食品工艺学论文 食品冷冻保藏技术研究

食品冷冻保藏技术研究食品冷冻保藏技术研究 摘要 冷冻贮藏对食品保藏和运输具有重要意义 冷冻食品加工行 业发展势头良好 食品变质腐败是由酶和微生物引起的 那么控制 酶和 微生物的作用就能保持食品的质量 酶和微生物对温度非常敏感 降低温度 酶的活性就大大减弱 微生物的生命活动能力就受到抑 制 其繁殖能力下降 与食品冷冻相关的理论与技术也有长足的进 展 长期的应用结果表明 冷藏时因食品后熟 腐败速度较快 不 可能实现食品的长期贮存 冷冻虽然能长期贮存食品 但由于食品 的一部分细胞死亡 且在解冻时出现汁液流失 不能保持食品的原 有风味 随着生活水平的提高 人们对食物的要求也随之提高 本 文介绍了冷冻保藏技术的理论 在冷冻过程中发生的变化等 介绍 了几种新的冷冻保藏技术 并进行了展望 关键词 冷冻保藏 技术 展望 食品冷冻保藏就是利用低温保藏食品的过程 即降低食品温度 并 维持低温水平或冷冻状态 以便阻止或延缓它们的腐败变质 从而 达到远途运输和短期或长期的贮藏目的 冷冻技术是目前食品保藏 的重要技术之一 不仅能够降低绝大多数生化反应的速度 减少营 养损失 而且还具有高度的安全性 冷冻过程的关键步骤是生成冰 晶 而冰晶是影响食品品质的主要因素 食品冻结过程中生成的大 冰晶 主要分布于细胞间隙内 由于数量少 分布不均匀 从而造 成细胞破裂 组织结构受到损伤 致使食品品质明显下降 而细胞 内与细胞间生成的细小冰晶 对细胞的机械损伤较轻 汁液流失少 可以较好地保存食品的质量与营养成分 1 用冷冻贮藏的方法保藏 和运输易腐食品具有重要的意义 在食品工业中应用十分广泛 冷 冻食品具有卫生 食用方便 营养合理 能耗低及减轻家务劳动等 优点 因而近年来风靡欧 美 日本 然而 我国的冷冻食品行业 与发达国家相比还有较大差距 2 因此 发展冷冻食品将成为我国 食品结构改革的重要方向之一 冷冻食品业将是我国食品加工领域 新兴的主力军 一 食品冷冻冷藏的一般技术要求 食品有植物类和动物类之分 植物类食品一般指果蔬 它们的特征 是活体 有生命力 迸行呼吸 本身有控制体内酶的作用和抵御微 生物侵袭的能力 与采摘前不同的是不能再从母体上得到水分和营 养物质 果蔬生命活动所需的能量只能不断消耗积累的各种物质 因此 植物类食品在冷藏中应掌握的基本点是维持它的活动状 态 但又要减弱它的呼吸作用 因为呼吸是个消耗能量的过程 呼 吸使体内的葡萄糖变成二氧化碳和水 同时放出热量 降温能使呼 吸减弱 使能量消耗减少 由于消耗还在进行 到一定时间后 果 蔬的水分 色泽 风昧和营养成分都降低 所以不能无限期贮 藏 植物类食品在冷库内堆放时 必须使其周围通风良好 这样散 发的热量能及时排除 新鲜的空气能供应 以保证它的呼吸 对这 类食品的温度绝不能降到它们的冰点以下 否则会使植物冻死 有 的不能降到冰点附近 以免产生冷害 果蔬若温度降到其冰点以 下 则因冻结而引起冻害 冻害比冷害对果蔬引起的损失更严 重 所以贮藏果蔬的冷藏库其温度绝对不能降到食品冰点温度以下 对动物类食品 一般都是宰杀后冷藏 它是非活体 没有控制酶及 抵御生物活动的能力 因此对这类产品降温越低 质量保持越久 在理论上 若将库温降至一 273 食品可永久储存下去 因为达到 这一温度值后 分子将会停止运动 不可能再发生各种化学反应 但在现实中 冷库只能降库温保持在 10 25 低温虽然可以 抑制微生物的生长繁殖 甚至可以杀灭某些微生物 然而大多数的 微生物在低温下并不死亡 一旦温度升高 还活着的细菌就会苏醒 过来 继续活动和繁殖 促使食品变质和腐败 有些耐低温的微生 物 如霉菌 在 O 8 的低温中仍能生长繁殖 所以 国际制冷学 会推荐冷冻食品的实用储藏温度要求不得低于一 18 冷藏食品最 长时间一般不得超过 1 年 时间过长了 食品脂肪氧化 冻品干耗 使肉类产品的水分 色泽 风昧和营养成分都发生缓慢的能量消耗 和变质 3 二 食品冷冻理论 2 1 冷冻食品的 TTT 理论 冻结食品的 TTT 概念和规律是美国 Arsdel 等人在 1948 1958 年对 食品在冻藏下经过大量实验总结归纳出来的 揭示了食品在一定初 始质量 加工方法和包装方式 即 3P 原则 product of initial quality processing method and packaging PPP factors 下 冻结食品的容许冻藏期与冻结时间 冻藏温度的关系 对食品冻藏 具有指导意义 4 研究资料表明 冻结食品质量随时间的下降是累 积性的 而且为不可逆的 在这个期间内 温度是质量下降的主要 原因 温度越低 质量下降的过程越缓慢 容许的冻藏期也就越长 TTT 概念对一般食品的冷冻加工具有重要的意义 至今很多工 厂里面还在采用 18 作为食品冷冻终点 并以为食品在该温度下贮 藏是安全的 然而 仅用该理论来指导冷冻加工却带来实际工作中 的不便 首先 它没有阐明冷冻加工冻结的速率与食品质量的关系 其次 并非所有的食品温度越低质量越高 2 2 食品聚合物科学理论 80 年代初 美国科学家 L Slade 和 H Levine 首先提出了 食品聚 合物科学 Food polymer science 5 其基本思想是 冻结食品 的玻璃化 Glass 保存 之后 国内外越来越多的科学家开始进行这 方面的研究工作 结果表明 冻结食品质量的下降主要是由大的冰 晶对细胞的挤压破坏引起的 玻璃是一种非晶态的固体 基于力的 性质 玻璃化转变被定义为一种力的松弛过程 在非晶态系统中 玻 璃化转变则被看作是从橡胶态到玻璃态的转变 它与温度 时间 及物质的成分有关 6 所有的水溶液都可迅速通过结晶区而不发生 晶化 过冷成为玻璃态固体 食品材料由于其含水量较高 果蔬等可 达到 90 以上 体积也比较大 并且不能用目前的玻璃化溶液 帮 助形成玻璃态的某种溶液 因此对它们实现全部玻璃化低温保存是 不可能的 要实现食品玻璃化保存的唯一途径是部分结晶的玻璃化 方法 7 在此法中 随着温度的下降不断有冰晶析出 从而使溶液的浓 度不断升高 当达到某一温度时 溶液中剩余的水分不再结晶 此部 分水称为不可冻水 此时的溶液也达到了最大冻结浓缩状态 3 3 3食品冻藏时的化学变化食品冻藏时的化学变化食品冻藏时的化学变化 3 1 蛋白质的冻结变性 食品中的蛋白质在冻结过程中会发生冻结变性 在冻藏过程中 因 冻藏温度的变动和冰结晶的长大 会增加蛋白质的冻结变性程度 速冻中的蛋白质变性是造成动物性食品品质 尤其是风味 下降的主 要原因 这是由于肌动球蛋白凝固变性所致 速冻中造成蛋白质变性的原因主要有盐类 糖类及磷酸盐的作用 以及脱水作用 冰晶生成时 无机盐浓缩 盐析作用或盐类直接 作用可使蛋白质变性 盐类中钙盐 镁盐等水溶性盐类能促进蛋 白质变性 而磷酸盐等则能减缓蛋白质变性 冰结晶生成时蛋白质分子失去结合水 也会使蛋白质分子受压后 集中 互相凝聚 3 2 色泽的变化 冻结食品在冻藏过程中 除了因制冷剂泄漏造成变色 例如氨泄 漏时 胡萝卜的橘红色会变成蓝色 洋葱 卷心菜 莲子的白色 会变成黄色 外 其他凡在常温下发生的变色现象 在长期的冻 藏过程中都会发生 只是进行的速度十分缓慢 脂肪的变色 多脂肪鱼类如带鱼 沙丁鱼等 在冻藏过程中因脂肪氧化会变黄 酸败 严重时还会发粘 产生异味 丧失食品的商品价值 蔬菜的变色 在氧化酶的作用下 果蔬类食品容易发生褐变 所以蔬菜在速冻 前一般要将原料进行烫漂处理 破坏过氧化酶 使速冻蔬菜在冻 藏中不变色 红色鱼肉的褐变 红色鱼肉的褐变 最有代表性的是金枪鱼肉的褐变 金枪鱼是一种 经济价值较高的鱼类 日本人有食金枪鱼肉生鱼片的习惯 金枪鱼 肉在 20 下冻藏 2 个月以上 其肉色由红色向暗红色 红褐色 褐 红色 褐色转变 作为生鱼片的商品价值下降 这种现象的发生 是由于肌肉中的肌红蛋白被氧化 生成氧化肌红蛋白的缘故 虾的黑变 虾类在冻结贮藏中 其头 胸 足 关节及尾部常会发生黑变 出现黑的斑点或黑箍 使商品价值下降 产生黑变的原因主要是 氧化酶 酚酶或酚氧化酶 使酪氨酸氧化 生成黑色素所致 四 食品冷冻保藏的新技术 近年来 虽然食品冷冻相关理论进展缓慢 但是随着工程技术的 发展 在食品冷冻研究和应用领域出现了多项新技术 4 1 超声波冷冻技术 超声食品冷冻技术是将功率超声技术和食品冷冻相互祸合 利用超 声波作用改善食品冷冻过程 其潜在的优势在于超声可以强化冷冻 过程传热促进食品冷冻过程的冰结晶 改善冷冻食品品质等方面 8 研究表明 超声波能促进冰结晶的 成核和抑制晶体生长 一定强度的超声波作用能在枝状冰晶中产生 裂缝 9 适宜参数的超声波能降低纯水结晶的过冷度 促进冰晶 成核 10 超声冷冻技术仅仅在食品冷冻过程中 施加超声波外场能量而不需添加任何添加剂改善品质 符合现代食 品工业发展绿色食品的方向 4 2 抗冻蛋白应用技术 抗冻蛋白 antifreeze proteins AFPs 是一类能抑制冰晶生长的 特殊蛋白质 它能够非依数性地降低水溶液的冰点 但对熔点的影 响甚微 11 抗冻蛋白在很多有机物中都存在 包括细菌 真菌 无 脊椎动物和鱼等 当前研究最多的具有抗冻活性的蛋白来自于鱼类 抗冻蛋白可以降低溶液冰点 抑制晶核生长及冰晶生长速率 食品 冷冻中抗冻蛋白可以改善冰冻食品的品质 例如冻藏牛奶和肉类 12 在医学上它可以提供人类器官移植时的冰冻保护 用于癌 症的冰冻手术以及其在农业 水产养殖业等的多方面应用 4 3 冰温技术 冰温技术的研究主要以食品保鲜为中心 将食品贮藏在 0 以下至 各自的冻结点范围内属于冰温贮藏 13 冰温技术具有如下特点 14 温贮藏不破坏细胞 而且能够提高水果 蔬菜的品质 利 用冰温技术保鲜贮藏食品 比现有冷藏技术要延长保存期数倍以上 冰温贮藏减少有害微生物 在冰温状态下 大肠杆菌 葡萄球菌等 有害微生物均无法存活 冰温贮藏不需要解冻 既避免解冻失水又 节省了时间 但是冰温技术也有它的不足之处 首先 由于各个食 品的冰温带范围比较窄 所以在技术上要求很高 尤其是超冰温保 鲜技术 其次 运行成本与投资较大 与普通冷库相比冰温库造价 比较高 这使得冰温技术的广泛应用受到限制 4 4 高压食品冷冻技术 食品高压冷冻技术是通过改变压力来控制食品中水的相变过程 在 高压条件下 将食品冷却到一定温度 此时水仍未结冰 其后迅 速将压力释放 就会在食品内部形成细小而均匀的冰晶体 并且 冰晶体积不会膨胀 因此可减少食品的损伤 提高食品的质量 15 高压冷冻法主要有3种 高压辅助冷冻法 HPAH 高压切换冷冻法 HPSF 和高压诱发冷冻法 HPIF 高压冷冻技术对减少食品汁 液流失 破坏或者抑止微生物生长 改善解冻食品质量的效果已被 大家认可 但是对肉类蛋白质结构的影响却存在一定差异 高压长时间作用会导致具有网格结构材料的断裂 16 5 展望 冷冻食品符合 绿色食品 方便食品 保健食品 的三大食品 发展趋势 冷冻食品行业发展势头良好 冷冻冷藏新技术研究不断 推陈出新 但是相关的理论和技术还有待不断完善 新型冷冻冷藏 技术要广泛应用于生产实际还需解决理论与实际问题 当然 随着 冷冻食品产量和种类的日益增大 相关科学技术的不断进步 冷冻 食品理论和技术必将有长足发展 1 关志强 食品冷冻冷藏原理与技术 M 北京 化学工业出版社 2010 240 243 2 林志民 中国冷冻食品工业的现状与发展趋势 J 冷饮与 速冻食品工业 2002 12 4 34 36 3 董玉春 何永志 食品冷冻冷藏温度调控技术浅析 J 内 蒙古农业科技 2008 6 106 121 4 Lester E J Freezing Effects on Food Quality M New York Marcel Dekker Inc 1995 5 Levine H Slade L Water as a Plasticizer Physico chemical Aspects of Low moisture Polymeric Systems In F Franks ed Water Science Reviews Cambridge Cambridge University Press 1988 vo13 79 185 6 华泽钊 李云飞 刘宝林编著 食品冷冻冷藏原理与设备 M 北京 机 械工业出版社 1999 5 7 陶乐仁 华泽钊 刘宝林 生物与食品材料低温保存中的玻璃化方 法 C 过增元主编 面向二十 一世纪热科学研究二北京 高等教育出 版社 1999 3 8Zheng L Y Sun D W Innovative applications of powerful trasound During food freezing process J Food Science Technology 2006 17 16 23 9 ul Haq E White D A Adeleye S A Freezing in all ultrasonic bath as a method for decontamination of aqueous effluents J Th