食品百科

4.2.4 几种主要冷冻方法及设备简介

2023-02-14

4.2.4.1 产生冻结冷效应的主要方法

从本质来看,产生冻结冷效应的原理主要有三种: 第一种是化学原理,在一些化学反 应中,需要吸收热量才能完成,根据能量守恒定理,供给他物热量的物体就一定会失去热 量,失去相当热量后就产生冻结冷效应;第二种是接触原理,即一物体和一相当冷的物体 直接或间接接触,也会失去热量而可能得到冻结冷效应;第三种是机械作功原理,即供给 能量(如功、热等)使其发动热泵吸收低温物体的热量来得到冻结冷效应。目前的冻结方 法及装置以上列三种原理的组合居多。

4.2.4.2 食品基本冷冻方法及装置简介

目前使用的食品冷冻法很多,但按使用的冷却介质与食品接触的状况可归为间接冻 结和直接冻结两大类。在间接冻结中,常用的有金属板接触式冻结、送风冻结等,在送风 冻结中流态化冻结是一种发展迅猛的单体速冻新方法;在直接冻结中,常用的有浸渍冻 结、喷淋冻结等,在喷淋冻结中各种超低温制冷剂(如:压缩的液氮、二氧化碳、特种氟利 昂)的应用使深温速冻成为可能。

(1)金属板接触式间接冻结法及装置 金属板接触冻结法是指用制冷剂或低温介质冷却的金属板与食品密切接触下使食 品冻结的方法,因此又叫平板冻结法, 是一种常用的冷冻方法。其结构简图 见图4-1,由钢或铝合金制成的金属 板并排组装起来,在板内配蒸发管或 制成通路,制冷剂在管内(或冷媒在通 路内)流过,各板间放入食品,以油压 装置使板和食品紧贴,以提高平板与 食品之间的表面传热系数。由于食品 的上下二面同时进行冻结,故冻结速 度大大加快。厚6~8cm的食品2~4h 就能冻好。被冻物的形状一般为扁平 状,厚度也有限制,故堆装方便。广泛用于小包装水产品和肉类制品的冷冻。

(a)

(b)

图4-1 多平板水压式冷冻装置

(a)冻结前 (b) 冻结后

1—冷却板 2—螺栓 3—底螺栓 4—活塞

5—水压式升降机 6—带包装食品 7—板架

冻结时间取决于制冷剂或冷媒温度、密切接触程度、传热系数、食品厚度和食品种类 等。制冷剂温度与制冷剂的种类有关,在以直接膨胀式供液时,当液氨的蒸发温度为 -33℃时平板的温度可在-31℃以下。以冷媒间接冷却时所用的不冻液多为氯化钙,也 有用传统的氯化钠,有机溶液不冻液有酒精、甘油等。当盐水温度为-28℃时平板的温度 在-26℃以下。平板冻结装置使用时必须使食品与板紧贴,若有空隙则冻结速度明显下 降(详见表4-7)。为此,包装时食品装载量宜饱满,以便接触紧密,一般食品与板的接触 压力为0.007~0.03MPa。另外冻结时间随食品表面与平板间的传热系数和食品厚度而 变。食品厚度越大,食品表面与平板间的传热系数越小,其冻结时间也越长。鱼、肉的冻 结时间比蔬菜、虾要短,原因是后者个体间有空气存在,影响了热传导。

表4-7 空隙厚度对冻结速度的影响

空隙厚度/mm 冻结速度比 空隙厚度/mm 冻结速度比
0 1 5.0 0.405
1.0 0.6 7.5 0.385
2.5 0.485 10 0.360

平板冻结装置有卧式和立式两种。

卧式平板冻结机由包括压缩机在内的制冷系统和液压升降装置所组成。每台平板冻 结机设有数块或十多块的冻结平板,也就是制冷系统中的蒸发器,平板后方或两侧装有供 液和回气总管各一根,各块平板是用橡皮软管或不锈钢管连接,以便平板能上下移动。冻 结时,将平板升至最大净距,把料盘或耐水纸箱紧密地排列在平板上(尽量不留空隙),下 降平板,调节连杆(垫片或固定螺丝)高度,使平板紧贴料盘上的原料,进行冻结。冻结时 间约为4~5h。冻结完后,切断液泵供液,打开融霜阀,接通压缩机排气管,用热冷媒脱冻 (不能过热)。然后迅速取出料盘,并将热冷媒从冻结板内排除,进行融霜和清洁平板。

立式平板冻结机的结构与卧式平板机基本相似,但其平板是直立平行的,冻结时,不 采用料盘,而是散装倒入的。立式接触式冻结装置可免用冻结盘,不仅冻结效率高,而且 没有产品的干燥现象,易移动,设备面积不大,金属板温度一般取-30~-35℃。

平板冻结装置的优点是: 1)不需要冷风,占空间小,每吨食品冻结时平板冻结装置占 6~7m3(送风冻结器要占12m3); 2)单位面积生产率高,每天在2~3t/m2以上; 3)制冷 剂蒸发温度可比空气冻结装置所用的高,因此能源消耗低,电耗仅是送风冻结器的70%。 但国内常用的多板式冷冻装置属分批间歇操作,用手工装卸,劳动强度大,产量也不高。 目前国外已有各种自动装卸原料的平板冻结装置,使产量和生产率大大提高。

(2) 送风冻结法及装置 送风冻结法又称鼓风法,是用空气作流动介质进行冻结的 方法。它适用的原料种类和尺寸规格较宽,也是目前在冷冻食品行业应用最广泛的一种 冻结方法。由于空气的导热性能差,而且空气与其相接触的物体之间的传热系数也最小, 故食品在空气中冻结的时间较其他介质要长。虽然如此,空气介质仍被广泛应用,这是因 为空气的热力性质已为人们所熟悉,而且它既经济又对食品无害,机械化也较容易。

当冻结室内的空气静止时,冻结缓慢不能冷冻。送风冻结法利用低温和空气的高速 流动,促使食品快速散热,可达到冷冻的要求。此类冷冻设备的关键是保证空气流畅,使 空气与食品所有部位都有密切接触。一般所用的空气温度为-29~-46℃,因需要的温 度低,常用二段压缩冷冻机,空气流速为10~15m/s(而3~5m/s则为慢冻流速)。表4-8 表明了食品表面的风速与冻结速度之间的关系。可以看出,增大风速能使表面传热系数 提高,从而提高冻结速度以达到冷冻的目的。与静止空气比较,风速1.5m/s时冻结速度 提高1倍,风速3m/s时提高近3倍,风速5m/s时冻速提高近4倍,所以送风冻结对食品 冷冻是有利的,目前的困难是如何使冻结室内各点上风速都保持一致。

表4-8 风速与冻结速度的关系(厚7.5cm的板状食品)

风速/(m/s) 传热系数

/[W/(m2·K)]

冻结速度比

(风速为0时为1)

风速/(m/s) 传热系数

/[W/(m2·K)]

冻结速度比

(风速为0时为1)

0 5.8 1 3 18.3 2.85
1 10.0 1.7 4 22.5 3.45
1.5 12.0 2.0 5 29.5 3.95
2 14.2 2.3 6 33.3 4.3

针对各种具体食品物料,送风冻结器的送风方式可归纳为三种: ①对青豆、小虾等采 用由下向上送风; ②对猪胴体等采用由上向下送风; ③对盘装食品如鱼等采用水平送 风。由于青豆等送风的目的是使之悬浮,故由下向上送风。肉胴体多系竖挂的扁平体,由 上向下送风使冷风与冻品有最大的接触面。鱼盘多是水平放置,所以水平送风有最大接 触面。

送风冷冻法的缺点一是在冻结初期食品表面会发生明显的脱水干缩现象,即所谓的 表面冻伤,二是冷冻设备中蒸发管或平板表面上常常出现结霜现象。由于鼓风冷冻时的 空气高流速,使食品表面出现类似冻结干燥的效果,正是这样才出现冻伤。冻伤会使冷冻 食品在色泽、质地、风味和营养方面发生不可逆变化,如牛肉的冻伤部位呈浅棕色革质状。 目前常用涂冰衣等包装方法来控制冻伤的发生。为了维持设备的传热效率,须经常采取 清霜措施。

目前有五种应用较广的送风冻结装置。

① 隧道式冻结装置: 我国目前冷冻加工中使用最多的是这种冻结装置,其基本结构如图4-2所示,使用性能好坏差别较大,主 要问题是隧道中各点的冻结均匀性,因为供 冷比较容易,但把冷量均匀地分配到每个冻 品上就比较困难。由于送风冻结以冷风作为 冷却介质,在冻品表面的风速不均匀引起的 传热差异就很明显。如悬挂的胴体因大小及 悬挂位置的变化导致气流流经的断面亦经常 随之变动。气流断面的变化使流经的风速改 变,造成冻结不均匀。目前研究人员都在探 索采用各种使隧道冻结器内风速均匀的措施,以获得良好的冷冻效果。

图4-2 隧道式冷冻装置

1—风机 2—蒸发器 3—冷冻食品

隧道式冻结装置的优点是使用时食品形状不受限制。由于食品是在吊轨上传送,故 劳动强度小,库房周转快,还可以实现连续冷冻。蒸发器的融霜采用热氨和水同时进行, 故融霜时间短。所使用的风机大都是轴流式。风速增高食品干耗亦有所增大。这种冻结 装置的总耗冷量比管架式高,它的基建费用亦较高。冻结时间依冻品种类、包装状况而不 同,一般8~15h。

② 传送带式连续冻结装置: 典型的传送带式连续冻结装置如图4-3所示。一般不 锈钢制的网状传送带在-35~-40℃的冷风下进行冻结。风的流向可跟食品平行、垂直、 顺向或逆向。传送带移动速度可根据冻结时间进行调节。蒸发器有融霜装置。有的传送 带底部与一组冷冻板(蒸发器)相紧贴,上部为冷风机。一般下部传送带冷风温度为- 40℃,上部冷风温度为-35℃。厚度1.5cm的食品12min即可冻好,厚4cm的食品也只 需41min。

图4-3 带冷冻板的传送带式连续冻结装置

1—不锈钢传送带 2—主动轮 3—从动轮 4—传送带清洗器

5—调速电机 6—冷冻板 7—冷风机 8—隔热层

③螺旋式连续冻结装置: 由于传送带式占地面积大,将传送带做成螺旋面向上盘旋 的形式,即所谓的螺旋式冻结装置。简图如图4-4,该装置中间是个转筒,传送带的一边 紧靠在转筒上借摩擦力及传送带传动机构的动力,使传送带随着转筒一起运动。传送带 是网状,冻品置在上面。带由下部进入,上部传出,而冷风则由上部吹下,下部排出。冷风 与冻品呈逆向对流换热。厚2.5cm的冻品40min就能冻到-18℃。

这种装置的特点是体积小,在同样传送带面积下仅为一般传送带装置体积的25%, 功率较高,干耗比隧道式要小。但它在小量、间歇生产时耗电量大、成本高,使用时应尽量 避免。

④悬浮冻结装置: 悬浮冻结方法适用于小食品的单体冷冻,属于半流态化冻结。某 些小颗粒食品如青豆、草莓、小虾、油炸土豆条等,食用时需一个个分开。以往用盘装冻 结,冻成一块,食用时分粒很麻烦。悬浮冻结装置使这些食品彼此不黏结在一起而冻结。 其原理简图见图4-5,该装置是使用高速冷风从下往上吹,把冻结物吹起,形成悬浮状 态,在彼此不相黏结情况下完成冻结。一般蒸发温度-40℃以下,垂直向上的风速6~ 8m/s。冻结食品间风速5~7m/s。在5~10min之内能使食品冻到-18℃。由于把食品 吹成悬浮状态需要很大的气流速度,故被冻结物的大小受到一定限制。

图4-4 螺旋式连续冻结装置

1—蒸发器 2—风机 3—传送带 4—转筒

图4-5 悬浮冻结原理图

1—冷风 2—悬浮状态 3—固定床状态

这种装置一般由冻结隧道和多孔带组成。把食品从进料口置于带上,通过多台风机 把经过蒸发器的冷风强制地由下向上吹向食品。食品被急冷冻结,同时靠风力自动向前 移动,不会成堆。冻结的食品由滑槽连续排出,故作业是连续化的。但这种装置也有结霜 问题,故必须定期融霜。

⑤流态化冻结方法: 国际上冻结方式的发展趋势是采用单体快冷冻结,即IQF(individual quick freezing),然后进行小包装,已不大采用大块或大盘装冻结。食品流态化冻 结是指在低温介质流体作用下小尺寸食品的运动已变成类似流体的状态,并在运动中被 快冷冻结的过程。流态化冻结是实现食品IQF较理想的方法,从分类来看,属送风冻结 法。主要适用于冻结小尺寸颗粒状、片状、块状等食品,如:青豌豆、小虾等。其冻结产品 具有典型冷冻质构、品质好、包装和食用方便等特点。

a. 食品流态化冻结原理: 流化床是流体与固体颗粒复杂运动的一种形态,固体颗粒 受流体的作用,其运动形式已变成类似流体的状态。流态化方法最早应用于工业产品(如 颗粒状、细粉状化工产品等等)的冷却与干燥。20世纪60年代初,国外开始研究用这种 方法冻结食品,并获得成功。此后流态化冻结方法及冻结装置的研究取得了较大进展,在 食品冻结工艺中的应用范围也越来越广泛。

在流态化冷冻中,低温空气的气流自下而上,而置于筛网上的颗粒状、片状或小块状 食品,在其作用下形成类沸腾状态,像流体一样运动,并在运动中被快冷冻结。根据低温 气流的速度不同,食品物料的状态可分为固定床、临界流化床、正常流化床三类。

当低温气流自下而上地穿过食品床层而流速较低时,食品物料处于静止状态,称为固 定床。随着气流速度的增加,食品床层两侧的气流压力降也将增加,食品层开始松动。当 压力降达到一定数值时,食品颗粒不再保持静止状态,部分颗粒悬浮向上,造成床层膨胀, 空隙率增大,即开始进入流化状态,但此时的流化状态还不太稳定。这种临界状态称为临 界流化床。对应的最大压力降叫做临界压力,对应的气流速度称为临界风速或临界流化 速度。临界压力和临界风速是开始形成流态化的必要条件,正常的流化状态处于临界流 化速度以上的某一段范围内。当气流速度进一步提高时,床层的均匀和平稳状态受到破 坏,床层中形成沟道,一部分空气沿沟道流动,使床层两侧的压力差下降,并产生剧烈的波 动,这种现象称为沟流。理论上讲,沟流现象属不正常现象,它破坏了流化床的正常操作, 大大降低了冷冻的效果。实际上,对于粒状、片状或小块状的离散体食品物料,这种现象 不可避免,问题在于如何使这种现象的发生减至最小。在正常流化床冷冻操作中,由于颗 粒时上时下、无规则地运动,颗粒与周围冷气流密切接触和相对摩擦,大大强化了食品与 气流间的传热,加速了食品的制冷,从而实现了食品单体快冷冻结。

b. 流态化冻结工艺中的不良流化现象: 在食品流态化冻结过程中,正常的流态化操 作取决于气流速度、压力降、气流分配均匀性、食品层厚度、筛网孔隙率、食品颗粒的形状 和质量及其潮湿程度等因素。而这些因素的不良状态极易造成不良流化现象,即沟流现 象、黏结现象、夹带现象等,影响食品的单体冻结。

沟流现象是指由于气流分配或食品层厚度不均匀,使作用于食品层横断面各点的压 力降发生变化,气体走阻力小的捷径,造成喷动的现象。通过下述方法可以减弱沟流现象 和改善气流分配均匀性: a)设置振动装置与脉动机构,强迫食品层松动并使气流脉动,造 成良好流化状态; b)在风机与流化床之间设置流态制冷剂蒸发器作为缓冲器,可防止气 流速度明显波动,从而造成均匀的配气; c)加大风机与流化床之间的距离,设置相应的导 风机构,使气流在流动过程中趋于均衡; d)均匀布料和保证规定的食品层厚度。

黏结现象是食品流态化冻结过程中常见的一种现象。表面潮湿的食品颗粒在低温状 态下相互冻黏或冻黏在筛网上,在采用非振动传送方式(半流态化操作)的微冻区域内(快 速冷却和表层冻结),更是显而易见。这种黏结现象使食品层变成了固定床层,从而不能 形成流态化。不同食品颗粒其黏结程度也不同。片状食品(如黄瓜片)比球状、圆柱状或 块状食品(如豌豆、青刀豆或马铃薯块)的黏结要严重得多。采取以下措施可以防止黏结 现象: a)滤去食品的表面水分。在冻结加工前,采用振动滤水机或离心甩干机除去食品 颗粒表面的水分。但应注意,对不同品种的食品应选择不同的滤水方式,如黄瓜片适宜采 用振动滤水,而不适宜离心甩干,因为转速较高的离心甩干机会把黄瓜片组织内部的水分 甩出,影响食品质量。b)设置微冻区,使食品经过快速冷却后表层能迅冷冻结形成冰壳, 避免黏结。微冻区段的长度应尽量短。微冻区采用较高风压,迫使食品颗粒沸腾,例如对 于青刀豆采取5.1Pa或更高的风压较为适宜。微冻区食品层不宜太厚,一般为30~ 40mm。c)采用机械振动。这对防止黏结现象更有效。当食品进入微冻区时,被振动的筛 网弹起呈跳跃式运动,造成食品颗粒相互撞击,再加上向上吹的冷风,足以使食品层处于 良好流化状态。d)除了上述措施外,还可将传送带设计成驼峰状或装设机械手、耙类、刮 板等装置,使食品颗粒在冻黏后迅速松散,也能防止黏结现象。

夹带现象指气流速度大于食品颗粒降落速度时,食品颗粒被气流带走,飞出流化床的 现象。夹带现象在片状类食品(如黄瓜片、西葫芦片等)的流态化冻结过程中最容易出现。 一般认为,球状类食品(如豌豆、草莓等)容易实现流态化;而圆柱状、片状及不规则的块状 食品(如青刀豆、茄块、黄瓜片、西葫芦片、土豆片等),由于气流作用于这些食品的流体阻 力和带出速度不同,其流化床层很容易出现沟流现象、黏结现象和夹带现象,使沸腾大大 减弱,造成流态化恶化。

避免夹带现象的措施主要有三点: a)同一种食品颗粒必须均匀,严防太小颗粒进入 流化床; b)采用变速风机调整风速,以适应不同食品颗粒所必须的风速; c)流化床上面 加设金属网罩,减轻夹带程度。

c. 食品流态化冻结装置: 近年来国内外研制了许多新型的食品流态化冻结装置,这 是实现食品单体快冷冻结较理想的设备。与其他隧道式冻结装置比较,这种装置具有冻 结速度快、冻结产品质量好、耗能低等优点,易于冻结小尺寸的球状、圆柱状、片状及块状 颗粒食品,尤其适宜果蔬类单体食品的冻结加工。

食品流态化冻结装置属于强烈吹风快冷冻结装置,按其机械传送方式可分为带式流 态化、振动流态化和斜槽式流态化冻结装置。带式流态化冻结装置按冻结区段可分为一 段或多段带式流态化冻结装置。振动流态化冻结装置按振动方式可分为往复振动和直线 振动流态化冻结装置。斜槽式流态化冻结装置按流态化形式可分为全流态化和半流态化 冻结装置。读者如有兴趣,可参阅有关专著。

(3)浸渍冻结法和装置 浸渍冻结法是将食品直接与温度很低的液体冷媒接触,从 而实现冷冻的一种方法。由于食品与液体冷媒直接接触,它们之间的传热效果非常好。 例如,盐水冷媒静止时,传热系数K=233[W/(m2·K)];盐水冷媒流动时,K=233+ 1420v[W/(m2·K)],式中v是冷媒的流速(m/s)。

液体冷媒低温的获得主要是基于溶液与纯冰的相互热作用原理。例如,有一浓盐溶 液,在0℃时加进一些冰块后就变成含有盐溶液和冰的半冻状态。因为它的冻结点降低 到0℃以下,这时溶液的温度(0℃)在它的冻结点以上,因此必然出现融解现象,吸收了溶 液中的热量使它的温度下降,直到所有的冰块融完,或达到盐溶液的冻结点为止。产生这 种现象的原因是: ①盐类溶解过程中需吸收热量(称为溶解热),假如外界不供给热量,它 就只能吸取溶液中的热量,使溶液的温度降低; ②当盐类溶液冻结时,有一些纯粹的溶剂 析出,盐类溶液在半冻结状态时,一部分水已被析出成冰,这时它一定包含着冰和浓度较 大的溶液; ③盐类溶液的冻结点由于溶液浓度增大而降低。

从上可知,溶剂可以达到的最低温度就是最后溶液的冻结点。所以最后溶液的浓度 越大,效果越好。实际应用中一般直接把盐类掺入碎冰块中,成为浓度很高的溶液。在 冰块中加入氯化钙或氯化钠,是最常见的冷冻剂。除了这两种外,还有乙醇甘油等不冻 液。从理论上讲,通常氯化钠浓度为23%时,可以得到-21.1℃的低温,如果是60%浓 度的氯化钠可以得到-32.8℃的低温。但氯化钠浓度为23%时,正好是其低共熔点,因 而-21.1℃实际上是氯化钠所能达到的最低冻结温度。另外67%浓度甘油与水的混合 液可达-46.7℃的低温,而60%浓度丙二醇与水的混合液在-51℃时还不冻结。

用盐水作冷媒用来冻鱼,在20世纪20年代已有应用,但由于设备腐蚀及鱼体直接在 盐水中冻结会导致鱼体变色,因此其应用受到一定限制。70年代法国研制成一种由玻璃 钢制成的盐水冻结设备(图4-6),避免了腐蚀,并在冷冻前对产品进行包装,使这种传统 的方法又获得新生。据介绍,该设备冻结速度很快,在盐水温度-19~-20℃时,对每公 斤25~40条的沙丁鱼,从初温4℃冻至-13℃,仅需15min。它实现了单体快冷冻结(即 IQF),可以进行连续性生产,无干耗,操作人员少。

盐水浸渍冻结方法的另一限制是不能用于冻结未包装的食品,因为盐会渗入到食品 的内部使其带有咸味,影响食品风味,目前盐水法只用于海产品的冷冻,尤其是盐浓度不 很高的海产品轻度冷冻(微冻)。目前略甜的甘油-冰水混合液冷冻仅适用于水果,而带 辛辣味的丙二醇只能用于带包装食品的冷冻。

目前另一类浸渍冷冻方法也很流行,即利用普通氟利昂R12的浸渍冻结(图4-7), R12在0.1MPa下沸点为-29.8℃,当食品与R12接触时,R12就在-29.8℃下沸腾蒸发。 每千克R12从食品中吸收168.0kJ的潜热。如果蒸汽的温度再上升到-20℃,如其比热容 为0.63kJ/(kg·K),又可从食品中取出6.174kJ/kg的显热。合计可吸收174.1kJ/kg的热 量。R12与食盐水不同,食盐水无相变化,而R12以相变化吸热,因此热交换极好。冻结中 渗入食品的R12其残留量约1~1.5μg/g,贮存一个月后可全部挥发掉。R12浸渍冻结热交 换效率高的另一原因是食品全部浸在其中,故表面受热均匀。1~3cm厚的食品在10~ 15min内可降到-18℃。这种冻结方法无干耗,适于冻结小虾、鱼片、小鸡、海产品、肉块、 水果、蔬菜等多种食品。每冻结1kg食品需R12约2.25~2.50kg,R12的损耗极少,一般为0.01~0.015kg,损耗率仅为0.5%,生产费用和送风冻结装置接近。但由于冻结时R12有 一定的残留,因此在一些国家中禁止使用。

图4-6 连续式玻璃钢盐水冻结器

1—冻结器 2—出料口 3—滑道 4—进料口

5—蒸发器 6—除鳞器 7—盐水泵

图4-7 氟利昂R12浸渍冻结装置

1—R12贮罐 2—冷凝器 3—进料传送带 4—出料传送带

5—R12液泵 6—喷头 7—冻结传送带

(4) 超低温制冷剂喷淋冻结 当前食品冻结工艺的总趋势是低温速冻。有些场合为 获得超速冻结效果,常常利用超低温制冷剂的喷雾来实现。如使用压缩液氮、二氧化碳等 喷淋冻结。目前已有高纯度食用级特种氟利昂作为超低温制冷剂的冷冻方法,用其制成 的冷冻食品,其水分成为微细的冰结晶,而细胞组织的破坏率少,其产品品质属高档。利 用液体气化进行冻结是一种有前途的获取高品质速冻食品的新方法。下面介绍常用的液 氮、二氧化碳喷淋冻结法。

① 液氮喷淋冻结法和装置: 液氮为无毒的惰性气体,和食品成分不发生化学反应, 液氮取代食品内的空气后,还能减轻食品在冷冻和冻藏时的氧化。在大气压下液氮在 -195.8℃下沸腾蒸发。由于其强烈的制冷效果,因此无须用其他制冷剂将其预冷。当其 与食品接触时可吸收199.5kJ/kg的蒸发潜热,如再升温至-20℃,其比热容以1.05kJ/kg ·K计,则还可以再吸收184.3kJ/kg的显热。两者合计可吸收384.3kJ/kg的热量。因此 液氮已成为直接接触冷冻食品时最重要的超低温致冷剂。

液氮冻结设备发展很迅速,目前大多为装有网状输送带的隧道式连续喷淋冷冻装置 (图4-8),其结构简单,冻结速度比平板冻结器快5~6倍。但由于冻结速度极快,在食 品表面与中心产生极大的瞬时温差,易造成食品龟裂,所以过厚的食品不宜采用,一般适 用食品厚度小于10cm。虽然用液氮冷冻可以使温度降到-196℃,但实际上没有必要这 样做,因为超低温对某些食品会造成损伤,因此一般冷冻时工作温度限制在-30~-60℃ (但根据特殊需要可达-120℃)。在这样的冻结温度下可得到优良的冷冻品质,对1~ 3cm厚的食品,在1~5min内即可冻到-18℃以下。冻1kg食品约需液氮0.8~1.2kg (平均1kg)。液氮是生产液氧时的副产品,资源丰富,但运输和贮藏要特殊的容器和车 辆,成本也高。

图4-8 隧道式连续喷淋冷冻装置

1—排散风机 2—进料口 3—搅拌风机 4—风机 5—喷雾器 6—出料口

②液态二氧化碳喷淋冻结法和装置: 液态二氧化碳也因其接触食品不会发生反应 而被用作直接接触冷冻食品时的超低温制冷剂。液态二氧化碳在大气压下于-78.9℃ 沸腾。此时可吸收576.8kJ/kg的蒸发潜热,如蒸发后温度再上升到-20℃,以比热容 0.84kJ/(kg·K)计,还可吸收49.5kJ/kg的显热,两者合计可吸收626.3kJ/kg的热量。液 态二氧化碳冷冻的制品品质和液氮冻结的相同,但其同量干冰(固态二氧化碳)汽化时吸 收的热量为液氮的2倍,因此采用液态二氧化碳冷冻比液氮冷冻要经济一些。液态二氧 化碳冻结法与液氮冻结相似,这里不多絮说。

上述两种液化气体冻结装置构造简单,使用寿命长,可超快速地进行单个冻结而几乎 不发生干耗和氧化变色,适宜于冻结个体小的食品,如虾等水产品。但一般成本较高。