摘 要：我國海域資源遼闊，海產(chǎn)品種類繁多，凍品是海產(chǎn)品加工的主要形式之一。液氮速凍作為一種新型速凍技術，具有凍結速率快、速凍食品品質(zhì)高等優(yōu)點，已在海產(chǎn)品冷凍過程中廣泛應用。文章綜述了液氮速凍技術基本原理及其在海產(chǎn)品保鮮中的應用，分析了液氮速凍工藝的優(yōu)缺點，并展望了液氮速凍技術未來研究方向，以供參考。

關鍵詞：液氮速凍；冰晶生成帶；中心溫度

Application of Liquid Nitrogen Quick Freezing Technology in Aquatic Products

SUN Xin1， ZHANG Lu1， DONG Shaoguang3， HU Xin1，2， SONG Huayu1*

（1.Qingdao Conson Oceantec Valley Development Co.， Ltd.， Qingdao 266200， China;

2.Conson CSSC （Qingdao） Ocean Technology Co.， Ltd.， Qingdao 266200， China;

3.Qingdao Conson Development （Group） Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China）

Abstract： China has abundant aquatic resources and a wide variety of aquatic products. Frozen products are one of the main forms of aquatic product processing. Liquid nitrogen quick freezing， as a new type of quick freezing technology， has the advantages of fast freezing rate and high quality of frozen food， and has been widely used in the freezing process of aquatic products. This paper reviews the basic principles of liquid nitrogen freezing technology and its application in aquatic product preservation. It analyzes the advantages and disadvantages of liquid nitrogen freezing process and looks forward to the future research direction of liquid nitrogen freezing technology for reference.

Keywords： liquid nitrogen quick freezing; ice crystal formation zone; central temperature

我國是一個海洋大國，擁有漫長的海岸線和豐富的海洋生物資源，2023年海產(chǎn)品產(chǎn)量為3 353.08萬t[1]。海產(chǎn)品含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸、無機鹽和維生素等人體所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，并具有特殊的色、香、味等，深受廣大消費者的喜愛。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，海產(chǎn)品需求量不斷增大，逐步發(fā)展成為人們獲得高品質(zhì)蛋白的重要方式之一。然而，海產(chǎn)品因其富含蛋白質(zhì)，體表攜帶有多種微生物，極易因保存溫度等因素造成品質(zhì)變化，如食品腐爛、變質(zhì)等，產(chǎn)生難聞的腥臭味，并造成較大的經(jīng)濟

損失[2]。

我國海產(chǎn)品消費主要以鮮活模式為主（約占68%），海產(chǎn)品原料加工率僅為32%。但一些外海養(yǎng)殖和遠洋捕撈的海產(chǎn)品，由于其距離岸基較遠，為保證食用安全，多采取低溫速凍保存，冷凍品重量約為643萬t，占所有加工品的60%以上[3]。低溫速凍作為海產(chǎn)品的主要貯藏方式之一，成為海產(chǎn)品加工行業(yè)發(fā)展的重要支撐[4]。液氮速凍作為一種新型食品冷凍方法，在20世紀50年代產(chǎn)生于美國，1960年

開始被正式用于速凍食品[5-6]。我國液氮速凍技術應用始于20世紀90年代，最早應用在肉類制品的加工和保存中。近年來，液氮速凍工藝和設備都有了長足的發(fā)展，已被廣泛應用于食品和功能性產(chǎn)品的保存。

1 液氮速凍技術的基本原理

液氮是無色、無腐蝕性、不可燃的氮氣在極低溫度下（-195.8 ℃）液化后的透明液體。液氮化學性質(zhì)穩(wěn)定，不會與食品發(fā)生化學反應，符合《食品安全國家標準 餐飲服務通用衛(wèi)生規(guī)范》（GB 31654—2021），是一種理想的凍結保鮮劑[7]。液氮通過與食品接觸或浸泡，在食品表面快速汽化，大量吸收食品熱量從而使食品快速凍結。液氮速凍主要采用噴淋和浸漬兩種方式進行食品凍結，由低溫高壓突變到常溫常壓，體積瞬間膨脹696倍，吸收熱量效率可達383 kJ·kg-1[8]，食品瞬間凍結。

液氮速凍使食品迅速通過冰晶生成帶，體內(nèi)冰晶顆粒細小且均勻，降低了對細胞的損傷；同時，解凍過程中由于細胞破壞較小，汁液流失率較少，能夠最大限度地維持食品營養(yǎng)、口感和特有風味。液氮由液體汽化變成氮氣，其體積劇烈膨脹，食品周圍充滿氮氣，降低了凍結過程中食品周邊的氧氣濃度，食品呼吸與氧化減少，從而減慢了腐敗變質(zhì)的速率[9]。液氮速凍與普通機械制冷不同，主要依靠液氮相變吸收食品的熱量，速凍過程中僅需要少量電能維持設備運轉(zhuǎn)[10]。液氮速凍與CO2制冷速凍、氨制冷速凍以及氟利昂制冷速凍在制冷劑方面存在不同，其沸點更低且對環(huán)境無不良影響，制冷效果更好。簡易液氮低溫速凍設備與氟利昂制冷速凍比較見表1。

2 液氮速凍在海產(chǎn)品保鮮中的應用

液氮速凍技術已被廣泛應用于金槍魚[11]、蝦[12-13]、

銀魚[14]、銀鯧魚[15]、大黃魚[16]、蟹[17]、鮑魚[18]等海產(chǎn)品保鮮中。張洪杰等[11]研究表明，在-18 ℃低溫冷凍設備中，金槍魚中心溫度下降緩慢，凍結時間約200 min，而使用液氮速凍，2 min內(nèi)魚體溫度降低至-169 ℃，最大冰晶生成帶很短。楊利艷等[12]、向迎春等[13]對凡納濱對蝦的冷凍方式研究表明，液氮速凍在幾秒內(nèi)迅速通過0 ℃到-5 ℃最大冰晶生成帶，并將凡納濱對蝦迅速凍至-18 ℃。同時，液氮速凍處理后的凡納濱對蝦咀嚼性降低，口感更好。盧定偉等[14]對工業(yè)用液氮速凍銀魚試驗及優(yōu)化方案研究表明，液氮速凍銀魚解凍后與冰鮮銀魚外觀、質(zhì)感和口感方面差異較小，產(chǎn)品干耗僅為0.5%，同時采用穿冰衣工藝可達到更好的鎖鮮目的。楊巨鵬等[16]對大黃魚解凍方式研究表明，海水解凍的解凍時間、水溶性蛋白與鹽溶性蛋白含量變化、水合性和硬度變化優(yōu)于其他3種解凍方式。方婷等[18]對于速凍鮑魚貯藏期間品質(zhì)研究表明，液氮速凍處理的鮑魚口感及質(zhì)感較高。總之，液氮速凍相較于常規(guī)機械制冷具有凍結速率高、產(chǎn)品干耗小，凍結質(zhì)量好，安全性高等優(yōu)點；但由于液氮溫度較低，長時間、超低溫凍結也會產(chǎn)生龜裂，需要根據(jù)不同海產(chǎn)品規(guī)格和肌肉特性進行調(diào)節(jié)。

3 液氮速凍工藝的優(yōu)缺點

3.1 液氮速凍工藝的優(yōu)點

3.1.1 速度快、效率高

常溫常壓條件下液氮的沸點是-195.8 ℃，比液態(tài)氨（-33 ℃）和氟利昂（-40～-30 ℃）的沸點都要低很多。液氮低溫速凍是將液氮直接噴灑到食品表面，或?qū)⑹称方n于液氮之中，以大約200 ℃的溫差進行熱交換，凍結速度極快。液氮速凍在完成降溫通過冰晶生成帶后，每分鐘降溫幅度為7～15 ℃，比機械制冷快30～40倍，凍結效率大大提高。

3.1.2 質(zhì)量好

大黃魚凍結冰晶生成帶主要集中在-5～-1 ℃[19]，

400～500 g的大黃魚在-110 ℃液氮速凍機中凍結至中心溫度-18 ℃以下，僅需12 min，其中凍結至

-5 ℃以下需要7～8 min，由-5 ℃下降至-18 ℃僅需4～5 min，凍結速度較普通速凍快2～3倍。由于液氮速凍能使細胞內(nèi)形成無數(shù)均勻的細小冰晶，細胞破壞較小，使用相應方法解凍后能最大限度地保持食品原有狀態(tài)，產(chǎn)品質(zhì)量較好。

3.1.3 干耗小、抗氧化、雜菌少

一般情況下，海產(chǎn)品機械制冷干耗損失率為3%～6%，而采用液氮速凍技術進行海產(chǎn)品凍結，干耗降低0.25%～0.50%。液氮速凍使用的凍結保鮮劑為氮氣，食品不會被氧化和變色，能維持海產(chǎn)品初始的香味。液氮速凍溫度極低，一般情況下細菌很難存活，故凍品表面雜菌極少。

3.1.4 占地面積小、勞動強度低

液氮速凍設備主要包括制冷箱體和液氮罐等，其占地面積較小。常規(guī)機械制冷設備如雙螺旋低溫速凍機、隧道式低溫速凍機等，占地面積較大，相同凍結能力的速凍設備，液氮速凍設備占地面積僅為機械制冷設備的1/6。液氮速凍設備投資較小，僅為機械凍結設備的1/3～1/2。液氮速凍設備由于主要消耗氮氣進行制冷，對于能源消耗較少，僅為機械凍結的1/10。液氮速凍由于其凍結時間較短，生產(chǎn)效率高，設備操作過程中易于實現(xiàn)機械化和流水線操作，工人勞動強度較低。

3.2 液氮速凍工藝的缺點

3.2.1 凍結成本高、利用不充分

液氮速凍機，其箱體一般采用不銹鋼板制成，箱段之間用硅膠密封條和黏結劑加以密封，箱體間填充聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料作為隔熱層。液氮速凍因采用液氮作為冷凝劑，其凍結成本較高。近年來，隨著空氣分離技術迅速發(fā)展，液氮成本隨之下降，現(xiàn)階段液氮成本為800～1 500元/t，液氮凍結成本約為1.2～2.0元/kg，高于機械制冷的0.6～1.0元/kg。液氮冷能在凍結過程中不能循環(huán)利用，凍結食品僅帶走部分顯熱，冷量利用不充分。

3.2.2 凍結易斷裂

液氮速凍由于其溫度過低或凍結時間過長，會導致產(chǎn)品在凍結過程中因低溫而斷裂，大大降低食品食用價值和商業(yè)價值。液氮速凍過厚或形體過大的食品不宜采用此法凍結，一般厚度應小于10 cm。齊國強[20]研究表明，餃子皮面團含水量、面團靜置時間、餃子液氮沉浸時間、皮餡比等均會影響餃子凍裂率；楊瑾莉等[21]研究表明，噴淋式液氮速凍不同凍結溫度，其凍結時間差異顯著，-100 ℃液氮速凍處理的火龍果表面出現(xiàn)明顯的斷裂紋。

3.2.3 需特殊容器和車輛

液氮作為特種液體，存儲過程中處于低溫高壓狀態(tài)，因此其盛裝容器需要進行特制，符合相關管理規(guī)范及要求。液氮運輸過程中，需使用特種車輛，船載液氮加工設備需報船級社進行審圖、核定后，方可進行建造和使用。

4 結語

我國的海產(chǎn)品冷凍保鮮研究起步較晚，目前有關海產(chǎn)品冷凍的研究主要集中在冷凍過程的機理變化、冷凍保鮮劑的添加和冷凍設備的研制。液氮速凍保鮮作為一種新型保鮮技術，其凍結效率優(yōu)勢明顯，但由于其凍結劑成本高，鎖鮮解凍工藝尚不完善，真正投入使用的生產(chǎn)線較少。隨著我國工業(yè)體系不斷發(fā)展進步，液氮制備成本不斷降低，解凍工藝不斷完善，液氮速凍在海產(chǎn)品保鮮中的應用將更加廣泛。

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基金項目：山東省重點研發(fā)技術（科技示范工程）“游弋式大型智慧工船深遠海養(yǎng)殖示范工程”（2021SFGC0701）。

作者簡介：孫欣（1987—），男，山東滕州人，碩士，高級工程師。研究方向：海水養(yǎng)殖及遺傳育種。

通信作者：宋華玉（1988—），女，山東威海人，博士，高級工程師。研究方向：海水魚類養(yǎng)殖。E-mail： song.huayu@

163.com。