隧道式液氮速凍設(shè)備

SD-1000KG-1H

1.引言

冷凍和冷卻是食品生產(chǎn)與配送過程中相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。毋庸置疑，隨著食品行業(yè)今后對冷卻和冷卻需求的持續(xù)增長，越來越多的食品加工者會(huì)提升或擴(kuò)充其冷凍與冷卻生產(chǎn)線，然而，這樣的提升與擴(kuò)充并非像以前那樣簡單。目前食品冷凍技術(shù)的發(fā)展日新月異，傳統(tǒng)機(jī)械式食品冷凍設(shè)備雖仍然被廣泛使用，但他們正在被諸多更有優(yōu)勢的新型食品冷凍設(shè)備及技術(shù)所取代。那么怎樣的食品冷凍系統(tǒng)才適合今天的食品冷凍者？這些冷凍系統(tǒng)各有哪些利弊？食品加工者們該如何做出正確的選擇，以確保方案最佳，最適合業(yè)務(wù)發(fā)展？

2.為什么液氮冷凍更優(yōu)于氨或氟利昂？

以分秒計(jì)的冷凍速凍——液氮是地球上超低溫制冷劑中的一種。

快速的制冷方式產(chǎn)生較小的冰晶，可以減少對產(chǎn)品細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。提高產(chǎn)品的出成率——降低食品的脫水及干耗損失，改進(jìn)冷凍食品的質(zhì)地，色澤及風(fēng)味。較少的投資。

超低溫的冷凍，更少的占地面積。

3.保持更佳的食品原味和質(zhì)地

液氮的溫度達(dá)到零下196攝氏度（-196℃）。當(dāng)它與食品接觸后氣化就能更快地帶走熱量。

超低溫和高熱交換率實(shí)現(xiàn)了真正的快速冷凍。這樣的快速冷凍使產(chǎn)生的冰晶最小，并幫助保持食品的質(zhì)地。這樣防止了水分的丟失，幾乎達(dá)到了無損失；保持了食品的原色，原味和原質(zhì)。這些氣化后的制冷氮?dú)獗痪鶆蚩刂频貙?dǎo)向冷凍機(jī)的前端，實(shí)現(xiàn)了熱逆交換，從而提高了氮?dú)獾睦寐省?/span>

3.產(chǎn)品質(zhì)量：水分流失/水分含量

? 所有的食品冷凍工藝都會(huì)引起食品不同程度的水分流失，無論是在食品冷凍（蒸發(fā)型的產(chǎn)品凈重?fù)p失），還是食品解凍（汁液流失）過程中。

? 尤其是肉制品、禽類、和水產(chǎn)品，蒸發(fā)型的警鐘損失降低了產(chǎn)品凈含量及其附加值。同時(shí)食品表面的干耗影響到產(chǎn)品的口感、質(zhì)地、色澤以及烹飪加工的時(shí)間。蒸發(fā)型的凈重?fù)p失降低了食品表層的熱傳導(dǎo)速率，并由此延長了食品烹飪加工的時(shí)間。而這在那些對時(shí)間要求非常高的應(yīng)用中顯得尤其突出，例如快餐店的漢堡包。在多數(shù)實(shí)例中減少食品表層中自由水的汽化壓，并由此減少食品脫水干耗。

? 緩慢的食品冷凍過程將導(dǎo)致食品中大冰晶粒的產(chǎn)生，等食品解凍時(shí)，食品中細(xì)胞組織會(huì)發(fā)生破裂引起食品汁液流失。食品汁液的流失會(huì)影響到解凍食品的色澤、口感以及營養(yǎng)學(xué)特性。營養(yǎng)素及天然色素會(huì)隨流失的食品汁液而流失。特別是果蔬之類食品，結(jié)構(gòu)的損害會(huì)導(dǎo)致食品質(zhì)地口感的降級(jí)，結(jié)構(gòu)變得松散。專家對冷凍草莓產(chǎn)品進(jìn)行的冷凍工藝口感質(zhì)地破壞性測試的相關(guān)研究表明，當(dāng)使用超低溫快速冷凍工藝時(shí)，草莓保持了較高的緊密質(zhì)地。

4.食品色澤

食品冷凍工藝從兩方面影響解凍食品的色澤。首先如上所述，食品在解凍時(shí)天然色素隨之也一并流失；其次由于食品冷凍過程中冰晶體持續(xù)生成，殘留的未凍結(jié)的食品細(xì)胞溶質(zhì)濃度增加，天然色素的氧化和酶褐變加快。食品冷凍過程越慢或用更長的時(shí)間通過食品凍結(jié)點(diǎn)，對于食品色澤的影響將會(huì)越顯著。

專家對有關(guān)冷凍后解凍的漢堡色澤測試研究表明食品冷凍速率的重要性以及快速冷凍的優(yōu)勢：

? 食品汁液及天然色素的流逝都有所減少

? 肉質(zhì)褐變降低到最低程度：采用超低溫-機(jī)械式冷凍工藝的冷凍漢堡比純機(jī)械式的色澤更接近于原來的肉質(zhì)色澤。

5．易損易碎的食品

由于設(shè)備設(shè)計(jì)及產(chǎn)品加工特性的原因，超低溫食品冷凍設(shè)備被認(rèn)為最適合加工包括很多漿果在內(nèi)的易損易碎食品。

6.產(chǎn)品質(zhì)量：結(jié)論

研究成果和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)顯示快速食品冷凍工藝降低了水分和產(chǎn)率損失，最大限度地減少了產(chǎn)品口感、質(zhì)地、色澤和風(fēng)味的變化。那么哪種食品冷凍工藝可獲得最快的溫度下降？

食品冷凍設(shè)備溫度下降的速率被描述成熱交換率（在單位面積內(nèi)）。熱交換率越高食品溫度下降越快。

讓我們假設(shè)食品冷凍過程產(chǎn)品表面溫度為-10℃。一臺(tái)常規(guī)的機(jī)械式冷凍機(jī)的工作氣流溫度為-30℃，產(chǎn)熱系數(shù)為23W/Km2，則熱交換速率等于25X20=500W/Km2。

一臺(tái)常規(guī)的超低溫隧道冷凍機(jī)的工作溫度為-80℃，傳熱系數(shù)為60 W/Km2，則熱交換速率等于60X70=4,200 W/Km2。

由于更高的食品速率，機(jī)械沖擊式或超低溫食品冷凍設(shè)備能更好地優(yōu)化食品品質(zhì)。然而機(jī)械沖擊式食品冷凍設(shè)備的應(yīng)用局限在像漢堡這樣的扁平食品上。其熱交換與其氣流方向高度相關(guān)，而對于大塊狀或者凹凸不平的產(chǎn)品，其熱交換率就相對較低。

7．工廠管理

在選擇食品冷凍工藝是必須關(guān)注到每個(gè)食品加工廠的特殊情況?？紤]因素包括可用空間大小，生產(chǎn)能力的范圍要求，衛(wèi)生要求，清潔及維護(hù)操作。

8.占用/可用空間

在幾乎所有實(shí)例中，同樣產(chǎn)能水平下，超低溫食品冷凍比傳統(tǒng)機(jī)械式的占用空間小?，F(xiàn)在一些模塊化的機(jī)械沖擊式食品冷凍裝置占用的場地空間也較小。

9.產(chǎn)能配置

客戶需求的突然波動(dòng)常導(dǎo)致工廠生產(chǎn)產(chǎn)能意想不到的增減。工廠生產(chǎn)經(jīng)理所要關(guān)注的往往超出其可控范圍，包括客戶對其產(chǎn)品的認(rèn)可度以及產(chǎn)品生命周期。

因此盡可能準(zhǔn)確地規(guī)劃在食品冷凍設(shè)備投資回報(bào)期間的最大產(chǎn)能配置就變得非常重要。對于機(jī)械是食品冷凍設(shè)備，其投資回報(bào)期可能要堅(jiān)持好幾年。過于樂觀的預(yù)測將導(dǎo)致效能下降，相反，悲觀的計(jì)劃又會(huì)造成食品內(nèi)冷凍能力的不足。

盡管機(jī)械式食品冷凍設(shè)備對于任何特定的產(chǎn)品都有一個(gè)確定不變的最大產(chǎn)能，但典型的超低溫和沖擊式食品冷凍設(shè)備卻能通過增加隧道長度等方式迅速調(diào)節(jié)適應(yīng)產(chǎn)能變化的要求。重要的是超低溫食品冷凍設(shè)備通常是租賃的，所以這樣的產(chǎn)能需求變化不會(huì)使食品加工者顯著增加額外資金的收入。

機(jī)械沖擊式食品冷凍工藝因?yàn)閮H僅適用于厚度不超過20mm的扁平類食品，所以相比傳統(tǒng)機(jī)械式的產(chǎn)能柔性更低。超低溫和傳統(tǒng)機(jī)械是食品冷凍設(shè)備對于較厚或不規(guī)則的產(chǎn)品相適應(yīng)型更強(qiáng)。

10.生產(chǎn)線布局

為適應(yīng)今天飛速發(fā)展的食品工業(yè)，生產(chǎn)商時(shí)常需要相應(yīng)地調(diào)整其生產(chǎn)線布局，尤其在正常合約生產(chǎn)期內(nèi)。若要移動(dòng)巨大的機(jī)械式螺旋速凍機(jī)，就必須再建一個(gè)混凝土基座。重新安裝定位一臺(tái)超低溫或機(jī)械沖擊式隧道冷凍機(jī)也不總是一件簡單的事，但好在很少需要改變建筑物的結(jié)構(gòu)。

11.產(chǎn)品品種改變

特別對于較小規(guī)模的食品加工者，食品冷凍設(shè)備能夠適應(yīng)不同類型食品的，能力將是關(guān)鍵。食品冷工工作時(shí)間以及設(shè)備停機(jī)故障時(shí)間會(huì)影響食品加工者的實(shí)時(shí)在線變換產(chǎn)品品種的生產(chǎn)能力。在改變食品品種時(shí)，新品種加料前，應(yīng)該將前面產(chǎn)品完全從設(shè)備中清除掉。一個(gè)特定的食品品種對應(yīng)特定不同的食品冷凍時(shí)間，停留時(shí)間，傳送帶速度，在兩種食品品種間將需要較長的設(shè)備停留轉(zhuǎn)換時(shí)間。

在食品品種轉(zhuǎn)換中時(shí)常遇到生原料與熟加工品的切換，這樣就需要有必要的設(shè)備清潔時(shí)間。

食品加工者也需要關(guān)注衛(wèi)生與清潔程序。詳細(xì)如下：

食品加工者日常若僅以告訴持續(xù)加工單一品種，機(jī)械式食品就能處于穩(wěn)定工藝狀態(tài)。當(dāng)然這就需要依賴充足的場地空間，資金投入以及合格的人力等資源。

12.維修、衛(wèi)生與清潔

這些過程應(yīng)該盡可能地簡單和迅速，以便最大可能地增加設(shè)備運(yùn)行時(shí)間以優(yōu)化生產(chǎn)效能。而比如機(jī)械式食品冷凍設(shè)備中蒸發(fā)器上不斷增加的水氣或霜，可能會(huì)拖延加工時(shí)間，降低產(chǎn)能。

雖然規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)生清潔程序?qū)τ谡麄€(gè)食品工業(yè)都是必須的，但對于產(chǎn)能的影響必須是最小的。體積小、設(shè)計(jì)簡潔的食品冷凍設(shè)備情節(jié)更快，成本更低。設(shè)備內(nèi)部的復(fù)雜構(gòu)件越少，高度越低，越易于進(jìn)入，便使清潔時(shí)間越短，效率越高。

機(jī)械沖擊式食品冷凍設(shè)備像超低溫食品冷凍設(shè)備一樣，通常設(shè)計(jì)成較小并易于進(jìn)入清洗。但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)依然復(fù)雜，排水困難，不徹底，所以清潔操作不方便，存在潛在的衛(wèi)生隱患。

13.工廠管理：結(jié)論

考慮到工廠經(jīng)理的諸多關(guān)注，可以確認(rèn)的是超低溫食品冷凍設(shè)備更能適合大多數(shù)的食品加工者，因?yàn)槠洌?/span>

? 占地空間更小

? 適應(yīng)產(chǎn)能變化

? 適用于不同類型的食品

? 簡潔，易于使用的設(shè)計(jì)

? 初期固定資產(chǎn)的投入較低

14.財(cái)務(wù) 考量

安裝或添加食品冷凍系統(tǒng)需要考慮到多種費(fèi)用，包括前期投資成本，后期操作和維護(hù)時(shí)的運(yùn)營和人工成本。

15.資金投入及運(yùn)營成本

超低溫食品冷凍與機(jī)械式兩者間有明顯區(qū)別，前者運(yùn)營費(fèi)用較高，而后者的初期資金投入大。他們的差異程度由多種因素決定。對于一個(gè)給定的生產(chǎn)線，總存在一個(gè)臨界點(diǎn)，超低溫食品冷凍工藝所積累的運(yùn)營成本將開始超過機(jī)械式食品冷凍工藝。

值得注意的是現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)狀況下，財(cái)政投入會(huì)更加困難。食品加工者不能或不愿有更大的資金投入。因此可能有時(shí)會(huì)偏向超低溫食品冷凍。

16.人工成本

由于其體積龐大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械式食品冷凍傾向于需要更多的人里進(jìn)行清潔。維護(hù)要求也較高，需要高技能的維護(hù)人員。這些因素的重要性將取決于食品冷凍裝置的類型及其相應(yīng)的當(dāng)?shù)厝斯こ杀舅健?/span>

17.產(chǎn)品質(zhì)量

如此前所提及的，最小的水分損失就是最好食品質(zhì)量及價(jià)值的關(guān)鍵所在。特別是對于高附加值產(chǎn)品更是這樣。因此食品冷凍工藝的選擇將影響食品加工這的財(cái)務(wù)回報(bào)。

18.環(huán)境因素

隨著能耗和損耗意識(shí)以及碳排放影響的增強(qiáng)，相關(guān)法規(guī)發(fā)展的強(qiáng)化，食品生產(chǎn)商需要關(guān)注食品冷凍工藝對環(huán)境的影響。

美國聯(lián)邦食品與飲料機(jī)構(gòu)和國際碳聯(lián)盟組織評(píng)估在整個(gè)食品產(chǎn)業(yè)鏈中僅僅10%的能源消耗來自于食品加工企業(yè)，而這其中的大部分約60%來自大型冷凍食品加工者的食品冷凍系統(tǒng)。盡管機(jī)械式比超低溫食品冷凍系統(tǒng)要求更低的能耗，但這兩種技術(shù)能耗只占食品產(chǎn)業(yè)鏈中總能耗很小的比例。

19．總結(jié)

以上分析可以告訴我們些什么？顯然選擇食品冷凍工藝不是一件簡單的事。，沒有一個(gè)單一的食品冷凍工藝對于所有的食品加工者都是最好的選擇。

在選擇一個(gè)具體食品冷凍設(shè)備裝之前，不得不顧忌可用的財(cái)務(wù)預(yù)算、現(xiàn)有的食品品種、工廠空間布局管理、生產(chǎn)能力的柔韌化要求。

超低溫食品冷凍系統(tǒng)的優(yōu)勢在于能夠適應(yīng)多種類型食品的一系列冷凍速率要求，以提高其產(chǎn)品品質(zhì)。當(dāng)然低的資金投入、柔性生產(chǎn)、易清潔的優(yōu)勢也對今天很多食品加工者有吸引力。機(jī)械式食品冷凍系統(tǒng)需要大量的資金投入，后期維護(hù)成本較高，不建議使用。