冷冻专家为您的生产线选择合适的

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1、冷冻专家：为您的生产线选择合适的 食品冷冻技术摘自C.J Kennedy博士的低温冷冻与机械式冷冻的对比评估 报告 Kennedy博士为独立顾问、制冷协会、食品科学与技术协会、 物理学研究院成员2食品冷冻工艺比较当今的食品冷冻工艺可归为三大类别： 机械式食品冷冻设备，使用一个制冷剂的密闭循环系统，通过空气与食品的热交换间接降低食品温度。 超低温食品冷冻设备则通过液氮(196C)或者二氧化碳直接接触食品而降低食品温度。 冲击式食品冷冻设备通过高速喷射气流直接冲击食品。上述三种食品冷冻工艺类别，适用于包括隧道、螺旋、单体速冻以及流化床在内的各种系统设计。其中最优的设备系统视食品类型和尺寸、目标产能

2、、工厂空间布局等一系列要素而定。这三类食品冷冻工艺及其系统装置各具优缺点，白皮书中将就三者进行比较。食品加工者只有在认真分析其独特的环境和要求时，才可以因地制宜找到最佳解决方案。引言冷冻和冷却是食品生产与配送过程 中 相 当 重 要 的 环 节 。 毋 庸 置疑，随着食品行业今后对冷冻和冷却需求的持续增长，越来越多的食品加工者会升级或扩充其冷冻与冷却生产线。然而，这样的升级与扩充并非像以前那样简单。目前食品冷冻技术的发展日新月异，传统机械式食品冷冻设备虽仍被广泛使用，但它们正在被诸多更有优势的新型食品冷冻设备及技术所取代。那么，怎样的食品冷冻系统才适合今天的食品加工者？这些冷冻系统各有哪些利弊

3、？食品加工者们该如何做出正确的选择，以确保方案最佳、最适合业务发展？机械式食品冷冻其设备装置最先应用于食品工业，为多数食品冷冻加工生产线所采用，通常由食品加工者所有并负责日常操作。通常以氨作为制冷剂，通过其封闭循环系统间接吸收食品的热量，这些热量被传递到这个循环系统中的冷凝器部分，并通过空气或水间接排放，高压高热的液态制冷剂被导入这个循环系统中的蒸发器部分，当制冷剂经过这个循环系统中的膨胀阀时，冷却气化成为气态状，低压低温的气态制冷剂将又一次开始封闭循环系统之旅。超低温食品冷冻超低温食品冷冻设备虽是新近技术发展的成果，但已被全球范围重各大食品加工者所使用。此类超低温食品冷冻系统通常是由食品加工

4、者租用而非所有。通常使用液氮或固态二氧化碳，而这些超低温气体可直接应用于食品。3比较项机械式超低温冲击式设备归属通常设备所有权归属食品加工者通常租用供应商（也供应制冷剂）的设备通常设备所有权归属食品加工者成本结构高额的初期固定资产投资，较低的运营成本小额的初期固定资产投资，较高的可变成本高额的初期固定资产投资，运营成本低于食品超低温冷冻，但高于传统机械式食品冷冻设备工厂安装定位固定，通常固定在预制的混凝土基座上。安装受场地空间所限易移动，预制的混凝土安装基座比机械式的占地小相比机械式更易移动制冷剂通常使用氨作为制冷剂液氮或固态二氧化碳通常使用氨作为制冷剂热传导速率/食品冷冻速率较慢，因为使用相

5、对高温的制冷剂较快，由于在食品表面与制冷剂之间的高温差较快，限制性条件是食品须扁平且不高于20mm冲击式食品冷冻机械冲击式食品冷冻设备于10年前开始发展。产品须固定置于传送带上并受到高压气流的直接冲击。高压气流从上方（同时也从下方）通过狭槽、孔洞或短管导向食品。因此，此类设备比传统机械式食品冷冻设备具有更快的冷冻速率，因为高速气流冲破了食品表层界面，改善了热传导。各种食品冷冻工艺的主要特点及其比较如下表格所示：食品冷冻工艺选型时 的影响因素在为食品加工商的生产线选择食品冷冻工艺时，需要关注一些考量因素。这些因素大体分为四大类：产品质量和产能要求、工厂管理要求、财务考量以及环境因素。产品质量水分

6、流失/水分含量所有的食品冷冻工艺都会引起食品不同程度的水分流失，无论是在食品冷冻（蒸发性的产品净重损失），还是食品解冻（汁液流失）过程中。 尤其是肉制品、禽类和水产品，蒸发性的净重损失降低了产品净含量及其附加值。同时食品表面的干耗影响到产品的口感、质地、色泽以及烹饪加工的时间。蒸发性的净重损失降低了食品表层的热传导速率，由此延长了食品烹饪加工的时间。而这在那些对时间要求非常高的应用中显得尤其突出，例如快餐店的汉堡包。在多数实例中，减少食品蒸发性净重损失的最佳途径就是尽可能快地降低食品温度。迅速降低食品温度可相应减低食品表层中自由水分的汽化压，并由此减少食品脱水干耗。 缓慢的食品冷冻过程将导致食

7、品中大冰晶粒的产生，等食品解冻时，食品中细胞组织会发生破裂并引起食品汁液流失。食品汁液的流失会影响到解冻食品的色泽、口感及营养。营养素及天然色素会随流失的食品汁液而流失。特别是果蔬类食品，结构的损害会导致食品质地口感的下降，结构变得松散。Agnelli先生和Macscheroni先生于2002年对冷冻草莓产品进行的冷冻工艺口感质地破坏性测试的相关研究。实验表明，当使用超低温快速冷冻工艺时，草莓保持了较高的紧密质地。4工厂管理在选择食品冷冻工艺时必须关注到每个食品加工厂的特殊情况。考虑因素包括可用空间大小、生产能力的范围要求、卫生要求、清洁及维护操作。占地/可用空间在几乎所有实例中，同样产能水平

8、下，超低温食品冷冻比传统机械式的占地空间更小。现在一些模块化的机械冲击式食品冷冻装置占地空间也较小。相关的比较数据显示如下：食品色泽食品冷冻工艺从两方面影响解冻食品的色泽。首先如上所述，食品在解冻时天然色素随汁液一并流失；其次由于食品冷冻过程中冰晶体持续生成，未冻结的残留食品细胞溶质浓度增加，天然色素的氧化和酶褐变加快。食品冷冻过程越慢，或用更长的时间通过食品冻结点，对于食品色泽的影响将会越显著。Agnelli和Mascheroni有关冷冻后解冻的汉堡色泽测试研究显示了食品冷冻速率的重要性以及快速冷冻的优势： 食品汁液及天然色素的流失都有所减少。 肉质褐变降低到最低程度：与纯机械式冷冻工艺的冷

9、冻汉堡肉质色泽相比，采用超低温-机械式冷冻工艺可使肉质更接近于原来的色泽。易损易碎的食品由于设备设计及产品加工特性的原因，超低温食品冷冻设备被认为最适合加工包括很多浆果在内的易损易碎食品。产品质量： 结论研究成果和相关经验显示快速食品冷冻工艺降低了水分和产率损失 ， 最 大 限 度 地 减 少 了 产 品 口感、质地、色泽和风味的变化。那么哪种食品冷冻工艺可获得最快的温度下降?食品冷冻设备温度下降的速率被描述成热交换率（在单位面积内），即h xT。热交换值越高，食品温度下降越快。让我们假设食品冷冻过程产品表面温度为10C。一台常规的机械式冷冻机的工作气流温度为30C，传热系数为25 W/Km2

10、，则热交换速率等于25 x 20 = 500 W/Km2。一台常规的超低温隧道冷冻机的工作温度为80C，传热系数为60 W/Km2，则热交换速率等于 60 x 70 = 4,200 W/Km2。由于食品冷冻速率更高，机械冲击式或超低温食品冷冻设备能更好地优化食品品质。然而，机械冲击式食品冷冻设备的应用局限在汉堡这类的扁平食品上。其热交换与其气流方向高度相关，而对于大块状或凹凸不平的产品，其热交换速率就相对较低。产能机械式食品冷冻系统超低温食品冷冻系统2,000kg/小时占地：9.5 x 6.5m 最低高度要求：3.7m 占地总面积：62m2占地：12 x 1.6m 最高高度要求：1.75m 占

11、地总面积：19m2500kg/小时6.5 x 3m (共19.5m2)4 x 1.6m (共6.4m2)*低温机械冷冻机冷冻食品的品质评估， 作者M.E. Agnelli和R.H.Mascheroni, 刊登于 食品工程， 2002，52，257-2635产能配置客户需求的突然波动常导致工厂产能随之出现意料之外的增减。工厂经理常常受到许多不可控因素的影响，包括客户对其产品的认可度及产品的生命周期。因此，尽可能准确地规划在食品冷冻设备投资回报期内的最大产能配置尤为重要。对于机械式食品冷冻设备，其投资回报期可能要持续好几年。过于乐观的预测将导致效能下降，相反，悲观的计划又会造成食品冷冻能力的不足。

12、机械式食品冷冻设备对于任何特定的产品都有一个确定不变的最大产能，但典型的超低温和冲击式食品冷冻设备却都能通过增加隧道长度等方式迅速调节，以适应产能变化的要求。重要的是，超低温食品冷冻设备通常都是租赁的，产能需求的变化无需食品加工者显著增加额外资金的投入。机械冲击式食品冷冻工艺仅适用于厚度不超过20mm的扁平类食品，因此相比传统机械式的产能柔性更低。超低温和传统机械式食品冷冻设备则对于较厚或不规则的产品适应性更强。生产线布局为适应如今飞速发展的食品工业，生产商时常需要调整其生产线布局，这一点对于合同生产尤为重要。移动巨大的机械式螺旋速冻机需要再建一个混凝土基座，虽然重新安装一台超低温或机械冲击式

13、隧道冷冻机也并不简单，但基本不需要改变建筑物的结构。产品切换对于生产规模较小的食品加工商而言，食品冷冻设备能否适应不同类型食品将是个关键问题。食品冷冻工作时间，以及设备停机时间都会影响食品加工商切换产品品种时的生产能力。在切换加工品种时，需要将之前加工的产品完全从冷冻机中清除，然后再加入代加工的食品。一个特定的食品品种所需的冷冻时间、停留时间和传送带速度都不相同，因此两种食品的加工切换需要较长的设备停留转换时间。在切换代加工食品时如需清洁如处理裹酱食品或者生、熟食相互切换，食品加工商也需要考虑到卫生和清洁问题。详述如下：食品加工商如在较长时间内仅以高速持续加工单一品种，机械式食品冷冻就能处于稳

14、定工艺状态。当然这就需要取决于充足的场地空间，资金投入以及合格的人力等资源。维修、卫生与清洁这些过程应尽可能地简单和迅速，以便实现设备运行时间的最大化和生产线能效的最优化。而机械式食品冷冻设备中蒸发器上不断增加的水汽或霜，可能会导致加工时间延长，降低产能。对于食品加工行业而言，定期进行彻底清洁是必须的，但必须将其对生产的影响降到最低。体积小、设计简洁的食品冷冻设备无疑清洁速度更快、成本更低。设备内部的复杂构件较少、设备高度较低、易于进入都可以缩短清洁时间，提高效率。机械冲击式食品冷冻设备和超低温食品冷冻设备一样，通常体积较小，易于进入清洗。但其内部结构依然较复杂，排水困难，因此不利于清洁，具有

15、潜在的卫生隐患。工厂管理：结论鉴于以上众多因素，可以说，超低温食品冷冻设备对于大多数的食品加工商而言都是更优选的技术，因为其： 占地空间更小 适应产能变化 适用于不同类型的食品 设计简洁、使用方便 初期固定资产的投入较低6财务考量安装或添加食品冷冻设备会增加各方面的成本，包括前期投资成本、运营成本，以及运营和维护时的人工成本。资金投入及运营成本超低温食品冷冻与机械式冷冻设备的成本有明显区别，前者运营费用较高，而后者的初期资金投入大。它们的差异程度由多种因素决定。不过，任何一条既定的生产线都存在一个临界点，即超低温食品冷冻工艺所累计的运营成本将超过机械式食品冷冻工艺。值得注意的是，在现今的经济状

16、况下，财政投入会更加困难。食品加工商无法或不愿进行重大的资金投入。因此，他们可能会偏向于超低温食品冷冻。人工成本由于其体积庞大，结构复杂，机械式食品冷冻设备往往需要更多的人力进行清洁。维护要求也较高，需要高技能的维护人员。这些因素的重要性将取决于食品冷冻装置的类型及其相应的当地人工成本水平。产品质量如上所述，尽可能减少水分损失是提高产品品质和价值的关键所在，尤其对于高附加值的食品。因此，食品冷冻工艺的选择将影响食品加工商的财务回报。财务考量： 结论客户在超低温食品冷冻和机械式冷冻设备之间做取舍时，必须考虑所有的财务因素。相关的设备供应商能够协助食品加工商在特定的时间段内去考量和确定每种食品冷冻工艺的总成本。为了获得高速工作气流，机械冲击式食品冷冻工艺总会比传统机械式食品冷冻工艺的费用更高。最终的决定很大程度上取决于能支配的财政预算投资。环境因素随着能耗和损耗意识的增强、生产引起的碳排放对环境的影响，以及相关法规的强化，食品生产商需要关注其所采用的食品冷冻工艺对环境的影响。据美国联邦食品与饮料机构和国际碳联盟组织估算，食品加