第五章 食品的解冻.pdf

2011-9-20 第五章第五章 食品的解冻食品的解冻 2011-9-15 5.1 解冻的一般概念解冻的一般概念 ?解冻过程是冻藏食品物料回温、冰结晶融化的过程。从温度、时间的角度看，解冻过 程可以简单地被看做是冻结过程的逆过程。但由于食品物料在冻结过程的状态和解冻 过程的状态的不同，解冻过程并不是冻结过程的简单逆过程 ?从时间上看，即使冻结和解冻以同样的温度差作为传热推动力，解冻过程要比冻结过 程慢。一般的传导型传热过程是由外向内、由表及里的，冻结时食品物料的表面首先 冻结，形成固化层；解冻时则是食品物料表面首先融化 ?解冻食品的热量由两部分组成：即冰点上的相变潜热和冰点下的显热。由于冰的导热 率和热扩散率较水的大，因此冻结时的传热较解冻时快。低温时食品物料中的水主要 以冰结晶的形式存在，其比热容接近冰的比热容，解冻时食品中的水分含量增加，比 热存相应增大，最后接近水的比热容。解冻时随着温度升高，食品的比热容逐渐增 大，升高单位温度所需要的热量也逐渐增加 2011-9-15 ?冻结食品解陈时，食品中的冰结晶融化成水，如果不能回复到原细胞中去，不能被肌 肉组织吸收，这些水分就变成液汁向外流出，称为液滴损失 ?液滴损失产生的原因 ?一方面是因为食品冻结过程中产生冰结晶及冻藏过程中冰结晶长大，使细胞和肌 肉组织受到机械损伤。当损伤比较严重时，肉质间的缝隙大，内部冰晶融化的水 就会通过这些缝隙自然地向外流出，称为自由液滴。当机械损伤轻微时，内部冰 晶融化的水由于毛细管作用还能保持在肉质中， 当加压的时候才往外流出，这称 为压出液滴 ?另一方面由于食品中的蛋白质等成分，在冻结和冻放过程产发生了蛋白质变性等 不可逆变比，使肌肉组织的保水能力下降。当冻结食品解冻时，冰晶融化的水不 能与蛋白质重新水合，不能被肌肉组织吸收，就造成液滴损失内外流出。由于流 出的液滴中含有蛋白质、盐类、维生素类等水溶性成分，液滴损失不仅使冻结食 品的重量损失，向时使食品的风味、食味、营养价质变差，品质下降 ?快速冻结的食品，冰结晶细小、数量多、分布均匀。如在冻藏过程中能保持低温化， 温度变动小，就可抑制冰结晶的长大，不会对组织结构产生多大的损伤，解冻时液滴 损失也少。而慢冻食品则相反。所以，冻结食品解冻过程中流出液滴量的多少，是鉴 定冻结食品质量的一个重要指标 2011-9-15 ?食品解冻时，随着冰晶的融化，细胞内亲水胶质体吸收水分，出现水分逐渐向细胞内 扩散和渗透 ?细胞的完整性与解冻速率成为实现食品解冻后复原状态的重要条件 ?食品在解冻时，应尽快通过最大冰结晶生成带，并且应使食品内外温差小，以免发生 重结晶现象 2011-9-15 解冻装置的要求解冻装置的要求 ?性能方面：性能方面： ?解冻速度快 ?操作成本低 ?根据解冻状态可 ?食品品质方面：食品品质方面： ?汁液流失少 ?不变色 ?脂肪不发生酸化 ?蛋白质不变性 ?卫生方面：卫生方面： ?容易清洗 ?没有微生物污染 ?没有异物混入 ?解冻后食品温度在5 以下 2011-9-15 5.2 解冻的方法与装置解冻的方法与装置 ?空气解冻空气解冻 ?静止空气解冻 ?流动空气解冻 ?高湿度空气解冻 ?加压空气解冻 ?水解冻水解冻 ?水浸渍解冻 ?水喷淋解冻 ?浸渍和喷淋组合解冻 ?水蒸气减压解冻水蒸气减压解冻 ?电解冻电解冻 ?远红外解冻 ?高频解冻 ?微波解冻 ?低频解冻 ?高静压电解冻 ?真空解冻真空解冻 ?高压解冻高压解冻 2011-9-15 5.2.1 空气解冻（空气解冻（Air Thawing） ?以空气为介质的外部解冻称为空气解冻或自然解冻，它分为静止空气解冻、流动空气 解冻、热空气解冻和加压空气解冻等 ?空气解冻时，一般将解冻间温度控制在20以下，解冻时间2040h。设备简单，操作 成本低，但解冻时间长，温度不均，表面易酸化、变色，容易发生微生物污染和异物 的混入，卫生条件差。为提高解冻速率，采用送风解冻，但在送风条件下，容易引起 初料的干燥和褐变 ?流动空气和热空气虽然能缩短解冻时间，但食品汁液流失多，同时食品表面易于干 燥，严重影响品质。 ?加压空气使得冰的融点降低，食品易于融化，大大缩短解冻时间，然而相应的解冻装 置占地面积大，建设费用较高 2011-9-15 2011-9-15 2011-9-15 2011-9-15 5.2.2 水解冻（水解冻（Water Thawing） ?冷冻物料在静止或流动的水中解冻，物料表面与水的传热速率是在空气中传热速率的 1015倍，在较低的温度下，也有较快的解冻速率 ?没有酸化和干燥的问题，但裸露的表面容易吸水，营养成分损失严重。解冻用水有微 生物污染的危险性，另外还有污水排放的问题 ?多用于水产品的解冻 ?鱼和贝类，特别是虾和贝类，在空气中解冻时，易发生变色和变臭，在水中解冻比较 合适 2011-9-15 2011-9-15 2011-9-15 2011-9-15 2011-9-15 5.2.3 电解冻电解冻 ?电解冻包括高压静电解冻和不同频率的电解冻。后者包括低频（5060Hz）解冻、高 频（15MHz）解冻和微波（2450MHz）解冻 ?低频解冻（Electrical Resistance Thawing） ?也称为电阻解冻或通电加热解冻。它将冻结食品看作一段导体，通过5060Hz 的低频（或更低）交流电联结，在食品的阻抗损失、介质损耗的变化过程中将 电能转化为热能 ?低频解冻热传导的方法解冻速度快23倍，且耗电少，但对物料本身的形状有 所限制，对与电源接触部位的紧密程度也有较高要求，否则内部解冻明显不均 匀，局部甚至产生过热现象 ?欧姆加热解冻（Ohmic Thawing） ?实际上是一种低频解冻方法：将欧姆解冻与传统热水解冻相结合处理冻肉，当 频率为60Hz时，解冻时间随电压的增加而减少，频率的变化对解冻时间没有显 著的影响。而在低电压时采用该法处理样品，解冻后的样品汁液流失率低，持 水能力也得到改善 2011-9-15 ?高频解冻（Dielectric Thawing）和微波解冻（Microwave Thawing ） ?食品物料中的极性分子(称为偶极子)在作杂乱无规则的运动，例如水就是极性分 子。当处于电场中时，极性分子将重新排列，带正电的一端朝向负极，带负电 的一端朝向正极。若改变电场方向，则极性分子的取向也随之改变。若电场迅 速交替地改变方向，则极性分子亦随着作迅速的摆动。由于分子的热运动和相 邻分子间的相互作用，极性分子随电场方向改变而作的规则摆动将受到干扰和 阻碍，即产生了类似摩擦的作用，使分子获得能量，并以热的形式表现出来， 表现为食品物料的温度升高 ?外加电场的频率越高，分子的摆动就越快，产生的热量就越多。外加电场的电 场强度越大，分子的振幅就越大，产生的热量就越多。物料在高频波和微波场 中所产生的热量大小还与物料的种类及成分有关，即与物料的介电常数和损失 角正切有关 ?高频波和微波加热一般采用13.56MHz的高频波。与微波（2450MHz）一样，高 频波照射冷冻食品时，能促使食品中的极性分子，特别是水分于在电场中高速 反复振荡，分子间不断摩擦，在极短的时间内（515min）使食品内外同时升 温解冻。因此，通常将高频和微波两种加热解冻方式通称为介电感应加热解冻 2011-9-15 ?介电方式加热解冻的主要缺点是： ?某些频段的高频波，尤其是微波对人体组织有伤害，必须有安全防护设 施； ?由于食品内部蛋白质、脂肪和水分等极性分子的分布不尽相同，使得介电 加热解冻时仍然存在加热不均的可能，从而导致部分过热，使食品品质下 降； ?介电加热解冻对设备和技术要求高，投资费用较大。 ?苏格兰有一条250kW的食用肉糜生产线，用微波回温冻品原料，每小时解冻能 力可达45吨。 2011-9-15 ?高压静电解冻（High Electrostatic Voltage Field Thawing） ?冷冻物料放在高压静电场下，利用高压静电场产生的各种效应来达到解冻的目 的 ?日本生产的高压静电解冻装置，是以冻结肉为负极，-3的库内温度，在 10000V的电压下，6A的直流电流流过冻肉，12h左右达到库温，物料处于半解 冻状态。高压静电解冻具有以下持点：在3可达到解冻状态 ?高压静电场具有抑制和杀菌的作用，可防止微生物对食品的污染；微弱的负离 子作用，可抑制食品的氧化，使食品保持鲜明的色泽；汁液流失少，产品质量 高；解冻时间为传统方法的l/2 2011-9-15 2011-9-15 5.2.4 真空解冻（真空解冻（Vacuum-steam Thawing） ?真空解冻装置亦称减压水蒸汽解冻装置。它的原理是根据水在不同的压力下有不同 的沸点。真空状态下水在低温时就沸腾，沸腾时形成的水蒸气遇到更低温度的冻结 食品，就在其表面凝结成水珠，并放出凝结潜热。这部分热量被冻结食品吸收收， 就使其品温升高而解冻 ?真空解冻的优点 ?食品表面不受高温介质影响，而且解冻快 ?解冻中减少或避免了食品的氧化变质 ?食品解冻后汁液流失少 ?真空解冻的缺点 ?解冻食品外观不佳 ?成本高 2011-9-15 5.2.5 远红外辐射解冻远红外辐射解冻 ?对红外线敏感的物质，起分子、原子吸收红外线后，不仅会发生能级的跃迁，也扩 大了以平衡位置为中心的各种运动的幅度，质点的内能增大。微观结构质点运动加 剧的宏观反映就是物体温度的升高，即物质吸收红外线后，便产生自发的热效应。 由于这种热效应直接产生于物体内部、所以能快速有效地对物质加热。食品中的很 多成分在310m的远红外区有强烈的吸收，因而远红外线已被较多地应用于冷冻 食品的快速解冻中。 ?试验结果表明，用远红外线（发射装置功率300kW，照射距离100mm）解冻块状冷 冻食品时，其中心温度快速上升，并且表面温度与中心温度能始终保持在大致相同 的水平。因此，远红外可用于快速解冻冻结食品。但与微波相比，其穿透以力较弱 2011-9-15 5.2.6 超声波解冻超声波解冻 ?大体积冻结食品的解冻过程很慢，采用微波解冻、高频或低频解冻可以加快解冻过 程，但是解冻速率将受到一定的限制。这是由于一味追求快速，容易导致热量散速和 表面过热现象的产生，并进而造成食品解冻不均匀 ?Shore等人1986年发现，超声波在冻结肉制品中比在未冻结组织中衰减程度大，而且这 种衰减随着温度显著增加，在起始冷冻点达到最大值。从超声波的衰减温度曲线来 看，超声波比微波更适用于快速稳定地解冻 ?Miles等人1999年发现当频率为500KHz时用超声波解冻可行。低频时（小于 430KHz），使用强度0.52W/cm2会使肉制品发生空化现象，导致表面过热和很差的 超声波穿透性。高频时（大于740KHz），随着频率的增加衰减变大，也会产生表面过 热。选用500KHz、0.5w/cm2的超声波解冻，表面过热效应最小，冻结的牛肉、猪肉和 鳕鱼样品在2.5小时内解冻深度达到7.6cm 2011-9-15 5.2.7 高静水压解冻高静水压解冻 ?在501000MPa范围内的高静水压（High Hydrostatic Pressure Thawing ，HHP）被应用 于食品原料或加工食品的杀菌、延长货架期、蛋白质和酶的变性、质地变性、有机成 分的提取、低温冷冻和解冻以及化学反应的控制，(Swientek 1992)。这导致了蛋白质大 分子的变性 ?当压力上升到210MPa时水的凝固点下降，此时冰发生相转变，凝固点又上升，因