液氮速冻技术及在肉制品中的应用

液氮速冻技术原理液氮在常压下的沸点是-195.8℃。液氮速冻技术利用液氮超低温吸热的特性，将液氮与食品接触，以200K以上的温差进行强烈热交换，冻结速度极快，降温速率达7～15K/min。如图1所示，高压液氮瓶1对液氮罐2加压，使液氮通过阀门3经过喷嘴4，喷淋到传送带6上的物料，冻结后的冻品从出料口出料。由于液氮在短时间内低温冷冻，在食品内部形成细小且分布均匀的冰晶，对细胞损伤小，解冻后汁液流失少，能保持食品的营养、口感和原有风味。与此同时，液氮蒸发为氮气取代了空气，可在冻结过程中降低氧气浓度，减小食品呼吸与养化。当液氮与形状不规则的食物接触时，可以使传热阻力最小化。由此可见，液氮速冻技术在食品加工领域具有广泛的实用价值。

与普通冷冻系统不同，液氮速冻装备在冻结时不需要直接消耗电能，主要是靠液氮相变制冷和内能转换，达到快速冷冻保鲜的目的。速冻设备按冷却介质可分为空气循环式冻结、接触式冻结、喷淋式冻结、浸渍式冻结。空气冻结方式中应用较广的是隧道式、螺旋式和流态化式冻结装置。

图2 为液氮柜式速冻机，适用于单冻（IQF）及盘冻；可以进行研发 及小批量生产。其工作原理为：首先，将准备好的样 品放置于冻品盘，将冻品盘置于传送带，随后进入提 升轨道，待冻品盘上升至过桥位置时，将冻品盘推至 下降轨道上，最后进入水平传送带，传送带将冻品盘 送出速冻室。

图3 为液氮浸液式速冻机，采用冷冻液加压缩机制冷方式，被冻食品经过冷冻液液冷速冻，而压缩机给冷冻液降温，保持冷冻液的低温，冷冻液可循环利用。其特点是：成本低、能耗低，与同类产品可节约 10%-30%的电能，自备冷源，可自由移动,日常维护方便，除霜灵活，故障率低。

图4 为液氮隧道式速冻设备，其工作原理为：待冻物料置于传送带上通过隧道，空气通过蒸发器降温后进入隧道中，川流于物料之间使其速冻。特点：液氮隧道式速冻机的喷嘴可上下排布，确保上下冻结更均匀更快速，垂直升降的上盖方便清洗隧道内部。适用于大批量速冻食品加工。

图 5 为液氮螺旋式速冻机，按结构形式可分为单螺旋和双螺旋式速冻机。特点：结构紧凑，占地面积小；仅相当于其他形式相同产量的速冻机的 1/3 左右。多层结构形式，库容量大。使用方便，进出口选择灵活：易形成流水化生产，适应冻品范围较广。

液氮速冻后，肉类具有完整的微观结构，较少的肉汁流失和营养损失，这提高了肉类的品质，从而延长肉类保质期。

有研究表明把羊肉通过隧道冻结，鼓风冻结，液氮浸没冻结方式冻结并冻藏6个月后发现，隧道冻结及鼓风冻结方式的嫩度均显著降低，而经液氮浸没冻结方式冻结的羊肉在冻藏期间嫩度变化却不显著。

研究发现，液氮速冻对牛肉影响较小或没有影响，冷冻速度过快对高质量肉制品效果不明显。因此，在使用液氮速冻技术时，需要合理控制速冻速率以确保肉制品的品质，超速和慢速冷冻都不适用于大规模肉制品的工业化生产。

液氮速冻技术能快速冻结食品并使食品解冻后最大限度地恢复到原来的新鲜状态及营养成分，速冻后的食品品质好，口感佳，物料消耗少等优点,是一般冷冻技术无法达到的。但是液氮速冻也因为冻结速度极快，食品表面与中心之间会产生较大的瞬时温差，膨胀压力大，造成低温断裂，破坏食品的组织结构等缺点。目前液氮螺旋式速冻机在食品中的应用比较成 熟，但是运行成本比较高，研究多针对附加值比较高的食品。随着液氮螺旋式速冻机研究的不断深入，将普通速冻设备和液氮速冻设备相结合优化的方式将会受到更多的关注，具有广阔的发展前景。