低頻超聲波強化冷凍機理及其在食品加工中的應用*

程新峰，張慜，朱玉鋼，蔣凱麗

1(安徽師范大學環境科學與工程學院，安徽蕪湖，241002)2(江南大學食品學院，江蘇無錫，214122)

冷凍是食品保藏的常用技術之一，它不僅能減緩微生物的生長與繁殖，保證食品的安全，而且還能抑制食品內生化反應的發生，從而減少營養成分損失。冷凍涉及相變過程，其中冰晶大小、分布與食品品質密切相關。一般而言，冷凍速率快，食品能快速地通過最大冰晶生成帶，易在細胞內與細胞間形成細小的、均勻分布的冰晶，它們對細胞的機械損傷較小，因此能較好地維持食品原有的品質。相反，冷凍速率慢，則會在細胞間隙中形成冰晶，且尺寸較大分布不均勻，易造成細胞破裂，從而加劇食品汁液流失，導致品質下降［1］。因此，開發新型冷凍技術改善冷凍食品結晶過程，對食品品質地保持具有重要的作用。

近年來，超聲波處理作為一項新型食品加工技術，已被廣泛用于食品研究與加工中。超聲波在食品工業中的應用主要包括2個方面:一是MHz級的高頻低能診斷型超聲波，它主要用于食品品質監控、過程控制及無損檢測;二是低頻高能超聲波，該種超聲波能在許多方面發揮作用，如作為輔助措施可用于食品的干燥、冷凍、萃取、過濾等過程;作為傳統加工技術的替代者可用于食品的殺菌、乳化、脫氣以及肉嫩化過程［2-4］。低頻超聲波輔助冷凍技術就是將超聲波與傳統浸漬冷凍相結合，通過超聲波的物理、化學效應，以達到強化結晶過程，改善食品品質的技術。本論文將從低頻超聲強化冷凍的機理、低頻超聲波在食品冷凍過程中的應用，以及影響低頻超聲波輔助冷凍作用效果的因素等方面對低頻超聲波輔助冷凍技術的研究概況進行分析。

1 低頻超聲波強化食品冷凍的機理研究

早在20世紀60年代，就有學者對超聲波強化冷凍過程的內在機制進行了歸納總結，它主要涉及超聲波的空化效應、機械效應、熱效應、非均相成核等理論。雖然有關超聲波在食品加工的研究越來越多，但低頻超聲波強化冷凍的機理尚未形成統一的理論，還有待于進一步的研究和探討。綜合考察國內外關于此方面的研究報道，其作用機制主要涉及以下3個方面:低頻超聲波對冰晶初次成核的影響，低頻超聲波對二次結晶的影響，及低頻超聲波對冰晶生長速度的影響。

1.1 低頻超聲波對冰晶初次成核的影響

冷凍是一個相變的過程，包括晶核形成和冰晶生長2個階段。研究表明，食品冷凍過程采用超聲波處理能有效降低冰晶成核所需的過冷度，從而加快冰晶的形成［5-6］。Chow等研究不同超聲波輸出功率和負載循環對蔗糖溶液結晶過程的影響時發現，蔗糖溶液初次成核所需的過冷度隨著超聲波輸出功率及負載循環的增大而降低。通過顯微鏡發現，蔗糖溶液中氣泡的數量也隨著超聲輸出功率的增加而增加，據此作者認為，蔗糖溶液中晶核的形成與超聲波空化效應的強度有關［7］。Patrick等也得到了類似的結論，認為要降低冰晶成核所需的過冷度，需調節超聲波強度，只有保證空化效應發生才能對樣品的成核溫度造成影響［8］。此外，也有學者認為，由空化氣泡引起的液體流動也會影響冰晶成核的發生［9-11］。

超聲波空化效應及其帶來的次級效應是促進冰晶成核的重要原因，這已被大家普遍接受，但其作用機制尚不清楚。隨著研究的不斷深入，不同學者先后提出了不同的理論用來解釋超聲波引發成核的現象。其中Hickling提出的理論同行最為關注。他認為，超聲波空化氣泡破裂所引起的空氣壓縮和升溫過程是一個近似可逆絕熱壓縮過程，并基于此計算得出在該過程中，氣體及附近區域的液體升溫速率遠小于平衡結晶溫度的上升速率，進而他提出空化氣泡破裂致使鄰近區域液體壓力上升(高達5 000 MPa)，從而降低了該區域液體過冷度，促使成核發生［12］。然而該理論卻無法解釋超聲波作用后成核延遲的現象，因為空化氣泡破裂時在鄰近區域形成的高壓條件對氣體是一個不可逆壓縮升溫過程，而不是一個可逆絕熱壓縮過程。Zheng等認為，超聲波在液體介質中傳播時會產生正負壓交替變化的壓力場，使溶解在液體中氣泡越來越大，當氣泡達到成核所需臨界尺寸時，就能作為異相晶核促使成核發生，但是此理論至今未得到實驗證實［13］。此外，有學者認為，超聲空化氣泡周圍的壓力梯度也能誘導成核發生［14-15］，因為這種壓力梯度會加速粒子擴散，而粒子擴散又并非是一個瞬間過程需要擴散時間，因此該理論較好地解釋了研究中成核延遲現象。總之，超聲波空化效應誘導冰晶成核發生的各種理論還存在種種缺陷，還有待于進一步完善。

1.2 低頻超聲波對二次結晶的影響

低頻超聲波不僅能引發初次成核的發生，其空化效應及產生的次級效應還能造成大的枝狀冰晶斷裂，形成小的冰晶或晶核，從而提高了二次結晶的發生率。Chow等研究了低頻超聲波處理對質量分數15%蔗糖溶液二次結晶的影響(如圖1所示)。低頻超聲波處理造成了部分枝狀冰晶體分裂形成了小冰晶，促使了二次結晶的發生［7］。目前關于低頻超聲波影響二次結晶方面的研究還比較少，其作用機制包括以下3種猜測:(1)依據Hickling理論［12］，空化氣泡破裂是一個壓縮升溫過程，隨著高溫空化氣泡向晶體內部移動，會使冰晶體發生局部熔化，從而引起已存在的冰晶體分裂，這與實驗中在枝狀冰晶體斷裂處觀察到的空化氣泡運動情況是一致的。(2)空化氣泡引起的微射流也可能對已存在的冰晶體產生剪切力，從而導致其分裂，這一點可以從圖1-b中冰晶體分裂處附近液相中出現液體流動的波紋得到證實。(3)低頻超聲波在液體中傳播時，正負壓的周期性變化可能也對冰晶二次結晶產生影響。由上述可知，人們對低頻超聲波強化二次結晶的機理還未達成共識，還有待于進一步研究。

圖1 低頻超聲波處理對15%蔗糖溶液二次結晶的影響Fig.1 The effect of low frequency ultrasound on the secondary nucleation of ice crystals in a 15%wt sucrose solution

1.3 低頻超聲波對冰晶生長速度的影響

研究表明，選擇合適超聲波處理條件能顯著抑制冰晶的生長。Ohsaka等研究了低頻超聲波處理(21 kHz)對水冷凍過程冰晶生長的影響，作者將實驗測得的冰晶生長速度與根據L-MK理論計算獲得的生長速度進行了比較，發現實測值要小于理論計算值［16］。依據Hickling理論［12］，超聲空化效應引起空化氣泡附近液體形成晶核的同時，也會對該空化氣泡產生一個壓縮作用，使其升溫，從而使氣泡附近晶核的實際過冷度小于容器內液體的過冷度。Ohsaka等認為，這一因素有利于降低冰晶生長速度。當超聲波作用于含有較多空氣的液態水或溶液結晶過程時，超聲波空化效應會強化晶核的形成，從而會降低冰晶的生長速率，這對冷凍食品品質保持具有重大的意義。

2 低頻超聲波在食品凍結過程中的應用概況

與傳統冷凍技術相比，低頻超聲輔助冷凍不僅能夠誘導樣品中水分成核，提升冷凍速率，而且還能改變樣品內冰晶的大小及分布情況，從而影響冷凍產品的品質。

2.1 誘導冰晶成核發生

冷凍結晶是化工、制藥、食品行業中重要的操作單元，它包括2個階段:成核和冰晶生長，其中成核是結晶的關鍵步驟，因為它決定了冰晶的大小和冷凍產品品質好壞［17］。然而，成核是一種自發的、隨機的、無法預測的行為，因此，尋找一種能將這種隨機的行為轉變為一種可重復的、可預測的過程將具有重大的意義。低頻超聲波作為一種新型的冷凍輔助措施，將其應用于傳統冷凍結晶過程可以提高樣品的成核溫度［11］，因為超聲波空化氣泡能作為晶核誘導冰晶成核發生［18］，另外，空化氣泡傳播過程中形成的微射流和壓力梯度也可作為成核的驅動力［7，11］。Yu等研究低頻超聲波處理對純水和脫氣水冷凍過程冰晶成核的影響，發現超聲處理提高了水的成核溫度，只是純水成核所需的過冷度低于脫氣水所需的過冷度，作者認為，純水中所含氣體能促進超聲波空化作用的發生［19］。最近學者研究發現，除了液體食品外，對于固體或半固體食品，低頻超聲波也能誘導樣品內水分發生成核［20-22］，雖然具體的機制還有待于進一步地研究和探討。此外，低頻超聲波還能調控樣品內水分成核發生，將隨機的、無法預測的成核行為轉變成可重復的、可預測的行為［23］。Inada等發現低頻超聲波處理能改變水的相變過程，提高冰晶成核的可能性，但選擇恰當的超聲強度至關重要，因為它決定了實驗結果重復性的質量［6］。類似地，Zhang等也分析了超聲強度與冰晶成核可能性之間的關系，結果表明冰晶成核的發生與超聲波空化氣泡的數量密切相關［5］，但作者進一步研究指出，雖然超聲波能誘導冰晶成核發生，但它對冰晶的生長方式及冰晶的形態影響不大［9］。Kiani等在蔗糖和瓊脂冷凍過程采用超聲波處理時發現，超聲波可以引發樣品中水分在超聲輻射溫度附近發生成核，并且樣品的成核溫度與超聲輻射溫度存在較好的線性關系［20］。

2.2 控制冰晶的大小與分布

冷凍食品品質與冷凍過程中冰晶大小與分布密切相關，關于此方面已有了大量研究報道［17，24-25］。對于一般冷凍過程而言，冰晶小而分布均勻有利于冷凍食品品質的保持［1］。相反，冷凍干燥和冷凍濃縮過程則希望獲得大的冰晶，因為它有助于提高后續升華階段的干燥速率，從而達到降低能耗，減少成本的目的［26］。因此，依據不同生產目的，選用適宜的超聲波作用參數，對冷凍過程中冰晶的大小與分布進行控制，可以有效強化產品品質和提升生產效率。

Acton等發現，在蔗糖溶液凍結點附近超聲處理5 s能促進大的冰晶體形成，相反，在更高過冷度下則有利于小的冰晶體形成，此外，作者還證實低頻超聲波可以造成大的冰晶體斷裂，形成小的晶核［27］。Kiani等［24］研究了不同超聲波作用參數對瓊脂樣品中冰晶大小及分布情況的影響，結果發現冰晶體大小及分布與超聲波起始作用溫度密切相關，溫度越低冰晶體尺寸越小(如圖2所示)，但作者發現超聲波其他作用參數(作用時間、作用模式及超聲強度)與樣品內冰晶體大小及分布沒有明顯的相關性，具體的原因還有待進一步研究。Saclier等［25］研究了超聲波功率和過冷度對甘露醇溶液中冰晶體大小和形態的影響，發現提高過冷度和超聲功率有助于降低冰晶的平均尺寸和增大冰晶的周長。Nakagawa等［17］研究不同超聲輻射溫度對10%甘露醇溶液冷凍過程中冰晶結構的影響時發現，在較高的溫度下進行超聲波輻射，容易在樣品中形成樹突狀、大的冰晶體，相反選用低的輻射溫度則容易在樣品中形成小的、數量眾多的異質冰晶體(如圖3所示)。作者進一步研究發現在相同的成核溫度下，無論是自然成核還是超聲波誘導成核形成的冰晶大小尺寸差異不大，因此作者認為冰晶體的大小及形態主要取決于成核溫度的高低。

圖2 不同超聲波輻射溫度對瓊脂冰晶大小及分布的影響Fig.2 Ice crystal size distribution in ultrasound-assisted freezing of agar gels nucleated at different temperatures Black color in the images represents ice crystals

2.3 強化傳質傳熱，加快凍結速率

圖3 不同超聲波輻射溫度對10%甘露醇溶液冰晶結構的影響Fig.3 Ice crystal morphologies in ultrasound assisted freezing of 10%mannitol nucleated at different temperatures

冷凍速率是影響冷凍食品品質的關鍵因素，因為它決定了樣品內冰晶體的大小及分布情況。相比緩凍，速凍容易在食品內形成小的、均勻分布的冰晶體，它們對樣品細胞結構破壞小，因此有助于冷凍食品品質的維持。超聲輔助冷凍過程中，超聲波空化效應形成的微射流，具有較強的攪拌作用，可以增強冰和未凍結水之間的傳質、傳熱，從而提高了食品凍結速率。但是超聲波也具有熱效應，會產生熱量，從而抵消一部分超聲波的正效應，甚至對冷凍過程帶來負面效果。通常而言，隨著超聲波強度增大、脈沖值升高或作用時間延長，超聲波微射流作用會增強，傳熱傳質系數會提高，但熱熱效應也會更加明顯，甚至可能會阻礙冰晶的形成。因此，在低頻超聲波輔助冷凍過程中，選擇適宜的工藝參數，對發揮超聲波的正面效應，抑制其負面效應具有重要的作用。

Li等［28］研究了不同超聲波參數(超聲波功率、作用時間和作用階段)對土豆冷凍過程的影響，發現在土豆相變階段采用15.85 W超聲波間歇處理2 min，可明顯提高冷凍速率;而在預冷階段或深冷階段進行超聲處理，則對冷凍速率影響不大。類似地，在蘋果［1］、西蘭花［29］、草莓［22］、土豆塊［21］的冷凍過程中，選擇適宜的超聲波處理條件均能顯著縮短冷凍時間，提升冷凍效率。Hu等對面團的超聲波輔助冷凍過程進行了研究，發現相比預冷階段，在相變階段或深冷階段采用超聲波處理明顯加快了傳質傳熱，縮短了冷凍時間，其中25 kHz，288或360 W條件下，面團的冷凍時間縮短了11%［30］。近期，Kiani等分析了超聲波輔助冷凍過程中土豆球內部水分和溫度變化情況，并且采用OpenFOAM CFD軟件進行了模擬，發現模型預測結果與實驗數據十分吻合，其中誤差僅為11.6% ～27.5%［31］。

低頻超聲波能加快冷凍速率，其內在機制在于超聲波的空化效應及其次級效應帶來的傳質、傳熱效率的提升。Kiani等研究了超聲波輻射對浸漬在50%乙二醇溶液中的銅球(Ф=0.01m)傳熱效率的影響，通過詳細地記錄小銅球中心溫度和冷凍介質溫度的變化情況，作者發現超聲波輻射顯著提高了銅球的傳熱效率，縮短了冷凍時間，且隨著超聲波強度的增加冷凍效率逐漸提升，如依據超聲波強度和銅球在超聲波輔助冷凍設備中所處位置的不同，其Nu值分別從23～27上升到25～108，但超聲波強度過大時會在銅球的表面產生熱量，反而降低了冷凍效率［32］。對于傳熱效率來說，銅球在超聲輔助冷凍設備中的位置至關重要，因為不同位置空化氣泡的數量和微射流的作用模式有差異，實驗發現距離超聲波發生器越近，傳熱越快，冷凍時間越短，此外在氣液界面(離超聲波發生器較遠)銅球也具有較高的傳熱效率，這是因為在氣液界面聚集著大量的空化氣泡［32］。Kiani等研究了超聲波輔助冷凍過程中不同Re和Pr值對冷凍介質與銅球之間熱傳遞的影響，結果顯示超聲波輻射提高了銅球和冷凍介質之間的熱傳遞效率，其中890 W/m2超聲波輻射使Nu值從6.8～19提升到11～31。作者發現，低Re和Pr值下具有較高的強化因子，能提高傳熱效率。此外，低Pr值(86.4和108.9)下，提高Re值可降低強化因子;另一方面，高Pr值(144.1和188.9)下提高Re值可提升強化因子，這些結果顯示超聲波輻射能提高傳熱效率，尤其是在高黏度或低流速的條件下［33］。

2.4 改善產品品質

冷凍作為食品保藏技術之一，不僅能為食品提供低溫的保存環境，減緩內部代謝速率，而且通過將水分轉變成冰也可以大大降低食品內水分活度，從而抑制生化反應的發生。然而，冷凍過程冰晶的形成不可避免會對產品的細胞結構帶來損壞，這很大程度上取決于冷凍食品內冰晶的大小及分布情況。對于大多數食品來說，無論是植物源性食品，還是動物源性食品，其水分主要存在于細胞間隙和細胞內，分別稱為胞外液和胞內液。在冷凍結晶過程，由于胞內液濃度較高，結晶首先發生在細胞外區域，導致胞外蒸汽壓降低，水分從胞內流向胞外，從而致使細胞脫水、收縮，甚至造成細胞壁破裂。此外，冷凍過程中在胞外空間形成大的冰晶體，它們占據了胞外的大量空間，也會對細胞壁造成擠壓，致使細胞壁變形或破損，從而導致解凍后產品汁液流失增大，品質下降。因此，為了獲得高品質的冷凍產品，需要嚴格控制冷凍過程，盡量在產品內形成小的、均勻分布的冰晶，以便產品解凍后能恢復到凍前的狀態。

最近研究表明，將低頻超聲應用于食品冷凍過程可以維持產品的微觀結構，改善產品的品質。Sun等發現，將低頻超聲波應用于土豆的冷凍過程，能較好地維持樣品的原有結構，減輕了品質的下降。低溫掃描電鏡觀察顯示，相比普通冷凍樣品，低頻超聲波輔助冷凍土豆較好地維持原有的微觀結構，細胞破損程度低，細胞間隙小［34］。作者將其歸因為:(1)低頻超聲波空化氣泡移動產生的微射流和沖擊波，加快了冷凍過程的傳質、傳熱，提高了冷凍速率;(2)空化作用不僅提高胞外空間水分的成核速率，而且增強了細胞內水分成核發生的可能性;(3)低頻超聲波作用造成了冰晶體斷裂，降低了冰晶大小尺寸［34］。Islam等發現，相比普通浸漬冷凍，超聲波輔助冷凍較好地維持了香菇的微觀結構，其中0.39 W/cm2的超聲波處理樣品展現了最好的結構形態［35］。宋國勝等［36］用掃描電鏡間接觀察了冷凍濕面筋蛋白中冰晶的大小及分布，結果表明在適宜的超聲輔助冷凍條件下，濕面筋蛋白內可以形成細小且分布均勻的冰晶體，它們對面筋蛋白網絡結構破壞較小，有助于冷凍面團品質的改善(見圖5所示)。

此外，低頻超聲波處理對冷凍食品品質的影響也有研究報道。Xin等發現，采用0.25～0.412 W/cm2超聲波處理能較好地維持冷凍西蘭花細胞壁結合鈣含量和質構特性，并且對西蘭花的色澤、抗壞血酸及細胞結構破壞較小［37］。Islam等發現，與普通浸漬冷凍樣品相比，超聲波輔助冷凍蘑菇汁液流失率減少了10%。此外，在聲強在0.27～0.39W/cm2時，隨超聲強度提升樣品的色度值逐漸增加，因為超聲輔助冷凍過程中在樣品中形成的冰晶小而均勻分布，它們對細胞結構破壞較小，阻礙了過氧化物酶和多酚氧化酶與底物接觸，抑制了酶促褐變的發生［35］。Hu等也證實超聲處理能降低冷凍面團內冰晶尺寸的大小，且使面團解凍后具有良好的質地和風味［30］。

3 影響低頻超聲波輔助冷凍效果的因素

3.1 冷凍食品特性

圖5 冷凍濕面筋蛋白經冷凍干燥后的掃描電鏡圖Fig.5 SEM photograph of freeze-dried wet gluten

低頻超聲輔助冷凍過程中，食品的組織狀態、氣體含量及氣孔率等均會對超聲波強化冷凍效果產生不同程度的影響。首先，食品的組織狀態至關重要，因為在液態、半固態以及固態食品中超聲波作用模式及誘導成核的內在機制存在差異，故對它們進行超聲處理時參數選擇也會有所不同。通常而言，低頻超聲波用于液態食品冷凍結晶時，超聲強度要大于2 W/L、頻率為20～40 kHz，而且作用時間應盡可能短［38］。Kiani等在液態和模擬固態食品中研究了低頻超聲波處理對冰晶成核的影響，發現無論在液體中還是在模擬固體食品中，超聲波處理均能誘導成核發生，且在不同超聲輻射溫度下成核行為具有高度的重復性，超聲輻射溫度與成核溫度之間呈現一種線性關系。但是在液態食品中超聲誘導成核的可重復性比在固態食品中的高，其作用機制還有待進一步研究［11］。其次，食品中氣體含量也決定了超聲輔助的冷凍效果。當超聲作用于液態食品時，由于壓力的周期性變化，在負壓下溶液中的氣泡會釋放出來形成空化氣泡。當空化氣泡增長到一定尺寸，會作為晶核誘導成核發生，此外氣泡的振動也會加強傳質傳熱，提高冷凍速率。Yu等研究了超聲波處理對純水和脫氣水冰晶成核的影響，結果表明無論是純水還是脫氣水，超聲波處理均能提高它們的成核溫度，作者認為空化效應及其他聲學效應對成核的發生均起到了重要的作用，但相比純水，脫氣水成核所需的過冷度較大，這是因為純水中含有空氣，有利于空化氣泡形成［19］。Hu等研究了提前注射氣泡對液體食品(水和蔗糖溶液)超聲輔助冷凍過程中冰成核的影響，發現對于提前注入氣泡的液體食品，超聲波處理后不到1s就發生了成核，顯著低于對照食品的滯留時間，這說明液體食品提前注入的氣泡在超聲波作用下能形成空化氣泡，誘發成核發生［39］。此外，大多數食品都是異質性物質，不同器官、組織間理化性質及結構形態均存在差異，也會影響冷凍過程低頻超聲波的作用效果。Delgado等研究了不同處理模式下40 kHz，0.23 W/cm2超聲波對橫向或縱向切割蘋果圓柱體冷凍過程的影響，結果表明不同切割方向樣品的冷凍速率沒有明顯的差異，雖然超聲波處理提升了樣品的冷凍速率高達8%［1］。

3.2 低頻超聲波作用參數

雖然超聲波空化效應及其帶來的次級效應具有強化傳熱傳質，提高冷凍效率，改善食品品質的作用，但隨著超聲波強度或脈沖值增加，超聲作用時間延長，超聲波熱效應也會隨之增強。當熱量積累到一定程度時，反而會阻礙冰晶形成，減緩凍結速率。因此，選擇適宜的超聲波作用參數以提高低頻超聲波強化冷凍效果已成為科研人員主要的研究內容。Li等研究了不同超聲波參數(超聲波功率、處理時間、處理階段等)對土豆冷凍速率的影響，發現在相變階段采用15.89 W超聲波處理2 min顯著提高了土豆的冷凍速率［28］。Xu等研究不同超聲強度、持續時間和起始作用溫度對蘿卜中冰成核的影響時發現，超聲波可以誘導冰成核發生，且在0.26 W/cm2，7 s條件下，蘿卜中冰成核溫度與超聲起始作用溫度呈線性關系，作者還指出0.26 W/cm2超聲從-0.5℃開始作用7 s超聲誘導成核效果最好［40］。Kiani等研究了瓊脂凝膠樣品中低頻超聲波對水成核的影響，實驗中作者綜合考察了超聲強度(0.07，0.14，0.25，0.35 和 0.42 W/cm2)、作用時間(0，1，3，5，10 和15 s)和起始作用溫度(-2，-3，-4和-5℃)，得到最優處理參數為0.25 W/cm2、3 s和-2℃;此外，選擇適宜的超聲強度和作用時間，超聲輻射能在不同過冷溫度下引發瓊脂凝膠中冰晶成核。研究還指出冰晶成核是一個復雜的過程受多種因素的影響，要想掌握它們的形成規律，還有待于進一步深入研究［20］。

4 展望

盡管超聲輔助冷凍作為一種新型冷凍加工技術，在加強傳熱傳質、提升冷凍效率、誘導成核發生、控制冰晶大小及分布、改善冷凍食品品質等方面已有不少研究報道，但該技術還存在一些不足，主要表現為以下幾個方面:①超聲波強化冷凍內在機制還未形成統一的認識，相關理論有待于進一步研究;②影響超聲波強化冷凍效果的因素很多，還需要根據產品的屬性，進一步優化工藝參數;③作為一種新型冷凍技術，如何將超聲波設備耦合在傳統冷凍設備上，開發出高效的冷凍設備還需要大量的研究。

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