冷冻食品装备先进制造方式需求及创新思路

冷冻食品的主要工序是将食品原料经选别、洗净、去杂、成型、调味、冷冻等加工处理，使食品中心温度达-18℃或以下，并保持冻结状态。其发展至今涵盖了冷冻动物性水产食品，冷冻水果、蔬菜、食用菌、藻类食品，冷冻畜禽食品、冷冻调制食品和其他冷冻食品等多个品类。
我国冷冻食品行业发展历程与现状
我国冷冻食品发展大致分为四个阶段，其中1970-1990年是我国冷冻食品萌芽期，面市的冷冻食品品类单一，以肉类和蔬菜为主；1990-2005年随着消费习惯的改变我国冷冻食品进入发展期初期，在该阶段冷链逐步形成，进口和国产设备同步提升，三全汤圆开始家喻户晓，速冻米面产品快速发展；2005-2018年行业处于整合发展期，消费需求稳步提升，冷链逐渐完善，市场快速扩张并进一步细分，在该阶段火锅餐饮企业、麻辣烫飞速发展，速冻调制食品快速成长；2018年至今我国城市化率稳步提高，产品品类丰富，形式多样，速冻菜肴产品进入赛道。
目前我国冷冻食品行业规模不断扩大。据国家统计局数据显示，2019年全国冷冻食品行业规模企业数达1.09万家，营业收入2万亿元，产生利润1072.3亿元，主要产品产量6642万吨，预计2021年需求达1790万吨，2020年规模增速达15%。整体而言行业成长性良好，整合速度加快，市场规模将持续呈多元化增长。食品工业“十四五”规划布局中，也将大力提升冷冻技术装备水平，推动冷冻食品行业健康有序发展。
冷冻食品典型技术装备发展趋势
由于冷冻食品主要加工工序包括预处理（涉及解冻装备等）、成型（涉及成型、加热装备等）、冷却冻结（涉及冻结装备等）、检测与包装（涉及包装装备等）、冷链运输（涉及仓储系统等）等多个环节。
解冻 传统解冻主要采用较为经济的水或空气解冻方式，但存在时间长，物料内外不均匀，汁液流失等品质劣变问题。
目前已开展物理场辅助解冻技术研究及设备开发，提升解冻效率和品质。但微波解冻、静电场解冻等设备，仍处于发展阶段，普及性不高，且主要核心原件依赖进口，造假昂贵、能耗高。未来发展将向着解冻快速、均匀、能耗低、普适性广的解冻设备发展，实现解冻后物料的品质和口感得到保持。

成型 该工序已实现塑形、注馅、尺寸控制、多色搭配等功能，但部分领域设备成熟度差异大，火锅料设备仍面临单机效率低，异形类产品以手工成型为主。
目前已实现机械传动向电气智控发展，跨领域借鉴成型过程，如借鉴烘焙领域实现稀浆体的自动成型，结合喷涂实现面米制品的喷涂上色，但成型设备制造商总体平均规模不大，技术成熟度不高，制造成本高，影响市场推广。未来，将开发复杂成型工序分解及配套设备，实现多位一体成型设备；开发多工位成型设备提升生产效率；机械传统向电气智控发展，提高稳定性，拓宽塑形种类和空间。

加热 已形成较为成熟的蒸、煮、炸、烤等加热方式及配套设备，但面临着热量利用率较低、污水处理负担重等问题。
目前已通过传统加热技术的改进及节能控制，实现热量的传输损耗及精准输出，也开发了新型绿色加热技术，加快传热过程，提升加热效率。但同时，也面临着蒸汽喷口技术研发及精准加热困难，流动态物料前端斩拌技术开发不足等问题。未来，需进一步实现热量的精细化利用及配套保温、余热回收系统建设以及绿色节能加热技术的开发等。

冷冻 冷冻环节主要问题在于制冷剂污染及安全性、冷冻效率低、能耗高、设备结霜严重等问题。
目前已有大量关于超声场/压力场/电场/磁场/电磁场辅助冻结的技术研究，但工业化设备相对较少，等压刚性容器设计、高压场/电场的成本和安全性问题、超声换能器和转子输出等问题也相继出现。未来，冷冻装备将向着绿色环保、冻结速度快、效率高；物料冻结过程中的品质保持；辅助冻结技术的建立与发展等方向延伸。

包装 包装环节的主要问题在于部分产品包装设备效率较低，冻藏过程中存在不同程度的品质劣变，多组分制品包装以手工为主，效率低下。
目前已经针对复合性新材料，多组分配料的自动包装设备进行了开发。但也面临着耐冻、拉伸性能好等冷冻食品包装新材质及复合技术开发，制造成本控制，拓展应用面等问题。未来，需进一步开发适合冷冻食品包装机的新材质开发，耐储存、保质效果佳、美观、价格低廉的包装材料以及多组分配料（如菜肴制品）的自动、均匀包装设备及技术开发的方向发展。

冻储及配套设施 传统冷库存储空间利用率低，能耗占比大，自动化立体库普及性较低；配套设施，如分拣、装卸货仍以手工和叉车辅助为主，效率较低。
目前国内已有智能拆垛、智能装车等设备，但仍处于发展阶段，普及性不高，且造价昂贵，冷库型智能装车技术未成熟。未来将向着自动化立体库建设，实现仓库高层合理化，存取自动化方向发展，进一步建设智能拆垛装车系统，打通“智能工厂”最后一环。

新一代冷冻食品装备创新展望
2021年我国开展了大规模的“双控限电限产”，通过主动淘汰落后产能，实现产业升级。为顺应时代发展需要：
首先，冷冻及冷藏属于能耗占比高的工序，以某大型火锅料工厂为例，冷冻冷藏环节能耗占生产系统总能耗近50%。产业需尽快加大绿色节能冷冻设备及冻藏冷库的技术研究及装备开发，通过节能降耗、热能回收，提高能源综合利用率。
第二，利用单元设备PLC（可编程逻辑控制器）改造与EDI、SCADA软件有效整合，形成控制系统，实现生产制造数据的无纸化记录及设备远程控制。
第三，以冷冻调理食品为例，实现无人化工厂主要难点集中在：第一，配料环节，物料复杂多样，需建立多工位物料暂存仓，空间占用大；第二，装车发运环节，发运订单一般是多品相、不同数量组合，复杂度高；冷冻型智能装车技术未成熟，设备造价昂贵；第三，无人化工厂适用于单一产品或同类生产工艺且市场需求量大的产品，品相较为固定。不同品相生产调节灵活性差。未来需进一步探索自动化、智能化的无人工厂建设，提升冷冻食品制造水平。