第三章 食品冷冻保鲜技术

食品冷冻保藏技术本章的主要内容及重点：食品低温保藏的基本原理

——低温保藏原理以及不同低温条件下影响食品贮藏的主要因素食品的冷藏

——不同食品原料在冷藏过程中的控制方法和特点，冷藏对食品品质的影响食品的冻藏

——冻结过程及其规律、冻结速度和解冻速度对冻藏食品品质的影响，冰结晶与食品品质的关系，冻结和冻藏所引起的食品品质的变化食品的低温处理与保藏：冷藏制品（-1℃--10℃）冻藏制品（<-18℃）水产类畜禽类果蔬类调理食品合计美国1102997514901650欧共体113.3182.9405255.8957日本10286117215冷冻食品消费种类分布(万吨)冷冻保藏的优越性：与罐藏比，不经高温处理保持着食品原有品质；与干藏比，具有较好的复原性；与化学保藏比，食品内无任何残留添加剂；与生物化学法比，较多地保留了食品的固有成分。冷冻保藏能最大程度地保持食品的新鲜度、营养价值和原有风味。结论：冷冻保藏是对食品品质影响最小的，安全性高的保藏方法。冷冻保藏的发展：天然冰雪——已醚制冷剂——氨制冷剂——制冰再用冰保藏食品——氨吸收式冷冻机直接冻藏（冰箱）——液态氨、液态氟里昂、液态二氧化碳直接喷洒制冷装置（深冷程度）。对农业和商业的发展有巨大的影响，离开了机械冷冻运输过程，全球范围内有关易腐食品的贸易就无法展开。冷藏技术的发展打破了食品供应的季节性。

冷藏与冻藏的差别：冷藏——保藏温度高于冰点，在16~-2oC之间。主要用于贮藏水果、蔬菜、禽蛋类食品，或短期贮藏畜、禽、肉、鱼等。冻藏——在保藏温度下，食品处于冻结状态，-18oC或更低。差别：微生物具有不同的活性。大多数食品腐败菌在10oC以上生长旺盛，但有些微生物在0oC以下仍能生长，只要体系中有非冻结水。

食品冷冻保藏就是利用低温以控制微生物生长繁殖和酶活动的一种方法。冷冻食品具有营养、方便、卫生和经济等特点，是50、60年代发展起来的新型加工食品。它70年代迅速发展，80年代在世界上普及，成为发展最迅速的食品产业，到90年代，冷冻方便食品的产量和销量在有的发达国家如美国已占全部食品的50%以上，逐步取代罐头食品的首要地位，跃居加工食品榜首。目前世界冷冻食品总产量已经超过5000万吨，人均消费约10公斤。发达国家的冷冻食品已形成规模化的工业生产，在市场上普及，成为消费者生活中不可缺少的食品。发展较快的国家有美国，欧共体13国，日本和澳大利亚等国。我国冷冻食品的发展较晚，70年代初开始上海生产速冻蔬菜和点心，80年代国内冷冻小包装分割肉、禽、水产和速冻点心等产品出口与内销陆续增加。特别是90年代以来，应超市发展的需要，冷冻食品迅速发展，企业数和生产规模成倍增加。目前，全国有冷冻食品企业1000余家，产量约300万吨，品种发展到100余种。

随着我国经济发展，城镇化趋势加速，消费者对方便食品需求日益增加，食品工业开始重视方便食品开发，上海、天津、宁波、青岛、大连、广州相继成立冷冻食品专业公司，从事冷冻方便食品的生产和内外销，产量大增，品种也从传统的分割肉、禽、水产及传统中式点心、速冻水饺、包子、汤圆、烧卖等扩展到冷冻方便主食、各种菜肴、预制主副食及各类小吃等等。第一节食品低温保藏的基本原理一、低温对生化反应速度的影响反应速率随温度的变化可用温度商数Q10表示：

Q10=

Kt10/Kt式中：Kt－温度t时的反应速度Kt10－温度为10℃时的反应速度温度商数Q10表示温度每升高10℃时反应速度所增加的倍数。低温保藏的目的是抑制反应速度，所以温度商数越高，低温保藏的效果就越显著。二、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。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。低温与微生物的关系（1）任何微生物都有一定的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。故降温就能减缓微生物生长和繁殖的速度。温度降低到最低生长点时，它们就停止生长并出现死亡。根据微生物的适宜生长温度范围可将微生物分为三大类，嗜热菌、嗜温菌和嗜冷菌。在低温贮藏的实际应用中，嗜温菌、嗜冷菌是最主要的。对于引起食品腐败和食物致毒的嗜温菌，在低于3℃情况下即不产生毒素，个别菌种例外。对于嗜冷菌，一般在－10～－12℃时停止生长。酵母与霉菌的生长受温度影响情况与细菌相似。最低生长温度：细菌为－5～－10℃

；酵母为－10～－12℃

；霉菌为－15～－18℃

。－12℃以下即可长期贮藏冻结食品。在实际工作中，不能指望利用冻结低温对污染食品进行杀菌。

（2）长期处于低温中的微生物能产生新的适应性，这是长期低温培育中自然选育后形成了多少能适应低温的菌种所得的结果。这种微生物对低温的适应性可以从微生物生长时出现的滞后期缩短的情况加以判断。2.低温导致微生物活力减弱和死亡的原因微生物的生长繁殖是和活动下物质代谢的结果。因此温度下降，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。在正常情况下，微生物细胞内总生化变化是相互协调一致的。但降温时，由于各种生化反应的温度系数不同，破坏了各种反应原来的协调一致性，影响了微生物的生活机能。3.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。-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.（2）降温速度冻结前，降温越快，微生物的死亡率越大。冻结时，缓冻将导致大量微生物死亡，而速冻则相反。（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。冻制食品中病原菌控制问题:冻制食品并非无菌，因而就有可能含病原菌，如肉毒杆菌、金黄色葡萄球菌、肠球菌、溶血性链球菌、沙门氏菌等，因此病原菌的控制是一个重要问题。肉毒杆菌对低温有很强的抵抗力。能产生肠毒素的葡萄球菌也常会在冻制蔬菜中出现，但若将解冻温度降低至4.4~10℃，则无毒素出现。三、低温对酶的影响低温降低了生物化学反应的速度，但并未使酶的活性消失。某些脂酶甚至在－29oC时还能起催化作用，产生游离脂肪酸。对于某些冷冻食品，必要时查在冷却前进行预煮处理，使食品中的酶钝化。

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。温度越低和贮藏期越长的规律并不是对所有原料都适用。有些原料会产生生理性伤害，如马铃薯、香蕉、黄瓜等。由于冷冻或冷藏不能破坏酶的活性，冻制品解冻后酶将重新活跃，使食品变质。有些速冻制品为了将冷冻、冻藏和解冻过程中食品内不良变化降低到岁低限度，会采用先预煮，破坏酶活性，然后再冻制。第二节食品的冷藏

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4～8℃则为常用的冷藏温度。此冷藏温度的冷库通常称为高温库。冷藏制品是否能成功地推向消费者除了本身质量以外，最重要的是冷藏链是否完善。冷藏链涉及到冷冻设备、高温库、冷冻运输及冷柜零售。特别是一些低酸性食品如新鲜或低温预煮的肉制品（如西式火腿）、比萨饼、未包装的面团等，它们极易被致病菌污染，因此必须在严格控制的条件下制造、储藏和运输、销售。一、冷却方法接触冰冷却法空气冷却法水冷法真空冷却法人们根据食品的种类及冷却要求的不同，选择其适用的冷却方法。1.接触冰冷却这种冷却效果是靠冰的融解潜热（约334720kJ/kg）。用冰直接接触，从产品中取走热量，除了有高冷却速度外，融冰可一直使产品表面保持湿润。这种方法经常用于冷却鱼、叶类蔬菜和一些水果，也用于一些食品如午餐肉的加工。食品冷却的速度取决于食品的种类和大小、冷却前食品的原始温度、冰块和食品的比例以及冰块的大小食品冷却时的用冰量可以根据食品放热量进行推算。食品的原始温度、气候状况、运输距离、冷却方法，以及对食品质量的要求等在确定用冰量时都是必须考虑的因素。2.空气冷却法降温后的冷空气作为冷却介质流经食品时吸取其热量，促使其降温的方法称为空气冷却法。在应用空气冷却时，主要的空气参数是温度、速度和相对湿度。温度视食品的具体要求而定相对湿度因种类、是否有包装而异在食品无包装的情况下，因为存在干耗问题，空气的相对湿度应当尽可能高。

风速一般1.5~5.0m/s。空气冷却法中的热交换速率是随着风速的提高而增加的，但动力消耗也与风速成正比，所以高风速所需要的动力明显增加。虽然产品表面传热系数只与风速成正比，但厚的产品因为有较高的占控制地位的内部热阻，所以冷却时单纯强调提高风速未见得能奏效，故一般风速不大于2-3米/秒。空气冷却一般适合于冷却果蔬、肉及其制品、蛋品、脂肪、乳制品、冷饮半制品及糖果等。为了抑制霉菌，必要时冷却前或冷却时可在设施中进行果蔬烟熏。冷空气降温方法机械制冷冰冷3.水冷法冷水冷却是通过低温水将需要冷却的食品冷却到指定温度的方法。冷水冷却比空气冷却有一些重要的优点，如避免干耗，冷却速度快得多，需要的空间减少，对于某些产品，成品质量较好。但是大多数产品不允许用冷水冷却，因为外观会受到损害，同时冷却以后难以储藏。冷水冷却通常用于禽类、鱼类、某些水果和蔬菜。

冷却水中的微生物可以通过加杀菌剂如含氧化合物的方法进行控制。4.真空冷却真空冷却的依据是水在低压下蒸发时要吸取汽化潜热（约2520kJ/kg），并以水蒸汽状态，按质量传递方式转移此热量的，所蒸发的水可以是食品本身的水分，或者是事先加进去的。

汽化要求使水沸腾。因为在常压下水的沸点是100℃，低的沸腾温度只有用抽真空的办法才能取得。这种方法主要用于叶类蔬菜和蘑菇。消毒牛奶和烹调后的土豆丁的瞬间冷却也要靠真空冷却。这种方法是目前所有冷却方法中最迅速的。二、影响冷藏效果的因素制品种类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却方法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）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）冷藏工艺条件：贮藏温度贮藏温度是冷藏工艺中最重要的因素。食品的贮藏期是贮藏温度的函数。冷藏室的温度必须严格控制。任何温度变化都有可能对食品造成不良后果。空气相对湿度冷藏室内空气中水分含量对食品的耐藏性有直接的影响。冷藏时适宜的湿度。三、食品冷藏时的变化食品在冷却冷藏时，由于植物性食品、动物性食品及加工制品的性质不同，组成成分不同，所以发生的变化也不一样。其变化程度与冷却方法、冷却温度、食品的种类、成分等都有关。所有变化除了肉类在冷却储藏过程中的成熟作用外，其他均会使食品的品质下降。当然采取一定的措施可以减缓变化速度。比如采用合适的包装，对易于变化的新鲜果蔬及新鲜鱼肉类制品采用冷藏结合气调储藏等。1.水分蒸发食品在冷却时，不仅食品的温度下降，而且食品中所含汁液的浓度增加，表面水分蒸发，出现干燥现象。当食品中的水分减少后，不但造成重量损失(俗称干耗)，而且使水果、蔬菜类食品失去新鲜饱满的外观。表4-4水果蔬菜的水分蒸发特性

水分蒸发特性水果蔬菜的种类

A型(蒸发量小)苹果、橘子、柿子、梨、西瓜、葡萄(欧洲种)、马铃薯、洋葱

B型(蒸发量中等)白桃、李子、无花果、番茄、甜瓜、莴苣、萝卜

C型(蒸发量大)樱桃、杨梅、龙须菜、葡萄(美国种)、叶菜类、蘑菇

表4-5冷却及贮藏中食肉胴体的干耗时间牛(%)小牛(%)羊(%)猪(%)12小时2.02.02.01.024小时2.52.52.52.036小时3.03.03.02.548小时3.53.53.53.08天4.04.04.54.014天4.54.65.05.0

2.冷害在冷却贮藏时，有些水果、蔬菜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。冷害的各种现象，最明显的症状是在表皮出现软化斑点和心部变色，像鸭梨的黑心病，马铃薯的发甜现象都是低温伤害。表4-6列举的是一些果、蔬冷害的界限温度与症状。表4-6水果蔬菜冷害的界限温度和症状种类界限温度(℃)症状种类界限温度(℃)症状香蕉11.7-13.8果皮变黑马铃薯4.4发甜、褐变西瓜4.4凹斑、风味异常番茄(熟)7.2-10软化、腐烂黄瓜7.2凹斑、水浸状斑点腐败番茄(生)12.3-13.9催熟果颜色茄子7.2表皮变色、腐败

不好、腐烂

3.生化作用水果、蔬菜在收获后仍是有生命的活体。为了运输和贮存的便利，一般在收获时尚未完全成熟，因此收获后还有个后熟过程。在冷却贮藏过程中，水果、蔬菜的呼吸作用，后熟作用仍能继续进行，体内所含的成分也不断发生变化。例4.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，脂肪酸会氧化、聚合等复杂的变化，同时使食品的风味变差，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，就被人们称之为“油烧”。5.淀粉老化普通的淀粉大致由20%直链淀粉和80%支链淀粉构成，这两种成分形成微小的结晶，这种结晶的淀粉叫

-淀粉。它在适当温度下，在水中溶胀分裂形成均匀糊状溶液，这种作用叫糊化作用。糊化作用实质上是把淀粉分子间的氢键断开，水分子与淀粉形成氢键，形成胶体溶液。糊化的淀粉又称为

-淀粉。食品中的淀粉中以

-淀粉的形式存在。但是在接近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，迅速出现了淀粉的

化，这就是淀粉的老化。老化的淀粉不易为淀粉酶作用，所以也不易被人消化吸收。淀粉老化作用最适水分含量。淀粉老化作用最适温度是2～4℃。6.微生物增殖水果、蔬菜肉类鱼类在冷却贮藏的温度下7.寒冷收缩四、低温气调贮藏气调贮藏即人工调节贮藏环境中氧气及二氧化碳的比例，以减缓新鲜制品的生理作用及生化反应的速度，比如呼吸作用，从而达到延长货架期的目的的保藏方法。

低温气调储藏一般采用比普通冷藏更高的相对湿度（90～95%），这可以延缓新鲜制品的皱缩并降低重量损失。目前已经商业化应用气调储藏的制品主要有：新鲜的肉制品、鱼制品、水果及蔬菜，焙烤制品及干酪。第三节食品的冻藏

冻藏是采用缓冻或速冻方法将食品冻结，而后再在能保持食品冻结状态的温度下贮藏的保藏方法。常用的贮藏温度为-12～-23℃，最适用温度为-18℃。冻藏适用于长期贮藏。常见的冻藏方便食品，不仅有需要保持新鲜状态的果蔬、果汁、浆果、肉、禽、水产品等，而且还有不少预制食品，如面包、点心、冰淇淋以及品种繁多的预煮和特种食品，膳食用菜肴。合理冻结和贮藏的食品在大小、形状、质地、色泽和风味方面一般不会发生明显的变化，而且还能保持原始的新鲜状态。一、冻制或冻结前对原料加工的工艺要求任何冻制食品最后的品质及其耐藏性决定于下列各种因素：冻制用原料的成分和性质；冻制用原料的严格选用、处理和加工；冻结方法；贮藏情况。只有新鲜优质原材料才能供冻制之用。就水果来说，还必须选用适宜于冻制的品种，有些品种不宜冻制，否则不是冻制品品质低劣便是不耐久藏。冻制用果蔬应在成熟度最高时采收，此外，为了避免酶和微生物活动引起不良变化，采收后应尽快冻制。果蔬冻制前都应先加工处理。就蔬菜来说，原料表面上的尘土、昆虫、汁液等杂质被清理和清除后，还需要在100℃热水或蒸气中进行预煮，以破坏蔬菜中原有酶的活力，因为低温并不能破坏酶的活力，仅能减少它的活力。预煮时大部分酶的活力破坏掉后，就可以显著地提高冻制蔬菜的耐藏性。肉制品一般在冻制前并不需要特殊加工处理。当然，目前美国及部分欧洲国家在冻制肉之前为了防止肉的冷收缩以提高肉的嫩度，普遍使用电刺激手段处理。国外，为了适应他们烹调特点和口味的要求，牛肉一般须先冷藏进行酶嫩化处理。不过，如果冷藏期超过6、7天以上，这就会对冻肉制品在冻藏时的耐藏性发生影响。就家禽来说，试验表明，凡是屠宰后12～24小时内冻结的，其肉质要比屠宰后立即冻结的具有较好的嫩度。如屠宰后超过24小时才冻结，肉的嫩度无明显改善，而贮藏期却反而缩短。

对于预煮的制品或一些调理制品，则采用合适包装后，即可冻制。

二、食品的冻结及其质量食品冻结是食品冻藏前的必经阶段，冻结技术对冻藏品质量及其耐藏性有相当的影响。

食品的冻结或冻制就是运用现代冻结技术(包括设备和工艺)在尽可能短的时间内，将食品温度降低到它的冻结点(即冰点)以下预期的冻藏温度，使它所含的全部或大部分水分，随着食品内部热量的外散而形成冰晶体，以减少生命活动和生化变化所必需的液态水分，并便于运用更低的贮藏温度，抑制微生物活动和高度减缓食品的生化变化，从而保证食品在冷藏过程中的稳定性。食品的冻结点：众所周知，水的冰点是0℃，而水中溶入糖、盐一类非挥发性物质时，冰点就会下降。食品一般都是由动植物来源的原料制成，动植物原料则是由大量细胞构成，在细胞中含有大量有机物质和无机物质，包括水、盐、糖及复杂的蛋白质、核糖核酸等，有些还溶有气体。不仅原料如此，在加工过程中，大部分食品，特别是预制食品，还要添加盐类、糖类、油脂等等辅料，使食品体系更为复杂。因此，食品的冻结点低于纯水的冰点。当然由于水分和溶有固形物的种类及其数量各有差异，食品的冻结点也不一样。如肉类-1.7～-2.2℃，鱼-1.0～-2.2℃，蛋-0.56℃，葡萄-2.5～-3.9℃，花生-8.3℃。这些食品在同一冻结条件下冻结时，时间就会不同。纯水冻结，冰点是固定不变的。食品冻结点随水分冻结量的增加，温度不断下降。水分冻结量指食品冻结时它的水分转化成冰晶体的形成量，也就是一定温度时形成的冰晶体重量与在同一温度时食品内所含水分和冰晶体的总重量之比（即冰晶体重量占食品中水分总含量的比例）。少量未冻结的高浓度的高浓度溶液只有温度降低到低共熔点时，才会全部凝结成固体。食品的低共熔点大约为-55~-65℃左右，冻藏温度一般仅-18℃左右，故冻藏食品中的水分实际上并未完全凝结固化。冻结速度：冻结速度快或慢的划分，目前还未统一。现通用的方法有按时间和距离两种划分方法。