液氮速冻工艺在预制菜生产应用中的研究现状

◎ 叶佑坤，徐俊源，杨道文，黄丰景

（广州酒家集团利口福食品有限公司，广东 广州 511442）

1 研究背景与意义

2023 年中央一号文件《中共中央 国务院关于做好2023 年全面推进乡村振兴重点工作的意见》明确指出提升净菜、中央厨房等产业标准化和规范化水平，培育发展预制菜产业。近年来，预制菜成为发展迅速、潜力巨大的行业之一，据艾媒咨询数据，2021 年我国预制菜行业的市场规模为3 459 亿元，2022 年规模达4 196 亿元。受“宅经济”推动以及冷链物流与连锁餐饮的发展，预制菜市场将持续升温，按照每年20%的复合增长速度估算，预计2026 年预制菜整体市场规模将过万亿。

预制菜是以食用农产品及其制品为主要原料，辅以香辛料和调味料等，经不同流程预加工处理并在一定条件下贮运，可以即用、续烹、复热或即食的方便产品。区别于普通加工食品，预制菜种类十分丰富，含有一种或多种禽肉类、水产品类、农产品等。预制菜保质期因产品类别不同各有差别，总体来说比一般加工食品要短。

作为餐饮和食品融合发展的产物，预制菜产业成品在保证餐饮市场口味条件下，从节约时间和人力成本方面考虑最大程度进行原材料集中采购和劳动力整合，提高生产的工业化水平，在某种程度上实现效率最优[1]。目前预制菜市场主要以近十年中央厨房模式进行成品、半成品集中生产，销售战略由B 端向C 端发展，中央厨房也逐渐被预制菜这个名词代替。无论线下销售还是线上购物方式，预制菜在便利性、成本节约的刚性需求引领下，产业底部驱动仍为冷链食品制造和冷链物流为主。生产工艺的速冻环节对预制菜的品质维持和口感评定尤为重要。本文以预制菜的“鼻祖”盆菜为研究对象探究速冻工艺在预制菜生产中的应用。

2 盆菜工艺流程

盆菜是将多种食材经挑选、清洗、预处理、熟制或半熟制后，按食材的特性逐层摆放在餐具内，浇上高汤，包装制成的预制菜。其属于粤菜系客家菜，起源于南宋的杂烩菜式，一盆菜里可荟萃百菜百味。这道菜是客家地区家人团聚、庆祝重大事件时的传统菜肴，也是广东部分地区年夜饭的“重头戏”。制作盆菜的原材料可根据不同节日和不同家庭口味进行调整，一般都会有白萝卜、云豆、支竹、鱿鱼、猪皮、冬菇、鸡和炆猪肉，部分盆菜可能还包括鲍鱼、花胶、大虾、发菜和蚝豉等。

预制菜近年来发展迅速，其代表食品之一盆菜也有了飞跃式的发展，盆菜消费市场逐渐成为食品企业的关注点之一。许多企业从一开始的手工作坊，慢慢探索出手工与机器相结合的工业化生产模式，提高盆菜的产出。盆菜的生产工艺流程见图1。

图1 盆菜的生产工艺流程图

按照《速冻调制食品》（SB/T 10379—2012）要求，菜肴制品需要在≤-18 ℃条件下贮存和≤-15 ℃条件下销售。要符合该温度条件，产品必须通过速冻和急速冷冻形式进行降温，以达到标准要求。

根据SB/T 10699—2012，速冻的定义是在低于-30 ℃的环境下，将预处理产品迅速通过其最大冰晶区域，使速冻食品的热中心温度达到-18 ℃及以下的冻结方法。在设备选型方面，制造企业都以投入产出比为主要的参考指数，较为看重设备实际运行的能耗费用。企业在制冷系统选择上，20 世纪末、21 世纪初主要使用氨制冷系统，2010 年逐渐兴起液氮制冷系统和二氧化碳制冷系统，目前氟利昂制冷系统逐渐兴起。

盆菜作为多种产品搭配的产品，内含物有不多于35%的特制汤汁，水介质比热容值最高，汤汁部分需更多冷量进行热传递才能使其迅速冷冻至-18 ℃或更低的中心温度，使用普通氨系统或单级氟系统均需要至少12 h 的速冻时间使盆菜中心温度降低至可接受水平，无法实现快速制冷，使用液氮制冷系统能在1.5 h的速冻时间使中心温度降低至-18 ℃以下。在分析内在原因后，液氮制冷系统成为生产制造企业大批量盆菜生产冷却的主要应用系统。

3 液氮速冻技术的应用情况

液氮速冻技术是指通过液氮与食品接触吸收大量的潜热和显热来冻结食品的技术[2]，-190 ℃液氮在压力容器释放喷出，经过管道汽化变成氮气与食品表面大面积接触吸收热量，-190 ℃氮气常压下温度上升到-20 ℃则可吸收183.89 kJ·kg-1的显热（比热容以1.05 kJ·kg-1·K-1计）[3]，液氮在释放后相变汽化热和显热吸收热量383 kJ·kg-1[4]。食品速冻过程中，液氮在储液罐体排出，通过输液管道经喷嘴喷射为雾状进入设备内部，与食品表面进行热交换，液氮吸收热量蒸发为氮气，氮气带走食品大量热量，食品迅速通过-5 ～5 ℃的冰晶温度阶段，食品游离水得到最大限度的保留。液氮速冻技术以液氮为冷源，对储液罐的使用安全和液氮设备生产区域前后的排气装置的设置，使液氮对环境没有任何危害，且在保障设备设施按规定运行的情况下，对操作人员也有充分的保障。其以冻结速度快、时间短、冻结食品品质好、安全性高的优点，被视为高附加值食品冷加工的首选技术。液氮制冷给制造企业生产带来质量、工艺、产能、产值等的实在效益。图2 为盆菜生产使用的液氮隧道速冻设备的三向图。

图2 液氮生产设备的三向图

（1）改善盆菜质量。盆菜内含物有肉制品、水产品和蔬菜制品等多种类型产品，使用液氮速冻可以对鸡肉、猪肉等肉类进行迅速冷冻，肉品组织无明显变化和损伤，能够较好保持原有游离水和其他元素物质，改善肉类的质量和卫生[5-6]。中心温度的降低能抑制水产品中微生物大部分酶的活性，保持鲍鱼等水产品的鲜度、色泽和香气，延长储藏时间[7-8]，对豆类组织结构破坏程度大大降低，解冻后能保持原有的香、味、色[9]。不同原料和水混合后在夹层锅熬制一段时间形成汤汁，汤汁中有原料渗出的大量营养物质，如无法速冻至指定温度，汤汁中会有大量微生物繁殖。液氮速冻的应用，使汤料冷却时间缩短，大大降低汤料滋生细菌的概率。

（2）优化工艺流程。盆菜分为汤料和原料两部分，汤料的比热容与水相近，汤料含有原料释放的营养物质，熬制完成后具有一定的黏稠度，故汤料的速冻时间比原材料长，如果两者同时进行液氮冷冻，汤料的中心温度因介质特性传热效果差。研究显示，经过液氮速冻30 min，汤料的中心温度为7 ～12 ℃，达不到既定的标准，原料的中心温度达-18 ℃或更低，两者存在温度差。因此，对工艺进行改进，将汤料进行初次速冻，使其中心温度降至15 ℃，然后进行摆盆定型步骤，再将完整的盆菜进行30 min 的二次速冻，经测试其中心温度可达-20 ℃或更低。

（3）提升生产产能。盆菜在加工过程中，生产能力受设备参数影响最大的环节是速冻环节，因此速冻环节是整个盆菜产能的关键环节。由于制冷媒介蒸发温度的差别，使用液氮制冷比使用单级制冷氟制冷效果更佳，大幅温度差更易使盆菜冷却至既定温度，冷却加工时间可缩短80%。在计算单位时间产能时，采用更先进的速冻技术理论上可提升7 倍产能，但原材料处理和熬制等环节会成为改进速冻工艺的限制条件。在实际投产初期，原料储存、加工、熬制等环节的场地、人工和设备配套按氟制冷系统的全流程工艺配套应用至液氮制冷，产能只能提升1.5 ～2.0 倍，难以充分发挥液氮制冷的全部优势。

（4）能耗增高。以投产初期生产10 万盆盆菜为例，对比实验分析氟制冷系统和液氮制冷系统的能耗情况。生产10 万盆盆菜，液氮速冻设备共需使用氮气220 t，按氮气单价620 元/t 计算，氮气共花费13.6 万元，平均每盆盆菜消耗1.36 元，设备消耗用电不足总价的5%，故忽略不计；使用氟速冻共需用电65 000 kW·h，按工业用电单价0.81元/kW·h计算，共需电费5.26万元，平均每盆盆菜消耗0.53 元，生产期间氟制冷系统运行稳定，不消耗氟利昂，不产生氟利昂损耗费用。

4 结语

盆菜是集肉类、海产品和蔬菜制品于一体，赋予浓郁汤料调味的菜肴制品。其生产工艺比单一类别的产品复杂，速冻工艺是盆菜的核心工艺，因此选择能迅速降低产品中心温度的液氮速冻工艺更符合盆菜生产需求，液氮速冻工艺在改善盆菜质量、优化生产流程和提升盆菜生产产能等方面有着显著的正面影响，尽管在投产初期使用液氮系统制冷比使用氟系统制冷运行能耗成本高，但液氮速冻工艺对盆菜加工的正向作用是显著的。展望未来，液氮速冻技术会应用至更多高附加值预制菜中。

（1）预制菜种类众多，以产品形式、原料类别、使用或食用形式进行分类就有上百种，不同类别的预制菜对速冻工艺的要求不同，本文以预制菜肴的代表盆菜为例，介绍复杂预制菜的速冻工艺，其他预制菜种类的速冻形式仍需按实际的工艺和原料特性进行探讨。

（2）液氮速冻工艺在投产后的优化。进一步优化液氮工艺，降低生产能耗。中期试验生产和投产初期，生产环节均按每天12 h 生产，液氮生产的前期加压预冷阶段和后期泄压阶段，都会消耗大量氮气，增加非生产阶段的运行成本。需合理配制生产物料进行连续工业化生产，通过控制机器设备的启动次数，减少不必要的能源浪费。