2.2.3 速凍

2.2.3.1 我國速凍行業概述

速凍是在很短的時間內使食品中心溫度達到貯藏或保鮮溫度的一種冷加工工藝，在這一降溫過程中微生物和酶的活性大大降低，因此延長了食品的貯存期，是生鮮易腐食品加工處理的關鍵技術手段之一。當凍結速率提高到一定程度后，食品內部的水分先達到過冷狀態，在達到某一臨界溫度后，迅速轉化為大量微小的冰晶粒，冰晶粒徑小（一個細胞內即可形成大量冰晶粒）、表面較圓滑、不破壞細胞的結構，即使在解凍后，食品仍能保持良好的外觀和內部結構，營養成分損失小。因此，速凍作為食品冷加工的處理手段之一，可有效保持食品的營養并延長食品冷藏期限，在美國、日本、荷蘭、德國、澳大利亞等國家得到了廣泛的應用。

我國速凍食品工業起步較晚，20世紀六七十年代，主要是西紅柿、黃瓜、扁豆等小包裝蔬菜的冷凍，方法簡單，當時主要出口日本，生產廠家也只是東南沿海的幾個城市。20世紀80年代，我國引進了隧道、螺旋式、流化床等冷凍技術，大大縮短了冷凍時間，冷凍時間從原來的10h縮短到2～3min，提高了速凍食品的生產能力。

隨著人們收入水平的提高和生活節奏的加快，速凍行業迅速發展。目前全國有速凍食品廠近2000家，形成億元銷售量的速凍食品企業約有50家，已形成10多個著名品牌，占到40%以上的市場份額。速凍湯圓、水餃中，三全、思念、灣仔碼頭已經成長為行業巨頭；火鍋丸子、肉制品類中，南方以海霸王、海欣為領頭企業，北方則以山東惠發、佳士博為代表，華東則屬安井較為突出；速凍點心小吃類的突出企業有利口福、阿諾、安井、金城等。

我國速凍行業正處于成長期，發展空間巨大，目前行業的重點在于整體擴張和效益提升。隨著行業銷量的增長，速凍食品相關龍頭企業的銷量也逐年增長（圖2-30）。2018年，速凍食品行業龍頭企業三全食品股份有限公司的速凍食品銷售量達到56.59萬t，較2017年上升了3.98%；山東惠發食品股份有限公司的銷量上漲幅度高達14.08%，至10.69萬t；海欣冷凍食品有限公司銷量為8.93萬t，同比增長14.04%。截至2018年，國內速凍食品制造行業規模以上企業達到了461家。根據中國物流與采購聯合會冷鏈物流專業委員會發布的數據顯示，近三年我國的速凍食品產量增速均在8%以上，2018年我國速凍食品行業產量達1035萬t，同比增長8.72%。總體而言，速凍食品制造業的整體經營狀況較好。

2.2.3.2 速凍技術現狀

1.技術分類和特點

速凍設備按凍結速度可分為兩大類，即快速凍結設備（速凍設備）和一般凍結設備（主要指慢速凍結設備）。由于形式和性能不同，國產各種凍結設備的凍結速度差別很大。一般鼓風機式速凍設備的凍結速度為0.5～5cm/h，而液氮噴淋凍結設備的凍結速度為10～100cm/h，屬快速凍結設備。根據冷凍介質的不同，通常有空氣冷凍和液體冷凍兩種。空氣冷凍和液體冷凍的不同點見表2-3。

目前，我國常用速凍設備大致可分為鼓風式速凍設備、流化床式速凍設備、隧道式速凍設備、螺旋式速凍設備、接觸式速凍設備及直接凍結設備六大類型，其中前4種均是采用空氣強制循環式制冷，接觸式速凍屬于板式熱交換制冷，直接凍結設備是采用液體制冷。

2.常用速凍設備

（1）鼓風式速凍設備

該設備通過強烈的鼓風帶動冷空氣流動，將食品物料冷卻凍結。空氣通過物料時的速度為3～6m/s，溫度為-30～-40℃，其速凍速度比普通管架式速凍速度快2～4倍；但物料的凍結速度受冷空氣溫度波動影響較大，凍結速度不一，導致凍結不均勻。這類速凍設備需制冷裝備和鼓風裝備，能耗較大，生產成本較高。

（2）流化床式速凍設備

該設備采用冷空氣作為冷媒，鼓風機使冷氣流自下而上通過顆粒食品，使食品物料在床面上形成“流體狀態”速凍。這種設備有效克服了食品物料凍結速度不均勻的缺點，加快了凍結速度；但設備對食品物料選擇性強，只適用于顆粒狀物料的速凍。

（3）隧道式速凍設備

隧道式速凍機內設有空氣冷卻器和送風機，被凍物品放在不銹鋼網帶上，通過隧道時，吹入冷風使其速凍。該設備大多使用軸流風機，風量大、凍結速度快（但食品干耗較大）。這類設備占地面積大，結構復雜，能耗大，生產成本較高。

（4）螺旋式速凍設備

螺旋式速凍設備基本原理與隧道式相同，只是食品物料的輸送帶為螺旋管狀。螺旋式速凍設備結構緊湊，占地面積小，生產能力大。

（5）接觸式速凍設備又稱平板速凍設備

該設備是把食品放在各層平板間，然后把平板壓緊，通過空心平板中制冷劑的蒸發進行熱交換，使食品凍結。由于食品與平板間接觸緊密，且金屬平板具有良好的導熱性能，故傳熱系數高。但該種設備結構復雜，不能進行連續性生產，而且對食品的厚度有一定限制。

（6）直接凍結設備

這種設備的速凍方法是將食品（包裝與不包裝）與不凍液直接接觸進行熱交換，進而迅速降溫凍結。因這種方法將食品與冷媒直接接觸，故要求不凍液必須純凈、無毒無害、無異味，與食品接觸后不改變食品原有的成分與性質。

3.液氮速凍技術

常規的速凍設備均是采用機械制冷，而且強化對流換熱的風速不宜太大，因此速凍時間較長，很難實現食品的玻璃化。液氮速凍技術是指通過液氮與食品直接接觸吸收大量的潛熱和顯熱致使食品凍結的技術，該技術能使食品快速凍結，使其以最短的時間通過最大冰晶生成帶（-1～-5℃），食品中水分形成的冰晶均勻細小，食品損傷小，解凍后的食品基本能保持原有的色、香、味。液氮被用于商業規模的食品或非食品材料冷凍已有數年。美國最早于20世紀50年代就開始用液氮速凍食品的研究，至1960年即正式用于速凍食品，1964年開始在生產上迅速推廣。20世紀80年代印度把液氮技術應用于雞肉、羊肉和土豆的速凍。我國在20世紀80年代開始用液氮速凍技術進行冷凍，近年來液氮速凍技術有了較大發展。液氮速凍食品不僅品質好，而且液氮安全穩定、無污染，使用液氮做制冷劑可以減少氟氯烴制冷劑的使用，減少對臭氧層破壞和溫室氣體排放。隨著人們對高質量凍結食品需求的提高，液氮超低溫凍結技術在速凍食品工業中將有廣泛的應用前景。

根據“食品聚合物科學”的理論：在足夠快的冷卻速率下，所有的水溶液都可迅速通過結晶區而不發生晶化，過冷成為玻璃態固體，從而避免了結晶可能引起的各種損害。從液氮的沸點到-20℃凍結終溫，相變過程吸收的汽化潛熱和顯熱總共為383.1kJ/kg，該過程能瞬間帶走大量熱量而致使食品由外向內迅速降溫至凍結。在食品凍結曲線（圖2-31中A-B-C-D-E）中，液氮速凍技術能使食品快速穿過冰晶區（C-D，一般為-1～-5℃），實現食品的玻璃化或部分玻璃化，使食品在較長的冷藏時間內處于穩定狀態，大大提高凍結食品的品質。

以液氮作為冷媒的液氮速凍技術具有許多優點：①液氮可與形狀不規則食品的所有部分密切接觸，使傳熱阻力降低，快速降低凍品溫度，實現樣品組織內部水分部分玻璃化的狀態，從而延緩物理化學變化，降低腐敗；②液氮無毒且呈惰性，使食品與空氣接觸少，幾乎不發生氧化變色和脂肪酸敗；③極快的凍結速度使食品內的冰晶細小而均勻，營養成分損失和破壞少，原有風味保持好，商品價值高；④凍結食品的干耗小，為0.6%～1%，而一般凍結設備干耗率3%～6%；⑤設備占地面積小，設備效率高，運用簡單方便；⑥靈活性高，緊湊，可快速安裝。

（1）液氮速凍過程分析

1）液氮速凍原理。水在食品中起到了增塑劑的作用，當食品處于玻璃態時，體系由于其黏度極高、自由體積份額很小而處于相對稱狀態。判斷食品能否到達玻璃態的依據之一是確定溫度是否達到或低于玻璃化轉變溫度。玻璃化轉變溫度T_g受到食品內溶液濃度w_c的影響較大（圖2-32），濃度為0時（即純水）的T_g為-135℃，濃度增大時，T_g也隨著增大。食品部分結晶的玻璃化方法凍結時，細胞溶液濃度（質量分數）為A的食品從室溫開始冷卻，當溫度下降過冷到B點時開始析出冰晶，結晶潛熱釋放后使局部溫度升高，溶液沿著平衡的熔融線不斷析出冰晶，同時濃度增大，溶液溫度下降到熔融線與玻璃化轉變溫度交點（D點），此時溶液達到最大凍結濃縮狀態。最大凍結濃縮溶液的玻璃化轉變溫度為T'_g，相應的溶液濃度為W'_cg。液氮速凍技術使食品從A點快速降溫至E點，食品內溶液達到最大濃縮狀態，濃度較高并以非晶態基質的形式包圍在冰晶周圍，最終形成鑲嵌著冰晶的玻璃體。因此，液氮速凍可以實現食品的快速玻璃化轉變，使食品品質更加穩定并適宜保存。

2）食品熱物理性質。液氮凍結過程傳熱模型的建立需要確定材料的熱物理性質。目前液氮的熱物理性質研究已經很透徹，但食品（尤其是深低溫下）的熱物性參數尚不夠完善。常見的方法有經驗公式法、軟件計算法和實驗測量法。一些學者提出了各種經驗公式，例如：針對食品的密度有Hsiek（1972）公式，比熱容有Choi公式、Okos公式和Seibel公式，熱導率有Sweat公式、Choi公式和Okos公式。這些公式在一定情況下有一定實用價值，但同時這些經驗公式一方面僅適用于一定的溫度范圍，且很少涉及深低溫下的食品熱物理性質，另一方面，對不同食品種類的適用性和精度較差。Milesetal公司開發了COSTHERM軟件，可計算一系列物品的熱物理性質，廣泛應用于歐洲工業領域。

用DSC實驗測量食品熱物理性質的新方法現已得到廣泛應用。DSC功率補償差示掃描量熱儀按程序升溫，經歷樣品材料的各種轉變，如熔化、玻璃化轉變、固態轉變或結晶，通過研究樣品的吸熱和放熱反應，可用于測量包括高分子材料在內的固體和液體材料的熔點、沸點、玻璃化轉變溫度、比熱容、結晶溫度、結晶度、純度、反應溫度和反應熱等。

食品的玻璃化轉變溫度是食品凍結的關鍵物性參數。利用玻璃化轉變溫度，結合水分含量、水分活度兩個重要指標可以預測液氮速凍食品的貨架壽命和貯藏期，選擇有效的食品加工與貯藏條件。測定玻璃化轉變溫度是控制食品質量和穩定性的一個關鍵點，近年來一些研究人員對小麥原淀粉、乳糖、金槍魚和羅非魚等不同食品的玻璃化轉變溫度進行了研究，表2-4列舉了部分研究內容。

3）液氮速凍傳熱過程。食品的液氮速凍過程滿足基本傳熱方程，凍結過程換熱量q依據下列表達式：

式中：m為凍結食品質量（kg）；c_p為食材比熱容[kJ/（kg·K）]；t為時間（s）；T為食品溫度（℃）；h為食品與液氮（或冷氣）間的表面傳熱系數[W/（m2·K）]；A為食品表面積（m2）；T_∞為液氮或氮氣溫度（℃）；Q為食品凍結總換熱量（kJ）；q₁為液氮潛熱（199.18kJ/kg）；q₂為冷氮氣顯熱（kJ/kg）。

對于上式中食品液氮浸漬的表面換熱系數，Macchi提出了下列表達式

式中：ΔT_sat為食品材料即時溫度與液氮溫度差（℃）。

對食品凍結過程研究較早的普朗克提出了Plank公式，對于大多數食品，其準確率為60%～80%，由于其數學形式簡明緊湊，至今仍被廣泛應用，在要求不高的工程計算中有較高的實用價值。為了改進Plank公式的計算精度，長岡順吉提出了修正式，考慮了高于凍結點和低于凍結點階段的顯熱變化。目前確定食品凍結時間和速率主要有三種方法，見表2-5。

4）液氮速凍食品品質分析。液氮速凍后食品品質分析作為食品評價指標的一部分，與一般凍結或速凍方式的食品大致相同，檢驗指標包括解凍失水率、感官分析、質構特性分析、理化指標、微生物檢驗、貨架期等。速凍食品解凍失水率越低，感官分析、質構特性分析和理化指標越接近新鮮食品，微生物菌落越少，貨架期越長，則速凍品質越好。不同的速凍食品種類特性不同，需要根據實際對象確定合適的檢驗指標。

觀察速凍產品微觀組織中的冰晶大小，可以評價速凍過程對細胞的破壞程度（在凍結過程中，細胞外的水分結晶，造成細胞內的水分不斷滲透到細胞外并繼續凝固形成較大的冰晶，大冰晶擠壓細胞使之變形或破裂，破壞食品的組織結構）。表2-6比較了液氮速凍、平板凍結和-18℃冰柜凍結的銀鯧肌肉組織光學顯微鏡圖片，可以看出：速凍完成時，液氮和平板凍結的銀鯧微觀組織較為致密新鮮，冰柜凍結銀鯧細胞間隙大，冰晶破壞細胞情況嚴重。速凍后在相同的-18℃冷庫下冷藏150天后觀察肌肉橫切和縱切組織，液氮速凍細胞非常完整，只有少量的細胞邊緣冰晶痕跡和稍增的細胞間隙；平板凍結肌原纖維結締組織降解明顯，致使有較大的細胞間隙，但細胞結構尚且完整；冰柜凍結不僅細胞間隙較大，而且大部分細胞均因冰晶破壞作用破碎，纖維結構散亂。由此可以得出結論，速凍品質的排序為液氮速凍＞平板凍結＞冰柜凍結。

（2）液氮速凍設備

根據不同使用液氮的方法，液氮速凍方式可分為三種：液氮冷氣循環式凍結、液氮浸漬凍結和液氮噴淋凍結。國際上對液氮噴淋開展了比較深入的研究，主要集中在噴淋特性、傳熱和制冷能力等方面的研究。國內一些研究人員對液氮凍結機理和液氮制冷系統的優化設計開展了一些工作，主要進行液氮制冷快速冷凍的熱力和經濟性分析、液氮耗量和冷凍能力分析、液氮流態化系統的冷凍性能試驗和數值計算研究。液氮冷氣循環式凍結，是由被液氮冷卻的循環冷空氣作為載體來冷凍食品的一種凍結方式，實際應用中不常見。下面主要討論液氮浸漬凍結和液氮噴淋凍結。

1）液氮浸漬凍結。液氮浸漬凍結是將食品完全浸入液氮中的速凍方式，它可以達到所期望的快速凍結，食品占用的空間小，同時產生能量變化的幅度也很顯著。圖2-33和圖2-34分別為液氮浸漬速凍設備的原理圖和產品實物照片，速凍機內的低溫容器裝有液氮，食品經過傳送帶浸泡在液氮中完成速凍，低溫的液氮迅速凍結產品表面并鎖住水分，從而維持凍品產量和質量，適合大體量IQF（單體速凍）應用場合，比如草莓、雞胸肉、熟制禽肉、肉丁和對蝦。研究表明，液氮浸漬速凍速度極快，用液氮直接浸漬處理的蟹，具有安全可食性，基本保留活蟹煮食后的風味，且衛生指標高于活蟹。但是常溫狀態下的食品直接浸漬到-196℃的液氮中，凍結物周圍立即形成凍結層外殼，而中心部分還沒有凍結結晶，由此會引起食品龜裂，而且生產中必須采取措施有效地回收低溫氮氣到達常溫那部分產生的冷能，由于存在這兩個缺點，液氮浸漬凍結在實際應用中的應用范圍較小。

2）液氮噴淋凍結。液氮噴淋凍結是指液氮經噴嘴成霧狀與食品進行熱交換，液氮吸熱氣化成氮氣后用來預冷新進入的食品，從而使食品快速凍結的一種速凍方式。圖2-35所示為一種隧道式液氮噴淋凍結原理圖，食品物料由進料輸送帶輸送至預冷段，在預冷段得到預冷并在表面形成較薄的冰膜，增加了機械強度。接著預冷后的食品物料進入噴淋速凍段，液氮由液氮噴淋頭噴出，由于液氮噴淋傳熱系數較大[約為425W/（m2·K）]，為了避免出現低溫斷裂，食品物料應快速通過該段。液氮噴淋設備凍結食品與其他凍結方式相比，有著凍結速度極快、干耗小、不發生氧化變色和脂肪的酸敗等優點。因此，液氮噴淋凍結方式比液氮浸漬凍結和液氮冷氣循環式冷凍優勢更明顯，它具有“魔法凍結”的美譽。圖2-36和圖2-37所示分別為中科院理化所研制的隧道式和螺旋式液氮噴淋速凍機實物照片，該類速凍機溫度在-180℃～常溫任意可調，冷凍產量300～5000kg/h，適合水果蔬菜、海鮮肉類、各種面食等食品的速凍。

圖2-38所示為柜式液氮速凍機，采用液氮和液態二氧化碳作為冷卻劑，可在箱體一側或兩側安裝風機，確保冷風與食品之間的強化換熱；進入凍結機的氣體風量可以調節，適用于大量食品的凍結。圖2-39所示為中科院理化所研制的液氮速凍柜，降溫速率為1～50℃/h可調，處理量為100～2000kg/h，適合水果蔬菜、海鮮肉類、各種面食、冷凍調理品、即時快餐等食品的凍結。

在液氮噴淋速凍方式的研究方面，1996年西安交通大學張玉文等采用液氮噴霧速凍對蝦，效果優于低溫冰箱冷凍。玄哲浩等利用模擬計算分析方法對液氮噴淋冷藏車中影響凍結物凍藏性能的因素進行研究，分析液氮噴嘴數量和噴嘴布置形式對凍結特性的影響，以及循環風的強度對冷凍空間和凍結物溫度變化的影響、液氮噴量對凍結特性的影響，提出合理噴液量的影響因素關系。Datye等開發了一個計算機程序，計算海產品在隧道式LN2速凍機中的溫度變化。

傳統流態化速凍設備的蒸發溫度通常為-40～-45℃，相應的冷風溫度為-30～-35℃，難以滿足對食品凍結品質的更高要求。郭旭峰、陶樂仁等將液氮噴淋預凍和流態化速凍兩種凍結方法結合于一體，建立了基于新系統的食品冷凍過程的焓法數學模型，計算了黃瓜片在不同凍結條件下的降溫過程和冷凍時間，同時對凍品質量進行了分析。梁亞星等利用FLUENT軟件對液氮噴霧式流態化食品速凍機風道內的流場進行了數值計算，分析了不同的流道模型、進口風速和導流板的有無以及個數、相對位置和曲率半徑對內部流場和出口截面風速均勻性的影響，優化了液氮噴霧式流態化食品速凍機，從而提升了其性能。

液氮噴淋凍結食品方式的缺點：①液氮消耗量和冷量損失較大，使得凍結的總成本較高；②因為凍結速度極快，食品表面與中心之間會產生極大的瞬時溫差，膨脹壓力大，造成食品龜裂，所以過厚和形體過大的食品不宜采用此法凍結，一般食品厚度應小于10cm；但對凍結含水率低的調理食品，因凍結膨脹壓力不大，故可適當放寬形體的限制；③液氮的運輸和貯藏需要特殊的容器和車輛。針對由于液氮溫度過低造成的食品低溫龜裂問題，劉寶林等設計了一種新型流化床速凍設備，對不同的食品通過控制液氮噴淋蒸發量進而控制床層內空氣溫度，一定程度上能實現食品部分玻璃化凍結，同時不會由于溫度過低造成食品的低溫龜裂，但徹底解決以上三個問題還需進一步研究。

（3）食品液氮速凍的應用研究

食品液氮速凍的應用范圍很廣，西方國家液氮速凍主要用于魚類、水果、蔬菜等的凍結。近年來國內外學者將液氮作為冷媒，對果蔬、水產品、獸禽類和方便食品等的速凍工藝進行了研究，通過分析液氮速凍對不同種類食品速凍后的效果，力求為某一特定食品找到最優的液氮速凍工藝。下面分別介紹液氮速凍在不同種類食品凍結中的應用。

1）液氮速凍在果蔬凍結中的應用研究。目前已有液氮噴霧和液氮浸漬設備應用于草莓、白靈芝、青刀豆、西蘭花等的凍結。章斌用液氮速凍及緩凍的凍結方式凍結香蕉，試驗結果表明：凍結速率對香蕉中多酚氧化酶（PPO）及過氧化物酶（POD）活性有明顯的影響；綜合香蕉凍結品的酶活性變化與熱力學計算結果，認為完全采用液氮凍結香蕉等附加值不高的果蔬不經濟，應考慮采用液氮制冷與機械制冷相結合的聯合制冷方式凍結。江南大學的段振華和Zhang M的研究表明用液氮速凍檳榔能提高果實的硬度，同時能保持較高的葉綠素含量。Szymońska J和J. Szymon'ska研究發現，液氮速凍能較好保持馬鈴薯淀粉的凝膠特性、水溶性和持水能力。

2）液氮速凍在水產品凍結中的應用研究。目前多用液氮對小型水產品如鮑魚、銀魚和三龐梭子蟹的凍結進行探討研究。盧定偉等在液氮凍結隧道上進行了速凍銀魚試驗，并就其中存在的氮耗、托盤選擇、凍體開裂與干耗等一系列問題進行了理論剖析，并給出了解決方案。對于虎蝦的冷凍過程，Boonsumrej Sirintra和ToruSuzuki等通過鼓風機凍結和液氮低溫冷凍方法，研究了虎蝦冷凍過程中各種性能的變化；Srijanani Sundararajan等通過添加綠茶的蒸餾提取物作為溶液，測量了虎蝦在速凍過程中各項指標的變化。方婷、姜瓊一研究了將臭氧與液氮相結合的速凍工藝，研究表明，該速凍方法下的TVB-N值和菌落數增加量明顯小于緩凍組鮑魚，而且感官品質更接近新鮮鮑魚，說明臭氧+液氮速凍工藝能保持鮑魚良好的風味并達到較高的食用安全性。楊利艷等研究發現液氮速凍處理對蝦失水率最低，得出對蝦品質（質構、鹽溶性蛋白含量、巰基含量、ATPase活性及pH值）的變化規律：新鮮對蝦＞液氮速凍＞-75℃超低溫速凍＞-18℃冷庫冷凍。張洪杰等研究表明，液氮能夠在2min內使樣品的中心溫度迅速降低至-169℃，凍結速度是-18℃凍結方式的百余倍，并且用液氮速凍技術處理后的樣品各項指標都優于傳統的-18℃直接凍結，說明液氮速凍方法對維持金槍魚的品質起重要作用。

3）液氮速凍在肉禽類食品凍結中的應用研究。針對肉禽類食品速凍，王嶸、王仲禮等設計了氮噴淋速凍設備，該設備凍結質量高、結構簡單、安全可靠、操作簡單、耗電少、衛生清潔且無環境污染。宋立華等以液氮為制冷工質，在不同降溫速率下，將不同形狀的牛肉凍至不同終溫，然后用自然解凍和冷藏室解凍方法升溫至0℃，結果表明液氮快速深冷凍結比普通凍結有利于實現肉品部分玻璃化狀態，適當的解凍方式可避免重結晶，從而有效減少汁液流失量，改善冷凍食品的品質。但M.M.Farouk等研究發現-18～-20℃已經能滿足牛肉的冷凍和冷藏，液氮超速冷凍和低溫貯藏對牛肉品質影響很小或沒有影響。因此，在肉類制品液氮冷凍加工過程中，需控制合理的冷凍速率以確保肉制品的品質，同時還要考慮必要性和成本。

近年來學術界對液氮速凍食品的研究很廣泛，對果蔬、水產品、肉類的速凍工藝有了一些新的研究成果，為特定食品找到了最優的液氮速凍工藝，并最終將成果應用于食品工業。中國科學院理化技術研究所郭嘉等利用液氮作為冷媒研制出超低溫液氮設備，先后對草莓、金槍魚、對蝦、河豚、毛豆和不同果蔬進行了速凍實驗。研究表明，液氮超低溫速凍技術的優點在于：相比-18℃冰柜，液氮速凍后的草莓冰晶較小、細胞損傷小、干耗損失小、果肉飽滿、色澤鮮艷，解凍后不出水（圖2-40）；金槍魚中心溫度可在100s內下降到-150℃以下，失水率小于1.5%；速凍后的河豚可以超過90天不變色；速凍后的毛豆能保持甘甜、形狀和脆性；速凍后的果蔬表面能形成均勻凍膜、呈顆粒狀不黏連、色澤鮮亮、果肉飽滿（2-41）。

綜上所述，國內外對液氮速凍技術在各種食品中的應用研究較多，但多數只對特定的食品進行研究，普適性和實際指導性不強，更沒有提出合理的理論及完善的數學模型。同時，文獻報道的液氮速凍技術對多數食品的效果很好，但仍需要在大量的實驗研究基礎上，提出合理的液氮速凍工藝和操作規程，進而指導實際應用。

（4）總結與展望

液氮速凍技術能使食品快速凍結，以最短的時間通過最大冰晶生成帶，形成的冰晶均勻細小，食品損傷小，營養成分損失和破壞少，解凍后的食品基本能保持原有的色、香、味，凍結食品的干耗小。未來液氮速凍技術需要研究的主要研究內容有：①確定不同食品在冷凍過程中的玻璃化轉變溫度，研究玻璃化狀態的最優獲得方法；②研究不同食品的熱物性參數，建立合理的數學模型并分析不同食品的液氮速凍過程；③將液氮速凍技術推廣應用，研究不同食品的液氮速凍規律及效果，最終獲取不同食品的最優液氮速凍工藝；④解決食品低溫斷裂和液氮復溫過程的冷能回收問題；⑤開發新型的液氮速凍設備，使其向品質更優、液氮耗量更低和更加智能化的方向發展。

2.2.3.3 我國速凍行業發展存在的問題

1.中小型企業多，行業規模偏小

目前全國擁有速凍食品生產企業近2000家，速凍產品種類達600多種。由于整個行業的技術壁壘并不是很高，行業內以中小型企業居多，具有億元銷售規模的冷凍食品企業約有50余家。行業中的中小企業多，一般規模較小，產品技術創新與研發能力較弱，產品的營銷布局趨向于地域化。此外，由于行業競爭的加劇，很多中小企業以爭取代工機會來提高產能利用率，而規模較大的廠家因注重毛利的提升，也會將毛利低的產品委托代工，形成既競爭又合作的模式。但是由于代加工的中小型企業在技術管理、人才儲備以及技術上的競爭劣勢，也為大企業的產品質量安全帶來了不確定因素。2018年全國民營企業500強中，河南省漯河市雙匯實業集團有限責任公司等14家食品企業上榜，但速凍食品企業卻沒有一家上榜。行業內超大型企業少，速凍食品行業品牌集中度不高，除少數全國性強勢品牌如思念、龍鳳、三全、海霸王和灣仔碼頭之外，各個地方都有自己的地方中小品牌，長遠看來，速凍食品行業品牌化是大勢所趨。

2.速凍食品的產品結構單一，同質化現象嚴重

速凍食品在市場上主要以水餃、湯圓、粽子、餛飩和面點五類產品為主，在整個市場中占有較大的份額。其中三全、思念、灣仔碼頭這三個品牌占據了近60%的市場銷售份額，市場競爭十分激烈。產品的結構較為單一，尚不能完全滿足市場的需要。一些地方中小企業在發展過程中沒有合理規劃自己的資源優勢，幾乎全品類覆蓋，導致每類產品在物力、人力、財力等資源上都過度分散。另外，通過進一步的市場分析還發現，速凍食品行業還存在非常嚴重的產品同質化現象，行業中很多企業包括一些大型企業品牌定位不是十分清晰，品牌之間沒有形成根本的品牌差異，仍然停留在同質化的品牌營銷階段。速凍食品的產品同質化主要表現在基本都是以速凍水餃、餛飩、湯圓、包子和饅頭等為主打產品，口味基本都是豬肉韭菜、豬肉白菜和三鮮等。不同品牌之間產品的種類、口味、色澤和包裝都差不多，消費者很難分清楚哪個品牌的產品更好一些。產品的同質化也導致了價格的差異較小，同一梯隊的速凍食品品牌，甚至不同梯隊的速凍食品品牌之間產品價格差異不大，即使有些差異也不能給出產品價格差異的理由。速凍食品的同質化現象在銷售渠道上也趨于雷同，目前全國或區域性知名速凍食品品牌的產品基本都是通過大、中型超市冷柜進行銷售，銷售渠道同質化現象嚴重。速凍食品雖然受到冷鏈運輸、銷售條件的限制，但借助小型連鎖超市、社區小食品店等多渠道的營銷終端仍是中小速凍食品企業可選擇的產品銷售模式，銷售渠道的下沉會讓中小速凍食品企業獲得更多的發展機會。

3.相關速凍食品的產品質量評價技術不規范，產品質量良莠不齊

由于速凍食品加工在我國起步較晚，整個行業無統一、客觀、科學的方法和指標對有關速凍食品的品質進行界定，現有的對速凍食品進行品質評價的標準多為各企業制定的企業標準，整個行業尚缺乏統一規范的評價標準。速凍食品的品質、規格的檢驗往往以感官為主，指標模糊，可操作性差，既不利于生產企業加工，又不利于商檢部門和相關部門對出口產品和國內市場銷售產品的質量進行檢驗和管理，使得速凍食品的貿易往來受到影響。另外由于人們很難對感觀分析方法進行標準化，評價者在感覺上的差異將大大降低不同國家、不同實驗室之間所得結果的可比性，嚴重影響了速凍食品的品質檢測和工業化生產，其發展前景也將因此而受到制約。借助于食品物性測試等相關食品品質評價手段，將是未來速凍食品產品食用品質評價的有效方法之一。

4.速凍設備存在的主要問題

近年來國內速凍機生產廠家為適應我國市場的需要已研制出多種形式的速凍機，并占據了90%以上的市場份額。但國產速凍機從制造水平和設計水平上來看，與國外先進技術水平相比還存在很大差距，主要表現在：①速凍設備的多適應性差。我國的速凍食品種類較少、人均占有量偏低、產品質量參差不齊。因此，一方面，需要開發不同種類、結冰點、速凍溫度的定制化速凍設備，來滿足速凍產品多元化的需求，另一方面，還要注重提升產品的質量，從安全、衛生、清潔等方面著手不斷改進設備和工藝。②自動化水平低。我國的速凍機企業在雙螺旋速凍機、接觸式、直接凍結式等裝置的自動控制方面依然與國外先進水平存在較大差距。自動控制可以排除人為因素的干擾，控溫更加精確，而且能夠提高設備運行效率，從整體上提升速凍產品的產量和質量。③速凍設備能耗大。目前我國速凍設備效率低、能耗大，速凍設備的耗電量占冷凍食品加工廠總耗電量的30%～50%。