冷鏈技術簡介
——第Ⅳ部分 食品生產加工中的制冷

Jacques GUILPART（著）

（法國冷藏協會，布瓦西蘇圣伊翁 91790）

邵月月**，范薇，王亞薇，田甜（譯）

（中國制冷學會，北京 100142）

0 引言

消費者所購入的部分食品可以“按原樣”進行食用，即只需少量加工。例如水果和蔬菜可以生吃（蘋果、橙子和生菜等）也可以在烹飪后食用（豆類、土豆和山藥等）。有時烹飪工作也可以在食品加工廠中進行。肉類產品也是如此，不同之處在于肉類一般是煮熟（牛排和燉菜等）或經過特定的加工過程（火腿和香腸等）后再食用。無論哪種情況，一旦涉及食品加工，冷藏對于保持食品中微生物水平、保證食品營養及品質都是非常必要的。

1 食品制冷概述

冷鏈應盡早的介入食品供應鏈（如，果蔬或肉類制品應從采摘或宰殺時起）。制冷的具體方式則取決于食物本身。

1.1 預冷

1.1.1 水果和蔬菜

快速冷卻對于減緩水果和蔬菜的新陳代謝以及 延長儲存時間非常重要，溫度降低越快，效果就越好。根據不同性質的食品推薦采用不同冷卻技術：強制通風冷卻可用于大多數水果和蔬菜，浸泡或水冷卻可用于體積較小的水果（如櫻桃和漿果），真空冷卻可用于綠葉蔬菜（如生菜和菠菜）。如圖1所示，對于強制通風冷卻，要確保冷空氣在托盤、堆疊的食品之間均勻分布，因此建議使用擋風簾以及在各托盤之間加上墊片，迫使冷空氣進入堆疊的商品之間。

圖1 水果冷藏室的典型布局

1.1.2 肉制品

使用強制通風系統來冷卻屠體表面，以防止有害細菌和微生物的生長。表面的快速冷卻可以減少水分/重量損失。除屠體受過電刺激外，一律建議先將屠體暴露于中溫環境中（10～12 ℃）再降至冷卻水平，以免屠體因過早暴露于太低溫度而發生冷縮。

1.1.3 雞蛋和乳制品

母雞通過泄殖腔產卵，蛋殼表面必然受到污染，但只要蛋殼沒有發生破裂，蛋殼內部仍然是無菌的。因此一些國家建議雞蛋在運輸和銷售過程中的存儲溫度保持在室溫水平即可，以避免溫度波動使蛋殼外表面產生冷凝水而促進細菌的滋生。

對于乳制品來說，擠奶后即刻冷卻牛奶是獲得優質原料的必要條件。冷卻牛奶是在專門的容器中進行的，牛奶的溫度可以在2 h 內降至4 ℃。

1.2 冷藏

預冷后，食品還須在適當的溫度下進行冷藏。

1.2.1 水果和蔬菜

水果和蔬菜可以通過隧道式預冷機等特殊設備進行降溫，但冷藏通常是在內部通風良好的冷藏室或氣調冷藏室中進行。冷藏溫度取決于食品的敏感性：1）對于高敏感性食品（如芒果、甜瓜、生姜、紅薯和山藥等）冷藏溫度不可低于8～12 ℃，溫度過低會導致食品代謝紊亂，縮短壽命；2）對于中等敏感性的食品（如橘子、綠豆和土豆等），冷藏溫度可降至4～6 ℃，但不能更低；3）對于低等敏度性的食品，建議冷藏溫度為2～3 ℃，略高于冰點的水平。若不按建議溫度進行冷藏可能導致水果和蔬菜出現不同程度的損傷，例如表面點蝕、變色、內部損壞、不成熟、萎蔫和腐爛等。但無論屬于哪類敏感性食品，必須使托盤和堆疊的食品之間保持充足的通風，以去除食品代謝過程中產生的氣體和熱量。

1.2.2 肉制品

肉制品應放置于適當的環境溫度降溫，以避免其發生冷縮，隨后建議在低溫下（低于2 ℃）進行儲存，以抑制微生物的生長。根據屠宰場設備的實際情況，可選擇在帶有冷風機或冷卻排管的冷藏室中冷藏。

1.2.3 雞蛋和乳制品

對于乳制品，在被消費或再加工之前需要進行嚴格的冷鏈運輸以保障其衛生及品質。加工過的乳制品（奶酪、酸奶和發酵乳等）必須儲存在適當的溫度（4～6 ℃）下，以避免細菌的產生。

對于蛋類，在8～10 ℃之間儲存即可，此時蛋殼完好無損。當采用更低的溫度（4～6 ℃）儲存時，其保質期更可長達數月。上述兩種情況所對應的溫度均為冷藏室所保持的溫度。

1.3 冷凍

冷凍是將食品的溫度降至凝固點以下的過程。降低食品的溫度可以降低食品內部化學反應的速率。冷凍可以阻止水果和蔬菜產品的新陳代謝，一旦食品開始保持冷凍狀態，可以儲存很長時間。冷凍在多數情況下需在專門的低溫、高空氣流速設備中進行（通常為-35～-45 ℃、3～7 m/s），以確保產品快速冷凍。再將產品進行低溫儲存（低于-18 ℃）。

1.4 過冷、超冷

最近，在冷鏈系統中出現了食品儲存的新方法。分別是過冷（將食品的溫度降至低于冰點但不形成冰）和超冷（將食品的溫度降至低于冰點且部分冷凍）。這些技術目前已應用于部分動物食品（如鮭魚和豬肉等）并大大延長了食品的保質期[1]。但由于難以確定和維持這些過程所需的適當溫度，所以限制了他們在高科技工業和冷藏運輸中的應用。

1.5 其他食品冷加工過程

制冷技術是食物供應鏈（保鮮和儲存）的重要組成部分，還被廣泛應用于許多食品加工過程以提高食品質量。例如：1）脂肪結晶，用于黃油、人造黃油和一些軟奶酪的紋理化；2）冷凍法分離不需要的成分，例如白葡萄酒和香檳中的酒石酸；3）冷凍濃縮，例如果汁；4）冷凍干燥，用于食品和飲料，例如咖啡。

2 工業制冷與食品加工

制冷技術被廣泛應用于食品的儲存與加工，設備中的制冷系統及管路形式通常根據其所需的溫度和冷量確定。

2.1 小型設備

小型制冷設備一般采用單級直接膨脹式系統進 行供冷，廣泛采用活塞/往復式制冷壓縮機，冷量由制冷劑直接提供。這類系統具有簡單、可靠、成本低和易維護等優點。

2.2 大型設備

盡管高效制冷技術在投資和維護方面更加昂貴，但隨著技術研究的不斷深入促進了其他衍生技術的發展。冷藏設備方面，建議采用帶滿液式蒸發器的單級系統，采用載冷劑（如丙二醇）進行冷量分配，可以大大減少制冷劑的充注量。冷凍設備方面，建議采用帶滿液式蒸發器的雙級制冷系統（通常帶有串聯的螺桿壓縮機或活塞式壓縮機）。對于兼具冷藏和冷凍功能的設備，使用大型活塞式壓縮機可以輕松滿足制冷需求，但螺桿式壓縮機具有高效的制冷能力以及較小的尺寸所以更受歡迎。

3 當前使用的制冷劑和潛在替代品

制冷劑的選擇取決于制冷設備的大小以及所需的溫度。

3.1 小型設備

當前低毒且不易燃制冷劑得到了廣泛使用，例如HFCs 制冷劑。但由于其具有較高的全球變暖潛能值（Global Warming Potential，GWP），歐盟和國際《氣候變化條例》要求各國逐步減少或淘汰使用HFCs 制冷劑[2]。

HFCs制冷劑的替代品可以為其它低GWP制冷劑或混合類制冷劑?；旌项愔评鋭┮话憔涍^嚴格的匹配篩選，力爭在環境影響、安全性、制冷性能之間保持平衡。另一方面，這些混合類制冷劑大多具有較高的溫度滑移，在某些應用中該特殊性可能會引起一些問題，因此需要特別小心。

目前已經開始在小型設備中應用的替代制冷劑包括：1）HFOs 制冷劑，該類制冷劑具有極低的GWP，但其有效性、當前成本以及輕微可燃性限制了它的廣泛應用。此外，該類制冷劑在環境中積累分解形成的殘渣也須進行必要的檢驗和研究。2）HCs 制冷劑（如異丁烷、丙烷），該類制冷劑的易燃性較高因此只適用于充注量極低的場合。3）CO2制冷劑，CO2作制冷劑時系統性能低于其他制冷劑系統，但由于CO2對環境的影響較小并且其制冷系統的設計在不斷改進，促使其成為潛在替代制冷劑。

3.2 大型設備

大型制冷設備通常使用NH3作為制冷劑，盡管NH3具有毒性，但通過采用特殊的設計方法以及維護手段可以將該風險降至最低。

冷凍設備方面，建議采用帶氣液分離器的雙級螺桿壓縮機系統。由于NH3的GWP 較低且應用較為廣泛，所以制冷劑大多選用NH3。

冷藏設備方面，采用載冷劑系統（如丙二醇）已是一項成熟技術。該系統可以大大減少系統中NH3的充注量，提高設備的安全性。同時對于冷凍設備，使用復疊系統（如高溫級使用R134a 或NH3，低溫級使用CO2）也可以減少NH3的充注量。

由于CO2制冷循環系統在設計方面所取得的進展促進了系統的使用，特別是在冷凍和低溫倉庫中CO2系統得到廣泛應用。

4 發展前景與挑戰

采用相變制冷劑的壓縮-膨脹系統具有性能優越、緊湊性好和可靠性高等優勢，因此該系統已連續使用一個多世紀，并將繼續使用很長一段時間。

目前主要的技術挑戰是如何開發和使用性能優越、環境影響小、潛在危險性低的制冷劑。當前市場上有各種各樣的混合制冷劑被采用，并沒有一種“通用的”制冷劑出現，而且可能永遠不會出現。

對于一些早已開始研究的替代技術（如吸收和吸附系統）將繼續是研究的主題。對于負荷量較大的系統，在調節控制上有較大系統慣性，難以實現精準控制。同時與常規系統相比，此類系統的投資更高，且能為此類設備提供維護的專業人員也較少。

5 結論

工業制冷環節是冷鏈的第一步，是指在運輸、零售和消費之前對食品進行的加工和儲存。制冷行業在設備可靠性、系統性能（降低能耗）、環境影響（提倡使用低GWP 制冷劑）以及經濟等方面面臨若干挑戰。因此具有可持續性的制冷系統解決方案必須加快實施（取決于設備的大小及所需達到的溫度水平），這樣制冷行業才能繼續為世界提供安全、高質量的食品，并為世界的發展作出貢獻。