液氮在食品冷冻技术及应用

时间：2020-03-28

液氮是无色、无味、低粘度的透明液体，化学性质稳定。液氮在常压下的沸点是-195.8℃，当它与被冻食品相接触时，能吸收的蒸发潜热为198.9kJ/kg；再让氮蒸气升温至-20℃，平均比热以1.047kJ/（kg•K）计，则能吸收184.1kJ/kg。两项合计为383.0kJ/kg，是一种理想的制冷剂。

50年代末，由于宇宙空间技术的发展，作为火箭燃料所产生的大量液态氧的需要，促使空气液化分离工业的飞跃发展。液氮的生产使空气中所含78%的氮的大量液化生产成为可能，从而为冷冻食品工业新的应用开辟了途径。

60年代初，美国的冷冻食品工业面临一个新的转折点，当时的冷冻食品向三个方向发展：

（1）冷冻食品向“单体快速冻结”（IQF）方向发展；

（2）要求通过连续速冻装臵提高冷冻食品的生产量；

（3）要求冷冻食品向高质量的速冻保鲜食品发展。由于这些要求促使冻结方法必须在技术上进行更新，因此液氮速冻技术应运而生，并迅速得到广泛应用。

液氮速冻有着下列优点

（1）液氮无毒，且对食品成分呈惰性，再者，由于替代了从食品中出来的空气，所以可在冻结和带包装贮藏过程使氧化变化降低到较小限度。

（2）液氮可与形状不规则的食品的所有部分密切接触，使传热阻力降低到较小限度。

（3）冻结食品的干耗小。用一般冻结装臵冻结的食品，其干耗率在3%～6%之间，而用液氮冻结装臵冻结，干耗率在0.6%～1%之间。所以适于冻结一些含水分较高的食品，如杨梅、西红柿、蟹肉等。

（4）占地面积小，初投资低，装臵效率高。

（5）冻结食品的品质高。由于液氮和食品直接接触，以200K以上的温差进行强烈的热交换，故冻结速度较快，每分钟能降温7～15K。食品内的冰结晶细小而均匀，解冻后食品质量高。

利用液氮来快速冷冻食品的优越性很多，但它目前应用中也存在下列问题：

（1）液氮蒸发后成为低温氮气，其具有吸收大量显热的能力，充分利用这部分冷量是提高液氮冷冻设备经济性的根本，但目前利用率不高，措施有待加强。

（2）因为冻结速度较快，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，给食品品质带来不利影响。

液氮冻结方式大致有沉浸式、喷淋式、冷风循环式三种。

（1）沉浸式冷冻是将食品完全浸入液氮中，它可以达到所期望的快速冻结，食品占用的空间小，同时产生能力变化的幅度也很显着，但液氮耗量较大，因为仅用了液氮的潜热这部分冷量。

（2）喷淋式冷冻设有三个冷冻区：预冷区、冻结区和均温区。液氮经喷嘴成雾状与食品进行热交换，液氮吸热蒸发成氮气，氮气又被用来预冷新进入的食品，这样既利用了液氮的潜热，又利用了液氮的显热，使冷量得到充分利用。

（3）冷空气循环式冷冻，由液氮冷却循环的冷空气，用空气作为载冷剂冷冻食品，可摈弃庞大的制冷设备，减少初投资。

具体的冻结装臵可以分为：液氮柜式冻结装臵、隧道式冻结装臵、沉浸式冻结装臵、旋转式冻结装臵等。

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