FSAP |?武漢輕工大學(xué)陳季旺教授、張鵬博士等：液氮冷凍粉碎技術(shù)在動(dòng)物源性產(chǎn)品中的應(yīng)用進(jìn)展

武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院張欣然等闡述了液氮冷凍粉碎（liquid nitrogen freezing and pulverizing, LNFP）的基本原理、與傳統(tǒng)粉碎技術(shù)相比的優(yōu)勢、相關(guān)設(shè)備、在動(dòng)物衍生產(chǎn)品中的應(yīng)用、改進(jìn)和創(chuàng)新方向，以及與其他食品加工技術(shù)的結(jié)合。

Introduction

動(dòng)物衍生產(chǎn)品是人類飲食的重要組成部分，其提供了必要的營養(yǎng)物質(zhì)，卻不容易通過蔬菜及其衍生物獲得。在過去幾十年里，世界上許多地區(qū)和國家對(duì)動(dòng)物衍生產(chǎn)品的需求有所增加，導(dǎo)致牲畜生產(chǎn)迅速增長，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的糧食安全。然而，大量的副產(chǎn)品通常是在動(dòng)物衍生產(chǎn)品的加工過程中產(chǎn)生的，如血液、肝臟、肺、心臟、腎臟、骨骼、殼和皮毛等。

圖1動(dòng)物副產(chǎn)品分類

粉碎的原理是通過機(jī)械力克服食品內(nèi)部的內(nèi)聚力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，分解成更小的顆?；蚍勰鹘y(tǒng)粉碎技術(shù)面臨著養(yǎng)分流失、粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)和粉體性能差等局限性。而液氮冷凍粉碎（liquid nitrogen freezing and pulverizing, LNFP）是一種將低溫冷凍和粉碎相結(jié)合的創(chuàng)新技術(shù)，可讓食品粉末中保持較高的營養(yǎng)價(jià)值和性能。雖然LNFP在食品加工方面具有潛力，但它仍面臨著食物形態(tài)、解凍損失和酶的變化等挑戰(zhàn)。此外，成本也是一個(gè)問題。在未來，將輔助方法與LNFP技術(shù)相結(jié)合，可能會(huì)提高動(dòng)物衍生產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量和加工效果。

LNFP是一種以液氮為傳熱介質(zhì)的有效的凍融粉碎方法。由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力和凍結(jié)膨脹可能會(huì)改變食品材料的力學(xué)性能，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷。這一過程通常發(fā)生在冷卻通道或噴霧系統(tǒng)中，以確保均勻冷卻，從而使整個(gè)食品材料的體積達(dá)到脆性狀態(tài)。然后將食品材料送入粉碎設(shè)備（如球式粉碎、錘式粉碎或氣流粉碎），在機(jī)械力下粉碎成細(xì)顆粒。由于食品材料在低溫下變成脆性，粉碎過程所需的能量顯著降低，提高了粉碎效率。最后，通過分級(jí)系統(tǒng)收集粉碎顆粒并進(jìn)行分類，并將不符合要求的部分返回到粉碎系統(tǒng)進(jìn)行再處理。

圖2LNFP系統(tǒng)的設(shè)備

與傳統(tǒng)的粉碎技術(shù)相比，LNFP具有以下顯著優(yōu)勢：

1.保護(hù)熱敏食品材料：在液氮的超低溫條件下，低溫可迅速吸收和消散摩擦熱，防止熱敏食品材料因高溫而降解，從而保持其原有的化學(xué)和物理性質(zhì)。

2.提高粉碎效率：該工藝節(jié)能，易碎食品更容易粉碎，降低能耗，提高效率。

3.減少物料污染：冷凍粉碎過程不含化學(xué)添加劑，避免食品物料的二次污染，確保粉末的純度。

4.顆粒分布均勻：食品材料在低溫下變得均勻易碎，導(dǎo)致直徑較小，比表面積較大，顆粒尺寸更一致，使其適用于功能性食品。

圖3不同粒度粉碎顆粒的通過率

5.適用性廣泛：適用于各種高韌性和熱敏性的食品材料，如畜禽骨骼、動(dòng)物蛋白和香料等。

6.環(huán)境保護(hù)：傳統(tǒng)的制粉方法會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問題，導(dǎo)致全球變暖，但LNFP是一種有效的解決方案。

表1傳統(tǒng)粉碎與LNFP技術(shù)

Conclusion

LNFP在食品工業(yè)中的潛在應(yīng)用是非常重要的。LNFP通過將食品材料快速冷凍到極低溫下，不僅有效地保存了熱敏成分，而且顯著提高了制粉效率和食品粉末的質(zhì)量。LNFP降低了粉碎過程中的能耗，降低了環(huán)境污染，保證了食品粉的均勻性和細(xì)度。此外，LNFP擅長于提高食品風(fēng)味和保持原有的質(zhì)地，特別適合用于動(dòng)物源性食品和高價(jià)值功能食品的加工。隨著對(duì)食品安全和質(zhì)量的需求不斷上升，LNFP技術(shù)將為食品行業(yè)帶來革命性的變化，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展和高效的資源利用，并展示出廣闊的應(yīng)用前景。

Abstract

The traditional pulverizing technologies face limitations such as nutrient loss, risk of dust explosions and poor properties of powder. Liquid nitrogen freezing and pulverizing (LNFP) is an innovative technology combining low-temperature freezing and pulverizing, which can maintain high nutritional value and performance of food powders. This paper primarily reviews the basic principles of LNFP, the advantages compared to traditional pulverizing technologies (e.g., high-speed airflow pulverizing and ball pulverizing), relevant equipment, applications in animal-derived products, the improvement and innovation direction, and the combination with other food processing techniques. Although LNFP has potential in food processing, it still faces challenges such as food form, thawing loss and enzyme changes. In addition, the cost is also an issue. In the future, combining auxiliary methods with LNFP technology may improve product quality and processing outcomes of animal-derived products.

引文格式

Zhang X, Chen J, Huang B, et al. Recent advances on applying for freezing and pulverizing technology using liquid nitrogen in animal-derived products. Food Science of Animal Products, 2025, 3(2): 9240111. https://doi.org/10.26599/FSAP.2025.9240111

作者介紹

陳季旺教授

武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院

陳季旺，博士，武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院二級(jí)教授、博士研究生導(dǎo)師，“武漢英才”計(jì)劃培育支持專項(xiàng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域人才，武漢市東西湖區(qū)“愛崗敬業(yè)”楷模。國家小龍蝦加工技術(shù)研發(fā)分中心（潛江）主任，湖北仙桃黃鱔加工鄉(xiāng)村振興科技創(chuàng)新示范基地常務(wù)副主任，湖北允泰坊食品有限公司、湖北小龍蝦產(chǎn)業(yè)控股集團(tuán)有限公司專家工作站首席專家，武漢輕工大學(xué)畜禽水產(chǎn)制品加工與質(zhì)量控制研究科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，湖北省優(yōu)秀科技特派員，武漢市優(yōu)秀科技特派員；中國水產(chǎn)學(xué)會(huì)水產(chǎn)品加工與綜合利用專業(yè)委員會(huì)委員，中國水產(chǎn)流通與加工協(xié)會(huì)小龍蝦產(chǎn)業(yè)分會(huì)特聘專家，湖北省特色水產(chǎn)品（小龍蝦、黃鱔）產(chǎn)業(yè)鏈加工專家委員會(huì)委員，湖北省食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事；《Food Science of Animal Products》《食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報(bào)》《武漢輕工大學(xué)學(xué)報(bào)》編委；2011—2013年美國田納西大學(xué)（University of Tennessee）訪問學(xué)者。主要從事畜禽水產(chǎn)制品綠色加工與質(zhì)量控制、食品營養(yǎng)與安全等方面的研究工作。主持“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)課題、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等國家級(jí)項(xiàng)目4 項(xiàng)，省部級(jí)項(xiàng)目及企業(yè)橫向合作課題20多項(xiàng)。以第一作者或通信作者發(fā)表研究論文100多篇，SCI/EI收錄50多篇；主編專著1 本，主譯專著1 本，參與出版專著3 本；鑒定科技成果6 項(xiàng)，申請(qǐng)國家發(fā)明專利23件，授權(quán)8 件，6 件專利轉(zhuǎn)讓給相關(guān)企業(yè)。獲教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、湖北省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、武漢輕工大學(xué)首屆優(yōu)秀研究生導(dǎo)師、豐益全球研發(fā)中心“益海嘉里”青年教師獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。長期擔(dān)任國際國內(nèi)30多種學(xué)術(shù)期刊審稿人。

張欣然碩士研究生

武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院

張欣然，碩士研究生，就讀于武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，食品科學(xué)專業(yè)，積極投身于科研工作，參與了導(dǎo)師主持的關(guān)于液氮冷凍粉碎技術(shù)在水產(chǎn)品加工副產(chǎn)物中的應(yīng)用研究項(xiàng)目，善于思考，勇于創(chuàng)新，還積極參加國內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議和研討會(huì)，與同行專家學(xué)者交流學(xué)習(xí)。

文章內(nèi)容由作者團(tuán)隊(duì)提供。

編輯：閻一鳴； 責(zé)任編輯：劉莉