5食品冷冻冷藏原理与设备-冷藏课件

第五章食品冷却与冷藏郑艺华生物系统热科学与技术研究所冷却与冷藏是食品保鲜的常用方法之一。冷却是将食品的品温降低到接近食品的冰点但不冻结的一种冷加工方法，它是延长食用贮藏期的一种被广泛采用的方法。它是冷藏的必要前处理，是短时的换热降温过程，冷却的最终温度在冰点以上(0~15℃)。冷藏是冷却后的食品在冷藏温度下保持食品不变质的一个贮藏方法。冷藏的主要对象是植物性食品。也是短期保存肉类的有效手段。§5-1食品冷却中的传热方式食品在冷却过程中向外界散出了热量。食品的热量是从内部逐层向外界散失的。导热对流辐射采用的基本传热方式与食品种类、形状和所用冷却介质等有关。实际生产，采用一种或两种，其他为辅的传热方式。一、导热发生在食品的内部、包装材料以及用固体材料作为冷却介质的冷加工中。食品内部的导热：食品热量逐渐从内部传向表面。考虑包装材料的导热问题。二、对流对流发生在以气体和液体为冷却介质的冷加工和冷藏中。食品表面的热量通过对流带走。与冷却介质种类、流动状态、食品表面状况等许多因素有关。三、辐射发生在仅有自然对流或流速较小的冷加工和冷藏中。§5-2食品冷却时的变化食品在冷却贮藏时，虽然温度较低，但还是会发生一系列的变化。所有的变化中除肉类在冷却过程中的成熟作用外，其他均会使食品的品质下降。一、水分蒸发（干耗）食品在冷却时，不仅食品的温度下降，而且食品中汁液的浓度有所增加，食品表面水分蒸发，出现干燥现象。当食品中的水分减少后，不但造成质量损失(俗称干耗)，而且使植物性食品失去新鲜饱满的外观，当减重达到5％时，水果、蔬菜合出现明显的凋萎现象。肉类食品在冷却贮藏中也会因水分蒸发而发生干耗，同时肉的表而收缩、硬化，形成干燥皮膜，颜色也有变化。鸡蛋在冷却贮藏中，因水分蒸发而造成气室增大，使蛋内组织挤压在一起而造成质量下降。为了减少水果、蔬菜类食品冷却时的水分蒸发量，要根据它们各自的水分蒸发特性，控制其适宜的湿度、温度及风速。二、冷害在冷却贮藏时，有些水果、蔬菜的品温虽然在冻结点以上，当贮藏温度低于某一界限温度时，果蔬正常的生理机能遇到障碍，失去平衡，这称为冷害。冷害症状随品种的不同而各不相同，明显的症状是表皮出现软化斑点和核周围肉质变色，像西瓜表面凹斑、鸭梨的黑心病、马铃薯的发甜等。另有一些水果、蔬菜，在外观上看不出冷害的症状，但冷藏后再放到常温中，就丧失了正常的促进成熟作用的能力，这也是冷害的一种。例如香蕉，如低于11.7℃的冷藏室内一段时间，拿出冷藏室后表皮变黑成腐烂状，俗称“见风黑”。而生香蕉的成熟作用能力则已完全失去。一般来讲，产地在热带、亚热带的果蔬容易发生冷害。应当强调指出，需要在低于界限温度的环境中放置一段时间冷害才能显现。三、移臭（串味）有强烈香味或臭味的食品，与其他食品放在一起冷却贮藏，这香味或臭味就会传给其他食品。例如洋葱与苹果放在一起冷藏，葱的臭味就会传到苹果上去。这样，食品原有的风味就会发生变化，使品质下降。有时，一间冷藏室内放过具合强烈气味的物质后，在室内留下的强烈气味会串给接下来放人的食品。如放人洋葱后，虽然洋葱已出库，但其气味会串给随后放人的苹果。要避免就要求在管理上做到专库专用．或在一种食品库后严格消毒和除味。另外，冷藏库还具有一些特有的臭味，俗称冷臭，这种冷臭也会传给冷却食品。四、生理作用水果、蔬菜在收获历仍是有生命的话体。为运输和贮存的便利，果蔬一般在收获时尚未完全成熟，因此收获后还有个后熟过程。在冷却贮藏过程中，水果、蔬菜的呼吸作用、后熟作用仍在继续进行，体内各种成分也不断发生变化．例如淀粉和糖的比例，糖、酸比，维生素c的含量等等，同时还可以看到颜色、硬度等的变化。五、成熟作用刚屠宰的动物的肉是柔软的，并只有很高的持水性，经过一段时间放置后，就会进入僵硬阶段，此时肉质变得粗硬，持水件也大大降低。继续延长放置时间，出就会进入解硬阶段．此时肉质又变软，持水性也与所恢复。进一步放置，肉质就进一步柔软，口味、风味也毛极大的改善，达到了最佳食用状态。这一系列变化是体内进行的一系列生物化学变化和物理化学变化的结果。由于这一系列的变化，使肉类变得柔嫩，并具有特殊的鲜、香风味。我们把肉的这种变化过程称为肉的成熟。这是一种受人欢迎的变化。由于动物种类的不向，成熟作用的效果也不同，对猪、家禽等肉质原来就较柔嫩的品种来讲．成熟作用不十分重要。但对牛、绵羊、野禽等，成熟作用就十分重要，它对肉质的软化与风味的增加有显著的效果，提高了它们的商品价值。必须指出的是，成熟作用如果进行得过分的话，肉质就会进入腐败阶段，一旦进入腐败阶段，肉类的商品价值就会下降甚至失去。六、脂类的变化冷却贮藏过程中，食品中所含的油脂会发生水解、脂肪酸的氧化、聚合等复杂的变化，其反应生成的低级醛、酮类物质会使食品的风味变差、味道恶化，使食品出现变色、酸败、发粘等现象。这种变化进行得非常严重时，就摄人们称之为“油烧”。七、淀粉的老化淀粉在适当温度下，在水中溶胀分裂形成均匀的糊状溶液，这种作用叫糊化作用。糊化作用实质上是把淀粉分子问的氢键断开，水分子与淀粉形成氢键，形成败体溶液。糊化的淀粉又称为α—淀粉。食品中的淀粉是以α－淀粉的形式存在的，但是在接近0℃的低温范围内，糊化了的α—淀粉分子又自动排列成序，形成致密的高度品化的不溶性淀粉分子，迅速出现了淀粉的β化，这就是淀粉的老化。老化的淀粉不易为淀粉酶作用，所以也不易摄人体消化吸收。水分含量在30％一60％的淀粉最易老化，含水量在10％以下的干燥状态及在大量水中的淀粉都不易老化。淀粉老化作用的最适温度是2—4℃。例如面包在冷却贮藏时淀粉迅速老化，味道就变得很不好吃。又如土豆放在冷藏陈列柜中贮存时，也会有淀粉老化的现象发生。当贮存温度低于一20℃或高于60℃时，均不会发生淀粉老化现象。因为低于一20℃时，淀粉分子间的水分急速冻结，形成了冰结晶，阻碍了淀粉分子间的相互靠近而不能形成氢键，所以不会发生淀粉老化的现象。八、微生物的增殖食品中的微生物若按温度划分可分为低温细菌、中温细菌和高温细菌。在冷却、冷藏状态下，微生物特别是低温微生物，它的繁殖和分解作用并没有被充分抑制，只是速度变得缓慢了一些，其总量还是增加的，如时间较长，就会使食品发生腐败。九、寒冷收缩宰后的牛肉在短时间内快速冷却，肌肉会发生显著收缩现象，以后即使经过成熟过程，肉质也不会十分软化，这种现象叫寒冷收缩。一般来说，宰后10h内，肉温降低到8℃以下，容易发生寒冷收缩现象。但这温度与时间并不固定，成牛与小牛，或者同一头牛的不同部位的肉都有差异。例如成牛，肉温低于8℃，而小牛则肉温低于4℃。按照过去的概念，肉类宰杀后要迅速冷却，但近年来由于冷却肉的销售量不断扩大，为了避免寒冷收缩的发生，国际上正研究不引起寒冷收缩的冷却方法。十、变色食品在冷藏中，出现变色现象。红色肉可能变为褐色肉。水果变黑等。与自身氧化反应以及微生物作用有关。还有霉菌和蛋白质分解等作用。§5-3冷却食品的冷藏工艺不同的食品，具有不同的物理和化学性质，应采取不同的冷藏工艺进行。一、畜禽肉类食品畜禽肉类食品主要包括牛肉、羊肉、猪肉、鸡、鸭、鹅肉等、其主要营养成分有蛋白质、脂肪、糖类、无机盐和维牛素等。由肌肉组织、结缔组织和骨骼组织组成。肌肉组织是主要部分，约占胴体质量的50％一60％。屠宰后经历僵直、软化成熟、自溶和酸败等四个阶段。1、肉类的冷却工艺畜肉类：一般采用吊挂进行空气冷却。一段冷却法，0℃，风速0.5～1.5m/s，相对湿度90～98％。两段冷却法，－10～－15℃，1.5～3m/s，时间2～4h；0～－2℃，0.1m/s，时间10～16h。干耗小，生理控制好，外观好，质量好，耗冷量大。但快速冷却会引起牛羊肉的寒冷收缩现象。禽肉类：吊挂或冰水浸和喷淋冷却。2～3℃，湿度80～90％，风速1～1.2m/s，时间7h。冰水浸和喷淋冷却无干耗，但易污染。2、肉类的冷藏工艺短期贮藏和运输，完成肉的成熟作用。冷藏间温度－1～1℃，相对湿度85％～90％。放置5天后，要每天对肉进行质量检查。二、鱼类食品冷却冷藏工艺鱼是人类营养丰富的食物之一。主要含有水、蛋白质、脂肪、矿物质、酶和维生素等。其中蛋白质含量较高，约达15％一20％左右，而富含有人体所必需的八种氨基酸。鱼肉与畜禽肉比较．其肌肉组织松软．蛋白质更易被人体吸收，但脂肪中的不饱和脂肪酸含量高，使鱼肉易氧化变质。此外．酶含量和矿物元素碘的含量均较高。同样会出现僵直、成熟、自溶和酸败等四个阶段，而且在僵直前还有一个表面粘液分泌过程。这种粘液是腐败苗的良好培养基。当温度在3—5℃或更高时，它们极易使鱼酸败。各阶段持续时间较短。鱼体僵直和自溶时间长短与鱼的种类、捕获方法、致死前的生理状态有关，温度对这两个过程影响最大。根据国外一些资料报道，海水鱼在40一50℃之间自溶最快，淡水鱼在23—30℃之间最快，如温度在24℃左右时鲤鱼最快，低于0℃时自溶作用几乎停止。1、冰冷却法常用方法，采用机械制冰和天然冰。层冰层鱼法：大鱼拌冰法：中小鱼类，冷却快冰量的计算。冰冷却法一船只能将鱼体冷却至1℃左右，冷却鱼不能长期贮藏，一般淡水鱼为8—10天；海水鱼为10－15天，若冰中添加防腐剂可延长贮藏期。2、冷海水冷却法利用机械制冷或机械制冷与冰制冷结合使海水温度降至-1~-2℃左右，将捕获的鱼浸入其中达到迅速份却的目的。冷却速度快，适合远洋作业的渔船，劳动强度低，不易积压。不足是鱼体吸水膨胀，肉变咸、变色、易污染。若将CO2，充入冷海水中，可使冷海水的pH值降低至4.2左右，可抑制或杀死部分微生物，使冷藏期延长。如纯鱼在冷海水中最多贮藏5天，若去掉头和内脏也只能贮藏12天，而经过充入C02处理的鱼可贮藏17天。3、微冻保鲜鱼在一3℃左右的冷却介质中呈轻微冻结状态，使其待藏期可比在O℃左右的冷藏期延长了1.5—2倍。微冻保鲜可在冰冷却法和冷海水冷却法的基础上进行，只是温度更低些。其最终温度取决于盐的浓度，层冰层鱼铺放时，冷却最低温度不到0℃。若要实现微冻状态、撒碎冰后再洒上相当于2％一4％冰重的食盐。三、乳的冷却冷藏工艺乳和乳制品通常指牛乳或由牛乳加工而成的制品。乳的成分有水、蛋白质、脂肪、乳糖、天机盐类、磷脂、维牛素、酶、色素、气体和其他微量元素，是一种具有胶体特性的生物学液体。乳含有人体的必需氨基酸，蛋白质和脂肪均易被人体吸收。乳糖是促进肠道内有益乳酸面生长的主要物质，分解生成的半乳糖对儿童发育非常重要。乳中还含有能抑制微生物繁殖的抗菌物质(拉克持宁)，使乳本身具有抗菌特性，但这种抗菌特性持续的时间是与乳温、冷却是合及时和细菌污染程度有关的。乳的冷却温度常根据贮藏运输所需的时间而之，如果乳的产地到乳品厂的运输时间小于6h，乳可在产地冷却到10℃即可。乳的冷却方法乳的冷却方法较多，常见简易方法有冷水冷却和冷排冷却器冷却两种。冷水或冰水冷却方法简单易行，即将乳桶放入冷水池中使乳温降至水温以亡3—4℃左右。北方地下水温较低，可直接利用。南方地下水温偏高，可加适量的冰块解决。冷排冷却器是由金属排管（换热器）组成，冷却乳白上而下流动．而冷却介质(冷水或冷盐水)白下而上流动。这种方式冷却效果好，适合于小规模加上厂利乳牛厂使用。四、蛋类食品冷却冷藏工艺蛋主要由蛋壳、蛋白和蛋黄组成，其成分有水分、蛋白质、脂肪、糖、无机盐和维生素等，蛋白质含有16种氨基酸．尤其是蛋白中的卵白蛋白和蛋黄中的卵黄磷蛋白营养价值更高。鲜蛋变质的原因主要是细菌等微生物作用的结果，微生物可从蛋壳气孔进入或在产蛋前进入。但鲜蛋不会马上变质的原因是鲜蛋中含有细菌酶，这种酶在一定时间内能够抑制微生物的繁殖与生长。鲜蛋的冷却应在专用的冷却间内完成，也可利用冷库的穿堂和过道．采用微风速冷风机进行冷却。在冷却开始时，冷却空气温度萄蛋体温度相差不能太大，一般低于蛋体温度2—3c，随后每隔1—2h将冷却问空气温度降低1℃左右。冷却间空气相对湿度在75％一85％左右，流速在0.3～0.5m／s之间。通常情况下经过24h的冷却，蛋体温度可达1—3℃，此时冷却结束。冷却后的蛋可在两种条件下冷藏：温度0～－1.5℃，相对湿度80％一85％，冷藏期为4—6个月；温度－1.5～－2℃，相对湿度85％一90％，冷藏期为6—8个月。冷藏蛋在出库上市之前，应该在库内逐渐升温，直至蛋温低于库外温度3—5℃为止。否则，出库后将在蛋体表面上结露，使冷藏蛋质量迅速下降。使壳外膜破坏，蛋壳气孔曝露，为微生物生长创造条件，水也加速腐败。五、果疏类食品冷却冷藏果蔬是人类营养丰富的必需副食品，其营养价值与品种、生长、成熟、贮藏条件等小同而差异较大。但主要可概括如下：人体维生素的重要来源，尤其是果蔬中含有丰富的维生素C和胡萝卜素；大量的矿物质元素如铁、钙、磷等在人体的生理活动中起着调节体液酸碱平衡的作用；大量的蔗糖、果糖、葡萄糖、淀粉、有机酸等不但供给人体热量，而且也使果蔬具有不同的香气与风味；纤维素和半纤维素能够促进胃肠的蠕动，刺激胃壁消比腺的分泌，起着间接的消化作用。仍是生命体，存在呼吸作用、乙烯催熟作用和冷害。上述现象除与温度有关外，还与食品的品种、成熟度、栽培条件以及冷藏环境等有关。合理的冷藏工艺可控制果蔬以较低的呼吸速率维持生命正常的代谢过程，推迟呼吸高峰的到来。呼吸作用和乙烯催熟作用还与贮藏环境中空气的含氧量及二氧化碳量有关。正常环境氧的含量力21％、测二氧化碳量为0.03％。如果适当降低氧的含量或增加二氧化碳量均会降低呼吸作用和乙烯催熟作用，同时也抑制或杀死某些真菌和昆虫，从而达到延长保鲜期的目的。故目前推广使用一种气调保鲜法。1、果蔬类食品特点2、果蔬冷却冷藏工艺大多数果蔬在采摘后应迅速进行分级、包装、冷却等预处理。果蔬冷却方式较多，常用的有空气冷却、冷水冷却和真空冷却等。空气冷却可在冷藏库的冷却间内或过堂内进行，风速约0.5m／s，将果蔬冷却至冷藏温度后再入库。冷水冷却利用专用的设备对果蔬进行喷淋或浸渍，冷水温度约一3℃。冷水冷却的特点是果蔬冷却快，干耗小，适合于冷却根类菜和较硬的果蔬，但冷却水需要避免对果蔬污染。真空冷却在真空室内完成、多用于表向积较大的叶类莱，真空室的压力约613—666Pa左右。为了减少干耗，果蔬在进入真空室之前要对果蔬进行加湿。冷却温度一般为2—3℃。但由于品种、采摘时间、成熟度等诸多因素的影响，冷却温度差别较大。果蔬冷藏中应尽量减少温度波动．温度波动使果蔬表面结露，给微生物的繁殖创造条件。冷藏库中空气的相对湿度一般较高，目的是减少果蔬冷藏中的干耗。3、影响真空冷却效果的因素水分蒸发和预先湿润。温度下降到20℃时所蒸发掉4％的水分是商业价值的临界限。预先喷雾加湿。果疏的种类。水分的蒸发量随果疏的体积、表面积的比例、本身构造、组织的粗密以及表面状态的不同而变化。分为叶菜类、花菜类和果菜或根菜类。商品的包装。包装有利于减少干耗和保存。但必须透气。4、气调贮藏果疏冷藏库应定时通风，以排除乙烯和其他有害气体。果蔬出库上市之前，要逐渐升温直至出库后果蔬表面不结露为止。总之．果蔬在冷却冷藏期间要有适宜的温度和湿度和气体浓度。气调贮藏是当今最先进的果蔬保鲜贮藏方法。它是在冷藏的基础上，增加气体成分调节，通过对贮藏环境中温度、湿度、二氧化碳、氧气浓度和乙烯浓度等条件的控制，抑制果蔬呼吸作用，延缓其新陈代谢过程，更好地保持果蔬新鲜度和商品性，延长果蔬贮藏期和销售货架期。通常气调贮藏比普通冷藏可延长贮藏期2—3倍。气调贮藏可分为一次气调法、连续气调法，以及混合降氧法等多种。一次气调法(MA贮藏)指利用气密性好的材料，在产品包装或贮藏时，产品周围的气体不与外界进行交换、保持包装时无人气体的组成成分或靠自身呼吸作用吸收消耗贮藏室中的氧，放出二氧化碳，以达到合适的贮藏环境。自然降氧法在气密的库房内或塑料薄膜棚内进行，属于一次性整进整出的间歇式作业方式。简便易行．但对库房或塑料薄膜棚的气密性要求较严。又由于降氧速度慢，室内或棚内呼吸热的聚积可使微生物和酶活性增加，对果蔬质量有一定的影响。预充气法多用在无呼吸功能的动物性食品上。在产品包装时，首先对产品抽真空，然后充入一定比例成分的气体，如午餐肉罐头内可无人80％的CO2和20％N2；干酪创装时可充入100％的N2，鲜禽肉或鲜鱼肉包装时可充入30％的CO2和70％的N2。连续气调法(CA贮藏)是对产品贮藏环境不断地进行检测与调控、以保证产品在合适的气体成分比例下贮藏。人工降氧法是利用机械在库房外制取人工空气(氧气约占气体总体积的1％一3％、二氧化碳气占0～10％）冲洗库内气体，或将库内气体经过循环式气体发生器去除部分氧气后再送回到库内。人工降氧法速度快(快速降氧法)，同时能及时排除库内的乙烯等挥发性成分，保鲜效果好，对不耐贮藏的果蔬效果更明显。如草莓以自然降氧法可贮藏2－3天，而采用人工降氧法可以贮藏15天以上。人工降氧法对厅房的气密性要求虽然低于自然降氧法，但为了提高系统效率，一般情况下应该对库房的气密性进行检验，其检验条件是当库房内的表压力达到249Pa时，若经过1h，压力下降不低于49．8Pa，这时认为库房的气密性较好。库房内的气体成分要严格控制在一定范围内，氧气含量不能过低，否则也会造成食品的厌氧呼吸。硅窗自动气调法是利用硅窗(硅橡胶薄膜)对气体透过性的选择作用来调节产品的贮藏环境。在常压下透过二氧化碳量与透过氧的量之比为1：5，因此，果蔬呼吸使库内的二氧化碳量远远大于库外环境中的二氧化碳量，而大气中的含氧量又远远高于库内，使库内空气与库外的空气自动平衡在氧3％一4％和二氧化碳4％一5％之可。该方法在一般冷库和简易冷库内均可采用。混合降氧法也称半自然降氧法．是上述自然降氧法和人工降氧法的组合。冷藏初期用人上降氧法可在较短的时间内快速达到某一含氧量(质量分数约10％)，然后，靠果蔬的呼吸作用消耗掉剩余的部分氧，同时放出二氧化碳。此法不仅达到了保鲜效果，而且更主要的是降低了成本。§5-4食品的冷却过程食品的冷却过程是非稳态导热过程。食品的内部也是不均匀的。一、食品冷却计算中常用的两个准则数毕渥数Bi反映了固体内部单位导热面积上的导热热阻与单位表面积上的对流换热热阻之比，用于固体与流体之间的换热。Bi<0.1食品内温度分布与空间坐标无关Bi>40表面对流热阻可以忽略，用冷却介质温度代替食品表面温度。0.1<Bi<40不能简化，温度分布是时间和空间坐标的函数。