第二章_食品的低温处理与保藏BD.ppt

第二章食品的冷冻保藏 参考书目 食品工艺学 上册 食品工业制冷技术食品冷冻工艺学肉类食品工艺学水产品冷藏加工冷藏和冻藏工程技术各种食品类 制冷类的期刊 概述 冷冻食品和冷却食品冷冻和冷却食品的特点低温保藏食品的历史 冷冻食品和冷却食品 冷冻食品又称冻结食品 是冻结后在低于冻结点的温度保藏的食品冷却食品不需要冻结 是将食品的温度降到接近冻结点 并在此温度下保藏的食品冷冻食品和冷却食品可按原料及消费形式分为果蔬类 水产类 肉禽蛋类 调理方便食品类这四大类 冷冻和冷却食品的特点 易保藏 广泛用于肉 禽 水产 乳 蛋 蔬菜和水果等易腐食品的生产 运输和贮藏营养 方便 卫生 经济市场需求量大 在发达国家占有重要的地位 在发展中国家发展迅速 低温保藏食品的历史 公元前一千多年 我国就有利用天然冰雪来贮藏食品的记载 冻结食品的产生起源于19世纪上半叶冷冻机的发明 1834年 JacobPerkins 英 发明了以乙醚为介质的压缩式冷冻机 1860年 Carre 法 发明以氨为介质 以水为吸收剂的吸收式冷冻机 1872年 DavidBoyle 美 和CarlVonLinde 德 分别发明了以氨为介质的压缩式冷冻机 当时主要用于制冰 1877年 CharlesTellier 法 将氨 水吸收式冷冻机用于冷冻阿根廷的牛肉和新西兰的羊肉并运输到法国 这是食品冷冻的首次商业应用 也是冷冻食品的首度问世 20世纪初 美国建立了冻结食品厂 20世纪30年代 出现带包装的冷冻食品 二战的军需 极大地促进了美国冻结食品业的发展 战后 冷冻技术和配套设备不断改进 出现预制冷冻制品 耐热复合塑料薄膜包装袋和高质快速解冻复原加热设备 冷冻食品业成为方便食品和快餐业的支柱行业 20世纪60年代 发达国家构成完整的冷藏链 冷冻食品进入超市 冷冻食品的品种迅猛增加 冷冻加工技术从整体冻结向小块或颗粒冻结发展 我国在20世纪70年代 因外贸需要冷冻蔬菜 冷冻食品开始起步 80年代 家用冰箱和微波炉的普及 销售用冰柜和冷藏柜的使用 推动了冷冻冷藏食品的发展 出现冷冻面点 90年代 冷链初步形成 品种增加 风味特色产品和各种菜式 生产企业和产量大幅度增加 erkins的乙醚压缩制冷机 蒸汽吸收式冷冻机 蒸汽压缩式冷冻机原理 第一节食品低温保藏的基本原理 概述低温对微生物的影响低温对酶活性的影响低温对非酶作用的影响 概述 食品原料有动物性和植物性之分 食品的化学成分复杂且易变 食品因腐烂变质造成的损失惊人 引起食品腐烂变质的三个主要因素 一 低温对微生物的影响 任何微生物都有一定正常生长和繁殖的温度范围 温度越低 它们的活动能力也越弱 15 温度下降 酶活性随之下降 物质代谢减缓 微生物的生长繁殖就随之减慢 由于各种生化反应的温度系数不同 降温破坏了原来的协调一致性 影响微生物的生活机能 降温时 微生物细胞内原生质粘度增加 胶体吸水性下降 蛋白质分散度改变 还可能导致不可逆性蛋白质变性 从而破坏正常代谢 冷冻时介质中冰晶体的形成会促使细胞内原生质或胶体脱水 使溶质浓度增加促使蛋白质变性 同时冰晶体的形成还会使细胞遭受机械性破坏 影响微生物低温致死的因素 1 温度冰点以上 微生物仍然具有一定的生长繁殖能力 虽然只有部分能适应低温的微生物和嗜冷菌逐渐增长 但最后也会导致食品变质 16 8 12 尤其 2 5 冻结温度 微生物的活动会受到抑制或几乎全部死亡 当温度急剧下降到 20 30 时 所有生化变化和胶体变性几乎完全处于停顿状态 影响微生物低温致死的因素 2 降温速度冻结前 降温越快 微生物的死亡率越大 在迅速降温过程中 微生物细胞内的新陈代谢所需的各种生化反应的协调一致性被迅速破坏 冻结时 缓冻将导致大量微生物死亡 而速冻则相反 17 3 结合状态和过冷状态急速冷却时 如果水分能迅速转化成过冷状态 避免结晶形成固态玻璃体 就有可能避免因介质内水分结冰所遭受的破坏作用 微生物细胞内原生质含有大量结合水分时 介质极易进入过冷状态 不再形成冰晶体 有利于保持细胞内胶体稳定性 4 介质高水分和低pH值的介质会加速微生物的死亡 而糖 盐 蛋白质 胶体 脂肪对微生物则有保护作用 5 贮存期低温贮藏时微生物一般随贮存期的增长而减少 但贮藏温度越低 减少量越少 有时甚至没减少 贮藏初期微生物减少量最大 其后死亡率下降 二 低温对酶的影响 低温可抑制酶的活性 但不使其钝化 故冻制品解冻后酶将重新活跃 使食品变质 通常采用预煮 破坏酶活性 然后再冻制 18 三 低温对非酶因素的影响 各种非酶促化学反应的速度 都会因温度下降而降低 19 第二节食品的冷却 冷却 是将食品或食品原料的温度降低到适合后续加工或冷藏温度的过程 冷藏是将食品温度降低到接近冰点而不冻结的一种食品保藏方法 冷藏温度一般为 2 15 而 1 8 则为常用的冷藏温度 植物性食品的冷藏保鲜 肉类冻结前的预冷分割肉的冷藏销售 水产品的冷藏保鲜 20 一 食品的冷却 冷却目的 快速排出食品内部的热量 使食品温度在尽可能短的时间 一般为几小时 降低到冰点以上 从而能及时地抑制食品中微生物的生长繁殖和生化反应速度 保持食品的良好品质及新鲜度 延长食品的储藏期 21 二 冷却方法 一 固体物料的冷却接触冰冷却法空气冷却法水冷法真空冷却法 22 二 液体食品物料的冷却特点 间接冷却间歇式 连续式 三 影响冷藏效果的因素 1 影响新鲜制品冷藏效果的因素食品原料的种类 生长环境制品收获后的状况运输 储藏及零售时的温度 湿度状况冷却方法及冷藏工艺条件 贮藏温度 空气相对湿度 空气流速 23 2 影响加工制品冷藏效果的因素制品的种类及冷却方法加工时微生物去除的程度及酶失活的程度加工及包装时的卫生控制状况包装的阻隔能力运输 储藏及零售时的温度状况冷藏条件 贮藏温度 相对湿度 流速 四 食品在冷藏过程中的质量变化 水分蒸发冷害串味生理作用脂肪哈败淀粉老化微生物增殖 24 1 水分蒸发 食品在冷却及冷藏中 因为温湿度差而发生表面水分蒸发 水分蒸发不仅造成重量损失 俗称干耗 而且使果蔬类食品失去新鲜饱满的外观 减重达到5 时 水果 蔬菜会出现明显的凋萎现象 肉类食品因水分蒸发而发生表面收缩硬化 形成干燥皮膜 肉色也有变化 鸡蛋因水分蒸发而造成气室增大 25 26 水果蔬菜的水分蒸发特性 27 冷却及贮藏中食肉胴体的干耗 1 80 90 0 2m s 2 冷害 在冷藏时 果蔬的品温虽然在冻结点以上 但当贮藏温度低于某一温度界限时 果蔬的正常生理机能受到障碍 失去平衡 称为冷害 引起冷害发生的因素很多 主要有果蔬的种类 储藏温度和时间 28 29 表水果蔬菜冷害的界限温度和症状 3 串味 具有强烈气味的食品与其它的食品放在一起进行冷却和贮藏 这些易挥发的气味就会被吸附在其它的食品上 甚至存放过有强烈气味的食品 如洋葱 的库房中再贮藏其它的食品时 仍会有串味现象发生 30 4 生理作用 水果 蔬菜在收获后仍是有生命的活体 在冷藏过程中 果蔬的呼吸作用和后熟作用仍在继续进行 机体内所含的成分也不断发生变化 这就是后熟作用 淀粉 糖 酸间的比例 果胶物质的变化 维生素C的减少等 肉类在冷藏中的成熟作用 31 5 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 脂肪酸氧化 聚合等复杂的变化 使得食品的风味变差 味道恶化 出现变色 酸败 发粘等现象 这种变化进行得非常严重时 俗称为 油烧 6 淀粉老化在接近0 的低温范围中 糊化了的 淀粉分子又自动排列成序 形成致密的高度晶化的不溶性淀粉分子 水分含量在30 60 的淀粉最容易老化 含水量在10 以下的干燥状态及在大量水中的淀粉不易老化 淀粉老化作用最适温度2 4 7 微生物增殖 32 五 冷藏技术管理 1 贮藏温度冷藏温度应根据具体的原料来确定 冷藏温度越接近原料的冻结温度 贮藏期越长 香蕉 瓜类 马铃薯等在临界温度下有冷害的除外 应严格控制冷藏室温度 温度波动会使空气中的水分冷凝在食品表面 导致发霉 33 2 空气相对湿度 冷藏时适宜的湿度 水果 85 90 蔬菜 90 95 坚果 70 干燥制品 50 34 3 空气流速 为了保证贮藏室内温度均匀 应保持最低速度的空气循环 空气流速越大 食品水分蒸发率越高 带包装的食品不受空气相对湿度和空气流速的影响 35 第三节食品的冻结 食品的冻结就是指将食品的温度降低到食品冻结点以下的某一预定温度 一般要求食品的中心温度达到 15 或以下 使食品中的大部分水分冻结成冰晶体 36 一 食品冻结的理论 一 冻结点与冻结率1 冻结点或冰点 freezingpoint 冰晶开始出现的温度 一般食品的冻结点为 0 6 3 37 拉乌尔 Raoult 稀溶液定律 与固态纯溶剂成平衡的稀溶液的凝固点Tf比相同压力下纯溶剂的凝固点T f低 实验结果表明 凝固点降低的数值与稀溶液中所含溶质的数量成正比 即kf叫凝固点下降系数它与溶剂性质有关而与溶质性质无关 冻结点的降低 与其物质的浓度成正比 每增加1mol L溶质 冻结点就会下降1 86 因此食品物料要降到0 以下才产生冰晶 38 39 2 冻结率 温度 60 左右 食品内水分全部冻结 此温度称为共晶点 冻结率 在冻结点与共晶点之间的任意温度下 食品内水分的冻结比例 又称结冰率 其近似值可用下式计算 K 100 1 TD TF TD和TF分别为食品的冻结点及其冻结终了温度 40 41 温度 冻结时间 h冻结温度曲线和冻结水分量 42 二 冰结晶条件 过冷现象是水中有冰结晶生成的先决条件 水或水溶液结冰时 被称为 冰结晶之芽 的晶核的形成是必要条件 43 三 冻结过程与冻结曲线 冻结曲线表示冻结过程中温度随时间的变化过程 冷冻曲线的三个阶段 初始阶段 从初温到冰点 这时食品放出的热量是显热 此热量与全部放出的热量比较 其值较小 所以降温速度快 冻结曲线较陡 中间阶段 食品的温度从食品的冻结点降低至其中心温度为 5 左右 这时食品中的大部分水结成冰 放出大量的潜热 食品在该阶段的降温速度慢 冻结曲线平坦 终了阶段 从大部分水结成冰到预设的冻结终温 44 45 46 最大冰晶生成带 大部分食品中心温度从 1 降至 5 时 近80 水分可冻结成冰 这种大量形成冰结晶的温度范围称为最大冰晶生成带 该阶段的热交换对食品冻结速度的影响很大 一般认为 食品的中心温度在冰结晶最大生成带的温度范围内 1 5 停留的时间不超过30min就达到了快速冻结的要求 47 四 冻结速度 1 定性表达速冻 外界的温度降与细胞组织内的温度降不等 即内外有较大的温差 慢冻是指 外界的温度降与细胞组织内的温度降基本上保持等速 2 速冻的定量表达 以时间划分和以推进距离划分两种方法 48 49 按时间 食品中心温度从 1 降到 5 所需的时间在3 30min内 快速冻结 在30 120min内 中速冻结 超过120min 慢速冻结 按推进距离 以单位时间内 5 的冻结层从食品表面向内部推进的距离为标准 缓慢冻结V 0 1 1cm h 中速冻结V 1 5cm h 快速冻结V 5 15cm h 超速冻结V 15cm h 国际制冷学会 IIC 的冻结速度定义 食品表面与中心点间的最短距离 与食品表面达到0 后至食品中心温度降到比食品冻结点低10 所需时间之比 例如 食品中心与表面的最短距离为10cm 食品冻结点为 2 其中心降到比冻结点低10 即 12 时所需时间为15h 其冻结速度为V 10 15 0 67cm h 各种冻结器的冻结速度 通风的冷库 0 2cm h送风冻结器 0 5 3cm h流态化冻结器 5 10cm h液氮冻结器 10 100cm h 50 3 冻结速度与冰晶 现象 1 冻结速度快 食品组织内冰层推进速度大于水移动速度 水分从细胞内向细胞外的转移少 冰晶的分布接近天然食品中液态水的分布情况 冰晶数量极多且细小均匀 不至于对细胞造成机械损伤 在适当解冻后水分能保持在原来的位置 并发挥原有的作用 有利于保持食品原有的营养价值和品质 51 2 冻结速度慢 冻结速度慢 细胞外溶液浓度较低 冰晶首先在细胞外产生 而此时细胞内的水分是液相 在蒸汽压差作用下 细胞内的水向细胞外移动 形成较大的冰晶 且分布不均匀 除蒸汽压差外 因蛋白质变性 其持水能力降低 细胞膜的透水性增强而使水分转移作用加强 从而产生更多更大的冰晶大颗粒 缓冻形成的较大冰结晶会刺伤细胞 破坏组织结构 解冻后汁液流失严重 影响食品的价值 甚至不能食用 52 53 二 冻结对冻品质量的影响 体积膨胀 内压增加比热下降导热系数增大溶质重新分布溶液浓缩冰晶体成长冷耗及干耗脂肪氧化变色 54 1 体积膨胀与内压增加 1 当内部水分因冻结而膨胀时受到外部冻结层的阻碍 就产生内压 又称为冻结膨胀压 根据理论计算 冻结膨胀压可达到8 5Mpa 当食品外层承受不了冻结膨胀压时 便通过破裂的方式来释放 造成食品的龟裂现象 一般认为食品厚度大 含水率高和表面温度下降极快时易产生龟裂 2 结晶后体积的膨胀使液相中溶解的气体从液体中分离出来 加剧了体积膨胀现象 亦加大了食品内部压力 55 2 比热下降 水和冰的比热分别为4 2kJ kg 和2 1kJ kg 食品比热的近似计算式 在冰点以上时 c w 0 2b 冰点以下时 c 0 5w 0 2b 式中 w为食品含水率 b为食品固形物含量 56 57 3 导热系数增大 水为2 1kJ m h 冰为8 4kJ m h 在冷冻时冰层向内部逐渐推进 使导热系数提高 从而加快了冷冻过程 导热系数还受到其它成分 尤其是含脂量的影响 因脂肪是热的不良导体 含脂量大时食品的导热系数就小 导热系数还受食品构型的影响 当热流方向与肌纤维平行时大 垂直时则小 58 59 4 溶质重新分布 食品冻结时 理论上只是纯溶剂冻结成冰晶体 冻结层附近溶质的浓度相应提高 从而在尚未冻结的溶液内产生了浓度差和渗透压差 并使溶质向溶液中心部位移 冻结界面位移速度越快 溶质分布越均匀 60 5 液体浓缩 1 溶质结晶析出 如冰淇淋中乳糖因浓度增加而结晶 产品具有沙砾感 2 蛋白质变性 蛋白质在高浓度的溶液中因盐析而变性酸性溶液的pH值因浓缩而下降到蛋白质的等电点 导致蛋白质凝固改变胶体悬浮液中阴 阳离子的平衡 从而破坏胶体体系 3 气体因浓缩而过饱和 并从溶液中逸出 4 引起组织脱水 解冻后水分难以全部恢复 组织也难以恢复原有的饱满度 61 6 冰晶体成长 经冻结后 食品内部的冰晶体大小并不均匀一致 在冻藏过程中 细微的冰晶体逐渐减小 消失 而大冰晶体逐渐长大 食品中冰晶体的数目也大为减少 这种现象称为冰晶体成长 冰晶体成长给食品的品质带来很大的影响 果蔬肉类的组织细胞受到机械损伤 蛋白质变性 解冻后汁液流失增加 造成食品风味和营养价值的下降 冰淇淋 冷冻面团等制品质构的严重劣化 62 7 冷耗及干耗 食品冻结的冷耗量 就是冻结过程中食品在其降温范围内所放出的热量 冻结过程食品的放热量区分为三个部分 冻结前食品冷却时的放热量 冻结时形成冰晶体的放热量 冻结食品降温时的放热量 63 冻结前食品冷却时的放热量 Q1 C0m T初 T冻 m 冻结食品的质量C0 温度高于冻结点时的比热 kJ kg K 冻结时形成冰晶体的放热量 Q2 mW 冰W 食品中的水分含量 kg kg 最终冻结食品温度时水分冻结量 kg kg 冰 水分形成冰晶体时放出的潜热 kJ kg 冻结食品降温时的放热量Q3 Cim T冻 T终 Ci 温度低于冻结点时的比热 kJ kg K 冷耗量Q Q1 Q2 Q3 Q门 人员进出 Q灯光及其他电器 Q货架和包装 Q生化热和其它 安全系数 食品冻结时的干耗 食品冻结时的干耗 在冷却 冻结和冷冻贮藏过程中因温差引起食品表面的水分蒸发而产生的重量损失 干耗量与制冷装置的性能有密切关系 性能优良的仅有0 5 1 而性能不佳的装置干耗可达5 7 干耗可造成很大的经济损失 如按出肉率40kg 头 250工作日 年计 日处理2000头猪的肉联厂 干耗以3 计算 年损失肉重量达600T 相当于15000头猪 64 8 脂肪氧化 含较多不饱和脂肪酸的脂肪组织在空气中易被氧化 水产类最不稳定 禽类次之 畜类最稳定 畜类中 猪脂肪最不稳定 65 9 变色 脂肪组织因氧化而黄变 肉类因肌红蛋白的氧化而褐变 果蔬的酶促褐变 虾的酪氨酸氧化黑变 红色鱼皮因类胡萝卜素氧化而褪色 二 冻结方法 按生产过程的特性分 冻结系统可分为批量式 半连续式和连续式三类 按使用的冷冻介质与食品的接触状况 可分为 间接冻结 吹风冻结 金属表面接触冻结 直接冻结 冰盐混合物冻结 液氮及液态二氧化碳冻结 66 一 间接冻结 1 吹风冻结吹风式冻结装置用空气作为传热介质 冷库批量式固定的吹风隧道带推车的吹风隧道直线式连续式螺旋式流化床式 67 68 1 冷库 69 2 固定的吹风隧道 70 3 带推车的吹风隧道 71 4 直线式冻结器 72 5 螺旋式冻结器 73 6 流化床冻结器 2 金属表面接触冻结 产品与金属表面接触进行热交换 金属表面则由制冷剂的蒸发或载冷剂的吸热来进行冷却 按照结构形式 金属表面接触冻结装置可分为三种主要类型 带式 板式和筒式 74 75 1 钢带冻结器 2 平板冻结器 76 77 3 圆筒冻结器 二 直接冻结 1 低温液体冻结用高浓度低温盐水浸渍原料 原料与冷媒接触 传热系数高 热交换强烈 故速冻快 但盐水很咸 只适应于水产品 不能用于果蔬制品 2 超低温液体冻结采用液氮或液态二氧化碳作为制冷剂 相对较低的温度可以使产品快速冻结 对保证产品质量和降低干耗都是十分有利的 但设备投资和运行费用较高 低温冻结设备则可以是箱式 直线式 螺旋式或浸液式 78 液氮冻结器 通常为直线型 195 的液氮在产品出口端直接接触产品 79 三 食品的冻藏 在通常情况下 冻藏室的温度要保持在 18 以下 温度波动不得超过1 在大批冻藏食品进出冻藏室过程中 冻藏室内的温度升高不得超过4 冻藏间相对湿度95 一般 12 18 食品短期冻藏温度长期冻藏为 18 23 含脂肪的食品为 23 以下经过冻结的食品进入冻藏室时 其平均温度应与冻藏温度相同 以免冻藏温度的回升 速冻产品的冻藏期一般可达10 12个月以上 条件好的可达2年 80 第四节食品的解冻 一 概述解冻 冻结食品的温度回升至冻结点以上的过程 是冻结的逆过程 二 解冻温度曲线解冻曲线与冻结曲线呈大致对称的形状 由于冰的导热系数远大于水的导热系数 随着解冻过程的进行 向深层传热的速度越来越慢 解冻速度也随之减慢 与冻结过程相类似 5 1 是冰晶最大融解带 也应尽快通过 以免食品品质的过度下降 解冻介质的温度不宜太高 一般不超过10 15 81 82 83 三 解冻方法 1 空气解冻 定义 由空气将热量传给冻品 使冻品升温 解冻 1 间歇式解冻 相对湿度95 98 采用风速为2m s 温度为0 5 的加湿空气 解冻时间约14 15h 2 连续式解冻 有调温调湿装置 解冻量达1t h 风量600M3 min 设备占地面积大 3 加压解冻 通入压力为 2 3 105Pa 温度为15