持續(xù)高溫天氣讓新鮮食品不易儲存，但我們卻仍然能夠享受到來自世界各地，甚至不同時(shí)令的美食。這背后離不開冷凍技術(shù)的快速發(fā)展，它讓食品的長距離運(yùn)輸、跨季節(jié)保存不再是難事。
近年來出現(xiàn)的物理場輔助冷凍、液氮冷凍、定容冷凍等多項(xiàng)新型冷凍技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)食物的長時(shí)間保存，同時(shí)還能夠最大程度上保留其原始風(fēng)味，讓人們可以不再受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，隨心所欲享受美食。
物理場輔助冷凍：
最大程度保留果蔬原始風(fēng)味
“一騎紅塵妃子笑，無人知是荔枝來。”炎炎夏日，遠(yuǎn)在長安的楊貴妃想吃上一口產(chǎn)自嶺南的荔枝，需要派良駒千里急遞。不過，她如果想在冬天吃上荔枝，那在當(dāng)時(shí)是無論如何也無法實(shí)現(xiàn)的。
在冷凍技術(shù)快速發(fā)展的今天，想在冬天吃一口夏季收獲的荔枝，已經(jīng)不再是天方夜譚。華南理工大學(xué)教授孫大文團(tuán)隊(duì)的研究成果，可以讓新鮮荔枝最少保鮮6個(gè)月、最長保鮮2年，并且能夠最大程度地保留新鮮荔枝的原始風(fēng)味。
食物長時(shí)間保存的關(guān)鍵在于降低其內(nèi)部的生化反應(yīng)速率以及抑制微生物繁殖，低溫是最常采用的保鮮方法之一。冰箱等制冷設(shè)備的發(fā)明讓食品的保存時(shí)間得到延長，顯著提升了人們的生活質(zhì)量。不過，人們漸漸發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)冰箱冷凍過后的食物在口感、營養(yǎng)等方面總是存在各種不足。例如，傳統(tǒng)冰箱冷凍保存后的水果，在解凍后會出現(xiàn)變軟、加速變質(zhì)等現(xiàn)象，與新鮮水果的品質(zhì)相去甚遠(yuǎn)。
“過去人們覺得，冷凍食品的品質(zhì)不如新鮮食品，這主要是由于冷凍技術(shù)不過關(guān)導(dǎo)致的。如果技術(shù)過關(guān)，冷凍食品的品質(zhì)可以媲美新鮮食品。”孫大文介紹，在食品冷凍過程中，要想保住食品的口感與營養(yǎng)，關(guān)鍵在于控制食品內(nèi)冰晶的尺寸、大小及分布。大多數(shù)新鮮食品的主要成分是水，因此冷凍食品的本質(zhì)是冷凍其中的水分。不過，由于生物熱阻的存在，食品在被放入冰箱后，并不會馬上凍結(jié)，冷凍通常是一個(gè)緩慢的過程。
在這個(gè)過程中，食物細(xì)胞中的水分會慢慢凝結(jié)成冰晶。冰晶最先形成于細(xì)胞與細(xì)胞的空隙間，但細(xì)胞內(nèi)部也有水分，如果細(xì)胞內(nèi)部不結(jié)出冰晶，細(xì)胞內(nèi)的水分就會慢慢遷移到細(xì)胞外，細(xì)胞就會失水，而細(xì)胞外的冰晶長大后就會刺破細(xì)胞，破壞整個(gè)細(xì)胞。在這種情況下，當(dāng)食物被解凍時(shí)就會口感欠佳，其營養(yǎng)成分也會缺乏，最終使得解凍后的食物各方面品質(zhì)都難以令人滿意。
孫大文介紹，團(tuán)隊(duì)研究了物理場調(diào)控冰晶生長的新型凍結(jié)技術(shù)，避免冷凍初期冰晶無序生長對果蔬細(xì)胞造成的影響，實(shí)現(xiàn)了讓冰晶的形成、增長及分布從無序到有序可控。該團(tuán)隊(duì)借助超聲波、超高壓、電場和磁場等物理場調(diào)控冰晶生長的新型凍結(jié)技術(shù)控制冰晶的形成、增長與分布，讓食物細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外都長出又小又細(xì)、分布均勻的冰晶。這意味著，細(xì)胞質(zhì)構(gòu)基本不被破壞，食物能夠保持原來的營養(yǎng)價(jià)值和口感。
在孫大文團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室里，團(tuán)隊(duì)成員利用物理場輔助冷凍技術(shù)對一顆2年前采摘的荔枝進(jìn)行快速保存，如今該荔枝不僅外觀依舊美麗、果肉晶瑩剔透，口感也能夠媲美新鮮荔枝。
液氮速凍：
迅速降溫減少細(xì)胞“凍傷”
除了利用物理場來調(diào)控冰晶生長，速凍技術(shù)同樣能夠有效抑制冰晶的無序生長。其原理是，食物在冷凍過程中存在最大冰晶生成帶（溫度區(qū)間），通常為零下1攝氏度至零下5攝氏度。在該溫度范圍內(nèi)，食物中近80%的水分會被凍成冰。如果能夠以最短時(shí)間使食物的溫度“躍”過最大冰晶生成帶，食品中便不會形成分布不均的較大冰晶，取而代之的是均勻分布的細(xì)小結(jié)晶，這會顯著降低細(xì)胞組織的“凍傷”程度，使食品在解凍后也能保持原有狀態(tài)。
液氮速凍是目前食品工業(yè)中最常采用的速凍技術(shù)之一，我們常吃的速凍水餃、冷凍海鮮、冷凍牛羊肉等基本都是液氮速凍技術(shù)的“作品”。
液氮即液態(tài)氮?dú)猓錅囟葹榱阆?95.8攝氏度，是一種無色、無味、無毒的透明液體，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，是冷凍強(qiáng)度極強(qiáng)的制冷媒介。液氮速凍技術(shù)可以使食品每分鐘降溫7攝氏度至15攝氏度，凍結(jié)速度比普通凍結(jié)方法快30倍到40倍，這也讓食品在凍結(jié)過程中產(chǎn)生均勻細(xì)密的冰晶，保持更好的食用口感。例如，曾經(jīng)的“網(wǎng)紅”產(chǎn)品——分子冰激凌便是利用液氮速凍技術(shù)制成的，其可以使分子冰激凌擁有比傳統(tǒng)冰激凌更小的冰晶顆粒，進(jìn)而帶來柔滑、細(xì)膩的口感。
液氮作為一種液體，尤其適用于冷凍形狀不規(guī)則的食品。食品全部浸沒于液氮中后，食品的各個(gè)部分都能夠與液氮充分接觸，進(jìn)而使傳熱阻力降低到最小。此外，液氮本身作為一種惰性、無毒液體，幾乎不與任何成分發(fā)生反應(yīng)，能夠隔絕食品與空氣的接觸，在為食品降溫的同時(shí)確保其幾乎不發(fā)生氧化變色和脂肪酸敗，保證食品最初的原始香味不受影響。這種特性也使得液氮十分適于肉類加工，液氮速凍技術(shù)可以提升肉類的保水性、減少脂肪氧化，使其保留最初的風(fēng)味。此外，由于液氮冷凍速度極快，食品在冷凍過程中被微生物污染的可能性也能降至最低。
除了能保鮮食品，液氮速凍還可以作為一種新的食品加工技術(shù)，用于生產(chǎn)新型食品。食品的低溫粉碎是近幾年新興的一種食品加工方式，該技術(shù)特別適合用于加工含芳香成分多、含脂量高、含糖多以及含膠狀物質(zhì)多的食品。日本便有企業(yè)將經(jīng)液氮凍結(jié)后的海藻、蔬菜等，投入粉碎機(jī)粉碎，使成品顆粒直徑達(dá)到100微米以下，且基本保持原有營養(yǎng)價(jià)值。
定容冷凍：
食品保鮮過程不產(chǎn)生冰晶
無論是利用物理場輔助冷凍還是液氮速凍，冰晶都是冷凍過程中不可避免的存在，總會對食品中的細(xì)胞組織產(chǎn)生一定程度的影響。食品在冷凍保鮮過程中是否可以不產(chǎn)生冰晶呢？定容冷凍正是這樣一種冷凍保鮮技術(shù)。
定容冷凍是將食品放入定容腔，腔內(nèi)有水，當(dāng)溫度降低后，定容腔內(nèi)的水結(jié)成冰，進(jìn)而膨脹產(chǎn)生壓力。壓力會改變水凝固結(jié)晶的溫度，當(dāng)壓力增大時(shí)，水的凝固溫度低于0攝氏度。
因此，當(dāng)水膨脹成冰，其產(chǎn)生的壓力被施加給定容腔內(nèi)的食品，此時(shí)水的凝固溫度會顯著降低，使其處于過冷狀態(tài)，即溫度低于凝固點(diǎn)但卻未產(chǎn)生冰晶。由于食品內(nèi)部沒有冰晶，因此也就不會對組織細(xì)胞造成破壞，冷凍保存品質(zhì)顯著提升。
中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所博士趙遠(yuǎn)恒以土豆、櫻桃、番茄3種不同的食品為例，介紹了定容冷凍對食品品質(zhì)的影響。
土豆切條后可以制作薯?xiàng)l，但是切開的土豆很容易氧化變色。中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所和美國加州大學(xué)的科研人員發(fā)現(xiàn)，采用定容冷凍技術(shù)保存切塊后的土豆，可以在較大程度上保證其不變色，并使其維持高硬度。
美國農(nóng)業(yè)部的研究人員還曾利用定容冷凍技術(shù)對新鮮櫻桃進(jìn)行保存。他們發(fā)現(xiàn)，與常壓冷凍相比，定容冷凍降低了櫻桃的失水率，并更好地保留了櫻桃原有的味道。
針對番茄，美國科學(xué)家分別運(yùn)用定容冷凍、10攝氏度冷藏、快速冷凍和常壓冷凍對番茄進(jìn)行冷凍，保存4周后解凍發(fā)現(xiàn)，定容冷凍可讓新鮮番茄保持其原有的質(zhì)量、體積、顏色、營養(yǎng)成分（抗壞血酸、番茄紅素和酚類）和抗氧化活性，對番茄的質(zhì)構(gòu)破壞最小。
除了能夠提高食品品質(zhì)，定容冷凍技術(shù)還更加節(jié)能環(huán)保。常規(guī)冷鏈運(yùn)輸需要消耗大量能源，而中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所和美國加州大學(xué)的科研人員研究發(fā)現(xiàn)，在定容冷凍保存過程中，食品本身不存在相變，因此可以有效降低設(shè)備運(yùn)行能耗、減少碳排放。目前，已經(jīng)有部分食品企業(yè)嘗試將定容冷凍技術(shù)應(yīng)用到食品、藥品以及相關(guān)生物材料的保存中。
