第一章食品的冷凍加工原理第1頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)食品的凍結凍結點與凍結率凍結曲線凍結時放出的熱量凍結速度凍結時間凍結方法簡介凍結與凍藏時的變化及技術管理第2頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一一、凍結點與凍結率凍結點：冰晶開始出現(xiàn)的溫度食品凍結的實質是其中水分的凍結食品中的水分并非純水Raoult稀溶液定律：ΔTf=KfbB，Kf為與溶劑有關的常數(shù)，水為1.86。即質量摩爾濃度每增加1mol/kg，凍結點就會下降1.86℃。因此食品物料要降到0℃以下才產(chǎn)生冰晶。第3頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第4頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一溫度-60℃左右，食品內水分全部凍結。在-18~-30℃時，食品中絕大部分水分已凍結，能夠達到凍藏的要求。低溫冷庫的貯藏溫度一般為-18℃~-25℃。凍結率：凍結終了時食品內水分的凍結量（%），又稱結冰率K=100（1－TD/TF）TD和TF分別為食品的凍結點及其凍結終了溫度第5頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第6頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一二、凍結曲線凍結曲線表示了凍結過程中溫度隨時間的變化。過冷現(xiàn)象，過冷臨界溫度。冷凍曲線的三個階段：初始階段，從初溫到冰點，中間階段，此階段大部分水分陸續(xù)結成冰，終了階段，從大部分水結成冰到預設的凍結終溫。第7頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第8頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第9頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一上圖顯示凍結期間不同深度食品層溫度隨時間的變化：圖中多條曲線表示食品不同深度處溫度隨凍結時間的變化。在任一時刻食品表面的溫度始終最低，越接近中心層溫度越高。顯示出在不同的深度，溫度下降的速度是不同的。冷凍曲線平坦段的長短與冷卻介質的導熱性有關。在冷凍操作中，采用導熱快的冷卻介質，可以縮短中間階段的曲線平坦段。圖中顯示在鹽水中凍結曲線的平坦段要明顯短于在空氣中。第10頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一三、凍結時放出的熱量凍結終溫熱量的三個組成部分：冷卻時的熱量qc；形成冰時放出的熱量qi；自冰點至凍結終溫時放出的熱量qe。單位質量食品的總熱量：q=qc+qi+qe

，

Gkg食品凍結時的總熱量：Q=Gq，或用焓差法表示：Q=G（i2-i1），i1及i2分別為食品初始和終了狀態(tài)時的焓值。第11頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一在凍結過程中，若食品某一部位的溫度高于冰點，而其他部位低于冰點，則上述三部分放出熱量同時存在；若食品任何部位的溫度均處于冰點，則凍結時只有后二部分熱量放出；若食品初始溫度在冰點以下，則所放出的熱量僅是第三部分。凍結時三部分熱量不相等，以水變?yōu)楸鶗r放出的熱量為最大，第二部分的降熱過程是制冷機負荷最高的過程。凍結時總熱量的大小與食品中含水量密切有關，含水量大的食品其總熱量亦大。第12頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一四、凍結速度速凍的定性表達：外界的溫度降與細胞組織內的溫度降不等，即內外有較大的溫差；而慢凍是指外界的溫度降與細胞組織內的溫度降基本上保持等速。速凍的定量表達：以時間劃分和以推進距離劃分兩種方法。第13頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一按時間：食品中心溫度從-1℃降到-5℃所需的時間，在3~30min內，快速凍結，在30~120min內，中速凍結，超過120min，慢速凍結。第14頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一按推進距離：以-5℃的凍結層在單位時間內從食品表面向內部推進的距離為標準：緩慢凍結

V=0.1~1cm/h，中速凍結

V=1~5cm/h，快速凍結

V=5~15cm/h，超速凍結

V>15cm/h。第15頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一國際制冷學會的凍結速度定義：食品表面與中心點間的最短距離，與食品表面達到0℃后至食品中心溫度降到比食品凍結點低10℃所需時間之比。例如：食品中心與表面的最短距離為10cm，食品凍結點為-2℃，其中心降到比凍結點低10℃即-12℃時所需時間為15h，其凍結速度為V=10/15=0.67cm/h。根據(jù)這一定義，食品中心溫度的計算值隨食品凍結點不同而改變。如凍結點-1℃時中心溫度計算值需達到-11℃，凍結點-3℃時其值為-13℃。第16頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一各種凍結器的凍結速度：通風的冷庫，0.2cm/h送風凍結器，0.5~3cm/h流態(tài)化凍結器，5~10cm/h液氮凍結器，10~100cm/h第17頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一凍結速度與冰晶凍結速度快，食品組織內冰層推進速度大于水移動速度，冰晶的分布接近天然食品中液態(tài)水的分布情況，冰晶數(shù)量極多，呈針狀結晶體。凍結速度慢，細胞外溶液濃度較低，冰晶首先在細胞外產(chǎn)生，而此時細胞內的水分是液相。在蒸汽壓差作用下，細胞內的水向細胞外移動，形成較大的冰晶，且分布不均勻。除蒸汽壓差外，因蛋白質變性，其持水能力降低，細胞膜的透水性增強而使水分轉移作用加強，從而產(chǎn)生更多更大的冰晶大顆粒。第18頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第19頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一最大冰晶生成帶：指-1~-5℃的溫度范圍，大部分食品在此溫度范圍內約80%的水分形成冰晶。研究表明，應以最快的速度通過最大冰晶生成帶。速凍形成的冰結晶多且細小均勻，水分從細胞內向細胞外的轉移少，不至于對細胞造成機械損傷。冷凍中未被破壞的細胞組織，在適當解凍后水分能保持在原來的位置，并發(fā)揮原有的作用，有利于保持食品原有的營養(yǎng)價值和品質。緩凍形成的較大冰結晶會刺傷細胞，破壞組織結構，解凍后汁液流失嚴重，影響食品的價值，甚至不能食用。第20頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一五、凍結方法按生產(chǎn)過程的特性分，凍結系統(tǒng)可分為批量式、半連續(xù)式和連續(xù)式三類。批量式凍結器：先裝載一批產(chǎn)品，然后凍結一個周期，凍結完畢后，設備停止運轉并卸貨。半連續(xù)式凍結器：將批量式凍結器的一個較大的批量分成幾個較小的批量，在同一個凍結器內進行相對連續(xù)的處理。第21頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一連續(xù)式凍結器：產(chǎn)品連續(xù)地或有規(guī)律間斷地通過凍結器，采用機械化而且經(jīng)常是全自動化的系統(tǒng)。有規(guī)律間斷與半連續(xù)式的區(qū)別在于：一次裝運產(chǎn)品的數(shù)量（有規(guī)律間斷時是一袋、一紙盒或一盤，半連續(xù)式則是含許多袋、盤、紙盒的一輛車或一個貨架），裝貨與等待的時間（有規(guī)律間斷往往只有幾秒鐘，不影響流水線的運行，而半連續(xù)式則需要較長的時間，形成明顯的中斷）。第22頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一按從產(chǎn)品中取出熱量的方式，凍結方式可分為吹風凍結、表面接觸凍結和低溫凍結這三種基本類型，以及它們的組合方式（如先經(jīng)過低溫處理，然后經(jīng)機械制冷裝置完成凍結過程）。第23頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一1、吹風凍結

吹風式凍結裝置用空氣作為傳熱介質。早期的吹風式凍結裝置是一個帶有冷風機及制冷系統(tǒng)的冷庫。通過對氣流控制技術和產(chǎn)品傳送技術的不斷改進，現(xiàn)在有了各種水平的凍結設備?？煞譃榕渴剑ɡ鋷?，固定的吹風隧道，帶推車的吹風隧道）和連續(xù)式（直線式、螺旋式和流化床式凍結器）第24頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一1）冷庫第25頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一2）固定的吹風隧道第26頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一3）帶推車的吹風隧道第27頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一5）螺旋式凍結器第28頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一4）直線式凍結器第29頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一1、轉筒；2、螺旋輸送帶；3、風機；4、制冷盤管。第30頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一6）流化床凍結器第31頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一2、金屬表面接觸凍結產(chǎn)品與金屬表面接觸進行熱交換，金屬表面則由制冷劑的蒸發(fā)或載冷劑的吸熱來進行冷卻。凍結方式與吹風凍結相比有兩個優(yōu)點：傳熱效果好；不需配置風機。但這種方式不適用于不規(guī)則形狀產(chǎn)品的凍結。按照結構形式，金屬表面接觸凍結裝置可分為三種主要類型：帶式，板式和筒式。第32頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一1）鋼帶凍結器：適用于未包裝的魚片、咖

啡提取物、熟土豆泥、漢堡牛排、各種

調味汁和蔬菜泥。因為產(chǎn)品只是一面接

觸金屬表面，食品層應當薄一些，?？刂圃?0~25mm。噴淋鹽水（氯化鈣或丙二醇）的溫度通常為-35~-40℃，凍結時間約為30min。

鋼帶凍結器的主要優(yōu)點：連續(xù)運行；便于清洗和保持衛(wèi)生；能分段控制溫度（如對于咖啡提取物）；干耗較少。第33頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第34頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一2）平板凍結器：廣泛用于形狀為扁平狀且厚度也有限制的小包裝水產(chǎn)品和肉類制品。第35頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第36頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一3）圓筒凍結器：通常用于凍結液體食品，產(chǎn)品在圓筒的內表面或外表面凍結，并被連續(xù)地刮除，因而具有強烈的熱交換和很高的凍結速度。第37頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第38頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第39頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一3、低溫凍結低溫凍結采用液氮或液態(tài)二氧化碳作為制冷劑，常用于：1）小批量生產(chǎn)，2）新產(chǎn)品開發(fā)，3）季節(jié)性生產(chǎn)，和4）臨時的超負荷狀況。相對較低的溫度可以使產(chǎn)品快速凍結，對保證產(chǎn)品質量和降低干耗都是十分有利的；但設備投資和運行費用較高。低溫凍結設備則可以是箱式，直線式，螺旋式或浸液式。第40頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一

液氮凍結器：通常為直線型，-195℃的液氮在產(chǎn)品出口端直接接觸產(chǎn)品，產(chǎn)生的低溫蒸汽向物料進口端流動，變暖的氣體（約-45℃）排放到大氣中。第41頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第42頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一

液體二氧化碳凍結器：與液氮凍結器基本相仿，但二氧化碳的沸點為-79℃，如果直接排放，運行成本比液氮凍結器更大，因此也有可回收二氧化碳的裝置。第43頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第44頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一七、凍結與凍藏中的變化及技術管理凍結時，因為冰晶體的形成，食品的物理性質發(fā)生了變化，并進而影響到食品的其它性質。因為凍藏的時間長，其間發(fā)生的一系列變化會顯著影響到食品的品質。第45頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一1、凍結與凍藏中的變化體積膨脹，內壓增加比熱下降導熱系數(shù)增大溶質重新分布溶液濃縮冰晶體成長滴落液干耗脂肪氧化變色第46頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一（1）體積膨脹與內壓增加4.4℃時，水的密度γ=1g/ml；0℃時，水的密度γ=0.9999g/ml，冰的密度γ=0.9168g/ml。即0℃時冰比水的體積增加約9%。冰的溫度每下降1℃，其體積約收縮0.01~0.005%。膨脹比收縮大得多，故水分含量越多，食品凍結時體積膨脹越明顯。第47頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一當食品外層承受不了凍結膨脹壓時，便通過破裂的方式來釋放，造成食品的龜裂現(xiàn)象。一般認為食品厚度大、含水率高和表面溫度下降極快時易產(chǎn)生龜裂。結晶后體積的膨脹使液相中溶解的氣體從液體中分離出來，加劇了體積膨脹現(xiàn)象，亦加大了食品內部壓力。凍結時表面水分首先成冰，然后冰層逐漸向內部延伸。當內部水分因凍結而膨脹時受到外部凍結層的阻礙，就產(chǎn)生內壓，又稱為凍結膨脹壓。根據(jù)理論計算，凍結膨脹壓可達到8.5MPa。第48頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一（2）比熱下降水和冰的比熱分別為4.2kJ/kg.℃和2.1kJ/kg.℃，即冰的比熱僅是水的1/2。食品的比熱隨含水量而異，含水量多的食品比熱大，含脂量多則比熱小。食品比熱的近似計算式：

在冰點以上時，c=w+0.2b；冰點以下時，c’=0.5w+0.2b。式中，w為食品含水率（%）；

b為食品固形物含量（%）。第49頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第50頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一（3）導熱系數(shù)增大水為2.1kJ/m.h.℃，冰為8.4kJ/m.h.℃，冰的導熱系數(shù)是水的4倍。在冷凍時冰層向內部逐漸推進，使導熱系數(shù)提高，從而加快了冷凍過程。導熱系數(shù)還受到其它成分，尤其是含脂量的影響，因脂肪是熱的不良導體，含脂量大時食品的導熱系數(shù)就小。導熱系數(shù)還受食品構型的影響，當熱流方向與肌纖維平行時大，垂直時則小。第51頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第52頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一（4）溶質重新分布食品凍結時，理論上只是純溶劑凍結成冰晶體，凍結層附近溶質的濃度相應提高，從而在尚未凍結的溶液內產(chǎn)生了濃度差和滲透壓差，并使溶質向溶液中部位移。凍結界面位移速度越快，溶質分布越均勻，然而在凍結推動擴散的情況下，即使凍結層分界面高速位移，也難于促使凍結溶液內溶質達到完全均勻分布的境地。而緩慢的位移也很難使最初形成的冰晶體內達到完全脫鹽的程度——這就是果汁冷凍濃縮過程中果汁損耗量比較大的原因。第53頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一（5）液體濃縮溶質結晶析出，如冰淇淋中乳糖因濃度增加而結晶，產(chǎn)品具有沙礫感蛋白質在高濃度的溶液中因鹽析而變性酸性溶液的pH值因濃縮而下降到蛋白質的等電點以下，導致蛋白質凝固改變膠體懸浮液中陰、陽離子的平衡，從而破壞膠體體系氣體因濃縮而過飽和，并從溶液中逸出引起組織脫水，解凍后水分難以全部恢復，組織也難以恢復原有的飽滿度第54頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一（6）冰晶體成長經(jīng)凍結后，食品內部的冰晶體大小并不均勻一致。在凍藏過程中，細微的冰晶體逐漸減小、消失，而大冰晶體逐漸長得更大，食品中冰晶體的數(shù)目也大為減少，這種現(xiàn)象稱為冰晶體成長。冰晶體成長給食品的品質帶來很大的影響。果蔬肉類的組織細胞受到機械損傷，蛋白質變性，解凍后汁液流失增加，造成食品風味和營養(yǎng)價值的下降。冰淇淋，冷凍面團等制品質構的嚴重劣化。第55頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一（7）滴落液（drip）動物性食品經(jīng)冷凍/解凍后，不能被肌肉組織重新吸收回到原來狀態(tài)而流失的水。滴落液造成水分和營養(yǎng)成分的損失。原因：凍結對組織細胞的損傷。影響滴落液量的因素：含水量，新鮮度，處理過程，切分程度。第56頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一（8）干耗在冷卻、凍結和冷凍貯藏過程中因溫差引起食品表面的水分蒸發(fā)而產(chǎn)生的重量損失。干耗量與制冷裝置的性能有密切的關系，性能優(yōu)良的僅有0.5~1%，而性能不佳的裝置干耗可達5~7%。干耗可造成很大的經(jīng)濟損失，如按出肉率40kg/頭，250工作日/年計，日處理2000頭豬的肉聯(lián)廠，干耗以3%計算，年損失肉重量達600T，相當于15000頭豬。第57頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一（9）脂肪氧化含較多不飽和脂肪酸的脂肪組織在空氣中易被氧化。水產(chǎn)類最不穩(wěn)定，禽類次之，畜類最穩(wěn)定。畜類中，豬脂肪最不穩(wěn)定。氧化變質的最初表現(xiàn)是產(chǎn)生不正常的氣味，表面出現(xiàn)黃色斑點；隨著氧化的繼續(xù)，脂肪整體發(fā)黃，發(fā)出強烈的酸味，并可能產(chǎn)生有毒物質（丙二醛）。第58頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一（10）變色脂肪組織因氧化而黃變肉類因肌紅蛋白的氧化而褐變果蔬的酶促褐變蝦的酪氨酸氧化黑變紅色魚皮因類胡蘿卜素氧化而褪色第59頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一2、凍藏技術管理凍藏溫度（正確選擇、恒定）凍藏間相對濕度（95%）凍藏間空氣流速（自然循環(huán)）堆垛密度（越緊密越好）包裝或保護層（涂冰）減少人員出入和電燈開啟用臭氧消除庫內異味（2~6mg/m3）第60頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)食品的回熱與解凍回熱：冷藏食品的溫度回升至常溫的過程，是冷卻的逆過程。解凍：凍結食品的溫度回升至凍結點以上的過程，是凍結的逆過程。第61頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一一、回熱回熱的目的：防止食品在出庫后因為表面水分凝結而遭受污染及變質?；責崽幚頃r的控制原則：與食品表面接觸的空氣的露點應始終低于食品表面溫度?；責峥諝鈶B續(xù)或分階段進行除濕和加熱（參見P.174圖）。回熱處理的空氣相對濕度不能低，以盡可能減少回熱時食品的干耗。小批量且立即要處理的物料可不用回熱。第62頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一二、解凍凍制食品的解凍就是使食品內冰晶體狀態(tài)的水分轉化為液態(tài)，同時恢復食品原有狀態(tài)和特性的工藝過程。解凍時必須盡最大努力保存加工時必要的品質，使品質的變化或數(shù)量上的損耗都減少到最小的程度。食品的質地、稠度、色澤以及汁液流失為食品解凍中最常出現(xiàn)的質量問題。第63頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一解凍溫度曲線解凍曲線與凍結曲線呈大致對稱的形狀。由于冰的導熱系數(shù)遠大于水的導熱系數(shù)，隨著解凍過程的進行，向深層傳熱的速度越來越慢，解凍速度也隨之減慢。與凍結過程相類似，-5~-1℃是冰晶最大融解帶，也應盡快通過，以免食品品質的過度下降。解凍介質的溫度不宜太高，一般不超過10~15℃。第64頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一第65頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一各

種

解

凍

方

法第66頁，共73頁，2023年，2月20日，星期一1、空氣解凍由空