近日，中国科学院理化技术研究所研究员王俊杰团队与美国加州大学伯克利分校合作，通过利用新型低温冷冻方法——“定容”冷冻（Isochoric Freezing）保存食品。
该研究成果以Analysis of global energy savings in the frozen food industry made possible by transitioning from conventional isobaric freezing to isochoric freezing为题发表在Renewable and Sustainable Energy Reviews上。
低温保存是一种减少全球食品损失的有效方法，在应对食品浪费和安全方面具有重要作用。然而，目前的全球冷链运作成本高昂，根据估计，仅食品冷藏产业所消耗的电量就占全球年用电量的4%，相当于排放6.54×108吨的二氧化碳，带来直接经济成本约1200亿美元。为了满足全球人口不断增长带来的对冷藏食品的巨大需求，需要对食品冷冻冷藏方法进行创新，以降低冷冻冷藏设备带来的碳排放和经济成本。
传统的食品冷冻是在“定压”（常压）条件下进行的，除了能耗较高外，当温度降到0℃以下时，食品会发生全部冻结，不可避免地会生成冰晶对组织产生破坏，降低食品品质。
科学家们发现，在等容（恒定体积）热力学条件下，而不是在传统的等压条件下保存冷冻食品，理论上每年可减少全球能源消耗达64.9亿千瓦时，并且碳排放能减少45.9亿公斤。它的基本原理是利用定容腔体内水诱发成核结冰，随着冰层的增多膨胀产生压力，从而降低可保存生物材料的剩余液体的凝固点温度。由于系统内总存在一部分溶体处于液态，食品以过冷态保存在系统内的液态区域，不存在冰晶损伤，因此可以实现高品质低温保存。
等容冷冻，将食物储存在由硬塑料或金属制成的密封刚性容器中，容器中装有水等液体，然后将其放入冰箱中。容器中只有大约 10% 的水被冻结，并且容器内的压力阻止冰不断膨胀。传统的冷冻将食物暴露在空气中并在低于零的温度下将其冷冻成固体，而等容冷冻法不会将食物变成固体冰。只要食品保持在液体当中，它们就不会结冰，这意味着西红柿、草莓、蓝莓等浆果不会在冷链运输过程当中变成糊状。
定容冷冻好在哪儿？
优势一：提高食品品质。对于吃货来说，最关心的当然还是好不好吃的问题，好吃就是好冷冻！那么接下来，就让我们来看看定容冷冻在提高食品品质这一关键考核项中的表现。首先进行的测试是——保存马铃薯。薯条是深受广大消费者喜爱的食品。众所周知，马铃薯是制作薯条的原料，但是加工或者切块切条后的马铃薯很容易变质。
中科院理化所和美国加州大学的科研人员研究发现，采用定容冷冻保存切块后的马铃薯，可以较大程度保证马铃薯不变色，并维持高硬度，其品质显著优于传统液氮速冻方法。
优势二：降低冷链运行成本。其实，除了提高食品品质以外，定容冷冻还有一项不容忽视的优势。中科院理化所和加州大学的科研人员研究发现，由于在定容冷冻保存过程中，食品本身不存在相变，因此可以有效降低设备运行能耗，减少碳排放。
若在全球范围内采用定容冷冻保存食品，每年可以减少多达 65 亿千瓦时的能源消耗，同时减少与发电相关的碳排放 46 亿公斤，这相当于马路上减少约 100 万辆汽车的排放量。在碳中和的路上，食品定容冷冻可以说是充分发挥了先锋模范作用了。
目前，定容冷冻技术正逐步走出实验室、走向市场，一些食品企业和生物公司已开始尝试将该技术应用到食品、药品和器官等生物材料的保存。随着技术的进步，相信未来定容冷冻会进一步在食品冷冻和医学器官保存上造福人类。