胡亞男，張建友,2,3，呂 飛,2,3,*，丁玉庭,2,3

（1.浙江工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，浙江杭州 310014；2.國(guó)家遠(yuǎn)洋水產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)分中心（杭州），浙江杭州 310014；3.海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧大連 116038）

水產(chǎn)品因肉質(zhì)鮮嫩、脂肪含量低、蛋白質(zhì)含量高而備受消費(fèi)者青睞，但因其水分含量高，在流通期間易受微生物、內(nèi)源酶影響而發(fā)生品質(zhì)劣變。因此，冰藏保鮮在食品鏈中至關(guān)重要，特別是對(duì)于剛捕撈后的新鮮水產(chǎn)品。流態(tài)冰能減少水產(chǎn)品在運(yùn)輸中的損傷，使其在貯藏中保持良好的品質(zhì)，已逐漸取代傳統(tǒng)冰成為一種新型的載冷和儲(chǔ)冷介質(zhì)。流態(tài)冰是由一種細(xì)小冰晶及載液組成的兩相均勻混合物，也稱為冰漿、液冰、泵送冰、二元冰等，冰晶粒子直徑大小一般在幾十微米到幾百微米之間[1]，在顯微鏡下呈現(xiàn)球形，其載液是純淡水，或是由水和凝固點(diǎn)降低劑組成的二元溶液，如氯化鈉、乙醇、乙二醇和丙二醇等，較于傳統(tǒng)冰，流態(tài)冰具有冷卻速率快、儲(chǔ)能密度高、顆粒圓潤(rùn)、輸送方便等優(yōu)點(diǎn)。

國(guó)際上對(duì)流態(tài)冰的系統(tǒng)研究始于20 世紀(jì)90 年代的歐洲[2]，該技術(shù)主要應(yīng)用于海洋漁業(yè)、空調(diào)蓄冷、食品加工與保鮮等領(lǐng)域，在美國(guó)、丹麥、歐洲及日本有較普遍的應(yīng)用[3?5]。在水產(chǎn)保鮮方面，從Fridoc 發(fā)現(xiàn)流態(tài)冰可以冰藏魚(yú)，至Ax 等[6]首次發(fā)明一種用于冰凍魚(yú)類的制冰系統(tǒng)專利，流態(tài)冰技術(shù)一直在持續(xù)發(fā)展，為了能夠在制冷領(lǐng)域中更深入地研究其基礎(chǔ)特性、制取技術(shù)及工程應(yīng)用等，國(guó)際上先后建立了流態(tài)冰研究中心（Ice Slurry Center）和流態(tài)冰研究合作體（Working Party on Ice Slurry）。

國(guó)內(nèi)的流態(tài)冰保鮮技術(shù)仍處于不斷研發(fā)狀態(tài)中，以滿足水產(chǎn)品保鮮、運(yùn)輸、貯藏的需要，適應(yīng)水產(chǎn)加工者和漁民的需求。目前，一些企業(yè)與高?；蜓芯繖C(jī)構(gòu)積極合作，研究主要集中于流態(tài)冰制取設(shè)備的開(kāi)發(fā)、制取后在不同形狀/材質(zhì)管道中的運(yùn)輸情況（流動(dòng)性、傳熱傳質(zhì)性）、以及對(duì)不同種類水產(chǎn)品（魚(yú)類、蝦類、貝類、蟹類等）的保鮮作用，該技術(shù)在水產(chǎn)品延長(zhǎng)貨架期等方面已取得顯著的效果。

流態(tài)冰技術(shù)在水產(chǎn)品保鮮領(lǐng)域越來(lái)越受到關(guān)注，但是由于缺乏對(duì)流態(tài)冰晶基礎(chǔ)特性、應(yīng)用對(duì)象的了解和制取技術(shù)單一等問(wèn)題，使流態(tài)冰技術(shù)成熟的進(jìn)程被阻礙。因此，本論文對(duì)流態(tài)冰制取技術(shù)、生長(zhǎng)和抑制條件、流體動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)特性以及在水產(chǎn)品中的研究進(jìn)行介紹，以期為水產(chǎn)企業(yè)或加工者在提升流態(tài)冰生產(chǎn)效率、拓寬應(yīng)用市場(chǎng)方向等問(wèn)題上提供依據(jù)，有利于促進(jìn)水產(chǎn)保鮮技術(shù)健康、持續(xù)的發(fā)展。

1 流態(tài)冰的制取技術(shù)

流態(tài)冰制取的核心是高含冰率、低生產(chǎn)能耗且不易冰堵，但目前由于制取條件的約束，流態(tài)冰制取技術(shù)還未被完全開(kāi)發(fā)，采用不同方法獲得的流態(tài)冰的基礎(chǔ)物性也相差較大。目前較為常見(jiàn)的流態(tài)冰制取方法包括流化床法、真空法、過(guò)冷法、刮削法、直接接觸法[7?11]等。

1.1 流化床法

流化床是指將大量固體顆粒懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體之中，使顆粒具有流體的某些表觀特征。制冰過(guò)程在流化床內(nèi)部進(jìn)行，水從流化床底部噴入循環(huán)流動(dòng)的載冷液體中霧化形成細(xì)小液滴，液滴與載液一起流動(dòng)，換熱液滴發(fā)生相變形成冰粒，周圍載冷液體的溫度升高，載液與形成的冰粒一起流出流化床并在濾冰器內(nèi)分離，冰粒被送入蓄冰容器。

國(guó)外的流化床制冰技術(shù)還處于試驗(yàn)研究狀態(tài)，Meewisse 等[12]研究了液固流化床換熱器在流態(tài)冰發(fā)生器中的傳熱系數(shù)，并提出一種準(zhǔn)確預(yù)測(cè)制冰發(fā)生器傳熱系數(shù)的模型。研究發(fā)現(xiàn)流態(tài)冰產(chǎn)生時(shí)溫度低且粘度較高，導(dǎo)致測(cè)得的傳熱系數(shù)低于液體/固體流化床換熱器特有的傳熱關(guān)聯(lián)式的預(yù)測(cè)值。隨后在模擬基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種流化床制冰裝置，向流化床中加入不同直徑的鋼珠，通過(guò)鋼珠對(duì)壁面的撞擊來(lái)防止壁面結(jié)冰，冷卻的水經(jīng)滴水管循環(huán)再次進(jìn)入流化床從而節(jié)約冷量。在整個(gè)制冰過(guò)程中，由于霧化時(shí)需要控制液滴粒徑分布，液滴在運(yùn)動(dòng)中發(fā)生的聚并等問(wèn)題難以解決，國(guó)內(nèi)學(xué)者在自建的試驗(yàn)臺(tái)上，探究液固流化床制冰工藝流程參數(shù)、穩(wěn)定操作和換熱規(guī)律，總結(jié)得出外循環(huán)流化床換熱器穩(wěn)定操作規(guī)律曲線、制冰過(guò)程中的對(duì)流換熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式等[13]。

1.2 真空法

真空制冰技術(shù)根據(jù)三相共存原理將普通壓力下的水打入蒸發(fā)器，液體由于降壓閃蒸吸收熱量，從而在水中產(chǎn)生冰晶并逐漸形成顆粒流態(tài)冰在蒸發(fā)器下部輸出，從蒸發(fā)器上端排出的水蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)和冷凝器重新復(fù)原為水[14]。

在真空法制備中，只要采取適當(dāng)措施維持真空狀態(tài)，就可以持續(xù)制冰。在此基礎(chǔ)上，鄭欽月等[15]和Tang 等[16]分別優(yōu)化了真空制取流態(tài)冰技術(shù)。鄭欽月等使用表面活性劑對(duì)納米流體進(jìn)行真空制冰，發(fā)現(xiàn)將納米Fe2O3作為制冰工質(zhì)、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）作為表面活性劑，可以降低過(guò)冷度、增加流態(tài)冰的含冰率。Tang 等提供了一種新型的帶有噴射泵的真空制冰系統(tǒng)，由噴射泵驅(qū)動(dòng)的蒸汽用于在密閉容器中產(chǎn)生真空及提供足夠的冷能，以解決高能耗和結(jié)冰的問(wèn)題。但目前，關(guān)于真空法制冰的研究，都僅針對(duì)真空噴霧法制冰或水滴下降過(guò)程的結(jié)冰特性，而在實(shí)際工況中，因受到噴霧量的限制以及對(duì)真空度的精密要求，該方法的制冰量較小，并且難以抽取出冰。

1.3 過(guò)冷法

過(guò)冷法是利用水的過(guò)冷度，流入過(guò)冷卻器的水被冷卻到冰點(diǎn)以下而沒(méi)有結(jié)晶，離開(kāi)冷卻器之后的過(guò)冷水因受到物理干擾而生成冰晶。Mouneer 等[17]設(shè)計(jì)了一種新型的過(guò)冷式熱交換器，與傳統(tǒng)式相比，過(guò)冷水射流流態(tài)冰生成器可改善傳熱性能，但產(chǎn)生的冰的體積分?jǐn)?shù)低于傳統(tǒng)式。肖睿等[18]發(fā)明了一種實(shí)用新型的過(guò)冷水式動(dòng)態(tài)流態(tài)冰制取系統(tǒng)，適用于采用過(guò)冷水法制取清水流態(tài)冰的工藝系統(tǒng)，減少了冷卻水預(yù)熱時(shí)產(chǎn)生的冷量損失。Li 等[19]在低濕度的環(huán)境中將水蒸發(fā)至過(guò)冷態(tài)形成循環(huán)，并結(jié)合蒸發(fā)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這種新型制冷循環(huán)減輕了電力負(fù)擔(dān)及冰堵塞問(wèn)題，在提高制冰整體性能方面產(chǎn)生了雙重效益?？査刽敹驊?yīng)用科技大學(xué)[1]最近開(kāi)始使用一種材料（氟化物和烷基）進(jìn)行過(guò)冷卻器壁納米涂層實(shí)驗(yàn)，這可能會(huì)產(chǎn)出一種新型的節(jié)能高效、可靠的過(guò)冷流態(tài)冰生成器。

過(guò)冷法制取流態(tài)冰的系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，換熱效率高，但是目前也存在一些問(wèn)題：一次循環(huán)制取流態(tài)冰的含冰率較低；在過(guò)冷器中容易發(fā)生冰堵問(wèn)題。如果要實(shí)現(xiàn)制冰過(guò)程的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)換熱表面的粗糙度、疏水性等進(jìn)行嚴(yán)格控制[20]。

1.4 刮削法

該方法制取流態(tài)冰的基本原理是將水浴液輸入到換熱器內(nèi)，冷卻至結(jié)晶溫度并在設(shè)備壁面凝結(jié)成冰，再通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的刮刀將凝結(jié)在設(shè)備壁面的冰晶刮削下來(lái)，與水溶液相形成流態(tài)冰[21]。該系統(tǒng)主要由制冷循環(huán)和殼管式流態(tài)冰發(fā)生器兩部分組成。秦坤等[22]設(shè)計(jì)了一種螺旋刮刀式動(dòng)態(tài)制取流態(tài)冰裝置，傾斜設(shè)計(jì)的刀面能有效應(yīng)對(duì)變動(dòng)的制冰機(jī)工況，同時(shí)防止刀片損壞和冰堵現(xiàn)象。劉瑞見(jiàn)等[23]在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)體旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改良，使用刮刀系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)制冰，簡(jiǎn)化原系統(tǒng)，降低驅(qū)動(dòng)成本。Goulet 等[24]則針對(duì)刮刀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜的問(wèn)題，運(yùn)用籠式刮刀設(shè)計(jì)出不同的壁面刮削制冰裝置，出冰效率顯著提高。

刮削法制冰與其他制冰技術(shù)相比，主要優(yōu)勢(shì)是機(jī)械攪拌可導(dǎo)致極高的傳熱速率，轉(zhuǎn)化成快速的冷卻速率。但在刮削式流態(tài)冰生成器中，其刮刀為了保證與機(jī)體的配合，精度制作成本偏高，且需要定期維護(hù)更換，所以刮削法制取流態(tài)冰技術(shù)還未全面普及。

1.5 直接接觸法

直接接觸法的基本原理是將不溶于水的低溫冷媒通過(guò)噴嘴噴入水槽，與水直接接觸換熱，水被冷卻到凍結(jié)點(diǎn)溫度以下形成冰晶。直接接觸換熱法制取流態(tài)冰技術(shù)有液液直接接觸法和氣液接觸法兩種。在液液直接接觸法中，劉劍寧等[25]公開(kāi)了一種配有噴射器的直接接觸式制冰器，研究表明可較好地解決噴嘴冰堵及制冷劑與制冰溶液之間的分離問(wèn)題。高玉國(guó)等[26]將載冷劑、制冰工質(zhì)噴嘴運(yùn)用于接觸式制冰器，解決了水不能與載冷劑直接接觸進(jìn)而影響制冰效率的問(wèn)題。氣液直接接觸法是利用氣體，如CO2、N2等作為載冷劑與蓄冰溶液進(jìn)行接觸。Thongwik等[27]采用CO2作載冷氣體，研究了氣體流量、氣體進(jìn)口溫度等對(duì)流態(tài)冰體積傳熱系數(shù)的影響, 得到了制冰混合溶液的合適比例。劉玉東等[28]則針對(duì)載冷氣體進(jìn)行降溫，利用循環(huán)制冷系統(tǒng)得到的低溫冷卻氣體將包圍液滴或水霧，達(dá)到冷卻點(diǎn)后獲得流態(tài)冰。

因冷媒與水具有充分接觸的特性，該方法的換熱效率是所有流態(tài)冰制取方法中最高的，但是在采用制冷劑的過(guò)程中，也存在蒸發(fā)溫度過(guò)低導(dǎo)致噴射孔堵塞以及制冷劑需求量大等問(wèn)題。

1.6 混合輔助制冰方式

動(dòng)態(tài)冰蓄冷技術(shù)獲取的流態(tài)冰，其流動(dòng)性、蓄冷密度等特性在不斷提高，流態(tài)冰的制取方式也隨之日益優(yōu)化。在技術(shù)組合方面，賈瀟雅等[29]設(shè)計(jì)了一套動(dòng)態(tài)閃蒸結(jié)合超聲波作用的制冰設(shè)備，研究不同超聲波功率、噴射體積流量等對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，結(jié)果表明，超聲可增大水的閃蒸強(qiáng)度，高功率超聲有利于動(dòng)態(tài)制冰。在技術(shù)節(jié)能方面，徐瑞林等[30]提供一種過(guò)冷法制取冰漿裝置，由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)制冷，除濕需要的熱量全部由可再生能源太陽(yáng)能提供，且一直維持工作狀態(tài)，大大提高了制冰效率。孫靖等[31]利用LNG（液化天然氣）氣化所釋放的冷能作為載冷劑，與海水換熱制冰進(jìn)行流化床式海水冷凍淡化，可完成連續(xù)高效的制冰淡化?；旌陷o助制冰方式與其他方式相比，主要的優(yōu)勢(shì)在于能夠充分利用現(xiàn)有的技術(shù)特點(diǎn)與傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)多元化結(jié)合，進(jìn)一步提高制冰的穩(wěn)定性及節(jié)能性。

2 流態(tài)冰晶的生長(zhǎng)及抑制

在動(dòng)態(tài)制取流態(tài)冰中，冰晶需經(jīng)歷成核、生長(zhǎng)、破碎、團(tuán)聚等過(guò)程，其微觀形態(tài)及粒徑會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化。冰晶的生長(zhǎng)是基于溶質(zhì)分子，按一定規(guī)律結(jié)合成顆粒型的晶核，使溶質(zhì)分子發(fā)生位移并有秩序地結(jié)合到晶核上面，晶體不斷增大形成冰晶體。通常，晶體的生長(zhǎng)快慢可以用線性增長(zhǎng)速率U（單位為mm/min）來(lái)表示，即單位時(shí)間冰晶體沿射線方向的增長(zhǎng)量，U 值與溶液的性質(zhì)、濃度、壁面接觸材料等有關(guān)，尤其是和過(guò)冷度有著密切聯(lián)系。冰晶生長(zhǎng)初期時(shí)，其生長(zhǎng)速度在不同方向上顯示不均勻，且冰粒直徑隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大；等溫儲(chǔ)存運(yùn)輸過(guò)程中，冰晶顆粒發(fā)生相對(duì)滑移，平均冰晶尺寸嚴(yán)重增加，這主要?dú)w因于：冰水分層流動(dòng)的團(tuán)聚現(xiàn)象，因粘附力作用聚集使冰晶增長(zhǎng)，加劇運(yùn)輸管道的堵塞；溶質(zhì)中的較小型的結(jié)晶溶解并再次沉積到較大型的結(jié)晶上（奧氏熟化），當(dāng)冰晶混合物中溶質(zhì)濃度高于5%質(zhì)量比時(shí)，冰晶團(tuán)聚速率隨溶質(zhì)濃度的增加而降低[32]；Grandum等[33]發(fā)現(xiàn)在靜態(tài)溶液中冰晶種于雙棱錐的c 軸方向上生長(zhǎng)，且在流動(dòng)的核心區(qū)域中運(yùn)輸晶體。余云霞等[34]編寫UDF 程序引入冰晶生長(zhǎng)項(xiàng)、團(tuán)聚項(xiàng)和破碎項(xiàng)描述冰晶粒徑演化，分析在不同過(guò)冷度、流速、含冰率下冰晶粒徑分布及其演化規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)，流速和含冰率的增加會(huì)導(dǎo)致冰晶平均粒徑增大且分布不均勻。

抑制冰晶的生長(zhǎng)是大規(guī)模持續(xù)生產(chǎn)流態(tài)冰的關(guān)鍵。若未嚴(yán)格調(diào)控制冰系統(tǒng)條件，冰晶極易成核結(jié)冰，當(dāng)形成的冰晶與基底之間存在晶格失配時(shí)，會(huì)在生長(zhǎng)的核中誘發(fā)應(yīng)變，這種應(yīng)變提高了克服新相形成所需的形核屏障，形成穩(wěn)定的冰晶；相反，匹配的晶格會(huì)減小成核壁壘，因此可抑制晶體生長(zhǎng)，利于獲得理想的流態(tài)冰。針對(duì)這些問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行大量研究，總結(jié)如表1。

表1 冰晶生長(zhǎng)的主要抑制方式及優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Main inhibition methods and its advantages and disadvantages of ice crystal growth

綜上所述，在流態(tài)冰實(shí)際制取應(yīng)用中，為抑制冰晶生長(zhǎng)提高制冰效率及應(yīng)用價(jià)值，采取不同改善措施是很有必要的。然而，當(dāng)運(yùn)用于食品行業(yè)、大型制冰系統(tǒng)時(shí)，安全性和成本高低等因素是需要著重考慮的，所以未來(lái)還得繼續(xù)探索最佳的控制冰晶生長(zhǎng)的方法。

3 流態(tài)冰的流動(dòng)與傳熱特性

3.1 流動(dòng)特性

流態(tài)冰作為一種流體，在實(shí)際運(yùn)輸中，可流動(dòng)性是保證進(jìn)行長(zhǎng)途運(yùn)輸且無(wú)堵塞的關(guān)鍵。考慮到流態(tài)冰在管道中表現(xiàn)為固-液流的流型，冰晶存在浮力作用，流動(dòng)呈現(xiàn)出不同的流態(tài)，基本分為均相流動(dòng)狀態(tài)（固-液良好混合流動(dòng)）、非均勻流動(dòng)狀態(tài)（冰晶和載流流體之間初始分離）、移動(dòng)床流態(tài)（冰晶在管道上部的初始積聚）、固定床流態(tài)（較小流速導(dǎo)致的填充床層增加）四種類型[41]，隨管道直徑、長(zhǎng)度、流體密度、粘度、壁面粗糙度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其固體性質(zhì)等變化。此外，流態(tài)冰流動(dòng)的主要問(wèn)題之一是由于冰的質(zhì)量和體積分?jǐn)?shù)的增加而引起的高壓降和摩擦因數(shù)，在高冰體積分?jǐn)?shù)（φ12%）下，流態(tài)冰的壓力降總體上要高得多，直接導(dǎo)致了剪切增稠行為[42]。

在流體流動(dòng)工況中，有效的減阻方法能為克服流態(tài)冰流動(dòng)的壓降、摩擦系數(shù)等問(wèn)題提供解決方案，加入少量的添加劑或改變管道的幾何形狀，從而降低流體的湍流表面摩擦。Ostwald-de Waele 模型、Bingham 模型、Casson 模型、Herschel-Bulkley 模型、Papanastastiou 模型[43]可用來(lái)描述并提供流動(dòng)區(qū)域內(nèi)豐富的參數(shù)化信息。國(guó)內(nèi)外已有學(xué)者針對(duì)不同變量：壓降、流速、含冰率、顆粒粒徑、管道種類等開(kāi)展大量實(shí)驗(yàn)，并采用合適的參數(shù)模型，進(jìn)一步研究流態(tài)冰的流變行為，對(duì)其輸送的安全設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有指導(dǎo)意義表2。

表2 不同管道內(nèi)湍流狀態(tài)下流態(tài)冰的流動(dòng)特性Table 2 Flow characteristics of flowing ice under different turbulent states in pipes

3.2 傳熱特性

在流態(tài)冰生成器流動(dòng)工況（液-固相變）中，熱量通過(guò)兩股流體間的傳熱面（單位m2）傳遞，冷、熱流體之間存在的溫度差即為熱量傳遞的推動(dòng)力，一般來(lái)說(shuō)，兩者單位時(shí)間所交換的熱量與傳熱面積、溫度差成正比。當(dāng)流體流速慢時(shí)呈平流，以傳導(dǎo)傳熱為主，較快時(shí)呈紊流，主要為對(duì)流傳熱，若要提高其傳熱速率，可考慮通過(guò)提高流體流速、溫度、改善壁材等方式適當(dāng)提高傳熱推動(dòng)力或降低傳熱阻力。

另一種工況為運(yùn)輸管中，流態(tài)冰融化時(shí)（固-液相變）的傳熱特性，管壁的熱量先傳遞到液相，使液相溫度升高，隨后液相將熱量再傳遞給固相，使固相顆粒隨著流動(dòng)不斷融化，而融化會(huì)使流態(tài)冰固相體積分?jǐn)?shù)降低、顆粒直徑減小，因此流態(tài)冰中固體顆粒之間同時(shí)具有聚并、破碎和融化作用。由于換熱器/管道不可視化，觀測(cè)具體傳熱過(guò)程較難，只能利用數(shù)值模擬發(fā)生器內(nèi)的傳熱動(dòng)態(tài)計(jì)算平均換熱系數(shù)。Onokoko等[48]用數(shù)值方法研究了乙烯-乙醇-水流態(tài)冰在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的熱行為，得到了熔化傳熱特性，包括傳熱系數(shù)的軸向分布、體壁溫度、冰體積分?jǐn)?shù)和熔化速度，均與非熔融流的相應(yīng)分布有顯著差異。Li 等[49]利用CFD 軟件模擬紊流和湍流態(tài)下的傳熱，發(fā)現(xiàn)流態(tài)冰的換熱性能強(qiáng)烈依賴于流速和冰質(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)在湍流中流動(dòng)時(shí)，熱流密度對(duì)Nuis 值的影響很小。趙新穎等[50]采用粒子流與傳熱傳質(zhì)模型相結(jié)合的方法，計(jì)算研究了水平方管內(nèi)流態(tài)冰與漁獲物的流動(dòng)傳熱，得知影響冰與漁獲物表面?zhèn)鳠岬年P(guān)鍵是冰顆粒的分布，隨著冰顆粒入口體積分?jǐn)?shù)的提高，漁獲物上表面與側(cè)面的熱通量整體有所增大且分布均勻。

目前，越來(lái)越多的學(xué)者通過(guò)仿真模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證探究流態(tài)冰的流動(dòng)和傳熱特性，得出的關(guān)系式和理論基本適用于工程設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)也可考慮將研究不同制冰器或管道局部特性的數(shù)群模型結(jié)合并優(yōu)化，進(jìn)一步提高工藝精度要求。

4 流態(tài)冰在水產(chǎn)品中的研究

4.1 預(yù)冷作用

流態(tài)冰具有較大的傳熱面積和熱傳遞能力，降溫速率快，因此常用于水產(chǎn)品的預(yù)冷，提高后續(xù)的生產(chǎn)加工效率。流態(tài)冰預(yù)冷是指水產(chǎn)品在凍結(jié)、冷藏、貯運(yùn)等操作前，使用流態(tài)冰將其從初始溫度（30 ℃左右）迅速降至所需要的終點(diǎn)溫度（0～15 ℃）的過(guò)程。Lin 等[51]研究在?1.5 °C 下用流態(tài)冰預(yù)冷、直接冷凍對(duì)琵琶魚(yú)肝臟質(zhì)量和微結(jié)構(gòu)的作用，結(jié)果顯示，兩組魚(yú)的內(nèi)聚性和耐嚼性等鮮度參數(shù)均呈下降趨勢(shì)，但前者較為緩慢，可延遲樣品的組織損傷。高紅巖等[52]將流態(tài)冰預(yù)冷與冰溫貯藏相結(jié)合，研究其對(duì)新鮮鱈魚(yú)片質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)預(yù)冷可延長(zhǎng)樣品從中性期到腐敗期的過(guò)程，延長(zhǎng)貨架期達(dá)17 d。同時(shí)，研究表明，將預(yù)冷前處理與冷凍疊加作用于水產(chǎn)品，保鮮效果更明顯。Zakhariya 等[53]分別用流態(tài)冰和片冰對(duì)澳洲肺魚(yú)進(jìn)行不同時(shí)間的前處理后于?20 ℃條件下貯藏20 d，實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)流態(tài)冰處理的魚(yú)體蛋白質(zhì)含量、水分含量均高于片冰組，TVB-N、pH 及活菌數(shù)低于片冰處理組，可看出流態(tài)冰能有效維持水產(chǎn)品的新鮮品質(zhì)。Zhao 等[54]研究了在冰箱（5 ℃）或流態(tài)冰（0 ℃）中的預(yù)冷與凍結(jié)相結(jié)合對(duì)金鯧魚(yú)的冷凍速度和質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)在流態(tài)冰中進(jìn)行預(yù)冷有助于提高后續(xù)冷凍過(guò)程的冷凍速度，并且用1.7 m / s 的冷媒在?100 °C下連續(xù)冷凍，是保持冷凍金鯧魚(yú)質(zhì)量的最有效方法。這兩種方法也為食品市場(chǎng)中水產(chǎn)品的前處理加工提供了參考。

4.2 貯藏保鮮作用

流態(tài)冰將產(chǎn)品溫度控制在零度以下，以較低溫度減緩蛋白質(zhì)、脂質(zhì)氧化。Rodriguez 等[55]比較了比目魚(yú)在流態(tài)冰或片冰中的生化、微生物學(xué)反應(yīng)。結(jié)果表明，使用前者貯存明顯降低了核苷酸降解、脂質(zhì)氧化速率，比目魚(yú)肌肉的部分高分子量蛋白質(zhì)保持良好的穩(wěn)定性。Zhang 等[56]探究了流態(tài)冰作用于金槍魚(yú)品質(zhì)的影響，經(jīng)處理后發(fā)現(xiàn)魚(yú)肌肉中的肌原纖維蛋白、Ca2+-ATPase 活性和總巰基含量均高于空白和片狀樣品。此外，流態(tài)冰相較于碎冰保鮮可明顯降低水產(chǎn)品的腐敗速度，保持其原有的鮮度。以碎冰為對(duì)照，張皖君等[57]分析了3 種冰藏處理后鱸魚(yú)中微生物等的變化規(guī)律，其中流態(tài)冰可有效抑制鱸魚(yú)中ATP 降解、抑制微生物生長(zhǎng)；藍(lán)蔚青等[58]發(fā)現(xiàn)經(jīng)流態(tài)冰處理后的南美白對(duì)蝦樣品的彈性、咀嚼性、TVB-N 含量、TBARS 值與菌落總數(shù)始終維持在較低水平，品質(zhì)明顯均優(yōu)于碎冰處理組。顯而易見(jiàn)，基于流態(tài)冰冰晶的物理特性，使得在貯藏情況下水產(chǎn)品的保鮮效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)冰，降低水產(chǎn)品受到的污染以及破壞程度，能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持水產(chǎn)品品質(zhì)。

4.3 冷致死作用

通常，海上漁業(yè)捕撈水產(chǎn)品后，收獲和屠宰（刺殺、擊昏）過(guò)程中的壓力會(huì)對(duì)肉質(zhì)有明顯影響，死亡前掙扎會(huì)縮短肌肉細(xì)胞的壽命[59]。所以需對(duì)水產(chǎn)品進(jìn)行快速屠宰，使敏感性和意識(shí)的迅速喪失，保證水產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)的最大化。Anders 等[60]將鯖魚(yú)持續(xù)擊昏（5 s）并在流態(tài)冰中冷卻6 min，研究發(fā)現(xiàn)，在鯖魚(yú)暈眩無(wú)意識(shí)情況下，可誘發(fā)死亡、改善鯖魚(yú)的肉質(zhì)。Huidobro 等[61]分別將金頭鯛浸泡在流態(tài)冰浴、冰水中，并觀察在兩組情況下魚(yú)體死亡后的質(zhì)量變化，前者減少了魚(yú)完全凍結(jié)所需的時(shí)間；但是使用最低溫度（?2.2 ℃）時(shí)出現(xiàn)了眼睛混濁，導(dǎo)致外觀的劣變。直接使用流態(tài)冰進(jìn)行致死，大大降低了魚(yú)類的商業(yè)價(jià)值?；谏鲜鲈颍琇opez-Canovas 等[62]使用不同類型的冰結(jié)合丁香精油（CEO），并封裝在β-環(huán)糊精（β-CD）納米膠囊中以調(diào)整金頭鯛的致死條件，結(jié)果表明，該方法與目前冷凍、屠宰和冷藏過(guò)程中使用的冰包埋精油技術(shù)兼容[63]，可有效降低宰殺時(shí)的應(yīng)激水平，獲得質(zhì)量更高、保質(zhì)期更長(zhǎng)的鮮魚(yú)。顯然，選擇單一的流態(tài)冰殺死魚(yú)類是不值得推薦的，對(duì)水產(chǎn)品質(zhì)地有負(fù)面影響，但可以確定冰浴的最佳溫度范圍，再結(jié)合其他恰當(dāng)?shù)脑讱⒎绞絹?lái)進(jìn)行處理。

4.4 船載車載運(yùn)輸中的應(yīng)用

水產(chǎn)品自捕撈后，經(jīng)歷一系列的轉(zhuǎn)運(yùn)流程到達(dá)售賣市場(chǎng)，期間受到各種環(huán)境因素（摩擦、撞擊和溫度變化等）的影響，這些因素均有可能導(dǎo)致水產(chǎn)品發(fā)生不同程度的腐敗變質(zhì)、出現(xiàn)異味等不良現(xiàn)象。因此，研發(fā)在船載車載中的水產(chǎn)品保鮮技術(shù)顯得尤為重要。Yuan 等[64]將魷魚(yú)貯藏在 40 r/min、?4 ℃的搖床中，使用動(dòng)態(tài)流態(tài)冰模擬船上保鮮魷魚(yú)的效果，結(jié)果顯示，相對(duì)于冰水混合、碎冰與冰箱組，流態(tài)冰能顯著減緩魷魚(yú)的腐敗變質(zhì)速率，滿足魷魚(yú)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)囊?。Huidobro 等[65]在船上用流態(tài)冰加工深水粉紅蝦并觀察對(duì)品質(zhì)的影響，不僅減緩了pH 的升高和微生物的生長(zhǎng)，質(zhì)地也發(fā)生很小的變化。研究表明漁船上使用流態(tài)冰優(yōu)于傳統(tǒng)冰，尤其適用于將蝦用作需要去除甲殼加工類型的原料時(shí)。

4.5 流態(tài)冰復(fù)合型保鮮技術(shù)探究

目前，為了將水產(chǎn)品在貯存中受到的損傷降到最低，有實(shí)驗(yàn)研究將流態(tài)冰和不同的添加劑相結(jié)合，以達(dá)到更優(yōu)異的保鮮效果。在結(jié)合抗氧化劑方面，施源德等[66]利用響應(yīng)面法的中心組合試驗(yàn)確定流態(tài)冰最佳配方，研究表明，在?4 ℃下配制的0.25%茶多酚、0.2%二氧化硅、3%氯化鈉的茶多酚流態(tài)冰能有效抑制鯖魚(yú)中揮發(fā)性鹽基氮和組胺的產(chǎn)生。張皖君等[67]比較了使用流態(tài)冰、竹葉抗氧化物流態(tài)冰（AOB-SI）、迷迭香提取物流態(tài)冰（RE-SI）處理對(duì)鱸魚(yú)貯藏期間抗氧化活性及微生物作用效果，結(jié)果表明，AOB-SI 與RE-SI 處理組較于SI 組可明顯延緩鱸魚(yú)樣品的POV 值、MDA 值和FFA 值的升高，以及蛋白質(zhì)氧化和微生物的生長(zhǎng)繁殖。在結(jié)合抗菌劑方面，馮家敏等[68]采用流態(tài)冰結(jié)合防黑變劑等探索南美白對(duì)蝦的鮮度保持和黑變現(xiàn)象抑制方法，發(fā)現(xiàn)流態(tài)冰與4-HR 或植酸鈉、ClO2混合保鮮對(duì)蝦僅頭部輕微褐變，肌肉緊密有彈性。黃利華等[69]研究了ClO2、乳酸鏈球菌素（Nisin）和二甲基二碳酸鹽（DMDC）抑菌流態(tài)冰對(duì)白鯧魚(yú)品質(zhì)特性的影響，結(jié)果表明，白鯧魚(yú)的TVB-N 值和TBARS 值升高，抑菌流態(tài)冰能夠促進(jìn)魚(yú)肉pH、硬度、彈性和色度等的穩(wěn)定性。Campos等[70]將流態(tài)冰和臭氧結(jié)合前后對(duì)大菱鲆保鮮效果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)臭氧流態(tài)冰抑制脂肪水解及氧化反應(yīng)等方面的效果比流態(tài)冰突出，延長(zhǎng)了食品貨架期。然而在研究實(shí)驗(yàn)中，雖然發(fā)現(xiàn)流態(tài)冰復(fù)合保鮮效果優(yōu)于單一流態(tài)冰，但是在水產(chǎn)品實(shí)際保鮮應(yīng)用中，選擇對(duì)其無(wú)害的抗氧化劑、抗菌劑及濃度比例是值得以后的研究者深入探討的。

5 流態(tài)冰技術(shù)的應(yīng)用前景

流態(tài)冰作為一種快速冷卻水產(chǎn)品的蓄冷新技術(shù)，在未來(lái)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，因此，越?lái)越多的企業(yè)和研究團(tuán)隊(duì)爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)創(chuàng)新，并積極地向著更深層次的領(lǐng)域推廣應(yīng)用。在流態(tài)冰成為重要研究方向的同時(shí)，其存在的問(wèn)題也不容忽視。制取流態(tài)冰的溫度、鹽度以及形成冰晶后的含冰率等都會(huì)影響水產(chǎn)品的冷藏與保鮮效果，利用動(dòng)態(tài)法制取的流態(tài)冰在流動(dòng)性、粒徑大小和穩(wěn)定性等方面也存在差異，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需根據(jù)產(chǎn)品的需求來(lái)選擇不同的流態(tài)冰。對(duì)于水產(chǎn)品的研究方向可以沿著以下幾方面發(fā)展：

a. 規(guī)模化生產(chǎn)流態(tài)冰，并直接用于水產(chǎn)品中是降低水產(chǎn)品損失率、提高新鮮品質(zhì)的有效途徑。地球淡水資源有限，而海水資源豐富且易得，利用海水作為制冰溶液，可結(jié)合使用過(guò)冷水法一體化制冰裝置制取流態(tài)冰，實(shí)現(xiàn)深海遠(yuǎn)洋漁船上連續(xù)動(dòng)態(tài)制冰和就地保鮮。

b. 流態(tài)冰保鮮技術(shù)中，流態(tài)冰的殺菌機(jī)理起著重要作用，未來(lái)在制冰系統(tǒng)中可更換蓄冰溶液的類型：電解水或低溫等離子體活化水等，將其制冰后作用于水產(chǎn)品可達(dá)到高效抑菌效果。

c. 刮削法和過(guò)冷法是流態(tài)冰制取的常用技術(shù)，產(chǎn)冰中會(huì)出現(xiàn)機(jī)損、易冰堵、效率低等問(wèn)題，脈沖電場(chǎng)、電子輻射、磁場(chǎng)、超聲波輔助促核成冰成為一種可行性方案。目前已有超聲輔助制冰等應(yīng)用報(bào)道。

d. 對(duì)于遠(yuǎn)洋漁業(yè)捕撈后的漁獲物，可考慮使用流態(tài)冰噴淋-輸送帶的裝置，運(yùn)用于遠(yuǎn)洋漁船，并于后期運(yùn)輸、貯藏中建立無(wú)損-感應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控水產(chǎn)品的鮮度變化、提高安全性。

新時(shí)代新追求，流態(tài)冰作為新型的綠色保鮮介質(zhì)，其制取技術(shù)的研發(fā)、工程應(yīng)用的開(kāi)拓，既能響應(yīng)國(guó)家的創(chuàng)新、綠色發(fā)展理念，又對(duì)國(guó)家的能源節(jié)約、經(jīng)濟(jì)效益提高有著深遠(yuǎn)意義，成為未來(lái)不斷探索的必然趨勢(shì)。