液氮快速冷凍技術(shù)的發(fā)展背景：在1.50年代末，由于航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)作為火箭燃料的大量液氧的需求推動(dòng)了液化分離工業(yè)的快速發(fā)展。液氮的產(chǎn)生使空氣中78％的氮大量液化成為可能，這為冷凍食品工業(yè)的新應(yīng)用開辟了道路。 2.在1960年代初，美國(guó)的冷凍食品行業(yè)面臨著一個(gè)新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)時(shí)，冷凍食品的發(fā)展向三個(gè)方向發(fā)展：（1）冷凍食品進(jìn)入“冷凍狀態(tài)”，單個(gè)產(chǎn)品（IQF）的快速冷凍，（2）要求連續(xù)快速冷凍。該裝置提高了冷凍食品的產(chǎn)量，（3） ）需要冷凍食品發(fā)展為高品質(zhì)速凍保鮮食品。由于這些要求，必須對(duì)冷凍方法進(jìn)行技術(shù)更新，因此液氮快速冷凍技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并迅速被廣泛使用。液氮快速冷凍具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.液氮可以與不規(guī)則形狀的食品的各個(gè)部分緊密接觸，從而使傳熱阻力最小。 2.液氮無(wú)毒且對(duì)食品成分呈惰性。此外，由于它可以代替食品中的空氣，因此可以最大程度地減少冷凍和帶包裝存儲(chǔ)期間的氧化變化。 3.冷凍食品的質(zhì)量很高。由于液氮與食物直接接觸，并且在200K以上的溫差下進(jìn)行強(qiáng)烈的熱交換，因此冷凍速度非常快，并且每分鐘可將溫度降低7至15K。食物中的冰晶小且均勻，解凍后食物品質(zhì)高。 4.冷凍食品的干消費(fèi)少。普通冷凍裝置冷凍食品的干耗率在3％至6％之間，液氮冷凍裝置冷凍食品的干耗率在0.6％至1％之間。因此，它適用于冷凍某些水分含量較高的食品，例如楊梅，西紅柿，蟹肉等。 5.占地面積小，初期投資低，設(shè)備效率高。隨著液氮速凍技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展，它被迅速，廣泛地應(yīng)用于魚，蝦，蟹，雞，鴨，肉（牛，羊等），水果（楊梅，荔枝等），蔬菜和各種冷凍準(zhǔn)備食品（牛排，生魚片，肉丸，炸蝦，肉餅，漢堡包，披薩，蛋制品，湯等）。 1981年，液氮速凍食品占冷凍食品的10％，液氮的使用量超過100kt。西歐液氮產(chǎn)量的三分之一用于食品速凍和冷藏運(yùn)輸。日本的液氮速凍食品約占冷凍食品的40-50％。目前，美國(guó)有數(shù)百家食品加工公司使用液氮進(jìn)行快速冷凍，只有一家速凍牛排館每天使用700噸液氮。 1970年代初，中國(guó)在北京和上海建立了液氮速凍食品生產(chǎn)線。在1980年代，從日本，瑞典，法國(guó)，美國(guó)和丹麥引進(jìn)了各種速凍設(shè)備（包括液氮速凍）。新鮮的水產(chǎn)品，如湖蟹和蝦，已成功地在液氮中冷凍。由于每公斤速凍食品需要0.8至1公斤液氮，這受液氮價(jià)格高昂的影響，因此，在250臺(tái)各種速凍設(shè)備中，幾乎沒有使用液氮1991年在中國(guó)的液氮速凍食品引起我國(guó)目前冷凍食品的比例非常低，尚未得到廣泛應(yīng)用。液氮是一種無(wú)色，無(wú)味，低粘度的透明液體，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。常壓下液氮的沸點(diǎn)為-195.8°C。當(dāng)它與冷凍食品接觸時(shí)，可以吸收198.9kJ / kg的蒸發(fā)潛熱，然后使氮?dú)庹魵鉁囟壬?20°C ，平均比熱為1.047kJ /（Kgmiddot，K）米，可吸收184.1kJ / kg。兩項(xiàng)合計(jì)為383.0kJ / kg，是理想的制冷劑。美國(guó)開始使用液態(tài)氮速凍食品。美國(guó)于1950年代開始在這一領(lǐng)域進(jìn)行研究，到1960年正式用于速凍食品。1964年開始在生產(chǎn)中迅速推廣。近年來，隨著改革開放的不斷深入，主要的跨國(guó)跨國(guó)天然氣公司公司已經(jīng)競(jìng)爭(zhēng)在中國(guó)建立合資企業(yè)，帶來了先進(jìn)的空氣分離設(shè)備，技術(shù)和管理，極大地增加了中國(guó)及其供應(yīng)地區(qū)的低溫液體的產(chǎn)量。并且范圍不斷擴(kuò)大，價(jià)格大大降低（液氮銷售價(jià)格從約2元/ kg降到1元/ kg以下），極大地促進(jìn)了液氮的應(yīng)用。使用液氮快速冷凍食品的優(yōu)點(diǎn)很多，但目前應(yīng)用中還存在以下問題，亟待解決：1.由于冷凍速度極快，瞬時(shí)溫差大。膨脹壓力過大會(huì)導(dǎo)致低溫?cái)嗔眩瑩p壞食品結(jié)構(gòu)并對(duì)食品質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。 2.液氮蒸發(fā)成低溫氮，具有吸收大量顯熱的能力。充分利用這種冷卻量是提高液氮制冷設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)，但是目前利用率不高。液氮食品速凍設(shè)備可以浸入，噴灑或冷空氣循環(huán)。沉浸式冷凍是將食物完全浸入液氮中。它可以實(shí)現(xiàn)所需的快速冷凍。食物占用的空間很小，容量變化也很明顯。但是，由于僅使用液體，因此液氮消耗大。氮?dú)獾臐摕岵糠质抢涞摹婌F冷凍具有三個(gè)冷凍區(qū)：預(yù)冷區(qū)，冷凍區(qū)和溫度區(qū)。液氮以霧狀通過噴嘴，與食物進(jìn)行熱交換。液氮吸收熱量并蒸發(fā)成氮?dú)狻５獨(dú)膺€用于預(yù)冷新進(jìn)入的食物。這既使用了液氮的潛熱又使用了液氮的顯熱。要充分利用冷卻能力。冷空氣循環(huán)制冷。循環(huán)的冷空氣由液氮冷卻，空氣被用作制冷劑來冷凍食品，這可以放棄大型制冷設(shè)備并減少初期投資。具體的冷凍裝置可分為：液氮柜式冷凍裝置，隧道式冷凍裝置，浸入式冷凍裝置，旋轉(zhuǎn)式冷凍裝置等。人們?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到流化食品快速冷凍的原理和設(shè)備的流化現(xiàn)象。它首先用于化學(xué)工程，然后應(yīng)用于能源，冶金和食品工程領(lǐng)域。 1959年，瑞典公司Frigoscandia首次使用這種方法冷凍食品，并于1962年開發(fā)了世界上第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性流化冷凍裝置。從那以后，美國(guó)，法國(guó)，保加利亞，前蘇聯(lián)，日本等國(guó)家高度重視流態(tài)化的應(yīng)用和理論研究，特別是近二十年來冷凍食品的發(fā)展，推動(dòng)了流態(tài)化的發(fā)展。流化冷凍設(shè)備。目前，該冷凍裝置已被廣泛用于各個(gè)國(guó)家的冷凍食品工廠，特別是在蔬菜加工廠中。快速冷凍流化食品的基本原理是快速冷凍流化食品。沸騰的過程，像流體一樣運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過程中迅速凍結(jié)。當(dāng)冷空氣從底部到頂部流過食物層并且流速低時(shí)，食物顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)，稱為固定床A。隨著空氣速度的增加，食物兩邊的壓力下降。食物床將增加，食物層將開始變松B。當(dāng)空氣速度達(dá)到一定值時(shí)，食物顆粒不再保持靜止，并且一些顆粒向上懸浮，從而導(dǎo)致食物床膨脹并形成孔隙增加，即流化狀態(tài)。該狀態(tài)是固定床和流化床之間的邊界，稱為臨界狀態(tài)。相應(yīng)的最大的壓降稱為臨界壓力，相應(yīng)的風(fēng)速稱為臨界風(fēng)速。臨界壓力和臨界速度是流化的必要條件C。當(dāng)空氣速度繼續(xù)增加時(shí)，床將繼續(xù)膨脹，床的空隙率也將增加。然而，床中的實(shí)際空氣速度保持不變，并且流體的壓降僅由負(fù)載的固體顆粒的重量消耗，也就是說，與空氣無(wú)關(guān)，床中的壓降具有恒定值D速度。此時(shí)，強(qiáng)烈的冷氣流與食物顆粒相互作用，導(dǎo)致食物顆粒不時(shí)地不規(guī)則地運(yùn)動(dòng)，因此食物層中的質(zhì)量和熱傳遞非常迅速，從而實(shí)現(xiàn)食物單體的快速冷凍。如果空氣流速進(jìn)一步提高，則流體會(huì)將顆粒帶走，顆粒物減少，孔隙率增加，床中的壓降降低，流化床變?yōu)檫\(yùn)輸床E。冷凍生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)在輸送床的前段進(jìn)行。曲線AD是標(biāo)準(zhǔn)流化曲線。食物流態(tài)化和速凍的主要特征是：快速冷凍。流化冷凍過程具有很強(qiáng)的傳熱特性。與傳統(tǒng)的強(qiáng)制循環(huán)冷凍裝置相比，熱交換強(qiáng)度提高了30到40倍。這是因?yàn)椋菏称窇腋『屠鋬鰰r(shí)的熱阻降低了15到18倍，產(chǎn)品表面和冷空氣的放熱系數(shù)（）增加了4到6倍，有效的熱交換面積增加了3.5到10倍。因此，流化冷凍裝置的冷凍速度是普通冷凍裝置的數(shù)十倍。由于快速的冷凍速度，流化冷凍可以使食物的原始營(yíng)養(yǎng)含量和新鮮度最大化。實(shí)現(xiàn)單體的快速凍結(jié)。由于食品在冷凍過程中處于懸浮狀態(tài)，冷凍后食品不會(huì)粘在一起，實(shí)現(xiàn)了IQF冷凍，不僅質(zhì)量好，而且便于包裝和消費(fèi)。少干糧。每種速凍食品的表面均具有薄的冰膜，這有利于保持食品的新鮮度并防止氧化，并且減少了干燥消耗。瑞典學(xué)者對(duì)蘑菇，草莓等進(jìn)行的比較實(shí)驗(yàn)表明，流態(tài)化冷凍的干消耗幾乎僅是強(qiáng)制風(fēng)道冷凍的一半。這對(duì)于高價(jià)食品尤其重要。易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化的連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，工人在常溫條件下工作，改善了勞動(dòng)條件。當(dāng)然，流化食品冷凍也有局限性。它僅適用于顆粒食品。通常，其特征尺寸在50mm以內(nèi)，最大不能超過100mm。目前，在國(guó)外流化和冷凍的主要食物類型為：肉：切成丁的肉，炸丸子，魚片，魚條，蝦，蝦等。蔬菜：青豆，豆，玉米，綠豆，油炸或水煮土豆，胡蘿卜切成丁或切成薄片，整個(gè)或切成薄片的蘑菇，花椰菜，辣椒，西紅柿，卷心菜，切成塊，片，條各種蔬菜。水果：蘋果片，菠蘿片，草莓，黑莓，櫻桃，馬林水果，李子，杏，葡萄，紫色漿果，葡萄，荔枝，龍眼等。