统机械式冷冻是经过换热器传热至空气媒介，再由冷空气冷却食品，所以在这个过程中损失的热量较多。

与传统速冻方法比较，液态CO2速冻具有以下优点：

（1）产品急冻率高：环境温度的迅速降低，使液态CO2从食品细胞渗透出来的时间大大缩短，脱水率仅为机械式冷冻的25%，食品原有质量得以保存，并相对机械式冻结而言，液态CO2速冻可有效地提高生产量。

（2）生产灵活调节：产量在±15%的范围内变化并不影响其生产效率，通过精确计算物料吸收的热量，准确控制冻结的温度，可灵活控制速冻食用菌生产量。

（3）食品质量好：CO2不会氧化食用菌中的成分而产生不良影响，所以可确保速冻食用菌的质量；而且食用菌的脱水损耗等比机械式冻结设备低。占地少、易维修：液态CO2速冻系统主要由占地面积小的急冻槽构成，机械维修保养、清洗、除霜方便2。