1. 引言

冷冻和冷却是食品生产与配送过程中相当重要的环节。毋庸置疑，随着食品行业今后对冷却和冷却需求的持续增长，越来越多的食品加工者会提升或扩充其冷冻与冷却生产线，然而，这样的提升与扩充并非像以前那样简单。目前食品冷冻技术的发展日新月异，传统机械式食品冷冻设备虽仍然被广泛使用，但他们正在被诸多更有优势的新型食品冷冻设备及技术所取代。那么怎样的食品冷冻系统才适合今天的食品冷冻者？这些冷冻系统各有哪些利弊？食品加工者们该如何做出正确的选择，以确保方案最佳，最适合业务发展？

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2.为什么液氮冷冻更优于氨或氟利昂？

以分秒计的冷冻速度—— 液氮是地球上超低温制冷剂中的一种。

快速的制冷方式产生较小的冰晶，可以减少对产品细胞结构的损伤，从而提高产品的质量。

提高产品的出成率——降低食品的脱水及干耗损失，改进冷冻食品的质地，色泽及风味。

较少的投资。

超低温的冷冻，更少的占地面积。

3.保持更佳的食品原味和质地

液氮的温度达到零下196摄氏度（-196℃）。当它与食品接触后气化就能更快地带走热量。超低温和高热交换率实现了真正的快速冷冻。这样的快速冷冻使产生的冰晶最小，并帮助保持食品的质地。这也防止了水分的丢失，几乎达到了无损失；保持了食品的原色，原味和原质。这些气化后的制冷氮气被均匀控制地导向冷冻机的前端，实现了热逆交换，从而提高了氮气的利用率。

4.产品质量：水分流失/水分含量

l 所有的食品冷冻工艺都会引起食品不同程度的水分流失，无论是在食品冷冻（蒸发型的产品净重损失），还是食品解冻（汁液流失）过程中。

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l 尤其是肉制品、禽类、和水产品，蒸发型的警钟损失降低了产品净含量及其附加值。同时食品表面的干耗影响到产品的口感、质地、色泽以及烹饪加工的时间。蒸发型的净重损失降低了食品表层的热传导速率，并由此延长了食品烹饪加工的时间。而这在那些对时间要求非常高的应用中显得尤其突出，例如快餐店的汉堡包。在多数实例中减少食品表层中自由水的汽化压，并由此减少食品脱水干耗。

l 缓慢的食品冷冻过程将导致食品中大冰晶粒的产生，等食品解冻时，食品中细胞组织会发生破裂引起食品汁液流失。食品汁液的流失会影响到解冻食品的色泽、口感以及营养学特性。营养素及天然色素会随会随流失的食品汁液而流失。特别是果蔬累食品，结构的损害会导致食品质地口感的降级，结构变的松散。专家对冷冻草莓产品进行的冷冻工艺口感质地破坏性测试的相关研究表明，当使用超低温快速冷冻工艺时，草莓保持了较高的紧密质地。

5.食品色泽

食品冷冻工艺从两方面影响解冻食品的色泽。首先如上所述，食品在解冻时天然色素随之也一并流失；其次由于食品冷冻过程中冰晶体持续生成，残留的未冻结的食品细胞溶质浓度增加，天然色素的氧化和酶褐变加快。食品冷冻过程越慢或用更长的时间通过食品冻结点，对于食品色泽的影响将会越显著。

专家对有关冷冻后解冻的汉堡色泽测试研究表明食品冷冻速率的重要性以及快速冷冻的优势：

l 食品汁液及天然色素的流逝都有所减少

l 肉质褐变降低到最低程度：采用超低温 – 机械式冷冻工艺的冷冻汉堡比纯机械式的色泽更接近于原来的肉质色泽。

6.易损易碎的食品

由于设备设计及产品加工特性的原因，超低温食品冷冻设备被认为最适合加工包括很多浆果在内的易损易碎食品。

7.产品质量：结论

研究成果和相关经验显示快速食品冷冻工艺降低了水分和产率损失，最大限度地减少了产品口感、质地、色泽和风味的变化。那么哪种食品冷冻工艺可获得最快的温度下降？

食品冷冻设备温度下降的速率被描述成热交换律（在单位面积内）。热交换值越高食品温度下降越快。

让我们假设食品冷冻过程产品表面温度为-10℃。一台常规的机械式冷冻机的工作气流温度为-30℃，传热系数为23W/Km2，则热交换速率等于25×20=500 W/Km2。

一台常规的超低温隧道冷冻机的工作温度为-80℃，传热系数为60 W/Km2，则热交换速率等于60×70=4,200 W/Km2。

由于更高的食品速率，机械冲击式或超低温食品冷冻设备能更好滴优化食品品质。然而机械冲击式食品冷冻设备的应用局限在像汉堡这样的扁平食品上。其热交换与其气流方向高度相关，而对于大块状或凹凸不平的产品，其热交换速率就相对较低。

8.工厂管理

在选择食品冷冻工艺是必须观注到每个食品加工厂的特殊情况。考虑因素包括可用空间大小，生产能力的范围要求，卫生要求，清洁及维护操作。

9.占用/可用空间

在几乎所有实例中，同样产能水平下，超低温食品冷冻比传统机械式的占用空间小。现在一些模块化的机械冲击式食品冷冻装置占用的场地空间也较小。

10.产能配置

客户需求的突然波动常导致工厂生产产能意想不到的增减。工厂生产经理所要关注的往往超出其可控范围，包括客户对其产品的认可度以及产品生命周期。

因此尽可能准确地规划在食品冷冻设备投资回报期间的最大产能配置就变得非常重要。对于机械是食品冷冻设备，其投资回报期可能要坚持好几年。过于乐观的预测将导致效能下降，相反，悲观的计划又会造成食品内冷冻能力的不足。

尽管机械式食品冷冻设备对于任何特定的产品都有一个确定不变的最大产能，但典型的超低温和冲击式食品冷冻设备却都能通过增加隧道长度等方式迅速调节适应产能变化的要求。重要的是超低温食品冷冻设备通常都是租赁的，所以这样额产能需求变化不会使食品加工者显著增加额外资金的投入。

机械冲击式食品冷冻工艺因为仅仅适用于厚度不超过20mm的扁平类食品，所以相比传统机械式的产能柔性更低。超低温和传统机械是食品冷冻设备对于较厚或不规则的产品适应性更强。

11.生产线布局

为适应今天飞速发展的食品工业，生产商时常需要相应地调整其生产线布局，尤其在正常合约生产期内。若要移动巨大的机械式螺旋速冻机，就必须再建一个混凝土基座。重新安装定位一台超低温或机械冲击式隧道冷冻机也不总是一件简单的事，但好在很少需要改变建筑物的结构。

12. 产品品种改变

特别对于较小规模的食品加工者，食品冷冻设备能够适应不同类型食品的能力将是关键。食品冷工工作时间以及设备停机故障时间会影响食品加工者的实时在线变换产品品种的生产能力。在改变食品品种时，新品种加料前，应该将前面产品完全从设备中清除掉。一个特定的食品品种对应特定不同的食品冷冻时间，停留时间，传送带速度，在两种食品品种间将需要较长的设备停留转换时间。

在食品品种转换中时常遇到生原料与熟加工品的切换，这样就需要有必要的设备清洁时间。食品加工者也需要关注卫生与清洁程序。详述如下：

食品加工者日常若仅以高速持续加工单一品种，机械式食品冷冻就能处于稳定工艺状态。当然这就需要依赖充足的场地空间，资金投入以及合格的人力等资源。

13.维修、卫生与清洁

这些过程应该尽可能地简单和迅速，以便最大可能地增加设备运行时间以优化生产效能。而比如机械式食品冷冻设备中蒸发器上不断增加的水气或霜，可能会拖延加工时间，降低产能。

虽然规范标准的卫生清洁程序对于整个食品工业都是必须的，但对于产能的影响必须是最小的。体积小、设计简洁的食品冷冻设备情节更快，成本更低。设备内部的复杂构件越少，高度越低，越易于进入，便使清洁时间越短，效率越高。

机械冲击式食品冷冻设备像超低温食品冷冻设备一样，通常设计成较小并易于进入清洗。但其内部结构依然复杂，排水困难，不彻底，所以清洁操作不方便，存在潜在的卫生隐患。

14.工厂管理：结论

考虑到工厂经理的诸多关注，可以确认的是超低温食品冷冻设备更能适合大多数的食品加工者，因为其：

l 占地空间更小

l 适应产能变化

l 适用于不同类型的食品

l 简洁，易于使用的设计

l 初期固定资产的投入较低

15.财务 考量

安装或添加食品冷冻系统需要考虑到多种费用，包括前期投资成本，后期操作和维护时的运营和人工成本。

16.资金投入及运营成本

超低温食品冷冻与机械式两者间有明显区别，前者运营费用较高，而后者的初期资金投入大。他们的差异程度由多种因素决定。对于一个给定的生产线，总存在一个临界点，超低温食品冷冻工艺所积累的运营成本将开始超过机械式食品冷冻工艺。

值得注意的是现在的经济状况下，财政投入会更加困难。食品加工者不能或不愿有更大的资金投入。因此可能有时会偏向超低温食品冷冻。

17.人工成本

由于其体积庞大结构复杂，机械式食品冷冻倾向于需要更多的人里进行清洁。维护要求也较高，需要高技能的维护人员。这些因素的重要性将取决于食品冷冻装置的类型及其相应的当地人工成本水平。

18.产品质量

如此前所提及的，最小的水分损失就是最好食品质量及价值的关键所在。特别是对于高附加值产品更是这样。因此食品冷冻工艺的选择将影响食品加工这的财务回报。

19.环境因素

随着能耗和损耗意识以及碳排放影响的增强，相关法规发展的强化，食品生产商需要关注食品冷冻工艺对环境的影响。

美国联邦食品与饮料机构和国际碳联盟组织评估在整个食品产业链中仅仅10%的能源消耗来自于食品加工企业，而这其中的大部分约60%来自大型冷冻食品加工者的食品冷冻系统。尽管机械式比超低温食品冷冻系统要求更低的能耗，但两种技术能耗之战食品产业链中总能耗很小的比例。

20.总结

以上分析可以告诉我们些什么？显然选择食品冷冻工艺不是一件简单的事。没有一个单一的食品冷冻工艺对于所有的食品加工者都是最好的选择。

在选择一个具体食品冷冻设备装之前，不得不顾及可用的财务预算、现有的食品品种、工厂空间布局管理、生产能力的柔韧化要求。

超低温食品冷冻系统的优势在于能够适应多种类型食品的一系列冷冻速率要求，以提高其产品品质。当然低的资金投入、柔性生产、易清洁的优势也对今天很多食品加工者有吸引力。机械式食品冷冻系统需要大量的资金投入，后期维护成本较高，不建议使用。

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