液氮速冻在海产品保鲜中的应用研究

摘 要：我国海域资源辽阔，海产品种类繁多，冻品是海产品加工的主要形式之一。液氮速冻作为一种新型速冻技术，具有冻结速率快、速冻食品品质高等优点，已在海产品冷冻过程中广泛应用。文章综述了液氮速冻技术基本原理及其在海产品保鲜中的应用，分析了液氮速冻工艺的优缺点，并展望了液氮速冻技术未来研究方向，以供参考。

关键词：液氮速冻；冰晶生成带；中心温度

Application of Liquid Nitrogen Quick Freezing Technology in Aquatic Products

SUN Xin1， ZHANG Lu1， DONG Shaoguang3， HU Xin1，2， SONG Huayu1*

（1.Qingdao Conson Oceantec Valley Development Co.， Ltd.， Qingdao 266200， China;

2.Conson CSSC （Qingdao） Ocean Technology Co.， Ltd.， Qingdao 266200， China;

3.Qingdao Conson Development （Group） Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China）

Abstract： China has abundant aquatic resources and a wide variety of aquatic products. Frozen products are one of the main forms of aquatic product processing. Liquid nitrogen quick freezing， as a new type of quick freezing technology， has the advantages of fast freezing rate and high quality of frozen food， and has been widely used in the freezing process of aquatic products. This paper reviews the basic principles of liquid nitrogen freezing technology and its application in aquatic product preservation. It analyzes the advantages and disadvantages of liquid nitrogen freezing process and looks forward to the future research direction of liquid nitrogen freezing technology for reference.

Keywords： liquid nitrogen quick freezing; ice crystal formation zone; central temperature

我国是一个海洋大国，拥有漫长的海岸线和丰富的海洋生物资源，2023年海产品产量为3 353.08万t[1]。海产品含有丰富的蛋白质、氨基酸、脂肪酸、无机盐和维生素等人体所必需的营养物质，并具有特殊的色、香、味等，深受广大消费者的喜爱。随着经济的发展，海产品需求量不断增大，逐步发展成为人们获得高品质蛋白的重要方式之一。然而，海产品因其富含蛋白质，体表携带有多种微生物，极易因保存温度等因素造成品质变化，如食品腐烂、变质等，产生难闻的腥臭味，并造成较大的经济

损失[2]。

我国海产品消费主要以鲜活模式为主（约占68%），海产品原料加工率仅为32%。但一些外海养殖和远洋捕捞的海产品，由于其距离岸基较远，为保证食用安全，多采取低温速冻保存，冷冻品重量约为643万t，占所有加工品的60%以上[3]。低温速冻作为海产品的主要贮藏方式之一，成为海产品加工行业发展的重要支撑[4]。液氮速冻作为一种新型食品冷冻方法，在20世纪50年代产生于美国，1960年

开始被正式用于速冻食品[5-6]。我国液氮速冻技术应用始于20世纪90年代，最早应用在肉类制品的加工和保存中。近年来，液氮速冻工艺和设备都有了长足的发展，已被广泛应用于食品和功能性产品的保存。

1 液氮速冻技术的基本原理

液氮是无色、无腐蚀性、不可燃的氮气在极低温度下（-195.8 ℃）液化后的透明液体。液氮化学性质稳定，不会与食品发生化学反应，符合《食品安全国家标准 餐饮服务通用卫生规范》（GB 31654—2021），是一种理想的冻结保鲜剂[7]。液氮通过与食品接触或浸泡，在食品表面快速汽化，大量吸收食品热量从而使食品快速冻结。液氮速冻主要采用喷淋和浸渍两种方式进行食品冻结，由低温高压突变到常温常压，体积瞬间膨胀696倍，吸收热量效率可达383 kJ·kg-1[8]，食品瞬间冻结。

液氮速冻使食品迅速通过冰晶生成带，体内冰晶颗粒细小且均匀，降低了对细胞的损伤；同时，解冻过程中由于细胞破坏较小，汁液流失率较少，能够最大限度地维持食品营养、口感和特有风味。液氮由液体汽化变成氮气，其体积剧烈膨胀，食品周围充满氮气，降低了冻结过程中食品周边的氧气浓度，食品呼吸与氧化减少，从而减慢了腐败变质的速率[9]。液氮速冻与普通机械制冷不同，主要依靠液氮相变吸收食品的热量，速冻过程中仅需要少量电能维持设备运转[10]。液氮速冻与CO2制冷速冻、氨制冷速冻以及氟利昂制冷速冻在制冷剂方面存在不同，其沸点更低且对环境无不良影响，制冷效果更好。简易液氮低温速冻设备与氟利昂制冷速冻比较见表1。

2 液氮速冻在海产品保鲜中的应用

液氮速冻技术已被广泛应用于金枪鱼[11]、虾[12-13]、

银鱼[14]、银鲳鱼[15]、大黄鱼[16]、蟹[17]、鲍鱼[18]等海产品保鲜中。张洪杰等[11]研究表明，在-18 ℃低温冷冻设备中，金枪鱼中心温度下降缓慢，冻结时间约200 min，而使用液氮速冻，2 min内鱼体温度降低至-169 ℃，最大冰晶生成带很短。杨利艳等[12]、向迎春等[13]对凡纳滨对虾的冷冻方式研究表明，液氮速冻在几秒内迅速通过0 ℃到-5 ℃最大冰晶生成带，并将凡纳滨对虾迅速冻至-18 ℃。同时，液氮速冻处理后的凡纳滨对虾咀嚼性降低，口感更好。卢定伟等[14]对工业用液氮速冻银鱼试验及优化方案研究表明，液氮速冻银鱼解冻后与冰鲜银鱼外观、质感和口感方面差异较小，产品干耗仅为0.5%，同时采用穿冰衣工艺可达到更好的锁鲜目的。杨巨鹏等[16]对大黄鱼解冻方式研究表明，海水解冻的解冻时间、水溶性蛋白与盐溶性蛋白含量变化、水合性和硬度变化优于其他3种解冻方式。方婷等[18]对于速冻鲍鱼贮藏期间品质研究表明，液氮速冻处理的鲍鱼口感及质感较高。总之，液氮速冻相较于常规机械制冷具有冻结速率高、产品干耗小，冻结质量好，安全性高等优点；但由于液氮温度较低，长时间、超低温冻结也会产生龟裂，需要根据不同海产品规格和肌肉特性进行调节。

3 液氮速冻工艺的优缺点

3.1 液氮速冻工艺的优点

3.1.1 速度快、效率高

常温常压条件下液氮的沸点是-195.8 ℃，比液态氨（-33 ℃）和氟利昂（-40～-30 ℃）的沸点都要低很多。液氮低温速冻是将液氮直接喷洒到食品表面，或将食品浸渍于液氮之中，以大约200 ℃的温差进行热交换，冻结速度极快。液氮速冻在完成降温通过冰晶生成带后，每分钟降温幅度为7～15 ℃，比机械制冷快30～40倍，冻结效率大大提高。

3.1.2 质量好

大黄鱼冻结冰晶生成带主要集中在-5～-1 ℃[19]，

400～500 g的大黄鱼在-110 ℃液氮速冻机中冻结至中心温度-18 ℃以下，仅需12 min，其中冻结至

-5 ℃以下需要7～8 min，由-5 ℃下降至-18 ℃仅需4～5 min，冻结速度较普通速冻快2～3倍。由于液氮速冻能使细胞内形成无数均匀的细小冰晶，细胞破坏较小，使用相应方法解冻后能最大限度地保持食品原有状态，产品质量较好。

3.1.3 干耗小、抗氧化、杂菌少

一般情况下，海产品机械制冷干耗损失率为3%～6%，而采用液氮速冻技术进行海产品冻结，干耗降低0.25%～0.50%。液氮速冻使用的冻结保鲜剂为氮气，食品不会被氧化和变色，能维持海产品初始的香味。液氮速冻温度极低，一般情况下细菌很难存活，故冻品表面杂菌极少。

3.1.4 占地面积小、劳动强度低

液氮速冻设备主要包括制冷箱体和液氮罐等，其占地面积较小。常规机械制冷设备如双螺旋低温速冻机、隧道式低温速冻机等，占地面积较大，相同冻结能力的速冻设备，液氮速冻设备占地面积仅为机械制冷设备的1/6。液氮速冻设备投资较小，仅为机械冻结设备的1/3～1/2。液氮速冻设备由于主要消耗氮气进行制冷，对于能源消耗较少，仅为机械冻结的1/10。液氮速冻由于其冻结时间较短，生产效率高，设备操作过程中易于实现机械化和流水线操作，工人劳动强度较低。

3.2 液氮速冻工艺的缺点

3.2.1 冻结成本高、利用不充分

液氮速冻机，其箱体一般采用不锈钢板制成，箱段之间用硅胶密封条和黏结剂加以密封，箱体间填充聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料作为隔热层。液氮速冻因采用液氮作为冷凝剂，其冻结成本较高。近年来，随着空气分离技术迅速发展，液氮成本随之下降，现阶段液氮成本为800～1 500元/t，液氮冻结成本约为1.2～2.0元/kg，高于机械制冷的0.6～1.0元/kg。液氮冷能在冻结过程中不能循环利用，冻结食品仅带走部分显热，冷量利用不充分。

3.2.2 冻结易断裂

液氮速冻由于其温度过低或冻结时间过长，会导致产品在冻结过程中因低温而断裂，大大降低食品食用价值和商业价值。液氮速冻过厚或形体过大的食品不宜采用此法冻结，一般厚度应小于10 cm。齐国强[20]研究表明，饺子皮面团含水量、面团静置时间、饺子液氮沉浸时间、皮馅比等均会影响饺子冻裂率；杨瑾莉等[21]研究表明，喷淋式液氮速冻不同冻结温度，其冻结时间差异显著，-100 ℃液氮速冻处理的火龙果表面出现明显的断裂纹。

3.2.3 需特殊容器和车辆

液氮作为特种液体，存储过程中处于低温高压状态，因此其盛装容器需要进行特制，符合相关管理规范及要求。液氮运输过程中，需使用特种车辆，船载液氮加工设备需报船级社进行审图、核定后，方可进行建造和使用。

4 结语

我国的海产品冷冻保鲜研究起步较晚，目前有关海产品冷冻的研究主要集中在冷冻过程的机理变化、冷冻保鲜剂的添加和冷冻设备的研制。液氮速冻保鲜作为一种新型保鲜技术，其冻结效率优势明显，但由于其冻结剂成本高，锁鲜解冻工艺尚不完善，真正投入使用的生产线较少。随着我国工业体系不断发展进步，液氮制备成本不断降低，解冻工艺不断完善，液氮速冻在海产品保鲜中的应用将更加广泛。

参考文献

[1]农业农村部渔业渔政管理局，全国水产技术推广总站，中国水产学会.2024中国渔业统计年鉴[M].北京：中国农业出版社，2024.

[2]马诚仁，欧帅.水产品的品质影响因素及其保鲜技术研究进展[J].农产品加工，2024（4）：97-102.

[3]吴锁连，康怀彬，李冬姣.水产品保鲜技术研究现状及应用进展[J].安徽农业科学，2019，47（22）：4-6.