液氮速凍工藝在預制菜生產應用中的研究現狀

◎ 葉佑坤，徐俊源，楊道文，黃豐景

（廣州酒家集團利口福食品有限公司，廣東 廣州 511442）

1 研究背景與意義

2023 年中央一號文件《中共中央 國務院關于做好2023 年全面推進鄉村振興重點工作的意見》明確指出提升凈菜、中央廚房等產業標準化和規范化水平，培育發展預制菜產業。近年來，預制菜成為發展迅速、潛力巨大的行業之一，據艾媒咨詢數據，2021 年我國預制菜行業的市場規模為3 459 億元，2022 年規模達4 196 億元。受“宅經濟”推動以及冷鏈物流與連鎖餐飲的發展，預制菜市場將持續升溫，按照每年20%的復合增長速度估算，預計2026 年預制菜整體市場規模將過萬億。

預制菜是以食用農產品及其制品為主要原料，輔以香辛料和調味料等，經不同流程預加工處理并在一定條件下貯運，可以即用、續烹、復熱或即食的方便產品。區別于普通加工食品，預制菜種類十分豐富，含有一種或多種禽肉類、水產品類、農產品等。預制菜保質期因產品類別不同各有差別，總體來說比一般加工食品要短。

作為餐飲和食品融合發展的產物，預制菜產業成品在保證餐飲市場口味條件下，從節約時間和人力成本方面考慮最大程度進行原材料集中采購和勞動力整合，提高生產的工業化水平，在某種程度上實現效率最優[1]。目前預制菜市場主要以近十年中央廚房模式進行成品、半成品集中生產，銷售戰略由B 端向C 端發展，中央廚房也逐漸被預制菜這個名詞代替。無論線下銷售還是線上購物方式，預制菜在便利性、成本節約的剛性需求引領下，產業底部驅動仍為冷鏈食品制造和冷鏈物流為主。生產工藝的速凍環節對預制菜的品質維持和口感評定尤為重要。本文以預制菜的“鼻祖”盆菜為研究對象探究速凍工藝在預制菜生產中的應用。

2 盆菜工藝流程

盆菜是將多種食材經挑選、清洗、預處理、熟制或半熟制后，按食材的特性逐層擺放在餐具內，澆上高湯，包裝制成的預制菜。其屬于粵菜系客家菜，起源于南宋的雜燴菜式，一盆菜里可薈萃百菜百味。這道菜是客家地區家人團聚、慶祝重大事件時的傳統菜肴，也是廣東部分地區年夜飯的“重頭戲”。制作盆菜的原材料可根據不同節日和不同家庭口味進行調整，一般都會有白蘿卜、云豆、支竹、魷魚、豬皮、冬菇、雞和炆豬肉，部分盆菜可能還包括鮑魚、花膠、大蝦、發菜和蠔豉等。

預制菜近年來發展迅速，其代表食品之一盆菜也有了飛躍式的發展，盆菜消費市場逐漸成為食品企業的關注點之一。許多企業從一開始的手工作坊，慢慢探索出手工與機器相結合的工業化生產模式，提高盆菜的產出。盆菜的生產工藝流程見圖1。

圖1 盆菜的生產工藝流程圖

按照《速凍調制食品》（SB/T 10379—2012）要求，菜肴制品需要在≤-18 ℃條件下貯存和≤-15 ℃條件下銷售。要符合該溫度條件，產品必須通過速凍和急速冷凍形式進行降溫，以達到標準要求。

根據SB/T 10699—2012，速凍的定義是在低于-30 ℃的環境下，將預處理產品迅速通過其最大冰晶區域，使速凍食品的熱中心溫度達到-18 ℃及以下的凍結方法。在設備選型方面，制造企業都以投入產出比為主要的參考指數，較為看重設備實際運行的能耗費用。企業在制冷系統選擇上，20 世紀末、21 世紀初主要使用氨制冷系統，2010 年逐漸興起液氮制冷系統和二氧化碳制冷系統，目前氟利昂制冷系統逐漸興起。

盆菜作為多種產品搭配的產品，內含物有不多于35%的特制湯汁，水介質比熱容值最高，湯汁部分需更多冷量進行熱傳遞才能使其迅速冷凍至-18 ℃或更低的中心溫度，使用普通氨系統或單級氟系統均需要至少12 h 的速凍時間使盆菜中心溫度降低至可接受水平，無法實現快速制冷，使用液氮制冷系統能在1.5 h的速凍時間使中心溫度降低至-18 ℃以下。在分析內在原因后，液氮制冷系統成為生產制造企業大批量盆菜生產冷卻的主要應用系統。

3 液氮速凍技術的應用情況

液氮速凍技術是指通過液氮與食品接觸吸收大量的潛熱和顯熱來凍結食品的技術[2]，-190 ℃液氮在壓力容器釋放噴出，經過管道汽化變成氮氣與食品表面大面積接觸吸收熱量，-190 ℃氮氣常壓下溫度上升到-20 ℃則可吸收183.89 kJ·kg-1的顯熱（比熱容以1.05 kJ·kg-1·K-1計）[3]，液氮在釋放后相變汽化熱和顯熱吸收熱量383 kJ·kg-1[4]。食品速凍過程中，液氮在儲液罐體排出，通過輸液管道經噴嘴噴射為霧狀進入設備內部，與食品表面進行熱交換，液氮吸收熱量蒸發為氮氣，氮氣帶走食品大量熱量，食品迅速通過-5 ～5 ℃的冰晶溫度階段，食品游離水得到最大限度的保留。液氮速凍技術以液氮為冷源，對儲液罐的使用安全和液氮設備生產區域前后的排氣裝置的設置，使液氮對環境沒有任何危害，且在保障設備設施按規定運行的情況下，對操作人員也有充分的保障。其以凍結速度快、時間短、凍結食品品質好、安全性高的優點，被視為高附加值食品冷加工的首選技術。液氮制冷給制造企業生產帶來質量、工藝、產能、產值等的實在效益。圖2 為盆菜生產使用的液氮隧道速凍設備的三向圖。

圖2 液氮生產設備的三向圖

（1）改善盆菜質量。盆菜內含物有肉制品、水產品和蔬菜制品等多種類型產品，使用液氮速凍可以對雞肉、豬肉等肉類進行迅速冷凍，肉品組織無明顯變化和損傷，能夠較好保持原有游離水和其他元素物質，改善肉類的質量和衛生[5-6]。中心溫度的降低能抑制水產品中微生物大部分酶的活性，保持鮑魚等水產品的鮮度、色澤和香氣，延長儲藏時間[7-8]，對豆類組織結構破壞程度大大降低，解凍后能保持原有的香、味、色[9]。不同原料和水混合后在夾層鍋熬制一段時間形成湯汁，湯汁中有原料滲出的大量營養物質，如無法速凍至指定溫度，湯汁中會有大量微生物繁殖。液氮速凍的應用，使湯料冷卻時間縮短，大大降低湯料滋生細菌的概率。

（2）優化工藝流程。盆菜分為湯料和原料兩部分，湯料的比熱容與水相近，湯料含有原料釋放的營養物質，熬制完成后具有一定的黏稠度，故湯料的速凍時間比原材料長，如果兩者同時進行液氮冷凍，湯料的中心溫度因介質特性傳熱效果差。研究顯示，經過液氮速凍30 min，湯料的中心溫度為7 ～12 ℃，達不到既定的標準，原料的中心溫度達-18 ℃或更低，兩者存在溫度差。因此，對工藝進行改進，將湯料進行初次速凍，使其中心溫度降至15 ℃，然后進行擺盆定型步驟，再將完整的盆菜進行30 min 的二次速凍，經測試其中心溫度可達-20 ℃或更低。

（3）提升生產產能。盆菜在加工過程中，生產能力受設備參數影響最大的環節是速凍環節，因此速凍環節是整個盆菜產能的關鍵環節。由于制冷媒介蒸發溫度的差別，使用液氮制冷比使用單級制冷氟制冷效果更佳，大幅溫度差更易使盆菜冷卻至既定溫度，冷卻加工時間可縮短80%。在計算單位時間產能時，采用更先進的速凍技術理論上可提升7 倍產能，但原材料處理和熬制等環節會成為改進速凍工藝的限制條件。在實際投產初期，原料儲存、加工、熬制等環節的場地、人工和設備配套按氟制冷系統的全流程工藝配套應用至液氮制冷，產能只能提升1.5 ～2.0 倍，難以充分發揮液氮制冷的全部優勢。

（4）能耗增高。以投產初期生產10 萬盆盆菜為例，對比實驗分析氟制冷系統和液氮制冷系統的能耗情況。生產10 萬盆盆菜，液氮速凍設備共需使用氮氣220 t，按氮氣單價620 元/t 計算，氮氣共花費13.6 萬元，平均每盆盆菜消耗1.36 元，設備消耗用電不足總價的5%，故忽略不計；使用氟速凍共需用電65 000 kW·h，按工業用電單價0.81元/kW·h計算，共需電費5.26萬元，平均每盆盆菜消耗0.53 元，生產期間氟制冷系統運行穩定，不消耗氟利昂，不產生氟利昂損耗費用。

4 結語

盆菜是集肉類、海產品和蔬菜制品于一體，賦予濃郁湯料調味的菜肴制品。其生產工藝比單一類別的產品復雜，速凍工藝是盆菜的核心工藝，因此選擇能迅速降低產品中心溫度的液氮速凍工藝更符合盆菜生產需求，液氮速凍工藝在改善盆菜質量、優化生產流程和提升盆菜生產產能等方面有著顯著的正面影響，盡管在投產初期使用液氮系統制冷比使用氟系統制冷運行能耗成本高，但液氮速凍工藝對盆菜加工的正向作用是顯著的。展望未來，液氮速凍技術會應用至更多高附加值預制菜中。

（1）預制菜種類眾多，以產品形式、原料類別、使用或食用形式進行分類就有上百種，不同類別的預制菜對速凍工藝的要求不同，本文以預制菜肴的代表盆菜為例，介紹復雜預制菜的速凍工藝，其他預制菜種類的速凍形式仍需按實際的工藝和原料特性進行探討。

（2）液氮速凍工藝在投產后的優化。進一步優化液氮工藝，降低生產能耗。中期試驗生產和投產初期，生產環節均按每天12 h 生產，液氮生產的前期加壓預冷階段和后期泄壓階段，都會消耗大量氮氣，增加非生產階段的運行成本。需合理配制生產物料進行連續工業化生產，通過控制機器設備的啟動次數，減少不必要的能源浪費。