隧道式液氮速凍設備

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1.引言

冷凍和冷卻是食品生產與配送過程中相當重要的環節。毋庸置疑，隨著食品行業今后對冷卻和冷卻需求的持續增長，越來越多的食品加工者會提升或擴充其冷凍與冷卻生產線，然而，這樣的提升與擴充并非像以前那樣簡單。目前食品冷凍技術的發展日新月異，傳統機械式食品冷凍設備雖仍然被廣泛使用，但他們正在被諸多更有優勢的新型食品冷凍設備及技術所取代。那么怎樣的食品冷凍系統才適合今天的食品冷凍者？這些冷凍系統各有哪些利弊？食品加工者們該如何做出正確的選擇，以確保方案最佳，最適合業務發展？

2.為什么液氮冷凍更優于氨或氟利昂？

以分秒計的冷凍速凍——液氮是地球上超低溫制冷劑中的一種。

快速的制冷方式產生較小的冰晶，可以減少對產品細胞結構的損傷，從而提高產品的質量。提高產品的出成率——降低食品的脫水及干耗損失，改進冷凍食品的質地，色澤及風味。較少的投資。

超低溫的冷凍，更少的占地面積。

3.保持更佳的食品原味和質地

液氮的溫度達到零下196攝氏度（-196℃）。當它與食品接觸后氣化就能更快地帶走熱量。

超低溫和高熱交換率實現了真正的快速冷凍。這樣的快速冷凍使產生的冰晶最小，并幫助保持食品的質地。這樣防止了水分的丟失，幾乎達到了無損失；保持了食品的原色，原味和原質。這些氣化后的制冷氮氣被均勻控制地導向冷凍機的前端，實現了熱逆交換，從而提高了氮氣的利用率。

3.產品質量：水分流失/水分含量

? 所有的食品冷凍工藝都會引起食品不同程度的水分流失，無論是在食品冷凍（蒸發型的產品凈重損失），還是食品解凍（汁液流失）過程中。

? 尤其是肉制品、禽類、和水產品，蒸發型的警鐘損失降低了產品凈含量及其附加值。同時食品表面的干耗影響到產品的口感、質地、色澤以及烹飪加工的時間。蒸發型的凈重損失降低了食品表層的熱傳導速率，并由此延長了食品烹飪加工的時間。而這在那些對時間要求非常高的應用中顯得尤其突出，例如快餐店的漢堡包。在多數實例中減少食品表層中自由水的汽化壓，并由此減少食品脫水干耗。

? 緩慢的食品冷凍過程將導致食品中大冰晶粒的產生，等食品解凍時，食品中細胞組織會發生破裂引起食品汁液流失。食品汁液的流失會影響到解凍食品的色澤、口感以及營養學特性。營養素及天然色素會隨流失的食品汁液而流失。特別是果蔬之類食品，結構的損害會導致食品質地口感的降級，結構變得松散。專家對冷凍草莓產品進行的冷凍工藝口感質地破壞性測試的相關研究表明，當使用超低溫快速冷凍工藝時，草莓保持了較高的緊密質地。

4.食品色澤

食品冷凍工藝從兩方面影響解凍食品的色澤。首先如上所述，食品在解凍時天然色素隨之也一并流失；其次由于食品冷凍過程中冰晶體持續生成，殘留的未凍結的食品細胞溶質濃度增加，天然色素的氧化和酶褐變加快。食品冷凍過程越慢或用更長的時間通過食品凍結點，對于食品色澤的影響將會越顯著。

專家對有關冷凍后解凍的漢堡色澤測試研究表明食品冷凍速率的重要性以及快速冷凍的優勢：

? 食品汁液及天然色素的流逝都有所減少

? 肉質褐變降低到最低程度：采用超低溫-機械式冷凍工藝的冷凍漢堡比純機械式的色澤更接近于原來的肉質色澤。

5．易損易碎的食品

由于設備設計及產品加工特性的原因，超低溫食品冷凍設備被認為最適合加工包括很多漿果在內的易損易碎食品。

6.產品質量：結論

研究成果和相關經驗顯示快速食品冷凍工藝降低了水分和產率損失，最大限度地減少了產品口感、質地、色澤和風味的變化。那么哪種食品冷凍工藝可獲得最快的溫度下降？

食品冷凍設備溫度下降的速率被描述成熱交換率（在單位面積內）。熱交換率越高食品溫度下降越快。

讓我們假設食品冷凍過程產品表面溫度為-10℃。一臺常規的機械式冷凍機的工作氣流溫度為-30℃，產熱系數為23W/Km2，則熱交換速率等于25X20=500W/Km2。

一臺常規的超低溫隧道冷凍機的工作溫度為-80℃，傳熱系數為60 W/Km2，則熱交換速率等于60X70=4,200 W/Km2。

由于更高的食品速率，機械沖擊式或超低溫食品冷凍設備能更好地優化食品品質。然而機械沖擊式食品冷凍設備的應用局限在像漢堡這樣的扁平食品上。其熱交換與其氣流方向高度相關，而對于大塊狀或者凹凸不平的產品，其熱交換率就相對較低。

7．工廠管理

在選擇食品冷凍工藝是必須關注到每個食品加工廠的特殊情況。考慮因素包括可用空間大小，生產能力的范圍要求，衛生要求，清潔及維護操作。

8.占用/可用空間

在幾乎所有實例中，同樣產能水平下，超低溫食品冷凍比傳統機械式的占用空間小。現在一些模塊化的機械沖擊式食品冷凍裝置占用的場地空間也較小。

9.產能配置

客戶需求的突然波動常導致工廠生產產能意想不到的增減。工廠生產經理所要關注的往往超出其可控范圍，包括客戶對其產品的認可度以及產品生命周期。

因此盡可能準確地規劃在食品冷凍設備投資回報期間的最大產能配置就變得非常重要。對于機械是食品冷凍設備，其投資回報期可能要堅持好幾年。過于樂觀的預測將導致效能下降，相反，悲觀的計劃又會造成食品內冷凍能力的不足。

盡管機械式食品冷凍設備對于任何特定的產品都有一個確定不變的最大產能，但典型的超低溫和沖擊式食品冷凍設備卻能通過增加隧道長度等方式迅速調節適應產能變化的要求。重要的是超低溫食品冷凍設備通常是租賃的，所以這樣的產能需求變化不會使食品加工者顯著增加額外資金的收入。

機械沖擊式食品冷凍工藝因為僅僅適用于厚度不超過20mm的扁平類食品，所以相比傳統機械式的產能柔性更低。超低溫和傳統機械是食品冷凍設備對于較厚或不規則的產品相適應型更強。

10.生產線布局

為適應今天飛速發展的食品工業，生產商時常需要相應地調整其生產線布局，尤其在正常合約生產期內。若要移動巨大的機械式螺旋速凍機，就必須再建一個混凝土基座。重新安裝定位一臺超低溫或機械沖擊式隧道冷凍機也不總是一件簡單的事，但好在很少需要改變建筑物的結構。

11.產品品種改變

特別對于較小規模的食品加工者，食品冷凍設備能夠適應不同類型食品的，能力將是關鍵。食品冷工工作時間以及設備停機故障時間會影響食品加工者的實時在線變換產品品種的生產能力。在改變食品品種時，新品種加料前，應該將前面產品完全從設備中清除掉。一個特定的食品品種對應特定不同的食品冷凍時間，停留時間，傳送帶速度，在兩種食品品種間將需要較長的設備停留轉換時間。

在食品品種轉換中時常遇到生原料與熟加工品的切換，這樣就需要有必要的設備清潔時間。

食品加工者也需要關注衛生與清潔程序。詳細如下：

食品加工者日常若僅以告訴持續加工單一品種，機械式食品就能處于穩定工藝狀態。當然這就需要依賴充足的場地空間，資金投入以及合格的人力等資源。

12.維修、衛生與清潔

這些過程應該盡可能地簡單和迅速，以便最大可能地增加設備運行時間以優化生產效能。而比如機械式食品冷凍設備中蒸發器上不斷增加的水氣或霜，可能會拖延加工時間，降低產能。

雖然規范標準的衛生清潔程序對于整個食品工業都是必須的，但對于產能的影響必須是最小的。體積小、設計簡潔的食品冷凍設備情節更快，成本更低。設備內部的復雜構件越少，高度越低，越易于進入，便使清潔時間越短，效率越高。

機械沖擊式食品冷凍設備像超低溫食品冷凍設備一樣，通常設計成較小并易于進入清洗。但其內部結構依然復雜，排水困難，不徹底，所以清潔操作不方便，存在潛在的衛生隱患。

13.工廠管理：結論

考慮到工廠經理的諸多關注，可以確認的是超低溫食品冷凍設備更能適合大多數的食品加工者，因為其：

? 占地空間更小

? 適應產能變化

? 適用于不同類型的食品

? 簡潔，易于使用的設計

? 初期固定資產的投入較低

14.財務 考量

安裝或添加食品冷凍系統需要考慮到多種費用，包括前期投資成本，后期操作和維護時的運營和人工成本。

15.資金投入及運營成本

超低溫食品冷凍與機械式兩者間有明顯區別，前者運營費用較高，而后者的初期資金投入大。他們的差異程度由多種因素決定。對于一個給定的生產線，總存在一個臨界點，超低溫食品冷凍工藝所積累的運營成本將開始超過機械式食品冷凍工藝。

值得注意的是現在的經濟狀況下，財政投入會更加困難。食品加工者不能或不愿有更大的資金投入。因此可能有時會偏向超低溫食品冷凍。

16.人工成本

由于其體積龐大結構復雜，機械式食品冷凍傾向于需要更多的人里進行清潔。維護要求也較高，需要高技能的維護人員。這些因素的重要性將取決于食品冷凍裝置的類型及其相應的當地人工成本水平。

17.產品質量

如此前所提及的，最小的水分損失就是最好食品質量及價值的關鍵所在。特別是對于高附加值產品更是這樣。因此食品冷凍工藝的選擇將影響食品加工這的財務回報。

18.環境因素

隨著能耗和損耗意識以及碳排放影響的增強，相關法規發展的強化，食品生產商需要關注食品冷凍工藝對環境的影響。

美國聯邦食品與飲料機構和國際碳聯盟組織評估在整個食品產業鏈中僅僅10%的能源消耗來自于食品加工企業，而這其中的大部分約60%來自大型冷凍食品加工者的食品冷凍系統。盡管機械式比超低溫食品冷凍系統要求更低的能耗，但這兩種技術能耗只占食品產業鏈中總能耗很小的比例。

19．總結

以上分析可以告訴我們些什么？顯然選擇食品冷凍工藝不是一件簡單的事。，沒有一個單一的食品冷凍工藝對于所有的食品加工者都是最好的選擇。

在選擇一個具體食品冷凍設備裝之前，不得不顧忌可用的財務預算、現有的食品品種、工廠空間布局管理、生產能力的柔韌化要求。

超低溫食品冷凍系統的優勢在于能夠適應多種類型食品的一系列冷凍速率要求，以提高其產品品質。當然低的資金投入、柔性生產、易清潔的優勢也對今天很多食品加工者有吸引力。機械式食品冷凍系統需要大量的資金投入，后期維護成本較高，不建議使用。