食品冷冻冷藏新发展

食品冷冻冷藏新发展 李云飞李云飞 2008年年9月月 年人均消费水平年人均消费水平年人均消费水平 0 10 20 30 40 50 60 kg 0 10 20 30 40 50 60 kg 美国丹麦英国瑞典法国日本中国台湾上海美国丹麦英国瑞典法国日本中国台湾上海 冷冻产品状况冷冻产品状况冷冻产品状况 肉类 面食 水产品 果蔬 冷饮 肉类 面食 水产品 果蔬 冷饮 果蔬12% 水产品50% 面食18% 肉类20% 冷饮28% 易腐食品低温运输状况 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 冷藏运输公路铁路冷藏运输公路铁路 发达国家发达国家 中国中国 (%) 易腐食品低温贮藏状况 530 32 530 32 170 10 170 10 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 低温库高温库低温库高温库 全国全国 上海上海 万吨 易腐食品低温贮藏状况（上海） 0 5 10 15 20 25 30 35 50607080902000 年代 库容量（万吨） 0 5 10 15 20 25 30 35 50607080902000 年代 库容量（万吨） 植物组织结构特点 动物组织结构特点 冻结与解冻过程特点 特点冻结解冻 热导率 W (m K)-12.20.5 比热容 kJ (kg K)-12.14.2 食品与介质的温差可充分低 不可 充分高 研究热点问题研究热点问题研究热点问题 ?速冻食品的质量问题 快速冷冻技术 超高压速冻技术 部分玻璃化技术 介电解冻技术 ?实现上述技术的装备 ?冷链建设与工艺管理问题 降温速率与冰晶 隧道式速冻机 单体流化速冻机 单体流化速冻机 螺旋速冻机 螺旋速冻机 螺旋速冻机 低温介质速冻机 低温介质速冻机 低温介质速冻机 氢与电负性很强， 且具有独立电子对、 原子半径又较小的 原子可形成氢键 （如氮、氟） 水的物理性质 第VI族元素氢化物的融点和沸点 H2O 沸点 融点 H2S H2Se H2Te 分子量 温度/ 100 0 -60 -100 2040120800 The phase diagram of water. l represents the region in which ice XII has been observed by Lobban et al. (T = 260 K, p = 0.55 GPa) 2. Please note that this region is fully surrounded by the stability range of ice V. The inset sketches the pressure induced transition line of Ih (red line) as studied by O. Mishima 1. The green area indicates the region in which ice XII is successfully formed. Horizontal arrows indicate that Ih transforms by compression below 150 K to ice XII or high- density amorphous state (HDA) and above 150 K to ice III/IX. The orange area displays the 150 K boundary studied by O. Mishima for HDA which is equally observed for ice XII. 冰晶类型 Triple pointsMPaC liquidgasIh0.0006120.01 liquidIhIII209.9-21.985 IhIIIII213-35 IIIIIV344-24 liquidIIIV350.1-16.986 IIVVI626-70 liquidVVI632.40.16 VIVIIVIII21005 liquidVIVII221681.6 三相点参数 密度变化 冰晶形态I型 冰晶形态III型 冰晶形态IV型 The H-bond framework of rhombohedral ice IV showing the auto-clathrate arrangement with H-bonds passing through the centre of 6 membered rings. 冰晶形态XII型 The H-bond framework of tetragonal ice XII Transition of ice XII towards hexagonal ice upon heating. The upper left photograph a) shows ice XII as recovered from the pressure cell at low temperature. In contrast to high-density amorphous ice it has a milky appearance. The following photographs show the floking of ice XII as it transforms to the lower density forms cubic ice and hexagonal ice (b-d). 冰晶XII型与冰晶I型 高压辅助冻结 高压辅助冻结冰晶生长示意图 冰晶生长形态 高压辅助冻结质量 高压辅助冻结质量 高压切换冻结法 高压切换冻结过程 冰晶生长示意图 Pressure-Shift-Freezing 新鲜目鱼细胞 Pressure-Shift-Freezing Pressure-Shift-Freezing 冻结与解冻过程 解冻过程 超高压容器 柱塞结构 高压系统 高压冻结试验装置 Pressure-Shift-Freezing Pressure-shift- freezing (A) and pressure assisted thawing (B) of potatos at the phase diagram of water Pressure-Shift-Freezing Freezing of potato tissue water to ice III 几种冻结方式冰晶大小比较 冷冻与玻璃化技术 玻璃化形成过程 玻璃化特性与温度关系 玻璃态转变理论 自由体积理论 = RT E Bexp 链段能量与周围的自由体积大小 冷冻稳定剂 较高的Tg 冷冻保护剂 较强保水性 影响玻璃化要素 影响玻璃化要素 玻璃态DSC曲线 果蔬田间热与呼吸热 The respiration rate and the production of CO2 depends mainly on the storage temperature 计算示例 56.6103. 09 . 02280=kg水 3 101 .155252056.61=kJ () 3 104 .1725252 . 49 . 02280=kJ 08.8204. 09 . 02280= kg水 3 108 .206252008.82=kJ 水的存在状态水的存在状态 ?自由水：在组织 和细胞中容易结 冰、也能溶解溶 质的这部分水。 毛细管水细胞 间隙内水； 滞化水组织内 显微或亚显微结构 与膜所阻留的水； 流动水植物导 管、细胞内液泡中 的水。 水的存在状态水的存在状态 ?束缚水：在组织 内通过氢键与其 它物质结合的这 部分水。其特点 是冰点低（约 40）；不能作 为溶剂。 溶质对冻结与蒸发温度的影响 稀溶液中水的蒸气压比纯水蒸气压低 s xppp= 水溶液水 在压力相同条件下，稀溶液中水的沸点 高于纯水的沸点。 s xKTT 水溶液 在压力相同条件下，稀溶液中水的冰点 低于纯水的冰点。 s xKTT 溶液水 叶面组织结构 叶面表层气体运动 叶面表层气体运动 压力与蒸发温度 压力与蒸发温度 压力 （Pa） 温度温度 （）（） 压力 （Pa） 温度温度 （）（） 1013001008735 2339206110 170615402-5 123010260-10 压力与蒸气体积 1克水体积 常温常压下1毫升 873Pa，5下150000毫升 RT M m PV = ()278K KkmolJ8314 18 0.001kg Pa873 = = TR MmP 压力与蒸气体积 ?如果每小时蒸发 82kg水，则水蒸气 体积达到 0.15821000 12300m3。 ?需要真空泵抽出速 率为205m3/min。 抽出水蒸气 保护油封泵 冷阱的作用 真空泵 罗茨泵与油封泵性能 10510310110-2 0 25 50 75 100 压强 Pa 抽气速率 影响真空预冷效果的因素 ? 可用于汽化的水份含量； ? 表面组织的性质； ? 体表面积大小。 果蔬材料 果蔬堆放状态 ? 果蔬堆放密度； ? 包装材料的气密性。 设备性能 ? 降压速率。 风冷 风冷 负压风冷 负压风冷 水冷 水冷 水冷 冰冷 蒸发冷却 Straw packinghouse 真空冷却 真空冷却 装货 移动式真空冷却设备 真空冷却 冷却曲线 Forced-AirHydroIce Vacuu m Typical cooling time (hr)1-100.1-10.1-0.30.3-220-100 Water loss (%)0.1-20-0.5No data2-40.1-2 Water contactnoyesyes, unless bagged nono Potential for decay contamination lowhighlownonelow Capital costlowlowhigh mediu m low Energy costlowmediummediumhighlow Water-resistant packaging needed noyesyesnono Portablesometimesrarely donecommon commo n no Feasibility of in-line cooling rarely doneyesrarely done commo n no Room Comparison of Produce Effects and Costs for Common Cooling Methods 风冷运输 风冷运输 低温运输 国外应用示例 Product arrives from the field on line trucks. Some is then cooled by icing and some is vacucooled. Vacuum cooling involves placing cartons of produce in a chamber where the atmospheric pressure is lowered. 国外应用示例 This causes the boiling point of water to drop and it is boiled off. Cold water is simultaneously added to the cartons so the product emerges cold and undamaged. Regular icing involves packing each carton of produce with ice. At 25 pounds per carton, we use tons! 国外应用示例 Bonipak Produce Company can manufacture 300 tons of ice each day and we can store 400 tons. When large quantities of product come into the cooler over a short period, we cool the produce in our Air Tunnels. We have 8 tunnels, which hold 14 pallets of produce eac