第八章 食品的低温保藏

第八章食品的低温保藏◆1食品低温保藏的原理◆2食品的冷却和冷藏◆3食品的冻结◆4食品的冻藏◆5食品的解冻0序言(1)食品行业低温的利用lowtemperatureapplicationinfoodindustry

FrozenstoragecoolingairconditionchillstorageCA/MAfoodpreservation

foodprocessing

frozendehydrationquickfreezing

freezingconcentration

(2)冷藏食品和冻藏食品①冷藏食品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。冷藏食品不需要冻结。②冻藏食品又称冷冻食品，是将食品冻结后在低于冻结点的温度保藏的食品。③冷藏食品和冷冻食品〔合称冷冻食品〕可按原料及消费形式分为果蔬类、水产类、肉禽蛋类、调理方便食品类四类。(3)冷冻食品的特点①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。②营养、方便、卫生、经济。③市场需求量大，在兴旺国家占有重要的地位，在开展中国家开展迅速，在食品加工中已成为一个大行业。与其它保藏食品相比，冻藏食品的优点：◆与干藏比，具有较好的复原性；◆与罐藏比，由于不需高温处理，能较好保持食品原有的品质；◆与化学保藏比，没有任何残留的添加剂；◆与发酵腌制食品比，较多保存食品的固有成分.冻藏能最大程度地保持食品的新鲜度、营养和原有风味。出口及市面速冻食品主要分为五大类：●肉类的分割速冻●海产品●水果、蔬菜●米、面制品●调理食品(4)速冻食品开展状况◆20世纪初，美国最早建立了冷冻食品厂。◆二战的军需，极大地促进了美国冻结食品业的开展。战后出现了调理冷冻食品、耐热复合塑料薄膜包装袋、高质快速解冻复原加热设备等，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，兴旺国家构成完整的冷藏链。冷冻食品进入超市。◆冷冻加工技术从整体冻结向小块或颗粒冻结开展。◆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开展，出现冷冻面点。◆90年代，冷链初步形成，冷冻食品品种增加，风味特色产品和各种菜式；生产企业和产量大幅度增加。●速冻食品工业成为当今世界上开展最快的工业之一；●我国速冻食品每年以15％左右的速度递增；●1996年我国年的速冻食品产量为220万吨，2000年产量达850万吨；●预计到2021年我国速冻食品产量将达2000万吨，人均年消费量约16kg，根本到达中等兴旺国家水平。1食品低温保藏的原理◆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1.1低温对微生物的影响①微生物对食品的破坏作用②微生物在食品中生长的主要条件

–

液态水分

–pH值

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营养物

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温度低温和微生物的关系①低温能有效抑制霉菌、酵母和细菌的生长发育及繁殖。②酵母菌及霉菌的耐低温能力比细菌强。③在未冻结的介质中，某些嗜冷细菌可在0～-8℃活动，某些霉菌、酵母菌可在-8～-12℃活动。④一般在-12~-15℃以下才能抑制各种微生物的活动。表1-1微生物按生长温度分类75~8050~6530~45嗜热微生物40~5030~4010~15嗜温微生物25~3015~20-7~5嗜冷微生物最高温度℃最适温度℃最低温度℃

冷冻是不是灭菌措施？

冷冻并不能完全杀死微生物，即使长久在低温下它们会逐渐死亡，但往往还有残存，尤其是污染严重的产品和微生物的孢子和芽孢等。冷冻既能保存食品，也能保护一些微生物，如有的霉菌、酵母菌、细菌能在冷冻食品生存数年之久。残存的微生物冷冻温度下活动受到抑制，但解冻时在室温下会恢复活动，使食品迅速败坏。

冷冻不是灭菌措施！1.1.2降温速度对微生物的影响①冻结前的降温越迅速，对微生物的损害作用越大；②冻结点以下的缓慢冻结可导致微生物的大量死亡；快速冻结对微生物的致死效果较差。1.1.3低温导致微生物活力减弱和死亡的原因①各种生化反响的温度系数Q10各不相同；②降温使Q10减慢，原来反响的协调性和新陈代谢受到破坏，致使其生活机能受到抑制甚至终止；③冻结导致蛋白质变性、原生质或胶体脱水；④冰晶体形成致使细胞机械性破坏。影响微生物低温致死的因素①温度上下稍低于生长温度或冻结温度时对微生物威胁最大；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,而速冻那么相反。③结合水分结合水分含量高，微生物在低温下的稳定性相应提高；④过冷状态急速冷却时，水分有可能迅速转为过冷状态而防止结晶。⑤介质高水分、低pH值会加速微生物死亡，糖、盐、蛋白质等对微生物有保护作用。⑥贮藏期微生物的数量随低温贮藏期的延长而减少。⑦交替冻结和解冻可加速微生物的死亡。冷冻食品中微生物存在引起关注的问题①冷冻食品的平安性问题有害微生物的繁殖，产生相当数量的毒素，危害人体健康，使食品食用不平安；②由于微生物的活动造成产品质量下降或全部腐烂；③冷冻食品解冻后并在解冻状态下长时间存放时，腐败菌的繁殖常足以使食品发生腐败。保证冷冻食品平安的关键：GMP和HACCP标准管理〔1〕在加工过程中坚持高标准卫生要求；〔2〕在加工流水线上防止物料积存和时间拖延；〔3〕防止加工品与原料的交叉污染；〔4〕保持冷冻产品在适宜的低温下贮藏。1.2低温对酶活性的影响◆酶作用的效果因原料而异◆酶活性随温度的下降而降低◆一般的冷藏和冻藏不能完全抑制酶的活性1.2.1低温与酶活性的关系①酶的活性与温度密切相关；②酶的最适温度30~45℃；③湿热80~90℃可有效钝化酶的活性酶的活性；④因温度变化而引致反响速度的变化可用温度系数Q10衡量：Q10=Kt+10/Kt⑤温度每下降10℃，酶的活性会削弱1/2～1/3。在许多化学和生物化学反响中，Q10在2～3之间；⑥Q10值越大，低温保藏的效果越显著。低温可以完全抑制酶的活性吗？①低温对酶并不起完全的抑制作用，酶仍能保持局部活性，有些酶在温度低至-73.3℃时仍有一定程度的活性；②低温下酶的催化作用实际上也未停止，只是进行得非常慢；③防止微生物繁殖的临界温度〔-12℃〕还缺乏以有效地抑制酶的活性及各种生物化学反响；④在-18℃以上时仍有不少数量的未冻结水分存在，可为酶的活动提供条件，要到达抑制酶的活性及各种生物化学反响的目的，温度应低于-18℃；⑤解冻时，酶活性会骤然增强，从而导致产品品质发生变化。低温不可以完全抑制酶的活性！例：速冻荔枝〔整果、带果皮核〕速冻前外果皮的多酚氧化酶活性是14.301活性单位；(Vit.Cmg／1kg／30min)解冻后上升至是39.996活性单位，酶的活性增加1倍以上，导致荔枝果皮很快变褐。多数果蔬都存在氧化酶系统，因此在冻结前要考虑钝化或抑制酶活性的处理措施,如采用烫漂或添加护色剂处理。从有效地抑制酶及其引起的反响方面考虑，食品假设要长期冻藏，温度不能高过-18℃，有些还采用更低的温度。冷冻产品的色泽、风味、营养等变化，多数情况下有酶参与。

冷冻产品品质劣化现象：褐变、变味、软化或肉类的外表干硬等。1.3玻璃化转变理论〔glasstransitiontheory〕与食品的冻结保藏玻璃化转变理论的概念：当非晶体高聚物的温度低于玻璃化转变的温度〔Tg〕时，高分子链段运动既缺乏足够的能量以越过内旋转所要克服的能垒，又没有足够的自由体积，链段的运动受到约束，高分子材料失去柔软性，成为玻璃样的无定型的固体，称之为玻璃态。食品在冻结过程中：冰晶核形成、生长体系向热动力学平衡点靠近

液相中溶质浓度增加温度降低

浓度增加至某个温度粘度增加至一定浓缩浓度→不再结冰，该相态具有玻璃的特性通过冻结浓缩途径到达的玻璃化可称为“最大冻结浓缩玻璃化〞〔maximallyfreeze-concentrationglass〕，此时到达最大冻结浓缩玻璃化转变温度为Tg’。Tg’对冷冻食品的稳定性意义很大，当温度低于Tg’时，由扩散控制的物质交换及化学反响在动力学上受阻，因而体系具有良好的结构和化学稳定性。不同的组织和种类的食品有不同的Tg’，研究清楚各种食品的Tg’，对探明冷冻食品在冻结和冻藏的过程中的稳定性非常重要。2食品的冷却和冷藏

2.1食品的冷却或预冷

2.1.1冷却的目的

2.1.2冷却方法

2.2食品在冷藏过程中的变化

2.3冷藏工艺计算

2.4食品的冷藏工艺

2.4.1空气冷藏法

2.4.2气调冷藏法2.1食品的冷却或预冷

2.1.1冷却的目的①植物性食品的冷藏保鲜②肉类冻结前的预冷③分割肉的冷藏销售④水产品的冷藏保鲜冷却是将食品的品温降低到高于食品冻结温度的预定温度；目的是为了及时抑制食品内的生物化学变化和微生物的繁殖活动。冷却是食品冷藏或冻藏前的必经阶段。

鱼类：捕获后必须快速冷却。因为经过死后僵硬期，进行消化分解作用，而后由于细菌的繁殖以至腐败，其变化是相当复杂的生化反响过程。冷却可延缓这些过程的进行。鱼体温度：35℃15℃10℃5℃1℃僵硬开始时间：3~10min2h4h16h35h僵硬期：30~40min10~24h36h2~2.5d3~4d肉类：冷却肉：0~4℃，短期贮藏〔二周内〕，有成熟作用，较受消费者欢送。植物性食品果蔬类：有生命机体。降低温度，降低呼吸强度，降低生命活动消耗。如甜玉米：0℃，1d，糖分消耗达8%，4d后达25%；22℃，1d，糖分消耗已达25%。2.1.2冷却时间的估算食品的冷却过程实际上是热和质的交换同时并进的统一散热过程。质－物料外表的水分蒸发热－物料在介质低温的作用下进行热交换食品冷却时间随食品的种类、包装材料、冷却介质等而异，难以精确计算。一般以牛顿冷却定律为根底，根据实验数据按照比较的方法，对食品的冷却时间进行估算。〔1〕肉类食品的冷却时间t：冷却时间；T初、T终、T0：分别为冷却初温、冷却终温、冷却介质绝对温度；K：比例常数；肉类：K=a〔0.0029+19.27δ-3〕〔1/h〕δ：肉块厚度〔cm〕a：放热系数〔w/m2，k〕，〔当空气流速V为1~5m/s，a=6.16+4.07V〕

例题1

猪腿厚δ=20cm；T初=273+30；T终=273+1；T0=273-2；空气流速v=2m/s，求冷却时间?〔2〕平板状食品的冷却时间c：比热〔kj·kg-1·℃-1〕ρ：密度〔kg·m-3〕λ：导热系数〔w·m-1·℃-1〕δ：食品厚度〔m〕k：对流放热系数〔w·m-2·℃-1〕〔3〕圆柱状食品的冷却时间c：比热〔kj·kg-1·℃-1〕ρ：密度〔kg·m-3〕λ：导热系数〔w·m-1·℃-1〕R：圆柱半径〔m〕k：对流放热系数〔w·m-2·℃-1〕

例题2

初温为T初=20℃的金枪鱼放入T介=-1.0℃的海水中冷却。金枪鱼可看作半径r=0.1米的圆柱体，与海水间的对流放热系数K=1674.7千焦/米2小时℃，另外ρ=1000千克/米3，C=3.27千焦/千克℃，λ=1.88千焦/米小时℃，求金枪鱼冷却到平均温度T终=3℃所需时间。

〔4〕球状食品的冷却时间c：比热〔kj·kg-1·℃-1〕ρ：密度〔kg·m-3〕λ：导热系数〔w·m-1·℃-1〕R：球半径〔m〕k：对流放热系数〔w·m-2·℃-1〕例题3苹果可看作r=0.04米的球状食品，把初温T初=25℃的苹果放入空气温度为T介=0℃、流速为1米/秒的空气冷却室内，外表与空气直接接触，k=41.87千焦/米2小时℃，苹果的ρ=950千克/米3，C=3.35千焦/千克℃，λ=2.72千焦/米小时℃，求苹果冷却到平均温度T终=3℃所需时间。2.1.3冷却方法①固体物料的冷却

–

冷风冷却

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冷水冷却

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碎冰冷却

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真空冷却②液体物料的冷却③其它2.1.3.1空气冷却法利用低温空气流过食品外表，促使食品温度降低的一种冷却方法，降温速度与空气温度、流速、相对湿度有关。工艺条件的选择与食品种类、形状、有无包装等有关。◆空气温度低，降温快，假设低于0℃，那么易出现过冷现象；◆空气相对湿度低，干耗大；◆速度较慢，会蒸发局部水分，易产生干耗。

2.1.3.2水冷却法利用低温水与食品接触，使食品温度降低到预定温度。冷却水温度越低、循环速度越快，食品的冷却速度越快。特点：冷却速度快，无干耗，可连续操作；缺点：冷却水循环使用时容易污染食品，可溶性物质有损失。处理方式：浸渍式、喷淋式等

2.1.3.3碎冰冷却冰块与食品直接接触，利用冰熔化吸收相变热，使食品降温。冰块越小，冰与食品的比例越大，食品的冷却速度越快。特点：降温快、无干耗、但可溶性物质有损失。碎冰冷却常用于蔬菜和鱼类的冷却。2.1.3.4真空冷却法水分在低压下蒸发成水蒸气吸收相变热，使食品温度降低。特点：冷却速度快、冷却均匀、有干耗缺点：设备投资大、操作费用高

真空冷却法主要用于蔬菜类预冷。2.2食品的冷藏自然空气冷藏法2.2.1空气冷藏法机械空气冷藏法一般以空气作为冷却介质来维持冷藏库的低温。2.2.2气调冷藏法在低温的根底上，通过调节冷藏环境的氧气和二氧化碳气体浓度，提高保藏效果。常用于果蔬的保鲜贮藏。什么是机械冷藏?

机械冷藏是在有良好隔热性能的库房中借助机械冷凝系统的作用，把热量由高温物体〔被冷却物体〕转移到低温物体〔环境介质〕中去，即将库内的热量传递到库外，使库内温度降低并保持在有利于果蔬长期贮藏的范围内。

机械冷藏的优点是不受外界环境条件的影响，可以迅速而均匀地降低库温，库内的温度、湿度和通风都可以根据贮藏对象的要求而调节控制。

机械冷藏的原理?机械制冷的工作原理是利用制冷剂从液态变为气态时吸收热量的特性，使库内水果和蔬菜的温度下降，并维持恒定的低温条件，到达延缓果蔬衰老、延长贮藏寿命和保持商品品质。制冷系统的组成？

制冷系统是冷库的核心，主要由压缩系统、冷凝系统、蒸发系统和调节阀四大部份组成，另外还有风扇、导管和仪表等辅件。整个制冷系统是一个密封的循环回路，制冷剂在该密封系统中循环，根据需要控制供给量和进入蒸发器的次数，以获得适宜的低温条件。压缩机是制冷系统的心脏，它推动制冷剂在系统中循环。果蔬气调贮藏保鲜原理与方法

果蔬气调贮藏保鲜的原理

气调贮藏简称CA，是指在特定的气体环境中的冷藏方法。正常大气中氧含量为20.9％，二氧化碳含量为0.03％，而气调贮藏改变贮藏环境的气体成份，降低氧的含量至2％～5％，提高二氧化碳的含量到0～5％。气调的方法1、塑料薄膜帐气调法：利用塑料薄膜对氧气和二氧化碳有不同渗透性和对水透过率低的原理来抑制果蔬在贮藏过程中的呼吸作用和水蒸发作用的贮藏方法。硅窗气调法根据不同的果蔬及贮藏的温湿条件选择面积不同的硅橡胶织物膜热合于用聚乙烯或聚氯乙烯制成的贮藏帐上，作为气体交换的窗口，简称硅窗。〔MA)

2、催化燃烧降氧气调法：用催化燃烧降氧机以汽油、石油液化气等燃烧与从贮藏环境中〔库内〕抽出的高氧气体混合进行催化燃烧反响。反响后无氧气体再返回气调库内，如此循环，直到把库内气体含氧量降到要求值。充氮气降氧气调法：从气调库内用真空泵抽除富氧的空气，然后充入氮气，这两个抽气、充分过程交替进行，以使库内氧气含量降到要求值，所用氮气的来源一般有两种：一种用液氮钢瓶充氮；另一种用碳分炎筛制氮机充氮，其中第二种方法一般用于大型的气调库。〔CA)混合降氧法快速降氧------自然降氧减压降氧法真空泵减压—增湿—通风—低温2.2.3低温对食品品质的影响①生理作用果蔬冷藏食品，降低呼吸作用，保持最低生命力；冻藏食品，无呼吸作用和生命力；②蒸发作用冷藏使局部水蒸发，冻藏使局部水升华；有的新鲜果蔬发生低温冷害

③氧化作用如油脂氧化生成醛、酮、酸、内酯、醚等；

VC氧化生成脱氢VC，生理功能降低；④冷冻易使细胞组织产生机械损伤。食品在冷藏期间的品质变化现象：〔1〕干耗〔水分蒸发〕〔2〕冷害〔3〕后熟〔果蔬〕〔4〕移臭和串味〔5〕肉的成熟〔6〕寒冷收缩〔7〕脂质氧化〔8〕淀粉老化〔9〕微生物增殖2.3冷藏工艺计算2.3.1冷耗量的计算食品在冷却过程中，由品温降至环境温度时所放出的热量称为冷耗量。Q0=GC0〔θ初-θ终〕(KJ〕Q0:冷却过程的冷耗量〔散热量〕〔千焦〕G:被冷却食品的重量〔千克〕C0:冻结点以上食品的比热〔千焦/千克，K)θ初:冷却开始时食品的初温〔K绝对温度〕θ终:冷却完成时食品的终温〔K〕比热计算：可根据食品的组成成分和各成分的比热总和算出。〔1〕对于低脂食品〔果蔬类〕可根据含水量和干物质量按下式推算：C0=C水W+C干〔1-W〕〔W：食品水分含量〕水的比热：C水=4.184KJ/Kg,K。一般干物质比热〔C干〕变化极小〔在1.046~1.674KJ/Kg,K〕通常取平均值：1.464KJ/Kg如荔枝水分含量为85%，冰点〔0℃〕以上的比热：C0=4.184×0.85+1.464×〔1-0.85〕=3.776〔KJ/Kg,K〕〔2〕含脂肪较多食品〔肉类〕：由于脂肪会因温度变化而凝固或熔化，相变时产生热效应,比照热有影响。一般计算温度在初温θ初(K〕和冷却后温度θ终〔K〕之间的平均比热。C0=4.184＋0.2092A蛋＋0.4184A脂＋〔0.003138A干＋0.007531A脂〕〔θ初－θ终〕－2.929A干〔kJ/kg，K〕A干、A脂、A蛋：分别为肉及其制品的干物质、脂肪、蛋白质含量〔kJ/kg〕◆食品的冷耗量：QF=QS+QL+QC+QP+QWQS：显热；QL：脂肪的凝固潜热；QC：生化反响热；QP：包装物冷耗量；QW：水蒸气结霜潜热；食品的显热：QS=GCO〔TI－TF〕G：食品重量；CO：食品的平均比热；TI：冷却食品的初温；TF：冷却食品的终温。食品中有热源时，需计算生化热：动物胴体生化热：Qo=G[Co〔θ初－θ终〕+0.6276t]〔kJ〕果蔬生化反响热：Qo=G[Co〔θ初－θ终〕+Ht]〔kJ〕H(KJ/kg,h)可查阅相关表

例题4

牛肉10吨，含水分70.7%，蛋白质20.3%，脂肪6.2%，从14℃冷却至2℃，求Qo。假设冷却时间为t，那么冷却过程平均散热量〔冷耗量〕为：Q时=Q0/t由于冷却过程冷耗量并非均匀一致，初期温差大，冷耗量最大，后期那么较小。即在冷却初期，冷却设备的冷负荷量要比计算所得的平均冷耗量大得多。因此估算冷耗量时，应考虑冷却率因素，以校正冷却设备热负荷分布的不均匀性。使用冷却率因素计算冷耗量时可用下式：

一些食品的冷却率因素菠萝0.67桃0.62李、梅0.67苹果0.67梨0.80

葡萄0.80香蕉0.10番茄1.0青刀豆0.67青豆0.67

瓜类0.90洋葱0.80包菜0.80甘蓝0.80胡萝卜0.80

猪肉0.67羊肉0.75牛肉0.56家禽内脏0.70计算冷负荷量〔冷却、冻结和冻藏〕通常按计算量再增加10%〔平安系数〕。即以冷负荷量加上平安系数索得的值计算每小时的平均冷负荷量〔kJ〕，根据该值选用相应的冷却设备。

2.2.5食品的冷藏工艺

(1)贮藏温度是冷藏工艺条件中最重要的因素。贮藏温度包括冷库温度和食品温度，以后者为主要因素。食品的冷藏工艺的工艺参数主要有：温度、湿度、空气流速要根据贮藏对象、贮藏期、包装形式等确定适宜的冷藏条件。选择贮藏温度必须根据食品的种类：无生命力的食品，如肉、鱼、蛋等，可根据贮藏期和用途，决定贮藏温度。冰温贮藏-----0～-5℃

冻结贮藏------18℃

冷藏---------0～10℃(2)空气相对湿度和流速贮藏室内的空气湿度对食品耐贮性的影响不象温度那么显著，但根据食品的不同，对湿度也有不同的要求。各类食品冷藏所要求的RH：叶菜类90～95％大多数果蔬85～90％肉类80～85％干态食品≤50％RH过低，植物性食品会失水过多导致萎凋；RH过高，水分冷凝在食品外表，霉菌及细菌易繁殖。3食品的冻结

3.1食品的冻结过程

3.2冻结速度与冻结时间

3.2.1冻结速度

3.2.2冻结时间

3.2.3冻结速度对冻品质量的影响

3.3食品的冻结装置3.1食品的冻结过程3.1.1食品的冻结点(冰点〕食品的冻结点－－冰晶开始出现的温度•根据Raoult稀溶液定律，质量摩尔浓度每增加1mol/kg，冻结点就会下降1.86℃。食品的水分不是纯水，大多是含有机盐或有机物的溶液，因此其蒸汽压低于纯水的蒸汽压，即食品的冰点低于纯水，要降至0℃以下才能结冰。食品中水溶液的浓度越大，食品的冻结点就越低。植物性食品的冻结点一般为-0.6～-3.8℃。

表1-5一些食品的冻结点和水分含量90.2-0.56~-0.9菠菜55-8干酪73.4-1.1青豆49.5-0.65蛋黄75.5-3.4香蕉89-0.45蛋白88.1-2.2橘子70~85-0.6~-2鱼肉87.5-2苹果60-2.8猪肉81.5-2.2葡萄71.6-0.6~-1.7牛肉水分含量(%)冻结点(℃)品种水分含量(%)冻结点〔℃〕品种3.1.2冰晶体的形成〔冻结过程〕温度下降→冻结点→排除潜热〔latentheat〕→液体变为固体〔结冰〕→温度进一步下降→排除显热〔sensibleheat〕→结冰量增大水的冻结包括两个过程：降温与结冰当温度降至冰点时，食品中的水分并不能立刻结冰，往往先形成过冷状态。当排除了潜热时，游离水由液态变为固态，形成冰晶，即结冰。

过冷现象：当食品温度降低到冻结点时，食品中的水分并不开始结冰，而是要温度降至低于冻结点以下假设干度才开始结冰，一旦有冰晶形成，食品温度立刻上升到冻结点温度，这种现象称为过冷现象。处于过冷状态的溶液由于某种刺激作用会形成结晶中心，当稳定的结晶中心形成后再继续散热，冰晶就不断增大，结晶时放出的相变热使温度立即上升，从过冷点回到冻结点，溶液开始结冰。食品冻结时水的物理特性变化〔1〕比热和潜热比热:当1kg物质上升或下降温度1℃时，放出或吸收的热量，称为该物质的比热。水的比热：4.1868kJ/Kg.℃；〔1Kcal)冰的比热：2.0934kJ/Kg.℃，为水的1／2。潜热:水的冰点是0℃，由0℃的水冻结成0℃的冰时，每kg要排除334.944kJ的热量；反之，当0℃的冰解冻融化成为0℃的水时，每kg需334.944kJ的热量。这种发生相变所需的热量称之为潜热。

〔2〕导热系数的变化水：2.1353kJ/m.h.℃；冰：8.3736kJ/m.h.℃，冰的导热系数是水的4倍。冻结时：冰层由外向里延伸，由于冰的导热系数高，有利于热量的排除使冻结快速完成。解冻时：冰由外向内逐渐融化成水，导热系数降低，因而解冻速度减慢。〔3〕体积的变化水结成冰后，体积比原来增大约9％；温度每下降1℃，冰的体积收缩0.01～0.005％。两者相比，膨胀大于收缩，因此含水量多的果蔬食品在冻结后体积会有所膨大。3.1.3冻结温度曲线和冻结率食品在冻结时，温度逐步下降，食品温度与时间的关系曲线，称之为“冻结温度曲线〞(freezingtime-temperaturecurve)。曲线一般分为三段〔冻结过程的三个阶段〕A．初阶段从初温至冻结点，为食品的冷却阶段。冷却过程放出的热量是“显热〞，数值较小，且与冻结过程所排出的总热量比较，其量也较少，故降温快，曲线较陡，还会出现过冷点。B．中阶段：此时食品中水分大局部冻结成冰〔一般食品从冻结点下降至其中心温度为－5℃时，食品内已有80％以上水分冻结〕。由于水转变成冰时需要排除大量潜热，整个冻结过程中的总热量的大局部在此阶段放出，故当制冷能力不是非常强大时，降温慢，曲线平坦。C．终阶段从成冰后到终温〔一般是－5～－18℃〕，此时放出的热量，其中一局部是冰的降温，一局部是内部余下的水继续结冰，因为冰的比热比水小，曲线应更陡，但因还有剩余水结冰所放出的潜热较大，所以曲线有时还不及初阶段陡削。食品冻结规律①冻结从过冷点开始，冻结开始后温度上升至冰点；②随着水分冻结量增大，溶质浓度增大，冻结温度不断下降；③即使温度降至-18℃，食品中仍有少量未冻结水分。冷冻过程工艺条件的控制：①初阶段的温度对微生物和酶不能加以抑制，停留时间过长，容易导致冻结前食品质量的下降，应快速降温，可提高微生物的死亡率。②中阶段有大量水分结冰，快速通过此阶段能防止在最大冰晶生成带中产生的不良影响。(鱼肉蛋白质在-2℃~-3℃最容易变性；淀粉老化在1℃~-1℃进行最快。)③微生物要到-15℃以下才能被抑制，温度越低，酶的活性越低，快速到达终阶段使食品中心温度到达-15℃以下，能够提高冷冻食品的品质。3.1.4水分冻结量食品冻结过程中一定温度时，水分转化成冰晶体的量。计算方法：A、以冰晶生成重量计算一定温度时食品内形成的冰晶体重量〔G冰〕与在同一温度下未冻结水分〔G水〕和冰晶体〔G冰〕的重量之比。食品冻结过程中在各温度下的冻结的水分都是自由水。减少自由水，可促进温度迅速下降，有利于加速食品冻结，改进品质。现在已出现先脱水再冻结的新工艺〔DehydrofreezingMethod)。B、计算冻结率(frozenwaterratio)θp：食品冻结点〔℃〕θ：冷冻食品温度〔℃〕

例题1某食品的冻结点温度为-1℃，试求该食品分别处于-5℃和-18℃时的水分冻结率。-18℃时，94％的水分冻结；-30℃时，97％的水分冻结，足以保证冻品的质量。要将食品内的水分全部冻结，温度需降至-60℃。这样低的温度，在加工工艺上难以应用，一般只要求中心温度在-18～-30℃左右。冻结食品在长期贮藏中为了能充分抑制微生物生长及降低生化反响，一般要求水分冻结量达90％，称之为保证冻品质量的“冻结率〞(frozenwaterratio)。3.1.5最大冰晶生成带(zoneofmaximumicecrystalformation)大局部食品在从-1℃降至－5℃时，近80％的水分可冻结成冰，此温度范围称为“最大冰晶生成带〞。能否快速通过此温度区域，是关系冷冻品质量的关键。3.2食品冻结速度与冻结时间冻结速度的快慢一般可用食品中心温度下降的时间或冻结层伸延的距离来划分。〔1〕时间划分食品的中心温度从-1℃下降至-5℃所需的时间〔即通过最大冰晶生成区的时间〕◆快速冻结：≤30min◆中速冻结：≤120min◆缓慢冻结：≥120min〔2〕距离划分-5℃的冻结层在单位时间内从食品外表伸延向内部的距离。冻结速度V＝cm／h快速冻结V≥5～20cm／h中速冻结V＝1～5cm／h慢速冻结V＝0.1～1cm／h根据各种冻结设备可大致知道冻结速度及判定速冻与缓冻。如：冷冻库0.2cm／h缓冻送风冻结器0.5～2cm／h中速冻结悬浮冻结器5～10cm／h快速冻结〔流化床速冻器〕液氮冻结器10～100cm／h快速冻结国际制冷学会对界面位移速度定义：食品外表到达0℃时，食品中心与外表间的最短距离与食品中心温度降到比食品冻结点低10℃时所需的时间之比。例：食品中心与外表间的最短距离为10cm，冻结点为-2℃，食品外表到达0℃后，中心温度降到-12℃所需时间为15h。界面位移速度：v=10/15=0.67cm/h3.2.3冻结速度与冰晶形成状态及分布的关系快速冻结：①食品温度下降迅速，细胞内外的水分几乎同时到达冻结点；②冰层向内伸展的速度比水分移动速度快；③通过0～－5℃温区的时间越短，冰晶的形成形状愈细小、呈针状结晶，数量无数；冰晶分布愈接近新鲜物料中原来水分的分布状态。缓慢冻结：①冻结发生在溶液浓度较低的细胞外间隙之间；②冻结速度越慢，细胞内水分向细胞外冰晶转移的时间越长，形成的冰结晶越大；③冰晶体分布不均匀。

3.2.4速冻及缓冻对品质的影响、快速冻结(quickfreezing)：水分在细胞内原位冻结，可形成数量多、体积细小的冰晶体，冰晶体分布均匀，对细胞的破坏性较小，对原生质的损害也极微，质地保存较完整，细胞膜有时未损伤。解冻时具有较高的可逆性，可以防止流汁和组织软化。果蔬产品的速冻温度在－30～－35℃左右，风速应保持在3～5m/s左右，可保证冻结在最短的时间通过最大冰晶生成区，冻品中心温度尽快到达－15～―18℃以下，使90％以上的水分原来位置上结成细小冰晶，且均匀分布在细胞内。从而获得具有与新鲜产品品质相近，而且营养和色泽保存良好的速冻果蔬。

缓慢冻结：冰晶体主要在细胞间隙中形成，胞内水分不断外流，原生质体中无机盐浓度不断上升，使蛋白质变性或不可逆的凝固，造成细胞死亡，组织解体，质地软化。果蔬的组织结构脆弱，细胞壁较薄，含水量高，当冻结进行缓慢时，就会造成严重的组织结构的改变。3.2.5缩短冻结时间常用的工艺方法①减小食品厚度；②降低冷冻介质温度，或降低食品初温；③增大对流传热系数〔可增大冷却介质流速、改变冻结方式〕；④增大食品与介质的接触面积。3.2.6冻结食品的组织变化冻结对食品组织结构的不利影响：组织被破坏，引起的软化、流汁等。主要原因：低温不是主要的直接影响因素，主要原因是由于冰晶体的膨大而造成的机械损伤。细胞间隙的结冰引起细胞脱水、死亡，失去新鲜特性。

冻结对细胞组织的影响：(1)机械性损伤(mechanicaldamagetheory)

①细胞间隙中的游离水一般含可溶性物质较少，冻结点较高，在冷冻过程中，先形成冰晶，细胞内的原生质体仍然保持过冷状态。②细胞内过冷的水分比细胞外的冰晶体具有较高的蒸汽压和自由能，促使细胞内的水分向细胞间隙移动，不断结合到细胞间隙的冰晶核上。

④细胞间隙所形成的冰晶体越来越大，产生机械性挤压，原来相互结合的细胞间引起别离。⑤解冻后组织不能恢复原来的状态，不能吸收冰晶融解产生的水分而流出汁液，组织变软。(2)细胞的溃解(cellrupturetheory)植物组织的细胞内有大的液胞，水分含量高，易冻结成大的冰晶体，产生较大的“冻结膨胀压〞。植物组织的细胞具有的细胞壁比动物细胞膜厚而又缺乏弹性，易被大冰晶体刺破或胀破，细胞受到破裂损伤。解冻后组织就会软化流水，说明冷冻处理增加了细胞膜或细胞壁对水分和离子的渗透性。(3)气体膨胀(gasexpansiontheory)

组织细胞中溶解于液体中的微量气体，在液体结冰时发生游离，体积增加数百倍，使损害细胞和组织，引起质地的改变。3.3冻结过程的工艺计算〔冷耗量与冻结时间〕3.3.1冷耗量的计算〔分三个局部计算〕〔1〕冷却时的冷耗量q1=C0〔T初-T冻〕〔kJ/kg〕含脂肪食品:Co=4.184+0.2092A蛋+0.4184A脂+〔0.003138A干+0.007531A脂〕〔T0-T1〕-2.929A干低脂食品〔果蔬):Co=C水W+C干〔1-W〕(2)形成冰晶体时的冷耗量q2=Wωr冰〔kJ/kg〕W：水分含量〔kg/kg〕ω：最终冻结食品水分冻结量〔kg/kg〕r冰：水分形成冰晶体时所放出的潜热〔相变热334.72kJ/kg)(3)从冻结点至冻结最终温度时的冷耗量q3=CT(T冻-T终〕〔kJ/kg〕CT：冻结过程中冻结点和最终温度间的平均温度时冻结食品的相应比热Gkg食品冻结时的总冷耗量：Q=G〔q1+q2+q3)(kJ)焓差法计算冷耗量：Q=G〔i2-i1)i1：食品初始状态时的焓值；i2：食品冻结终了时的焓值例题4猪肉在35℃及-15℃时的焓值分别为317.57kJ/kg和12.13kJ/kg，求将1000kg猪肉从35℃冷冻至-15℃时的冷耗量。冻结时间P和R:和食品形状有关的系数板状：P=1/2，R=1/8圆柱：P=1/4，R=1/16球状：P=1/6，R=1/24t：食品冻结时间〔h〕i：食品初温和终温的焓差〔kJ/kg)ρ：食品的容重(kg/m3)α:食品的放热系数〔kJ/m2,h,℃)T：食品冰点温度与冷却介质温度差〔Tp-T)℃，x:板状食品表示厚度园柱或球状表示直径〔m)λ:冻结食品导热系数〔kJ/m,h,℃)例题5厚度0.0635m的平板状肉在-28.9℃的送风冻结装置中冻结。肉的初始温度位于其冻结点温度-2.8℃，肉的水分含量为75%，外表传热系数α=17W/〔m2·K〕,导热率λ=1.038W/〔m·K〕，ρ=1057kg/m3。求冻结时间。例题6悬浮冻结装置速冻草莓，输送带宽1.5m,长6m，冷风温度为-30℃，草莓在装置中以一定速度移动，其外表放热系数α:=104.6(kJ/m2,h,℃〕，假定草莓进入冻结隧道时的温度为+4℃，冻结终温为-18℃，求输送带的速度和装置的冻结能力。:草莓i4℃=286.6kJ/kgi-18℃=6.69kJ/kg容重ρ=960kg/m3，tP=-1℃t=-30℃直径x=0.012m导热系数λ=7.53kJ/〔m,h,℃)P=1/6，R=1/24影响食品冻结时间的因素：①产品的大小和形状，尤其是产品的厚度；②产品的初温和终温；③冷却介质的温度：④产品外表的传热系数：⑤热焓的变化；⑥产品的热导率。缩短冻结时间的途径：◆减小食品的厚度L；◆减低冷冻介质的温度T∞；◆增大食品外表的传热系数α等。3.4食品的冻结方法和装置3.4.1冻结方法按使用的冷冻介质及与食品接触的状况，冻结方法可分为如下几类，相应的冻结装置也不同。间接冻结：静止空气冻结送风冻结强风冻结接触冻结直接冻结：冰盐混合物冻结液氮及液态二氧化碳冻结〔1〕静止空气冻结把蒸发管做成架子状，上面放置托盘，盘中装有需要冷冻的食品，靠空气的自然对流及有一定的接触面进行热交换。特点：①冻结速度缓慢，冻结时间长，属间歇式操作；②食品的进出货人工操作，工人劳动强度大；③冷冻蛇管经常要冲霜，处理麻烦；④构造简单，造价低，运行时电耗低；⑤适合于质量受冷冻速度影响不大的一些产品。

(2)送风冻结与强风冻结将蒸发器和风机组成的冷风机组安装在冻结间一侧，由风机将冷风送入，在冷冻间循环，空气循环速度3~4米/秒，食品温度在短时间内快速下降。特点：①冷冻效果好、生产效率高；②冻结的均匀性难以保证。〔3〕传送带式冻结装置传送带一般为网状不锈钢带，原料在传送带上行走过程中与冷风接触而被冻结。冷风的方向可与食品平行、垂直或侧向，传送带速度可根据冻结时间在一定范围内调节。特点：①连续式、冻结量较大；②占地面积大，带速调节较困难；③适用于冻结时间较固定的单一产品的冷冻。

螺旋带式冻结装置

装置中间有一个大转筒，传送带围绕转筒形成多层螺旋状，当转筒转动时，传送带随转筒一起转动，将食品逐级向上传送，冷风从上部向下吹，食品与冷风呈逆流方向进行传热，使食品完成冻结。特点：①装置体积小，占地面积少；②冻结速度较快，干耗小；③对被冻食品的形状、大小无要求，适用范围广；④适用于冻结时间较固定的单一产品的冷冻。〔4〕直接冻结装置一般为浸渍式冻结装置〔a〕用高浓度低温盐水〔冰点可至－50℃左右〕浸渍原料优点：原料与冷媒直接接触，传热系数高，热交换强烈，可到达速冻要求。缺点：由于盐水很咸，只适应水产品，不能用于果蔬制品。〔b〕液态氮〔-196℃〕和液态二氧化碳〔-78.9℃〕优点：生产率高，产品品质优良。缺点：冷媒不能回收，冷媒价格较高，且运输及贮藏要应用特殊容器，本钱高。对大而厚的产品还会因超快速冻结造成龟裂。采用直接浸渍产品工艺，所需冷媒需要量大。一般多采用喷淋冻结装置，装置构造简单，在不锈钢网状传送带上方装喷雾器、搅拌小风机，能超快速进行单体冻结。液氮深冷速冻机

悬浮式冻结装置〔流态化冻结装置〕装置由一个冻结隧道和一条不锈钢网状送带组成，传送带通常分为预冻与急冻两段，食品从进料口置于传送带上，通过多台风机把经过蒸发器的冷风强制地由下向上吹出高速冷风，垂直向上的风速到达6~8米/秒，把食品吹起，使其在网状传送带上形成悬浮状态不断跳动，食品被急速冷风包围，进行强烈的热交换而被急速冻结。冻结时间:一般为5~15分钟〔品温至-18℃〕预冻段时间：1.5~5.5分；急冻段时间：5~15分钟悬浮式冻结又称为“单体快速冻结〞〔individualquickfrozen,IQF〕特点：①生产效率高，冻结效果好，装置自动化程度高；②食品在悬浮状态下冻结，彼此不会粘连等特点；③适合小颗粒状食品的冻结；④所需冷风强度大，能耗高；⑤设备造价较高。3.5冷冻食品工艺流程果蔬冷冻工艺

工艺流程

4食品的冻藏4.1冻结食品的包装〔packaging〕包装的作用：能有效控制速冻果蔬在长期贮藏过程中发生的冰晶升华，即水分由固体冰的状态蒸发而形成枯燥状态；(2)防止产品长期贮藏接触空气而氧化变色，便于运输、销售和食用；(3)防止污染，保持产品卫生。包装材料：纸、聚乙烯薄膜〔或硬塑〕、铝箔等。为防止产品的干耗、氧化、污染，包装材料应选择透气性能低的材料。近年来已开发出能直接在微波炉内加热的平安性能高的微波冷冻食品包装材料和可直接烹调的包装材料。包装方式〔方法〕：果蔬速冻品生产大多数采用先冻结后包装的方式，有些产品为防止破碎可先包装后冻结。果蔬速冻品加工完成后，应进行质量检查及微生物指标检测，包装前要经过筛选。包装场所应保持低温，要求在最短时间内完成包装重新入库。一般冻品在-2～-4℃时，会发生重结晶。4.2冻结食品的贮藏冻藏包装好的冷冻品，要贮于-18℃以下的冷库内。为防止串味，最好采用专库贮存。冷冻食品的贮藏与流通对贮温的要求：①控制在-18℃以下；②温度要稳定，尽量防止波动。〔因此对低温冷库的隔热效能要求较高〕速冻果蔬产品的冻藏期一般可达10～12月以上，条件好的可达两年。流通〔1〕由冷冻厂或配送中心运来的冷冻产品在卸货时，应立即转移到冻藏库中，不应在室内或室外的自然条件下停留。〔2〕冷冻食品流通时，应使用能制冷及保温的专用运输设施，保证在-15～-18℃进行运输，尤其是长途运输。〔3〕零售市场应有低温货架与货柜，使冷冻食品在整个销售过程中的温度能保持在-15～-18℃。国外冷冻食品的流通根本采用冷链流通系统〔coldchain〕4.3食品在冻藏过程中的质量变化①冰晶成长和重结晶②干耗③冻结烧④化学变化⑤酶作用引起的变色、变味〔油脂氧化败坏、褐变、挥发性异味等〕⑥果蔬营养成分〔Vc)下降5.食品冻藏期间的品质变化现象〔1〕蛋白质变性ⅰ食品中的结合水是与原生质、胶体、蛋白质、淀粉等结合，原生质胶体和蛋白质等分子过多失去结合水，分子受压凝集，结构被破坏；ⅱ在冻结时水分从组织中别离出来而结冰的过程也是一个脱水过程，且往往是不可逆的，缓慢冻结的脱水程度更大。ⅲ无机盐过于浓缩，产生盐析作用而使蛋白质等变性。重结晶加剧盐析作用、使蛋白质变性程度增大在冻藏过程中，未冻结的水分及微小冰晶会移动而接近大冰晶,并与之结合，或者互相聚合而成大冰晶。该过程很缓慢，假设库温波动那么会促进过程加快，即大冰晶成长加快，而出现重结晶。重结晶对冻结食品质量其它的影响：造成组织的机械伤，使产品汁液流失。蛋白质变性的结果：使组织失掉对水的亲和力，水分不能再与之重新结合。当食品解冻时，冰体融化成水，就会产生大量“流失液〞〔drip〕。流失液带走各种营养成分，因而影响了风味和营养，使食品在质量上受到损失。流失液的产生率是评定速冻产品的质量指标之一。〔2〕脂肪氧化①长时间冻藏，食品中的脂肪会发生氧化。②氧化程度与食品种类、冻藏温度及产品包装与否有关。③不饱和脂肪酸的脂肪组织在空气中易