食品工艺学-速冻 PPT课件

第四章果蔬速冻,第一节概述第二节冷冻原理第三节速冻第四节速冻工艺流程第五节速冻方法与设备第六节果蔬解冻方法,1,第一节概述一、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；速冻食品（Quick-frozenfoods），是指将食品原料经预处理后，采用快速冻结的方法使之冻结，并在适宜低温下（-18-20）进行贮存；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。,2,二、冷冻和冷却食品的特点易保藏，易运输和贮藏，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。,3,三、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。,4,1834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。,5,二战的军需，极大地促进了美国冻结食品业的发展。20世纪60年代，发达国家构成完整的冷藏链。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。,6,一、果蔬冻藏机理,第二节冷冻原理,果蔬速冻要求在30min或更短时间内将新鲜果蔬的中心温度降至冻结点以下，把水分中的80%尽快冻结成冰。果蔬在如此低温条件下进行加工，能抑制微生物的生长和繁殖以及酶的活性，可以在很大程度上防止腐败及不良的生化反应，从而尽可能保持果蔬原有的品质。,7,1、低温对微生物的影响,8,9,一般酵母菌及霉菌比细菌耐低温的能力强，有些霉菌及酵母菌能在-9.5的未冻结基质中生活，有些嗜冷细菌也能在低温下缓慢活动。最低温度活动范围：有些嗜冷细菌可在-80，有些霉菌、酵母菌可在-128。,10,冷冻食品的冻藏温度一般要求低于-12，通常都采用-18或更低温度。在这种条件下：a.水份：果蔬食品内部水分结成冰晶，降低了微生物生命活动和进行各种生化反应所必需的液态水的含量，使其失去了生长的第一基本条件。,11,b.蛋白质：微生物细胞脱水，溶质浓度增加，原生质粘度增加，胶体吸水性下降，蛋白质分散度改变最后导致了蛋白质不可逆的凝固变性。c.组织结构：水分冻结成的多角形冰晶体还会使微生物的细胞遭受机械性破坏损伤。,12,结论,低温对微生物的影响表现为冻结破坏了果蔬体内各种生化反应的协调一致性，温度降得越低，失调程度也越大，从而破坏了微生物细胞内的新陈代谢过程，以至它们的生活机能达到完全终止的程度。,13,2.低温对酶活性的影响酶的活性因温度而发生的变化常用温度系数Q10衡量之：Q10=K2/K1式中：Q10为温度每增加10K时因酶活性变化所增加的化学反应率；K1为温度T时酶活性所导致的化学反应率；K2为温度增加到T+10K时酶活性所导致的化学反应率。,14,Q10的意义大多数酶活性化学反应的Q10值为23范围内，即温度每下降10K，酶活性就会削弱1/21/3。在0低温下，酶的活性随温度的降低而减弱，-18以下低温会使果蔬体内酶活性明显减弱，从而减缓了因酶促反应而导致的各种不良变化。,15,二、食品原料的冻结过程1.冻结点：冰晶开始出现的温度。食品的自由水是食品中有机物和无机物的溶剂，在冻结时，发生冻结的是自由水，食品中的水分不是纯水，其冰点较纯水(0)低；冰点的高低，受溶解食品的水分状态的影响Raoult稀溶液定律（拉乌尔第二法则）：冻结点的降低，与其物质的浓度成正比。即质量摩尔浓度每增加1mol/kg，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。,16,几种果蔬的冰点温度,17,2.冻结时水的物理特性1)水的冻结包括两个过程：降温与结晶。2)水的比热是4.184kJ/kg,冰的比热是2.092kJ/kg，冰的比热约为水的1/2。3)水的导热系数为2.09kJ/(mh),冰是8.368kJ/(mh)，冰的导热系数是水的4倍左右。4)水结成冰后，冰的体积比水增大约9%冰在温度每下降1时，其体积则会收缩0.010.005%。当内部水分因冻结而膨胀时，会受到已冻结的冰层的阻碍而产生内压，这就是所谓的冻结膨胀压,18,3.冰晶的形成结冰包括晶核的形成和冰晶体的增长两个过程。a、晶核的形成：是极少一部分水分子有规则地结合在一起，即结晶的核心，晶核是在过冷条件达到后才出现的。过冷是指纯水只有被冷却到低于0的某一温度时才开始形成冰结晶的现象。b、冰晶体的增长：是其周围的水分子有次序地不断结合到晶核上面去，形成大的冰晶体。,19,纯水是等温结晶，冰点固定不变，在标准大气压下为0。果蔬制品中水分的结晶是在冰点不断降低的情况下进行的。由于果蔬中的水是以水溶液形式存在，一部分水先结成冰后，余下的水溶液浓度随之升高，导致其残留溶液的冰点不断下降，浓缩的水溶液完全冻结时的温度称共晶点。大多数食品的共晶点在-55-65，这一温度在冷冻和冷藏中较难达到,20,3.冻结率冻结终了时食品内水分的冻结量（%），又称结冰率。K=100（1TD/TF）TD：冻结点温度TF：冻结终了温度充分抑制微生物生长及降低生化反应，一般要求把冻结食品中90%的水分冻结才能达到目的。在-18时，有94%的水分冻结；-30时，有97%的水分冻结，所以，食品的中心温度达到-30-18时足以保证冻结食品的质量。,21,22,3.冻结温度曲线,牛肉薄片的冻结曲线,23,冻结曲线的三个阶段,1)初始阶段：从冻结初温到冰点温度。此期是冻结前产品降温最快区段，放出的是产品自身的显热，这部分热量在冻结全过程所排出的总热量中所占比例较小，故降温快，曲线较陡。2)中间阶段：从冰点到大部分水分结成冰的温度。此阶段是产品中水分大部分形成冰结晶的区段，通常把该区域称为最大冰结晶生成区。由于水转变成冰时需要排除大量潜热，整个冻结过程总热量大部分在此阶段放出，故当制冷能力不是很强大时，降温速度慢，曲线较平坦。3)终了阶段：从大部分水分结成冰到冻结终了温度区段。此区段包括一小部分水分结冰放出的潜热和到冻结终温降温时放出的显热，所以，曲线既不陡又不平坦。,24,最大冰晶生成区（Zoneofmaximumicecrystalformation）：指-1-5的温度范围，大部分食品在此温度范围内约80%的水分形成冰晶。,25,4.冻结过程的放热,1)产品由初温降到冰点的放热量：产品在冰点以上的比热产品重量降温度数(初温降到冰点降低的度数)2)形成冰结晶过程中的放热量水结冰时所放出的潜热产品重量冻结前产品的含水量水分冻结率3)产品由冰点降到冻藏温度时的放热量冻结产品的比热(冰点以下的比热)产品重量降温度数冻结过程中所放出的总热量为上述三部分之和。在冻结冷冻设备设计中此总热量即为耗冷量。,26,第三节速冻,一、冻结速度的表示方法1.用食品热中心降温速度表示食品热中心是指降温过程中食品内部温度最高的点。对于成分均匀且几何形状规则的食品，热中心就是其几何中心。食品热中心温度从-1降至-5所需时间，在30min之内，属于快速冻结，超过30min则属于慢速冻结。一般认为，在30min内通过-1-5的温度区域所冻结形成的冰晶，对食品组织影响最小，尤其是果蔬组织质地比较脆嫩，冻结速度应要求更快。,27,缓慢冻结食品的营养损失大，品质差,快速冻结食品的营养成分损失少，品质好。,28,2.用冰锋移动速度表示以-5的冻结层作为结冰锋面，测量从食品表面向内部移动的速度(冻结速度=cm/h)，并以此将冻结速度分为三类：快速冻结=520cm/h中速冻结=15cm/h慢速冻结=0.11cm/h,29,目前生产中使用的冻结装置的冻结速率大致为：慢冻：在通风房内，对散放大体积材料的冻结。冻结速度为0.2cm/h；快冻或深冻：在鼓风式或板式冻结装置中冻结零售包装食品。冻结速度为0.53cm/h；速冻或单体快速冻结：在流化床上对单粒小食品快冻。冻结速度为510cm/h；超速冻：采用低温液体喷淋或浸没冻结。冻结速度为10100cm/h。,30,二、冻结速度与冰晶形成的关系（重点）在冻结过程中，首先是处于细胞间隙内低浓度溶液中的部分水分形成冰晶，并形成细胞内的水分向细胞外已形成的冰晶迁移聚集的趋势。于是存在于细胞间隙内的冰晶就不断增长，直至冻结温度下降到足以使细胞内所有汁液形成冰晶为止。冻结速度越慢，上述的水分重新分布现象越显著。细胞内大量水分向细胞间隙迁移，细胞内浓度因此而增加，随着冻结温度逐渐下降，其水分外逸量又会进一步增加，致使细胞间隙内的冰晶体颗粒越长越大。在此过程中细胞间隙形成较大颗粒的冰晶，数量相对较少，且分布不均匀。冻结速度越快，水分重新分布的现象也就越不显著。此时食品组织内冰晶层推进的速度大于细胞内水分向外迁移的速度，细胞内的的水分形成冰晶，冰晶分布接近食品中水的自然分布状态；冰晶体积细小、呈针状、数量多、分布均匀。,31,三、实现快速冻结的途径果蔬冻结是通过冷冻介质带走果蔬的热量实现的。冻结过程中经由果蔬表面放出的总热量可以简单地表示成：Q=KA(t1-t2)式中：K-果蔬表面的传热系数kJ/(m2h)A-食品表面积t1-食品表面温度t2-冷冻介质温度1.提高冷冻介质与食品初温之间的温差。主要应从冷冻介质入手。2.改善换热条件，使传热系数增大。可通过加快冷冻介质流经果蔬的相对速度实现。3.减少果蔬原料的体积和厚度，即增加其比表面积。,32,四、果蔬在冻结过程中的化学变化1.蛋白质变性果蔬的冻结是一个脱水的过程，不可逆，尤其是慢速冻结，冰晶主要在细胞间隙形成，细胞内水分外移，原生质因过多失水，分子受压凝集，会破坏其结构，而且原生质中各种物质因失水而浓度提高，蛋白质会因盐析而变性。2.变色冻结果蔬的变色有变褐、变黑、褪色等，影响产品外观和风味。如叶绿素脱镁引起的绿色褪去等。大部分变色与酶有关。,33,食品速冻是指运用适宜的冻结技术，在尽可能短的时间内将食品温度降低到其冰点以下的低温，使其所含的全部或大部分水分随着食品内部热量的散失而形成微小的冰晶体，最大限度地减少生命活动和生化变化所需要的液态水分，最大限度地低保留食品原有的天然品质，为低温冻藏提供一个良好的基础。,34,五.优质速冻食品应具备以下五个要素(1)冻结要在-18-30的温度下进行，并在20min内完成冻结。(2)速冻后的食品中心温度要达到-18以下。(3)速冻食品内水分形成无数针状小冰晶，其直径应小于100m。(4)冰晶体分布与原料中液态水分的分布相近，不损伤细胞组织。(5)当食品解冻时，冰晶体融化的水分能迅速被细胞吸收而不产生汁液流失。,35,第四节果蔬速冻工艺,原料剔选清洗去皮、切分烫漂冷却沥干速冻包装成品关键工艺：速冻（快速冻结）在很短的时间内（20min）迅速通过最大冰晶形成区（-1-5），冻品的中心温度-18。,36,第五节速冻方法与设备,37,按从产品中取出热量的方式，冻结方式可分为吹风冻结、表面接触冻结和低温冻结这三种基本类型，以及它们的组合方式（如先经过低温处理，然后经机械制冷装置完成冻结过程）。,38,1、吹风冻结,吹风式冻结装置用空气作为传热介质。早期的吹风式冻结装置是一个带有冷风机及制冷系统的冷库。通过对气流控制技术和产品传送技术的不断改进，现在有了各种水平的冻结设备。可分为批量式（冷库，固定的吹风隧道，带推车的吹风隧道）和连续式（直线式、螺旋式和流化床式冻结器）,39,1冷库,40,2）固定的吹风隧道,41,3）带推车的吹风隧道,42,4）直线式冻结器,43,5）螺旋式冻结器,44,1、转筒；2、螺旋输送带；3、风机；4、制冷盘管。,45,6）流化床冻结器,46,2、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。冻结方式与吹风冻结相比有两个优点：传热效果好；不需配置风机。但这种方式不适用于不规则形状产品的冻结。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。,47,1）钢带冻结器：适用于未包装的鱼片、咖啡提取物、熟土豆泥、汉堡牛排、各种调味汁和蔬菜泥。因为产品只是一面接触金属表面，食品层应当薄一些，常控制在2025mm。喷淋盐水（氯化钙或丙二醇）的温度通常为-35-40，冻结时间约为30min。钢带冻结器的主要优点：连续运行；便于清洗和保持卫生；能分段控制温度（如对于咖啡提取物）；干耗较少。,48,49,2）平板冻结器：广泛用于形状为扁平状且厚度也有限制的小包装水产品和肉类制品。3）圆筒冻结器：通常用于冻结液体食品，产品在圆筒的内表面或外表面冻结，并被连续地刮除，因而具有强烈的热交换和很高的冻结速度。,50,51,52,3、低温冻结低温冻结采用液氮或液态二氧化碳作为制冷剂，常用于：1）小批量生产，2）新产品开发，3）季节性生产，和4）临时的超负荷状况。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