食品冷藏链关键技术设备的发展与应用前景

摘要:阐述了食品冷藏链及其实现条件和基本要求,分析了中国的食品冷藏链及行业现状,指出国内冷冻食品加工行业即将进入高速发展期,并带动制冷技术在行业内的广泛应用。据此,着重分析了食品冷藏链的主要环节、制冷技术与速冻设备,提出了制冷系统的节能措施。

0 前言

食品冷藏链是在20 世纪随着科学技术的进步、制冷技术的发展而建立起来的一项系统工程,是建立在食品冷冻工艺学的基础上,以制冷技术为手段,包括使易腐食品从生产者到消费者之间的所有环节,即贯穿于从原料(采摘、捕捞、收购等) 、生产、加工、运输、储藏、直至销售流通的整个过程中的连续的低温环节,以始终保持合适的低温条件,确保食品的质量,减少食品的损耗。这种连续的低温环节即称为冷藏链。

20 世纪50 年代,各种冷冻食品开始在发达国家以商品的形式出现,经过数10 年的努力,各类低温食品的冷藏链才逐渐趋于完善。对于食品冷藏链的实现条件及基本要求,1958 年美国人阿萨德提出

了证明冷冻食品品质的3T 概念,即:时间( Time) 、温度( Temperanure) 、容许变质( Tolerance) 。后来又有人补充了3P ,即:原料( Product ) 、处理工艺( Pro2cessing) 、包装( Package) ; 3C ,即: 冷却(Cool) 、清洁(Clean) 、小心(Care) 。这些条件都是低温食品加工及流通环节必须遵循的技术理论依据。

1 中国的冷藏链及行业现状

在我国,冷冻食品出现在20 世纪60 年代,主要是冷冻肉、冻禽和冻水产品,但整个冷藏链的发展相对滞后,即使在相对发达的大城市如北京、上海,冷藏链仍不能跟上经济的发展步伐。直至20 世纪90

年代中期,上海、北京、广州等大城市出现了超市连锁业,为销售各种冷冻、冷藏食品,商场大量使用各种各样的冷柜、冰箱,零售终端冷藏设备的逐渐完善反过来推动了冷藏链前端各环节设备的开发步伐,同时对整个冷藏链的完整性也提出了严格的要求。我国的冷冻冷藏行业主要分布在禽畜产品、水产品、果蔬、速冻食品、冷饮加工及流通领域。据不完全统计,到2002 年底,我国的冷藏量约为7 ×106 t(包括高温冷藏及低温冷藏) ; 冻结能力约为1. 6 ×105 t/ d ;制冰能力约为1. 2 ×105 t/ d ;贮冰能力约为9 ×105 t ,人均冷库占有量大大低于发达国家。

食品工业的发展在很大程度上受制于冷冻、冷藏业,而食品工业又是农业的下游产业。在中国,发展农业的根本出路在于发展食品加工业。在发达国家,农产品加工产值与农业产值之间的比约为(1. 5

～2) ∶1 ,在中国,仅为(0. 4～0. 5) ∶1 ,加工量占产量的比例也大大小于发达国家。以肉类为例,2002 年我国肉类总产量达到6. 5 ×107 t ,而加工仅占到不足6 % ,水果、蔬菜加工量也不足10 %。因为加工能力不足每年给国家造成的损失高达几百亿。在加工的产品中,结构不合理,精加工制品少,粗加工品多;品种少、档次低,技术含量不高;生产企业分散,规模小,资源消耗大,经济效益低。

2 冷冻食品加工行业的发展趋势

2. 1 市场环境的变化促使食品加工企业进行产品更新换代

近年来随着我国加大对外开放,外资不断引进,出口贸易进一步搞活,食品加工出口大幅度增长,冷冻蔬菜、调理食品、精加工肉制品、水产品大量出口。

国内市场则随着人民物质生活水平的不断提高,对食品的多样化及加工的方便性提出了更高的要求。许多冷冻冷藏企业针对国内外市场需求,改变了原来的生产经营模式,将冷冻产品由大变小,由粗变

精,由生变熟,加上整齐精美的包装,创出了品牌,同时也大大增加了加工业的附加值,为加工企业自身带来了较好的经济效益,使得这些企业有能力进行技术改造,购置新设备,采用新技术,改善生产条件。

2. 2 经济环境的变化将拉动冷冻食品行业的发展部分富裕人群已进入小康,经济表现为购买第二套住房,向人口少、环境好的城郊迁移,购买家庭轿车。这使到超市购物的消费者越来越多。微波炉

的普及、独生子女的成长以及人们将更多时间用于休闲、旅游,对食品提出了方便、快捷的更高要求,许多人不可能像以前一样,下班买菜做饭、吃饭、睡觉,他们可以到饭店或快餐店就餐,或用微波炉热食物。

超市连锁形成了由加工厂直接供货的方式,减少了中间环节,运输成本也相对较低,超市需求相对稳定,管理及信息化及时到位,这些决定了超市已具备了成本竞争优势,并能稳定地建立战略分供方,且

能够促进工厂化作业方式的发展,使市场价值链更合理、有序。

部分食品逐步转向工厂化,满足了中餐标准化的需求,同时企业通过规模优势,降低了加工成本,食品安全3 应用于食品加工业的制冷技术与设备

3. 1 食品冷藏链中的主要环节原料的前处理、预冷、速冻属于食品的冷加工环节,对食品的最终品质影响很大,这个环节也是冷冻食品工厂的必备工序。在肉食品加工过程中,冷却肉、冰鲜肉以及排酸的过程都可以视为预冷过程,在速冻蔬菜加工过程中,经过漂烫的蔬菜经过预冷后再进入速冻设备。

但是在水果、蔬菜的采摘后运输到市场或进行冷加工处理前,往往缺乏对水果蔬菜的快速预冷。

由于果蔬采摘后的呼吸和蒸发作用,产品自身的营养成分和水分会不断损耗,导致果实品质变差,商品价值降低。据不完全统计,我国每年水果蔬菜采后损失超过700 亿元,主要原因就是在产地缺少必要

的预冷设施。

实际上,在食品加工的过程中,应当有针对性地对食品采取各种各样的预冷方式。因为在制冷系统中,蒸发温度提高,制冷系数将会大大提高,把高温热量带入到蒸发温度极低的速冻设备中去,会大大影响速冻的速度,同时还会增加能耗。

目前,各种预冷设备已经广泛应用于食品加工业各个领域,如强制空气循环式、差压式预冷,真空预冷以及浸泡式预冷,可根据不同的食品品种选择预冷方法。

3. 2 速冻设备

在冷冻食品加工企业中,食品速冻设备正在逐渐普及,国外先进的冻结技术和设备也被普遍采用。按冻结方式分类,速冻设备可分为:空气循环式、接触式和喷淋式。空气循环式又可分为:隧道式、螺旋

式和流态化装置;接触式有平板冻结器、搁架冻结器等方式;喷淋式则主要采用将液氮、二氧化碳液体喷淋在食品表面,靠液体蒸发快速带走食品内的热量,达到快速降温的目的。由于液氮、二氧化碳液体制取需要特殊的设备和工艺,得来不易,如果没有便利的条件,势必会加大食品加工成本,如果是一些附加值特别高的产品,为提高冻结速度,降低冻结温度,采用这种方法值得,但对于利润越来越少的大众化食品来说,很难推广。排除喷淋式冻结以后,采用电制冷方式进行冻结就成了大家的首选。实际上,无论是预冷设备,还是冻结设备,在电制冷系统中,都是蒸发器。这种蒸发器和其他系统的蒸发器有许多不同之处:

1) 安全性:由于这些蒸发器一般都放置在人群密集的地方,一般是在加工车间内,一旦出现泄漏,除会造成极大的财产损失之外,还存在着人身安全隐患。

2) 可靠性:速冻设备是冷冻食品加工企业的必备设备,也是决定产品质量和产量的关键设备,可靠性直接影响公司的效益。速冻设备的重要性决定了设备的经济性直接影响企业的经济效益。

受蒙特利尔公约的限制,在大型制冷系统中广泛采用的、制冷性能可与氨接近的R22 已经限制使用。所以,在国内的大部分大型食品加工企业中,一般都采用氨作为制冷剂,由于氨泄露将会导致食品

产品报废,重则影响人身安全,一般建议采用以下几种措施:将速冻设备隔离;单独为速冻设备更换工质(但目前还没有更理想的替代物) 。采取预防措施:相信专家,选择真正专业的、具备相关资质的厂家合作;在制冷系统中配置预防装置;在速冻设备间增加泄漏检测仪器,增加消防喷头;车间布置时考虑安全通道。

4 制冷系统的节能措施

制冷系统作为食品加工企业的能耗大户,其经济性将严重影响企业的运行成本。选择节能性压缩机、在制冷系统中更多采用节能技术、把 节能管理当成设备和设施管理中的头等大事等措施,都是食品

加工企业必须考虑的。

4. 1 保证冷冻间的保温效果

不管是在速冻过程中,还是在冷藏过程中,低温食品一定会与外界存在热交换。虽然在速冻过程中由于食品本身的热量要远远大于外界传入的热量,速冻设备的保温效果往往被忽视。另外,大部分低

温加工车间的保温也往往不被重视。但实际上,只要是与外界有温差的地方,就应该采取保温措施。在保温层的投入上,值得去仔细地算一笔帐。保温效果好,运行费用一定低。保温效果好到什么程度

是最经济的,各个工厂都应该在前期规划设计时计算清楚。目前国外广泛采用的加大月台面积,并对月台进行全封闭、保温,除了提高物流效率、保证冷链的完整性外,实际上也增强了冷库的保温效果。

4. 2 根据工厂特点选择最经济的压缩机随着对食品工厂要求的不断提高,在一个工厂的一个车间就出现了多温区。比如,原料的前处理间、原料存放间、成品包装间、成品冷库和速冻设备间等都要求不同的温度,这对系统的配备提出了较高的要求。

在制冷系统中,压缩机的工况点不同,效率不同。用于速冻的压缩机去服务于车间空调是绝对不经济的;反之,用于成品冷库的压缩机如果和速冻设备合并系统,也会大大影响速冻的效率。目前,国内外大型食品加工企业广泛采用螺杆压缩机,除了螺杆压缩机易损件少、对湿冲程不敏感的特点外,主要是因为螺杆压缩机组成的配搭双级系统可以满足多个温度要求,又能最大限度地提高系统的能效比。

4. 3 制冷系统中采取的节能措施

1) 尽可能降低冷凝温度。在一般的食品冷冻加工系统中,采用蒸发式冷凝器或水冷式冷凝器,冷凝效果要大大好于空气冷却。

2) 尽可能提高蒸发温度。加大冷间蒸发器的面积是提高蒸发温度的一个有效措施。除此之外,准确确定3 个温度差:蒸发温度与冷间温度;冷间温度与货物温度;货物表面温度与中心温度。这也要

求速冻设备制造厂家给产品采用最科学合理的传热方式。

3) 尽可能采用自动系统。自动系统是最优化的系统,在保证制冷效果的前提下,自动系统可以最大程度地降低输入功率,同时可以有效改善人为因素影响产品质量的状况。

4) 能量综合利用。如热回收、冷回收技术。

4. 4 管好、用好设备

减少冲霜次数;防止冷量损失,如减少冷间开门次数等;按时放出系统中油和不凝性气体;在保证冷间温度的前提下,采用最经济的开机方式,如尽可能在晚间电价低、环境温度低时开机等。

5 结语

降低食品冷冻加工的能耗成本,将会使食品加工企业在市场竞争中处于有利地位。许多食品加工投资者开始关注运行能耗,老的加工企业也开始围绕节能降耗进行技术改造,作为设备制造和工程成

套企业,有义务在系统设计、设备制造和安装调试阶段为广大的食品行业用户采用最节能的技术,也有义务为客户进行节能技术培训,更有义务把先进的制冷技术普及到食品行业。只要和客户真诚地携

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、卫生也得到了保证。冷冻食品加工行业属于劳动密集型,中国具备成本优势。富裕起来的消费者不再以简单的吃饱为目标,而是对安全、卫生、保健越来越重视。“绿色”和“环保”已成为时尚,北京的“绿色”奥运就包括“绿色”食品,其中的重点就是“绿色”肉制品和蔬菜,在2008年前取消北京100 多家屠宰点,取而代之是安全卫生的大型食品屠宰加工厂和国内知名品牌的肉制品,这不仅仅是政府在推动,而是市场发展的必然。大力发展食品加工行业有利于农业产业化的发展,中国农业面临结构调整,产业升级,农民增收等诸多发展问题,食品加工业可实现农产品多层次、多环节的转化增值,进而带动农村养殖业、种植业和其他产业的发展,又可以扩大就业,加快农村剩余劳动力的转移,加快推动农村城镇化的进程。

2. 3 食品冷冻行业技术、装备逐步与国际接轨直至20 世纪80 年代中期,我国食品加工行业处于技术手段单一、设备落后的状况,导致工人劳动强度大,冷加工产品档次低。到80 年代末期,国外

先进加工、冷冻设备大量引入中国,国内设备制造厂认识到了差距,纷纷采取仿效、合资、引进技术等方式,逐渐缩小了与国外先进技术的差距。如今,自动化冷库、流态化速冻装置、真空冷冻干燥设备,以及各种超市食品冷柜等方面,中国的水平已经与国际同步,大部分国内现代化的食品加工企业已逐渐开始使用国产设备,大大降低了投资成本,提高了服务反应速度,进而推动了食品加工业的再发展。