在新疆哈密一家食品公司生产车间，员工正在把红枣推进冻干仓进行冷冻加工。
本报记者 都 芃
持续高温天气让新鲜食品不易储存，但我们却仍然能够享受到来自世界各地，甚至不同时令的美食。这背后离不开冷冻技术的快速发展，它让食品的长距离运输、跨季节保存不再是难事。
近年来出现的物理场辅助冷冻、液氮冷冻、定容冷冻等多项新型冷冻技术能够实现食物的长时间保存，同时还能够最大程度上保留其原始风味，让人们可以不再受时间、地点的限制，随心所欲享受美食。
物理场辅助冷冻：
最大程度保留果蔬原始风味
“一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来。”炎炎夏日，远在长安的杨贵妃想吃上一口产自岭南的荔枝，需要派良驹千里急递。不过，她如果想在冬天吃上荔枝，那在当时是无论如何也无法实现的。
在冷冻技术快速发展的今天，想在冬天吃一口夏季收获的荔枝，已经不再是天方夜谭。华南理工大学教授孙大文团队的研究成果，可以让新鲜荔枝最少保鲜6个月、最长保鲜2年，并且能够最大程度地保留新鲜荔枝的原始风味。
食物长时间保存的关键在于降低其内部的生化反应速率以及抑制微生物繁殖，低温是最常采用的保鲜方法之一。冰箱等制冷设备的发明让食品的保存时间得到延长，显著提升了人们的生活质量。不过，人们渐渐发现，传统冰箱冷冻过后的食物在口感、营养等方面总是存在各种不足。例如，传统冰箱冷冻保存后的水果，在解冻后会出现变软、加速变质等现象，与新鲜水果的品质相去甚远。
“过去人们觉得，冷冻食品的品质不如新鲜食品，这主要是由于冷冻技术不过关导致的。如果技术过关，冷冻食品的品质可以媲美新鲜食品。”孙大文介绍，在食品冷冻过程中，要想保住食品的口感与营养，关键在于控制食品内冰晶的尺寸、大小及分布。大多数新鲜食品的主要成分是水，因此冷冻食品的本质是冷冻其中的水分。不过，由于生物热阻的存在，食品在被放入冰箱后，并不会马上冻结，冷冻通常是一个缓慢的过程。
在这个过程中，食物细胞中的水分会慢慢凝结成冰晶。冰晶最先形成于细胞与细胞的空隙间，但细胞内部也有水分，如果细胞内部不结出冰晶，细胞内的水分就会慢慢迁移到细胞外，细胞就会失水，而细胞外的冰晶长大后就会刺破细胞，破坏整个细胞。在这种情况下，当食物被解冻时就会口感欠佳，其营养成分也会缺乏，最终使得解冻后的食物各方面品质都难以令人满意。
孙大文介绍，团队研究了物理场调控冰晶生长的新型冻结技术，避免冷冻初期冰晶无序生长对果蔬细胞造成的影响，实现了让冰晶的形成、增长及分布从无序到有序可控。该团队借助超声波、超高压、电场和磁场等物理场调控冰晶生长的新型冻结技术控制冰晶的形成、增长与分布，让食物细胞内和细胞外都长出又小又细、分布均匀的冰晶。这意味着，细胞质构基本不被破坏，食物能够保持原来的营养价值和口感。
在孙大文团队的实验室里，团队成员利用物理场辅助冷冻技术对一颗2年前采摘的荔枝进行快速保存，如今该荔枝不仅外观依旧美丽、果肉晶莹剔透，口感也能够媲美新鲜荔枝。
液氮速冻：
迅速降温减少细胞“冻伤”
除了利用物理场来调控冰晶生长，速冻技术同样能够有效抑制冰晶的无序生长。其原理是，食物在冷冻过程中存在最大冰晶生成带（温度区间），通常为零下1摄氏度至零下5摄氏度。在该温度范围内，食物中近80%的水分会被冻成冰。如果能够以最短时间使食物的温度“跃”过最大冰晶生成带，食品中便不会形成分布不均的较大冰晶，取而代之的是均匀分布的细小结晶，这会显著降低细胞组织的“冻伤”程度，使食品在解冻后也能保持原有状态。
液氮速冻是目前食品工业中最常采用的速冻技术之一，我们常吃的速冻水饺、冷冻海鲜、冷冻牛羊肉等基本都是液氮速冻技术的“作品”。
液氮即液态氮气，其温度为零下195.8摄氏度，是一种无色、无味、无毒的透明液体，化学性质十分稳定，是冷冻强度极强的制冷媒介。液氮速冻技术可以使食品每分钟降温7摄氏度至15摄氏度，冻结速度比普通冻结方法快30倍到40倍，这也让食品在冻结过程中产生均匀细密的冰晶，保持更好的食用口感。例如，曾经的“网红”产品——分子冰激凌便是利用液氮速冻技术制成的，其可以使分子冰激凌拥有比传统冰激凌更小的冰晶颗粒，进而带来柔滑、细腻的口感。
液氮作为一种液体，尤其适用于冷冻形状不规则的食品。食品全部浸没于液氮中后，食品的各个部分都能够与液氮充分接触，进而使传热阻力降低到最小。此外，液氮本身作为一种惰性、无毒液体，几乎不与任何成分发生反应，能够隔绝食品与空气的接触，在为食品降温的同时确保其几乎不发生氧化变色和脂肪酸败，保证食品最初的原始香味不受影响。这种特性也使得液氮十分适于肉类加工，液氮速冻技术可以提升肉类的保水性、减少脂肪氧化，使其保留最初的风味。此外，由于液氮冷冻速度极快，食品在冷冻过程中被微生物污染的可能性也能降至最低。
除了能保鲜食品，液氮速冻还可以作为一种新的食品加工技术，用于生产新型食品。食品的低温粉碎是近几年新兴的一种食品加工方式，该技术特别适合用于加工含芳香成分多、含脂量高、含糖多以及含胶状物质多的食品。日本便有企业将经液氮冻结后的海藻、蔬菜等，投入粉碎机粉碎，使成品颗粒直径达到100微米以下，且基本保持原有营养价值。
定容冷冻：
食品保鲜过程不产生冰晶
无论是利用物理场辅助冷冻还是液氮速冻，冰晶都是冷冻过程中不可避免的存在，总会对食品中的细胞组织产生一定程度的影响。食品在冷冻保鲜过程中是否可以不产生冰晶呢？定容冷冻正是这样一种冷冻保鲜技术。
定容冷冻是将食品放入定容腔，腔内有水，当温度降低后，定容腔内的水结成冰，进而膨胀产生压力。压力会改变水凝固结晶的温度，当压力增大时，水的凝固温度低于0摄氏度。
因此，当水膨胀成冰，其产生的压力被施加给定容腔内的食品，此时水的凝固温度会显著降低，使其处于过冷状态，即温度低于凝固点但却未产生冰晶。由于食品内部没有冰晶，因此也就不会对组织细胞造成破坏，冷冻保存品质显著提升。
中国科学院理化技术研究所博士赵远恒以土豆、樱桃、番茄3种不同的食品为例，介绍了定容冷冻对食品品质的影响。
土豆切条后可以制作薯条，但是切开的土豆很容易氧化变色。中国科学院理化技术研究所和美国加州大学的科研人员发现，采用定容冷冻技术保存切块后的土豆，可以在较大程度上保证其不变色，并使其维持高硬度。
美国农业部的研究人员还曾利用定容冷冻技术对新鲜樱桃进行保存。他们发现，与常压冷冻相比，定容冷冻降低了樱桃的失水率，并更好地保留了樱桃原有的味道。
针对番茄，美国科学家分别运用定容冷冻、10摄氏度冷藏、快速冷冻和常压冷冻对番茄进行冷冻，保存4周后解冻发现，定容冷冻可让新鲜番茄保持其原有的质量、体积、颜色、营养成分（抗坏血酸、番茄红素和酚类）和抗氧化活性，对番茄的质构破坏最小。
除了能够提高食品品质，定容冷冻技术还更加节能环保。常规冷链运输需要消耗大量能源，而中国科学院理化技术研究所和美国加州大学的科研人员研究发现，在定容冷冻保存过程中，食品本身不存在相变，因此可以有效降低设备运行能耗、减少碳排放。目前，已经有部分食品企业尝试将定容冷冻技术应用到食品、药品以及相关生物材料的保存中。
来源：科技日报
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