冷链技术简介——第Ⅳ部分 食品生产加工中的制冷

Jacques GUILPART（著）

（法国冷藏协会，布瓦西苏圣伊翁 91790）

邵月月**，范薇，王亚薇，田甜（译）

（中国制冷学会，北京 100142）

0 引言

消费者所购入的部分食品可以“按原样”进行食用，即只需少量加工。例如水果和蔬菜可以生吃（苹果、橙子和生菜等）也可以在烹饪后食用（豆类、土豆和山药等）。有时烹饪工作也可以在食品加工厂中进行。肉类产品也是如此，不同之处在于肉类一般是煮熟（牛排和炖菜等）或经过特定的加工过程（火腿和香肠等）后再食用。无论哪种情况，一旦涉及食品加工，冷藏对于保持食品中微生物水平、保证食品营养及品质都是非常必要的。

1 食品制冷概述

冷链应尽早的介入食品供应链（如，果蔬或肉类制品应从采摘或宰杀时起）。制冷的具体方式则取决于食物本身。

1.1 预冷

1.1.1 水果和蔬菜

快速冷却对于减缓水果和蔬菜的新陈代谢以及 延长储存时间非常重要，温度降低越快，效果就越好。根据不同性质的食品推荐采用不同冷却技术：强制通风冷却可用于大多数水果和蔬菜，浸泡或水冷却可用于体积较小的水果（如樱桃和浆果），真空冷却可用于绿叶蔬菜（如生菜和菠菜）。如图1所示，对于强制通风冷却，要确保冷空气在托盘、堆叠的食品之间均匀分布，因此建议使用挡风帘以及在各托盘之间加上垫片，迫使冷空气进入堆叠的商品之间。

图1 水果冷藏室的典型布局

1.1.2 肉制品

使用强制通风系统来冷却屠体表面，以防止有害细菌和微生物的生长。表面的快速冷却可以减少水分/重量损失。除屠体受过电刺激外，一律建议先将屠体暴露于中温环境中（10～12 ℃）再降至冷却水平，以免屠体因过早暴露于太低温度而发生冷缩。

1.1.3 鸡蛋和乳制品

母鸡通过泄殖腔产卵，蛋壳表面必然受到污染，但只要蛋壳没有发生破裂，蛋壳内部仍然是无菌的。因此一些国家建议鸡蛋在运输和销售过程中的存储温度保持在室温水平即可，以避免温度波动使蛋壳外表面产生冷凝水而促进细菌的滋生。

对于乳制品来说，挤奶后即刻冷却牛奶是获得优质原料的必要条件。冷却牛奶是在专门的容器中进行的，牛奶的温度可以在2 h 内降至4 ℃。

1.2 冷藏

预冷后，食品还须在适当的温度下进行冷藏。

1.2.1 水果和蔬菜

水果和蔬菜可以通过隧道式预冷机等特殊设备进行降温，但冷藏通常是在内部通风良好的冷藏室或气调冷藏室中进行。冷藏温度取决于食品的敏感性：1）对于高敏感性食品（如芒果、甜瓜、生姜、红薯和山药等）冷藏温度不可低于8～12 ℃，温度过低会导致食品代谢紊乱，缩短寿命；2）对于中等敏感性的食品（如橘子、绿豆和土豆等），冷藏温度可降至4～6 ℃，但不能更低；3）对于低等敏度性的食品，建议冷藏温度为2～3 ℃，略高于冰点的水平。若不按建议温度进行冷藏可能导致水果和蔬菜出现不同程度的损伤，例如表面点蚀、变色、内部损坏、不成熟、萎蔫和腐烂等。但无论属于哪类敏感性食品，必须使托盘和堆叠的食品之间保持充足的通风，以去除食品代谢过程中产生的气体和热量。

1.2.2 肉制品

肉制品应放置于适当的环境温度降温，以避免其发生冷缩，随后建议在低温下（低于2 ℃）进行储存，以抑制微生物的生长。根据屠宰场设备的实际情况，可选择在带有冷风机或冷却排管的冷藏室中冷藏。

1.2.3 鸡蛋和乳制品

对于乳制品，在被消费或再加工之前需要进行严格的冷链运输以保障其卫生及品质。加工过的乳制品（奶酪、酸奶和发酵乳等）必须储存在适当的温度（4～6 ℃）下，以避免细菌的产生。

对于蛋类，在8～10 ℃之间储存即可，此时蛋壳完好无损。当采用更低的温度（4～6 ℃）储存时，其保质期更可长达数月。上述两种情况所对应的温度均为冷藏室所保持的温度。

1.3 冷冻

冷冻是将食品的温度降至凝固点以下的过程。降低食品的温度可以降低食品内部化学反应的速率。冷冻可以阻止水果和蔬菜产品的新陈代谢，一旦食品开始保持冷冻状态，可以储存很长时间。冷冻在多数情况下需在专门的低温、高空气流速设备中进行（通常为-35～-45 ℃、3～7 m/s），以确保产品快速冷冻。再将产品进行低温储存（低于-18 ℃）。

1.4 过冷、超冷

最近，在冷链系统中出现了食品储存的新方法。分别是过冷（将食品的温度降至低于冰点但不形成冰）和超冷（将食品的温度降至低于冰点且部分冷冻）。这些技术目前已应用于部分动物食品（如鲑鱼和猪肉等）并大大延长了食品的保质期[1]。但由于难以确定和维持这些过程所需的适当温度，所以限制了他们在高科技工业和冷藏运输中的应用。

1.5 其他食品冷加工过程

制冷技术是食物供应链（保鲜和储存）的重要组成部分，还被广泛应用于许多食品加工过程以提高食品质量。例如：1）脂肪结晶，用于黄油、人造黄油和一些软奶酪的纹理化；2）冷冻法分离不需要的成分，例如白葡萄酒和香槟中的酒石酸；3）冷冻浓缩，例如果汁；4）冷冻干燥，用于食品和饮料，例如咖啡。

2 工业制冷与食品加工

制冷技术被广泛应用于食品的储存与加工，设备中的制冷系统及管路形式通常根据其所需的温度和冷量确定。

2.1 小型设备

小型制冷设备一般采用单级直接膨胀式系统进 行供冷，广泛采用活塞/往复式制冷压缩机，冷量由制冷剂直接提供。这类系统具有简单、可靠、成本低和易维护等优点。

2.2 大型设备

尽管高效制冷技术在投资和维护方面更加昂贵，但随着技术研究的不断深入促进了其他衍生技术的发展。冷藏设备方面，建议采用带满液式蒸发器的单级系统，采用载冷剂（如丙二醇）进行冷量分配，可以大大减少制冷剂的充注量。冷冻设备方面，建议采用带满液式蒸发器的双级制冷系统（通常带有串联的螺杆压缩机或活塞式压缩机）。对于兼具冷藏和冷冻功能的设备，使用大型活塞式压缩机可以轻松满足制冷需求，但螺杆式压缩机具有高效的制冷能力以及较小的尺寸所以更受欢迎。

3 当前使用的制冷剂和潜在替代品

制冷剂的选择取决于制冷设备的大小以及所需的温度。

3.1 小型设备

当前低毒且不易燃制冷剂得到了广泛使用，例如HFCs 制冷剂。但由于其具有较高的全球变暖潜能值（Global Warming Potential，GWP），欧盟和国际《气候变化条例》要求各国逐步减少或淘汰使用HFCs 制冷剂[2]。

HFCs制冷剂的替代品可以为其它低GWP制冷剂或混合类制冷剂。混合类制冷剂一般均经过严格的匹配筛选，力争在环境影响、安全性、制冷性能之间保持平衡。另一方面，这些混合类制冷剂大多具有较高的温度滑移，在某些应用中该特殊性可能会引起一些问题，因此需要特别小心。

目前已经开始在小型设备中应用的替代制冷剂包括：1）HFOs 制冷剂，该类制冷剂具有极低的GWP，但其有效性、当前成本以及轻微可燃性限制了它的广泛应用。此外，该类制冷剂在环境中积累分解形成的残渣也须进行必要的检验和研究。2）HCs 制冷剂（如异丁烷、丙烷），该类制冷剂的易燃性较高因此只适用于充注量极低的场合。3）CO2制冷剂，CO2作制冷剂时系统性能低于其他制冷剂系统，但由于CO2对环境的影响较小并且其制冷系统的设计在不断改进，促使其成为潜在替代制冷剂。

3.2 大型设备

大型制冷设备通常使用NH3作为制冷剂，尽管NH3具有毒性，但通过采用特殊的设计方法以及维护手段可以将该风险降至最低。

冷冻设备方面，建议采用带气液分离器的双级螺杆压缩机系统。由于NH3的GWP 较低且应用较为广泛，所以制冷剂大多选用NH3。

冷藏设备方面，采用载冷剂系统（如丙二醇）已是一项成熟技术。该系统可以大大减少系统中NH3的充注量，提高设备的安全性。同时对于冷冻设备，使用复叠系统（如高温级使用R134a 或NH3，低温级使用CO2）也可以减少NH3的充注量。

由于CO2制冷循环系统在设计方面所取得的进展促进了系统的使用，特别是在冷冻和低温仓库中CO2系统得到广泛应用。

4 发展前景与挑战

采用相变制冷剂的压缩-膨胀系统具有性能优越、紧凑性好和可靠性高等优势，因此该系统已连续使用一个多世纪，并将继续使用很长一段时间。

目前主要的技术挑战是如何开发和使用性能优越、环境影响小、潜在危险性低的制冷剂。当前市场上有各种各样的混合制冷剂被采用，并没有一种“通用的”制冷剂出现，而且可能永远不会出现。

对于一些早已开始研究的替代技术（如吸收和吸附系统）将继续是研究的主题。对于负荷量较大的系统，在调节控制上有较大系统惯性，难以实现精准控制。同时与常规系统相比，此类系统的投资更高，且能为此类设备提供维护的专业人员也较少。

5 结论

工业制冷环节是冷链的第一步，是指在运输、零售和消费之前对食品进行的加工和储存。制冷行业在设备可靠性、系统性能（降低能耗）、环境影响（提倡使用低GWP 制冷剂）以及经济等方面面临若干挑战。因此具有可持续性的制冷系统解决方案必须加快实施（取决于设备的大小及所需达到的温度水平），这样制冷行业才能继续为世界提供安全、高质量的食品，并为世界的发展作出贡献。