液氮速凍技(jì )術發展背景：

1. 50年代末，由于宇宙空間技(jì )術的發展，作(zuò)為(wèi)火箭燃料所産生的大量液态氧的需要，促使空氣液化分(fēn)離工業的飛躍發展。液氮的生産使空氣中所含78%的氮的大量液化生産成為(wèi)可(kě)能(néng)，從而為(wèi)冷凍食品工業新(xīn)的應用(yòng)開辟了途經。

2. 60年代初，美國(guó)的冷凍食品工業面臨一個新(xīn)的轉折點，當時的冷凍食品向三個方向發展：（1）冷凍食品向“單體(tǐ)快速凍結”（IQF）方向發展；（2）要求通過連續速凍裝(zhuāng)置提高冷凍食品的生産量；（3）要求冷凍食品向高質(zhì)量的速凍保鮮食品發展。由于這些要求促使凍結方法必須在技(jì )術上進行更新(xīn)，因此液氮速凍技(jì )術應運而生，并迅速得到廣泛應用(yòng)。

液氮速凍有着下列優點：

1.液氮可(kě)與形狀不規則的食品的所有部分(fēn)密切接觸，使傳熱阻力降低到小(xiǎo)限度。

2.液氮無毒，且對食品成分(fēn)呈惰性，再者，由于替代了從食品中出來的空氣，所以可(kě)在凍結和帶包裝(zhuāng)貯藏過程使氧化變化降低到小(xiǎo)限度。

3.凍結食品的品質(zhì)高。由于液氮和食品直接接觸，以200K以上的溫差進行強烈的熱交換，故凍結速度極快，每分(fēn)鍾能(néng)降溫7～15K。食品内的冰結晶細小(xiǎo)而均勻，解凍後食品質(zhì)量高。

4.凍結食品的幹耗小(xiǎo)。用(yòng)一般凍結裝(zhuāng)置凍結的食品，其幹耗率在3%～6%之間，而用(yòng)液氮凍結裝(zhuāng)置凍結，幹耗率在0.6%～1%之間。所以适于凍結一些含水分(fēn)較高的食品，如楊梅、西紅柿、蟹肉等。

5.占地面積小(xiǎo)，初投資低，裝(zhuāng)置效率高。

随着液氮速凍技(jì )術的進一步完善和發展，它被迅速、廣泛應用(yòng)于魚、蝦、螃蟹、雞、鴨、肉（牛、羊等）、水果（楊梅、荔枝等）、蔬菜、及各種預制食品（牛排、生魚片、肉丸子、炸蝦、肉餅、漢堡包、比薩餅、蛋制品、湯料等）的冷凍中。英國(guó)1981年液氮速凍食品占冷凍食品的10%，用(yòng)液氮量超過100kt。西歐液氮産量的1/3用(yòng)于食品速凍和冷藏運輸。日本液氮速凍食品約占冷凍食品的40～50%。目前美國(guó)有幾百家食品加工企業采用(yòng)液氮速凍，僅一家速凍牛排廠每天用(yòng)700t液氮。我國(guó)70年代初北京、上海就已研制出液氮速凍食品生産線(xiàn)，80年代先後從日本、瑞典、法國(guó)、美國(guó)和丹麥等國(guó)引進了各種速凍裝(zhuāng)置（包括液氮速凍），并對銀魚、湖(hú)蟹、對蝦等鮮活水産品液氮速凍成功。由于每公斤速凍食品需用(yòng)液氮0.8～1kg，受液氮價格高的影響，1991年我國(guó)自己制造的250台各類速凍裝(zhuāng)置中，采用(yòng)液氮的極少，造成我國(guó)目前液氮速凍食品在冷凍食品中所占比例很(hěn)低，未能(néng)廣泛普及。

液氮是無色、無味、低粘度的透明液體(tǐ)，化學(xué)性質(zhì)穩定。液氮在常壓下的沸點是-195.8℃，當它與被凍食品相接觸時，能(néng)吸收的蒸發潛熱為(wèi)198.9kJ/kg；再讓氮蒸氣升溫至-20℃，平均比熱以1.047kJ/（kg·K）計，則能(néng)吸收184.1kJ/kg。兩項合計為(wèi)383.0kJ/kg，是一種理(lǐ)想的制冷劑.用(yòng)液氮速凍食品，早始于美國(guó)。美國(guó)在50年代就開始了這方面的研究，至1960年即正式用(yòng)于速凍食品。1964年開始在生産上迅速推廣。 ?

近幾年，随着改革開放的深入，國(guó)外主要跨國(guó)氣體(tǐ)公司競相在我國(guó)建立合資企業，帶來了先進的空分(fēn)設備、技(jì )術和管理(lǐ)，使我國(guó)低溫液體(tǐ)的産量大幅度提高，供應的地區(qū)和範圍不斷擴大，價格大幅度降低（液氮的售價從2元/kg左右，降低到1元/kg以下），大大促進了液氮的應用(yòng)。

利用(yòng)液氮來快速冷凍食品的優越性很(hěn)多(duō)，不一而足，但它目前應用(yòng)中也存在下列問題，急待解決：

1.因為(wèi)凍結速度極快，食品表面與中心之間會産生較大的瞬時溫差，膨脹壓力大，造成低溫斷裂，破壞食品的組織結構，給食品品質(zhì)帶來不利影響。

2.液氮蒸發後成為(wèi)低溫氮氣，其具有吸收大量顯熱的能(néng)力，充分(fēn)利用(yòng)這部分(fēn)冷量是提高液氮冷凍設備經濟性的根本，但目前利用(yòng)率不高。

液氮食品速凍裝(zhuāng)置

液氮凍結方式大緻有沉浸式、噴淋式、冷風循環式三種。

沉浸式冷凍是将食品完全浸入液氮中，它可(kě)以達到所期望的快速凍結，食品占用(yòng)的空間小(xiǎo)，同時産生能(néng)力變化的幅度也很(hěn)顯著，但液氮耗量較大，因為(wèi)僅用(yòng)了液氮的潛熱這部分(fēn)冷量。

噴淋式冷凍設有三個冷凍區(qū)：預冷區(qū)、凍結區(qū)和均溫區(qū)。液氮經噴嘴成霧狀與食品進行熱交換，液氮吸熱蒸發成氮氣，氮氣又被用(yòng)來預冷新(xīn)進入的食品，這樣既利用(yòng)了液氮的潛熱，又利用(yòng)了液氮的顯熱，使冷量得到充分(fēn)利用(yòng)。

冷空氣循環式冷凍，由液氮冷卻循環的冷空氣，用(yòng)空氣作(zuò)為(wèi)載冷劑冷凍食品，可(kě)擯棄龐大的制冷設備，減少初投資。

具體(tǐ)的凍結裝(zhuāng)置可(kě)以分(fēn)為(wèi)：液氮櫃式凍結裝(zhuāng)置、隧道式凍結裝(zhuāng)置、沉浸式凍結裝(zhuāng)置、旋轉式凍結裝(zhuāng)置等。

流态化食品速凍理(lǐ)論和裝(zhuāng)置

流态化現象早就被人們所認識，它初用(yòng)于化學(xué)工程，随後陸續在能(néng)源、冶金和食品工程等領域得到應用(yòng)。1959年瑞典的Frigoscandia公司首先使用(yòng)這種方法凍結食品，并于1962年研制成功世界上第1台試驗性的流态化凍結裝(zhuāng)置。此後,美國(guó)、法國(guó)、保加利亞、前蘇聯、日本等國(guó)家對流态化的應用(yòng)和理(lǐ)論研究都十分(fēn)重視，特别是近二十年來冷凍食品的發展，促進了流态化凍結裝(zhuāng)置的研制工作(zuò)。目前，這種凍結裝(zhuāng)置已在各國(guó)冷凍食品工廠，特别是蔬菜加工廠中被廣泛使用(yòng)。

流态化食品速凍的基本原理(lǐ)

流态化快速凍結，就是使置于篩網或槽闆上的顆粒狀、片狀或塊狀食品，在一定流速的低溫空氣自下而上的作(zuò)用(yòng)下形成類似沸騰狀态，像流體(tǐ)一樣運動，并在運動中被快速凍結的過程。

當冷氣流自下而上穿過食品層而流速較低時，食品顆粒處于靜止狀态，稱為(wèi)固定床A。随着氣流速度的增加，食品床層兩側的氣流壓力降也将增加，食品層開始松動B。當氣流速度達到一定數值時，食品顆粒不再保持靜止狀态，部分(fēn)顆粒懸浮向上，造成床層膨脹，空隙率增大，即開始進入流化狀态。這種狀态是區(qū)别固定床和流化床的分(fēn)界點，稱為(wèi)臨界狀态。對應的大壓力降值叫做臨界壓力，對應的風速叫做臨界風速。臨界壓力和臨界速度是形成流态化的必要條件C。當氣流速度繼續增加時，床層将繼續膨脹，床層空隙率也随之增加。但床層中的實際氣流速度則保持不變，流體(tǐ)的壓降隻是消耗在托起固體(tǐ)顆粒的重量上，即床層的壓力降與氣流速度無關而始終保持定值D。此時強烈的冷氣流與食品顆粒相互作(zuò)用(yòng)，使食品顆粒呈時上時下、無規則地運動，因此食品層内的傳質(zhì)與傳熱十分(fēn)迅速，從而實現食品單體(tǐ)快速凍結。若氣流速度進一步增加，顆粒則被流體(tǐ)帶走，床層顆粒減少，空隙率增加，床層壓力降減小(xiǎo)，流化床成為(wèi)輸送床E。流化床速凍生産和實驗均在輸送床前面階段進行，曲線(xiàn)AD為(wèi)标準流态化曲線(xiàn)。

食品流态化速凍的主要特點是:

凍結速度快。流态化凍結過程具有很(hěn)強的換熱特性。與傳統的空氣強制循環凍結裝(zhuāng)置相比，換熱強度增加了30～40倍。這是因為(wèi)：食品懸浮凍結時的熱阻減少15～18倍，産品表面與冷空氣的放熱系數（）增大4～6倍，有效換熱面積增大3.5～10倍。所以流态化凍結裝(zhuāng)置的凍結速度要比普通凍結設備的速度高幾十倍。由于凍結速度快，所以流态化凍結能(néng)大限度地保持食品原有的營養成份和新(xīn)鮮狀态。

實現單體(tǐ)快速凍結。由于食品在凍結過程中呈懸浮狀态，食品凍結後不會粘連在一起，實現了IQF凍結，不僅質(zhì)量好，而且便于包裝(zhuāng)和消費者食用(yòng)。

食品幹耗少。每個速凍食品的表面都有一層很(hěn)薄的冰膜，既有利于保持食品鮮度防止氧化，而且幹耗較少。瑞典學(xué)者對蘑菇、草(cǎo)莓等進行的對比試驗表明，流态化凍結的幹耗幾乎隻是強制送風隧道凍結的一半左右。這對價格較高的食品顯得尤為(wèi)重要。

易于實現機械化和自動化連續生産，生産效率高，工人在常溫條件下進行操作(zuò)，改善了勞動條件。

當然食品流态化凍結也有局限性，它僅适用(yòng)于顆粒狀食品，一般其特性尺寸在50mm以内，大不得超過100mm。目前國(guó)外用(yòng)流态化凍結的食品種類主要有：

肉食類：肉丁、炸肉丸子、魚片、魚條、小(xiǎo)蝦、蝦仁等

菜類：青豌豆、豆角、玉米、青刀(dāo)豆、油炸或水煮馬鈴薯、胡蘿蔔丁或片、整顆或切片蘑菇、花(huā)菜、辣椒、西紅柿、包菜以及切成塊、片、條狀的各種蔬菜。

水果類：蘋果片、菠蘿片、草(cǎo)莓、黑苺、櫻桃、馬林果、李子、杏、讨、紫漿果、葡萄、荔枝、桂圓等。