流化冰，又称流体冰、冰泥、液态冰，由直径0.1~1mm的细小冰晶和载液组成的混合物[1]，是一种新型绿色保鲜技术。流化冰晶体细小圆滑，具有流动性，不会对产品造成机械损伤，可以通过管道泵送，且产品与流化冰之间没有气泡[2]，能全密闭贮存和运输，具有效率高、环保清洁等优点[3]，在食品加工与保鲜[4-6]、冰蓄冷空调[7]、医疗[8，9]等领域有广泛应用。流化冰具有较高的表面热交换率，能使水产品快速降温[10]，可抑制水产品中腐败微生物的生长繁殖，钝化体内生化反应，最大限度保持水产品的品质，延长货架期，从而使其在水产保鲜领域中的应用优势尤为突出。最早研究流化冰技术并应用于水产品保鲜中的国家是加拿大，随后在美国、日本等发达国家也成为研究热点[11]。我国对流化冰技术的研究和应用刚刚起步。文章主要介绍流化冰的制备技术及其在水产品中的应用和研究进展。

1、流化冰主要制备技术

1.1 流化冰制备

1.1.1 刮削式制冰技术

随着流化冰技术的广泛应用，流化冰的制备技术也越来越成熟。目前，常见的流化冰制备技术有刮削式制冰技术、过冷法、真空法、海水制取法等。不同类型的设备生产得到的流化冰冰水比例会有差别，且冰粒大小等也不同，会对流化冰的效果产生影响，因此应该根据需要选用合适的流化冰系统以达到最佳保鲜效果。刮削式制冰技术是目前使用最多的流化冰制备技术，其原理主要为：水（溶液）在换热器内部通过换热壁面被冷却到低于冰点的过冷状态，然后利用刮刀将靠近壁面的过冷水及时刮离壁面，从而确保了换热器壁面上不会生成冰晶。从壁面附近被刮出的过冷水随即进入水（溶液）侧的中心主流区，并在主流区中解除过冷，生成冰浆[12]。20世纪80年代初，加拿大SUNWELL公司成功地开发了刮削式制冰机，并在加拿大NovaScotia省的近海渔船上安装了世界第一台流体冰制冰机[13]。Stamatiou等[14]指出刮削式和行星转杆式制冰装置系统复杂，旋转件易磨损且能效低。Pascual等[15]研究了刮削式制冰机的旋转叶片的形状对冰层刮取效果的影响，通过观察发现流线型刮刀工作期间不会积聚颗粒，而在垂直定向刮刀其前部的颗粒堆积情况严重。随着科技的发展，刮削式制冰机制冰、储冰和输冰这三个核心技术已经基本成熟。

1.1.2 过冷法

过冷水法制冰技术是依据水的过冷结晶原理，水被冷却后温度降至凝固点以下不结冰，控制水的温度和流态使其在特定的过冷解除装置中消除过冷状态，冰晶即可以连续不断的生成[16]。Inada等[17]探究了超声波对过冷水形成冰的影响，结果表明超声波对过冷水形成冰具有促进作用，并能较好地控制过冷水的相变温度。何国庚等[18]建立了一套过冷水法冰浆制取的实验装置，发现过冷水的不稳定、过冷却器管内壁面的状态、水的成分、流动状态、冷却速率等因素会使过冷水管内冻结，而采用电加热方式可以有效地处理过冷却。陈泽全[19]设计并搭建了溶液搅拌过冷制冰实验装置，并研究了容器材料、添加剂等对冰晶的影响，发现聚氟乙稀杯的过冷度最低；1.5%~2%浓度的氯化钠和1%~1.5%浓度的氯化铵能使过冷度达到最大；添加1%氧化锌或氧化镁纳米颗粒，成核效果最好。

1.13 真空法

真空法制备流化冰是利用水的三相共存原理，控制制冰系统处于真空状态，水在低压状态下闪蒸而产生制冷效应，而水的潜热远小于蒸发潜热，导致水的一小部分闪蒸吸热而使另外大部分凝固成冰晶，进而形成流化冰[20]。目前，已有学者开展了关于真空制冰的相关研究，Asaoka等[21，22]利用乙醇溶液制备了流化冰，并测得了在20℃时乙醇溶液冻结温度汽液相平衡的数据，同时还发现系统的性能系数可能比其他流化冰制备系统的高。金从卓等[23]在扩散控制蒸发模型的基础上建立了真空喷雾法制取冰浆的模型，并发现液滴的直径能影响液滴温度，降低环境压力能让液滴更快生成冰晶，研究还发现采用上喷方式可以大大减少闪蒸器的尺寸。孙冰洁[24]在已有的真空喷雾法制备冰浆的实验设备基础上，设计出了能够实现连续制取冰浆的真空制冰浆系统，对于真空法的研究具有重要的理论价值和指导意义。

1.2 影响流化冰性质及运输效率的因素

流化冰的制备过程有许多影响因素，如成核剂的大小、冰粒的密度、溶液初始浓度等。这些影响因素使得制备的流化冰性质不稳定，也会在远距离运输中造成堵塞等问题。

1.2.1 加入成核剂的影响

有研究表明，加入合适的成核剂能改变流化冰冰粒的密度，减少制备过程中的能量损耗。Friess等[25]研究了流化冰中影响冰粒密度变化的因素，发现外来粒子的加入可以改变冰粒的密度，具有比冰更高密度的附加颗粒在冰产生过程中充当成核剂，达到一定的点时冰粒能沉到流化冰底部。张柔佳等[26]将154~355μm、38.5~74μm两种粒径范围的生玉米粉作为成核剂来研究其对海水流化冰制取过程过冷度的影响，结果表明，使用质量分数为0.25%的154~355μm粒径成核剂或质量分数为0.10%的38.5~74μm粒径成核剂，海水溶液过冷均消除。流化冰制备过程中成核剂的添加大大提高了流化冰的制备效率，减少了能量的消耗，且添加食品级成核剂制得的流化冰对水产品保鲜效果影响较小[27]。

1.2.2 影响流化冰运输效率的因素

流化冰的性质对传输过程中的速度、堵塞等问题至关重要，寻找合适的流化冰冰粒浓度等特性的参数显得尤为重要。Asaoka等[28]对流化冰的浆体均匀性进行了研究，结果表明，在开始时流化冰均匀性受压降波动较小，随时间变长而变大；冰浆中的冰粒尺寸也影响这种波动，这种波动可能是由含冰率（IPF）引起的。Kumano等[29]利用乙醇溶液制备浆液，研究了乙醇初始浓度对流化冰流变性的影响，结果表明，冰浆的流变性取决于冰浆中水溶液的浓度。当弗劳德数（Fr）值为200以上时，浮力的影响变得很小。当初始质量比为5%和10%，冰浆的流动特性表现出假塑性流体趋势；而2%乙醇溶液产生的冰浆被认为是牛顿流体。Liu等[30]提出利用固体冰粒浓度的最大值和最小值来验证和解释数值模拟结果。结果表明，最佳流速在这两个临界速度之间时能最大限度地防止冰堵塞；第一临界速度和第二临界速度均随着IPFs的增加而减小，表明IPF对湍流效应的影响大于对粘性摩擦的影响。利用最大值和最小值来分析的方法在研究中能够定量和精准地防止冰堵。流化冰浆液温度的稳定性对流化冰输送也有影响。Yadav等[31]对圆形和椭圆形管中的等温和非等温流化冰流动情况进行了比较，发现等温流动情况下优先选择圆形管输送流化冰；非等温流动情况下，椭圆形管道优于圆形管道。

2、流化冰在水产保鲜方面的应用

2.1 预冷

流化冰的潜热大和高释冷率使其较传统冰能更快速地预冷渔获物，并使其保持在低温状态下。该优势对水产品的微生物生长繁殖和酶活性能起到有效抑制作用，减缓鱼体腐败，达到冷却和低温保鲜的效果，有效延长水产品的货架期。当流化冰IPF在5~30%之间时，传热系数达到3kW/m2K，是相同条件下传统冰降温速度的5~6倍[32]。高萌等[33]研究发现使用流化冰将鲣鱼肉整体温度由35℃降低至1.5℃只需8min，而传统冰至少需要20min，且流化冰可将鱼体温度稳定在更低的水平，能有效减缓鲣鱼的腐败。郭儒岳等[34]以片冰为对照，研究了流化冰对大黄鱼的预冷以及贮藏效果，结果表明，流化冰处理大黄鱼使其冷却至0℃时仅需45min，较片冰冷却用时缩短了一倍，预冷效果明显，鱼体终温为-1℃。贮藏过程中流化冰组货架期比片冰组延长了6d，保鲜效果显著。高红岩等[35]研究了流化冰预冷与冰温贮藏（-1.5℃）技术对新鲜鳕鱼片质量的影响，发现流化冰预冷方法在一定程度上可以降低新鲜鳕鱼片冰温贮藏初期的TVB-N值，将其货架期延长17d。Zakhariya等[36]将澳洲肺鱼分别用流化冰和片冰进行不同时间的冷却前处理后于-20℃条件下贮藏20d，结果表明，两组鱼在贮藏期间质构参数均呈下降趋势，经流化冰处理的鱼总活菌数、TVB-N和pH值均低于片冰处理组，蛋白质含量、水分含量显著高于片冰组，表明流化冰能有效保持水产品的良好品质，延长其货架期。Losada等[37]利用流化冰对沙丁鱼进行初步处理，并以片冰为对照，将沙丁鱼煮熟进行脂质损伤的质量评估，发现流化冰处理对沙丁鱼的过氧化物、荧光化合物及三甲胺具有显著抑制作用（p<0.05）。这也为流化冰作为热加工前鱼类材料的前处理提供了参考。

2.2 流化冰对水产品保鲜效果的研究

由于鱼类等水产品蛋白质、不饱和脂肪酸等含量较高，肌肉组织柔软，不恰当的贮存方式会使其在运输、贮藏等过程中受微生物、酶活性及各种降解机制的影响，造成水产品品质下降。鱼体的机械损伤和污染也会导致腐败进程加速，营养价值降低，从而使得货架期缩短。而流化冰冰晶粒子的结构特性使得贮藏情况下水产品的保鲜效果明显优于传统冰，能较长时间保持其品质，延长货架期。Murthy等[6]利用流化冰对鱿鱼进行保鲜，并用常规冰作对照，分析其生化、质构和微生物等变化规律，发现流化冰处理的鱿鱼样品的硬度、弹性、胶粘度和咀嚼度值均高于常规冰处理组。流化冰处理的鱿鱼生理化特征的保持均优于常规冰处理组。王强等[38]研究了流化冰对鲜活南美白对虾的感官、理化及质构特性的影响，结果表明，在-4℃下贮藏12d后，流化冰处理组虾外观、虾肉质构特性、pH、TVB-N及TBA含量等效果显著优于空白和碎冰保鲜组。流化冰能隔绝空气，减缓氧化作用，并快速降温钝化或抑制了虾多酚氧化酶活性，致使虾体褐变速度显著下降（p<0.05）。袁鹏翔等[39]以东海海域的新鲜鱿鱼为研究对象，探究了静态流化冰的保鲜效果，结果表明，流化冰不仅能使鱿鱼保持原有的鲜度、理化等特性，还能有效减缓鱿鱼腐败变质的速率，保鲜效果明显优于冰箱和淡水碎冰保藏。碎冰保鲜是目前水产品运输、贮藏过程中常见的保鲜方式，操作简便，而流化冰颗粒细小圆滑，不会对水产品表面造成机械损伤，并能与鱼体紧密接触，减缓氧化作用，延长货架期。林雪[40]将空白、碎冰及流化冰处理后的鲐鱼分别置于-2℃、转速50r/min的摇床中贮藏来模拟船上运输过程，感官分析结果显示，流化冰可将鲐鱼货架期分别延长14d（比空白组）和8d（比碎冰组）。鲐鱼的气味分析、pH值、TVB-N、TBA值及菌落总数的变化也表明流化冰保鲜技术具有比传统碎冰更好的保鲜效果。蓝蔚青等[41]通过模拟鲈鱼的生产流通过程，发现流化冰持续预冷、运输、贮藏在新鲜鲈鱼流通中后期能抑制TBA值、pH值与菌落总数的升高，保持鲈鱼的感官和质构特征，货架期可延长至18~19d。

2.3 流化冰结合其他保鲜技术

流化冰保鲜技术对于一些温带鱼类和多脂鱼类，单一用流化冰处理的效果与传统冰对比并不显著，未能达到预期效果[42]。若流化冰与臭氧等杀菌剂混合使用，能达到表面杀菌效果，减少初始微生物含量[43]；与其他混合保鲜剂使用，能防止脂质氧化，延缓微生物腐败。目前研究较为热门的便是流化冰与臭氧结合进行保鲜的技术。研究表明，与传统冰相比，臭氧化流化冰对水产品具有更好的保鲜效果，并能显著延长货架期[44]。Campos等[45]比较了流化冰和臭氧结合前后对大菱鲆的保鲜效果，结果表明，臭氧流化冰在抑制脂肪水解及氧化反应和微生物增长方面的效果优于流化冰，延缓了大菱鲆的腐败，延长了货架期。Campos等[11]还将单独和结合臭氧使用的流化冰对沙丁鱼的品质影响进行了比较，发现臭氧流化冰能减少沙丁鱼肌肉中初始好氧噬温菌、厌氧菌等数量，其保质期比流化冰组和碎冰组分别延长15d、8d；黄玉婷[46]研究了臭氧流化冰对梅鱼保鲜效果，结果表明，臭氧的最佳浓度为0.82±0.04mg/L；与碎冰组相比，臭氧流化冰和仅由流化冰处理的梅鱼货架期分别延长9d和7d。臭氧流化冰能有效抑制或减缓鱼体细菌生长，防止腐败变质；能较好地保存水产品原有风味、营养价值和外观品质，并且生产成本低，适于处理和保藏大批量水产品。此外，也有流化冰与其他保鲜剂的联合使用保鲜水产品的报道。Aubourg等[47]研究了5%NaHSO3与流化冰联用对挪威龙虾防褐变的效果，结果表明，该方法能使龙虾的褐变速率显著减慢；不超过标准（≤150mg/kg）的情况下，能保持各种品质（包括口感），保质期比对照组延长了4d。施源德等[48]采用茶多酚流化冰对鲭鱼进行处理，发现0.25%茶多酚、0.2%二氧化硅、3%氯化钠在-4℃下配制的茶多酚流化冰能有效地抑制鲭鱼冷藏过程中的挥发性盐基氮和组胺的产生，使其保持良好的品质。当然，保鲜剂的使用是否会对水产品本身造成食用安全的问题也是值得关注的，因此，在保鲜剂的选择上需保持谨慎。

3、问题及展望

与传统保鲜技术相比，流化冰技术的研究及应用还较少，但流化冰特殊的理化性质使其逐渐成为一种发展前景广阔的新型保鲜技术。传统冰在渔船远洋捕捞等处理水产品过程中由于其坚硬的棱角而对保鲜的水产品造成机械损伤，微生物滋生速率加快，导致水产品货架期短且品质下降。而流化冰颗粒圆润，不会对水产品造成机械损伤，且隔绝空气，操作方便，保鲜效果好。传统冰从制取到保鲜水产品的过程中需人工搬运，该过程增加了人工成本，且搬运过程中会对冰造成污染而影响保鲜效果。流化冰的流动性使其具有通过管道进行泵送的优点，既减少了人工成本，也最大限度避免了流化冰被污染，还节约了渔船空间[49]。同时，和纯液体泵相比，其泵功率可以减少70%以上，降低了运营成本[50]。据报道，制备每吨流化冰的冰耗能比薄片冰要节约30%~40%[51]。目前，流化冰的产业化应用仍然存在一些问题需要研究和解决。流化冰的冰粒大小、密度等参数不同可能会造成流化冰远距离运输过程中易堵塞管道；外界环境温度等条件的影响会造成流化冰冰粒融化，从而使保鲜效果下降；流化冰与臭氧或其他保鲜剂结合使用的保鲜效果优于流化冰单独使用，但保鲜剂的使用可能会对水产品本身造成食用安全问题；流化冰制备系统稳定性以及其自动化程度不高，需专业人员进行操作。因此，进一步加强流化冰设备的开发、应用、安全性评估、保鲜机制等方面的研究尤为迫切。

参考文献：

赵思敏,贝文戈,鲍泽洋, 等.流化冰制备技术及其在水产保鲜中的研究和应用进展[J].浙江万里学院学报,2020,33(1):91-96. 

基金项目:宁波市海洋与渔业局科技项目(NITY20170328062).