第四章食品低溫保藏緒論掌握食品低溫保藏原理掌握食品冷卻和冷藏方法及其質量控制掌握食品凍結和凍藏方法及其質量控制了解食品解凍過程、方法及其質量控制第一節(jié)緒論中國古代冷藏技術制冷技術發(fā)展歷史中國外冷凍食品發(fā)展現實狀況食品冷藏和凍結技術發(fā)展是一門使用人工制冷技術來降低溫度以保藏食品和加工食品科學，即它是專門研究怎樣使用低溫條件來達成最好地保藏食品和加工食品方法，以使多種食品達成最大保鮮程度。冷凍工藝學中國古代冷藏技術戰(zhàn)國時期——銅冰鑒1977年于湖北隨縣曾侯乙墓出土一件冰酒器。漢朝——大家已經掌握了用地窖來貯藏天然冰技術。大富人家，地下有冰室，室有數井，井深十五丈，用于藏冰及石墨。由此可見，在一千七百多年前三國時代，利用天然冰雪來降溫和保藏食品規(guī)模已經相當可觀，這在當初世界上是首屈一指。唐朝以后——天然冰雪作為冷源已經被廣泛利用《馬可·波羅行記》13世紀明代運河兩岸修建冰庫清代光緒年間，北京已專設冰窖中國北方一些地方仍有采取。制冷技術發(fā)展歷史1834年英國人JacobPerhking發(fā)明了以乙醚為冷媒壓縮式冷凍機，她是世界上第一部實用冷凍機。1860年法國人發(fā)明以氨為制冷劑，以水為吸收劑壓縮式冷凍機。1872年美國人David、Boyle和德國人CarlVonLnde分別單獨發(fā)明以氨為冷媒壓縮式冷凍機。這些冷凍機當初為制冰機使用，替換天然冷源。1877~1878年法國人CharlesTellier為處理把牛羊肉從新西蘭和阿根廷等國運回法國，開始用氨吸收式冷凍機。1930年以來，在家用冰箱上，大量使用無毒、無味氟利昂制冷劑，它不像氨氣那樣有爆炸危險。但氟利昂易破壞臭氧層，所以又推出了溴化鋰、含氫氟烴等冷媒。20世紀70年代，出現了液態(tài)氮和液態(tài)二氧化碳作為冷媒制冷技術，它能夠直接噴灑在食品表面，不僅能夠急冷，而且能夠進行深冷，假如用液氮利用得到-196℃低溫。食品冷藏和凍結技術發(fā)展冷凍食品形式不停得到改善凍結方法改善冷源制冷裝置也有新突破對于多種食品冷凍、冷藏、運輸、銷售等各個步驟溫度條件有了深入認識中國外冷凍食品發(fā)展現實狀況中國1891年在上海制造人造冰1915~19，上海、南京、漢口等地前后建成了由外國資本經營凍蛋、凍肉、凍家禽廠。到1933年，這類冷庫增加到30~35座。20世紀60年代和80年代兩個關鍵發(fā)展階段制冷自1999年起，全國連鎖超市中銷售食品日用具中，速凍食品銷售額均名列第一。速凍食品從1995年起，中國速凍食品年產量每十二個月以20％幅度遞增，成為90年代發(fā)展最快食品加工業(yè)，速凍食品年產量靠近1000萬噸。多年來，中國現有各類速凍食品生產廠家近家，年銷售額達100億元。20世紀70年代初速凍蔬菜20世紀80年代初速凍點心速凍調理食品20世紀90年代初速凍餃子速凍餛飩速凍湯圓中國速凍食品存在問題產品品種亟待增加中國，150多個品種美國，速凍食品多達2700多個日本速凍食品聽說有3100多個質量、風味有待提升慢凍食品粘連現象購置者購置首要原因是因為方便，至于對于產品口味評價，只有9％購置者表示“好吃”或“很好吃”。打折促銷包裝有待升級塑料袋包裝已不符合當今世界食品包裝時尚，紙盒包裝是新發(fā)展趨勢。美國用于速凍食品包裝紙盒內外表層全部涂有一個可耐249攝氏度高溫塑料膜，這種包裝可在微波爐和一般烤箱中加熱，其成本也較低。美國人均年消費冷凍食品已達63.6kg世界第一位日本韓國臺灣省l0kg以上英、法、德等歐盟國家20~40kg怎樣了解冷凍食品比新鮮食品更新鮮，冷凍被認為是保留食物最好方法這是因為商業(yè)化冷凍農產品是在成熟度和營養(yǎng)價值最高時候采收，直接送到最近冷凍工廠立即處理而得以保留其營養(yǎng)成份。第二節(jié)食品冷凍保藏原理新鮮食品在常溫下存放，因為附著在食品表面微生物作用和食品內所含酶作用，使食品色、香、味和營養(yǎng)價值降低，假如久放，能促進食品腐敗或變質，以致完全不能食用，這種改變叫做食品變質。1.引發(fā)食品腐敗變質關鍵原因生物學原因化學原因其它原因微生物酶作用非酶作用氧化作用溫度水分光乙烯外源污染物物理原因害蟲和嚙齒動物害蟲對于食品儲藏危害性很大一些食品儲藏損耗加大直接原因因為害蟲繁殖、遷移，和她們所遺棄排泄物、皮殼和尸體等還會嚴重污染食品，使食品喪失商品價值?，F在對食品危害性大害蟲有甲蟲類、蛾類、蟑螂類和螨類?！锩缸饔枚嗑郯肴樘侨┧崦福捍呋z中多聚半乳糖醛酸殘基之間糖苷鍵水解，造成組織軟化酯氧合酶：催化脂肪氧化，造成臭味和異味產生果膠甲酯酶：催化果膠中半乳糖醛酸酯脫酯作用，可造成組織硬化抗壞血酸酶：催化抗壞血酸氧化，造成營養(yǎng)素損失葉綠素酶：催化葉綠醇環(huán)從葉綠素中移去，造成綠色丟失酶作用★非酶作用美拉德反應焦糖化反應抗壞血酸氧化抗壞血酸氧化脫氫抗壞血酸氨基酸美拉德反應紅褐色產物抗壞血酸缺氧酸性條件糠醛聚合褐色物質＋★溫度范特霍夫(VantHoff)規(guī)則即溫度每升高10℃，化學反應速度增加2~4倍。Q10=υ(t+10)/υt（temperaturecoefficient）反應速度常數和絕對溫度成指數關系故降低食品環(huán)境溫度，就能降低食品中化學反應速度，延緩食品質量改變，延長儲藏壽命。溫度系數2.柵欄技術2.1柵欄技術提出變質食品食品加工、儲運、銷售和消費低溫保藏、罐藏、濃縮保藏、化學保藏、發(fā)酵保藏、輻照保藏柵欄因子（hurdlefactor）高溫處理（F）低溫冷藏（t）降低水分活度（AW）酸化（pH值）低氧化還原電勢（Eh）添加防腐劑（Pres）競爭性菌群輻照德國肉類研究中心Leistnrer（1976）提出障礙因子柵欄效應從微生物學角度考慮，柵欄效應（hurdleeffect）是指在保藏食品數個柵欄因子中，它們單獨或相互作用，形成特有預防食品腐敗變質“柵欄”（hurdle），使存在于食品中微生物不能逾越這些“柵欄”。這種食品即是穩(wěn)定和安全。柵欄效應例子理想化柵欄效應模式較為實際型柵欄效應模式初始菌數低食品柵欄效應模式初始菌數多或營養(yǎng)豐富食品柵欄效應模式柵欄效應例子柵欄效應例子經過熱處理而又殺菌不完全食品柵欄效應模式柵欄次序作用模式柵欄效應例子柵欄協同作用模式柵欄效應是食品保藏性根本所在柵欄效應揭示了食品保藏基礎原理食品防腐可利用柵欄因子很多，但就每一類食品而言，起關鍵作用因子可能只有多個，因經過科學分析和經驗積累，正確地把握其中關鍵因子。研究思緒對于一個穩(wěn)定性高、保藏性好食品，AW、pH值、t、Pres等柵欄因子聯合或復雜交互作用，對抑制微生物生長、繁殖、產毒起著關鍵作用，任何單一因子全部不足以抑制微生物危害。柵欄技術應用用于食品加工和保藏中微生物控制用于食品加工、保藏中工藝改造新產品開發(fā)3.食品低溫保藏原理微生物繁殖和酶活動全部和溫度相關，伴隨溫度降低，尤其是食品在凍結時，生成冰晶體使微生物細胞受到破壞，使微生物喪失活力不能繁殖，甚至死亡；同時酶反應受到嚴重抑制，失去催化能力，甚至被破壞。其它反應如呼吸作用、氧化等也隨溫度降低而顯著減慢。所以，食品就可在低溫條件下長久儲藏而不會腐敗變質。3.1低溫對微生物影響60~8055~7540~45嗜熱微生物（thermophile）40~5025~4010~15嗜溫微生物（mesophile）20~4010~20-10~5嗜冷微生物(psychrophile)舉例最高溫度最適溫度最低溫度類群微生物適應生長溫度（℃）溫泉、堆肥中微生物腐敗菌、病原菌水和冷庫中微生物微生物對于低溫敏感性較差。絕大多數微生物處于最低生長溫度時，新陳代謝已減弱到極低程度，呈休眠狀態(tài)。深入降溫，就會造成微生物死亡，不過在低溫下，它們死亡速度比在高溫下緩慢得多。低溫對微生物影響通常情況低溫對微生物影響特殊情況少數微生物能在一定低溫范圍還能夠緩慢生長。溫度在6℃時幾乎能阻止全部食物中病原菌生長，但有部分嗜冷菌尚能緩慢生長。3.2低溫對酶活性影響食品中很多反應全部是在酶催化下進行，而酶活性(即催化能力)和溫度有親密關系。大多數酶適宜活動溫度為30~50℃。伴隨溫度升高或降低，酶活性均下降。溫度系數Q10溫度系數Q10可衡量因溫度而發(fā)生改變酶活性：Q10=K2/K1K2為溫度增加到T+10K時酶活性所造成化學反應率。Q10為溫度每增加10K時因酶活性改變所增加化學反應率；K1為溫度T時酶活性所造成化學反應率；多個水果呼吸速率溫度系數Q10部分蔬菜呼吸速率溫度系數Q10低溫對酶活性影響情況酶活性在冷凍、冷藏中雖有顯著下降，但并不說明酶完全失活，即低溫對酶并不起完全抑制作用，在長久冷藏中，酶作用仍可使食品變質。3.3低溫對其它變質原因影響氧化作用、生理作用、蒸發(fā)作用、機械損害、低溫冷害等。不管是細菌、霉菌、酵母菌等微生物引發(fā)食品變質，還是由酶引發(fā)變質和其它原因引發(fā)變質，在低溫環(huán)境下，能夠延緩、減弱它們作用，但低溫并不能完全抑制它們作用，即使在凍結點以下低溫，食品進行長久儲藏，其質量仍然有所下降。低溫保藏對食品貯藏影響第三節(jié)食品冷藏工藝技術食品冷卻食品冷藏食品在冷藏過程中質量改變食品冷藏工藝食品冷卻和冷藏冷卻是冷藏必需前處理，其本質上是一個熱交換過程，冷卻最終溫度在冰點以上。冷藏是冷卻后食品在冷藏溫度(常在冰點以上)下保持食品品質一個儲藏方法。3.1食品冷卻冷卻目標冷卻速度和冷卻時間冷卻方法冷卻目標食品冷卻目標就是快速排出食品內部熱量，使食品溫度在盡可能短時間內(通常為幾小時)降低到冰點以上，從而能立即地抑制食品中微生物生長繁殖和生化反應速度，保持食品良好品質及新鮮度，延長食品儲藏期。食品冷卻通常是在食品產地進行產地加工車間冷藏庫市場低溫環(huán)境保持食品原有品質阻止微生物繁殖采摘后24h冷卻96h后冷卻0℃下儲藏5周不腐爛梨30%梨腐爛甜玉米糖分貯藏過程中喪失情況冷卻速度和冷卻時間食品在冷卻過程中，內部熱量傳輸（Q）依傅里葉定律：Q=-λFgradTgradT為溫度梯度(K·m-1)；λ為導熱系數(W·m-1·K-1)；F為導熱面積(m2)。食品冷卻速度物料內部溫度環(huán)境溫度物料形狀食品冷卻速度就是食品溫度下降速度，因為食品內各部位溫度不一樣，所以食品溫度下降速度只能以食品平均溫度下降速度來表示。物料內部溫度表面溫度θs中心溫度θc表面和中心之間溫度差θm平均溫度ˉθ食品內部溫度分布是向上方凸曲線，離表面越近，溫度梯度越大，所以冷卻速度也越大。從圖2-3中可看出，表面溫度θs下降速度最快，中心溫度θc下降最慢，尤其是冷卻開始階段，食品中心部位溫度下降得尤其緩慢。當食品厚度很小時，冷卻速度和對流放熱系數K成正比，而和導熱系數λ無關。在這種情況下，對流放熱速度K是影響冷卻速度關鍵原因，所以增大冷卻介質流動速度，提升K數值就能夠增大冷卻速度，縮短冷卻時間。平板狀食品1當食品厚度很厚時，冷卻速度和導熱系數λ成正比，而和對流放熱系數A無關。在這種情況下，導熱快慢是決定冷卻速度關鍵，企圖經過增大空氣流速來加緊冷卻速度是困難，只有減小食品厚度來增大冷卻速度。平板狀食品2半徑為R圓柱狀食品，它圓周面全部一樣被冷卻。圓柱狀食品冷卻和平板狀食品不一樣是，它內部傳熱面積和半徑R成正比，其它均相同。圓柱狀食品球狀食品半徑為R球狀食品，它表面全部一樣被冷卻。球狀食品冷卻和平板狀食品不一樣是，它內部傳熱面積和半徑R成正比，其它均相同。食品冷卻時間冷卻方法空氣冷卻法冷水冷卻法碎冰涼卻法真空冷卻法利用強制流動低溫冷空氣流過食品表面使食品溫度下降一個冷卻方法。空氣冷卻法方法空氣冷卻冰塊或機械制冷風道吹出冷卻間或冷藏間熱量降溫循環(huán)冷空氣冷風機食品五種不一樣吸吹風形式冷風機冷風機肉類冷風冷卻裝置冷風冷卻系統(tǒng)示意圖循環(huán)吊鉤風道冷風機冷風冷卻系統(tǒng)示意圖（3）冷風冷卻系統(tǒng)示意（4）冷風冷卻系統(tǒng)示意圖（5）工藝條件選擇要依據食品種類、有沒有包裝、是否易干縮、是否快速冷卻等來確定?？諝饫鋮s法工藝參數空氣冷卻法工藝效果溫度相對濕度流速空氣可對于未包裝食品，采取空氣冷卻時會產生較大干耗損失?？諝饫鋮s法適用范圍水果蔬菜鮮蛋乳品肉類家禽預冷處理凍藏食品凍結使用范圍較廣，廣泛地用于不能用水冷卻食品。優(yōu)點缺點果蔬空氣冷卻果蔬冷卻間冷藏庫早期空氣流速1~2m/s末期空氣流速1m/s空氣相對濕度冷藏溫度冷卻間溫度0℃85%~95%依據水果、蔬菜等品種不一樣，將其冷卻至各自適宜。畜肉空氣冷卻1傳統(tǒng)方法：全部在冷卻間完成冷卻空氣溫度0℃左右風速0.5~1.5m/s＜2m/s相對濕度90%~98%胴體后腿肌肉最厚部中心溫度＜4℃冷卻時間＜24h畜肉空氣冷卻2改善方法：變溫快速兩段冷卻法，整個時間14~18h第一階段快速冷卻隧道冷卻間空氣流速2m/s空氣溫度-5~-15℃相對濕度90%2~4h時間胴體表面溫度后腿中心溫度0~-2℃16~20℃特征散熱快，肉胴體表面溫度達0℃以下，形成了“冰殼”；第二階段自然循環(huán)冷卻間溫度1~-1℃相對濕度90%10~14h半白條肉內外溫度基礎趨于一致，達成平衡溫度4℃時，即可認為冷卻結束。時間優(yōu)點：食品干耗小，平均干耗量為1%；肉類表面干燥，外觀好，肉味佳，在分割時汁液流失量少。禽肉空氣冷卻空氣溫度2~3℃相對濕度80%~85%風速1.0~1.2m/s禽胴體溫度5℃以下冷卻時間7h左右提升風速4h左右鮮蛋空氣冷卻在專用冷卻間內完成蛋箱堆垛冷卻開始蛋空氣溫度通常低于蛋體溫度2~3℃過程每隔1~2h將冷卻間空氣溫度降低1℃左右相對濕度75%~85%0.3~0.5m/s24h蛋體溫度1~3℃空氣流速冷卻時間經過低溫水把被冷卻食品冷卻到指定溫度冷水冷卻法預冷水箱水蒸發(fā)器食品冷水攪拌器冷卻槽蒸發(fā)器食品冷水現代冰蓄冷技術方法噴淋式浸漬式冷水冷卻方法混合式被冷卻食品直接浸在冷水中冷卻，并有攪拌器不停地攪拌冷水，提升傳熱速度和均勻性，加緊食品冷卻?；旌鲜嚼鋮s裝置通常采取先浸漬后噴淋步驟。冷水冷卻范圍和特征因為產品外觀會受到損害，而且失去了冷卻以后儲藏能力。魚類、家禽水果、蔬菜和包裝食品易變質食品大部分食品應用范圍優(yōu)點缺點傳熱系數高冷卻速度快避免干耗被冷卻食品之間易交叉感染碎冰涼卻法冰塊融化時會吸收大量熱量，其相變潛熱為334.9KJ/kg。當冰塊和食品接觸時，冰融化能夠直接從食品中吸收熱量使食品快速冷卻。碎冰涼卻法尤其適宜于魚類冷卻，因為它不僅能使魚冷卻、濕潤、有光澤，而且不會發(fā)生干耗現象。淡水冰海水冰冷卻淡水魚冷卻海水魚透明冰不透明冰形狀機制塊冰管冰片冰米粒冰不許可用被污染海水及港灣內水來制冰碎冰涼卻(干式冷卻)水冰涼卻(濕式冷卻)方法冷海水為了提升碎冰涼卻效果，要求冰要細碎，冰和食品接觸面積要大，冰融化成水要立即排出。冷卻方法真空冷卻法真空冷卻也叫減壓冷卻。其原理是真空降低水沸點，促進食品中水分蒸發(fā)，因為蒸發(fā)潛熱來自食品本身，從而使食品溫度降低而冷卻。關鍵適適用于葉類蔬菜快速冷卻菠菜生菜甜玉米1－真空泵2－冷卻器3－真空冷卻槽4－膨脹閥5－冷凝器6－壓縮機真空冷卻系統(tǒng)真空冷卻方法特點冷卻速度快、冷卻均勻先將食品原料濕潤，為蒸發(fā)提供較多水分，再進行抽真空冷卻操作。其作用是加緊降溫速度；降低植物組織內水分損失，即降低原料干耗。葉菜總質量1%溫度6℃缺點食品干耗大、能耗大，設備投資和操作費用全部較高。按食品種類和冷卻要求不一樣，使用不一樣冷卻方法3.2食品冷藏空氣冷藏法自然空氣冷藏法機械空氣冷藏法空氣冷藏工藝冷藏溫度空氣相對濕度空氣流速冷藏溫度儲藏期冷藏庫規(guī)模冷藏溫度冷庫內空氣溫度食品物料溫度物品性質冷藏室內溫度應嚴格控制。任何溫度改變全部可能對冷藏食品物料造成不良后果?？諝庀鄬穸壤洳厥覂瓤諝庵兴趾繉κ称肺锪夏筒匦杂兄苯佑绊?。不宜過濕不宜過干大多數水果和植物性食品85％~90％綠葉蔬菜、根菜類蔬菜和脆質蔬菜90％~95％堅果類70％以下畜、禽肉類85％～90％干態(tài)顆粒狀食品物料50％以下部分肉和肉制品冷藏條件和儲藏期部分魚和魚制品冷藏條件和儲藏期牛乳儲藏時間及應冷卻溫度鮮蛋冷藏條件3.3食品在冷藏過程中質量改變水分蒸發(fā)冷害后熟作用移臭和串味肉成熟嚴寒收縮脂肪氧化其它改變水分蒸發(fā)水果、蔬菜水分蒸發(fā)失去新鮮飽滿外觀影響其柔嫩性和抗病性肉類食品質量減輕表面出現收縮、硬化，形成干燥皮膜肉色改變雞蛋氣室增大蛋品品質下降質量減輕在低溫儲藏時，有些水果、蔬菜等儲藏溫度雖未低于其凍結點，但當儲溫低于某廣溫度界限時，這些水果、蔬菜就會表現出一系列生理病害現象，其正常生理機能受到障礙失去平衡。這種因為低溫所造成生理病害現象稱之為冷害。冷害冷害癥狀組織內部變褐和干縮外表出現凹陷斑紋出現水漬狀斑塊不能正常成熟產生異味后熟作用水果在低溫冷藏期間，將伴伴隨后熟作用發(fā)生。果實內成份和組織形態(tài)也將進行一系列轉化?？扇苄蕴呛可咛撬岚俜直融呌趨f調可溶性果膠含量增加果實香味變得濃郁顏色變紅或變艷成熟特征硬度下降嚴寒收縮畜禽屠宰后在未出現僵直前快速冷卻，肌肉發(fā)生顯著收縮，以后即使經過成熟過程，肉質也不會十分軟化，這種現象叫嚴寒收縮。宰后l0h內，肉溫降到8℃以下，輕易發(fā)生嚴寒收縮。牛和羊肉禽類肉種類當肉pH值低于6時極易出現嚴寒收縮。肉體部位肉表面肉質變硬嫩度差解凍后會出現大量汁液流失肉內部表現3.4食品冷藏工藝加工整理庫房準備包裝入庫碼垛溫濕度管理通風換氣出庫預冷洋白菜花椰菜第四節(jié)食品冷凍食品凍結可使食品中大部分甚至全部水分形成冰晶體，從而降低游離水，使微生物生長受到抑制，合適低溫和失去反應介質作用下一樣被大大降低；脂肪酸敗、維生素分解等作用在凍藏時也會減緩。凍藏能夠延緩食品腐敗，而不能完全終止腐敗。4.1食品凍結過程水凍結過程食品凍結過程特征食品凍結過程中水分結冰率和最大冰晶區(qū)食品凍結時放熱量凍結速度和凍結時間凍結過程中熱量傳輸、食品溫度改變和分布4.1.1水凍結過程水0℃水過冷狀態(tài)水冰晶核冰點凍結（過冷臨界溫度或過冷溫度）（潛熱）過冷狀態(tài)溫度先要降到冰點以下才發(fā)生從液態(tài)水到固態(tài)冰相變。降溫過程中開始形成穩(wěn)定性晶核時溫度或在開始回升最低溫度。過冷臨界溫度或過冷溫度水凍結過程晶核周圍水分子有次序地不停結合到晶核上面去，形成大冰晶體。結冰晶核形成（nucleation）冰晶體增加（icegrowth）極少部分水分子有規(guī)則地結合在一起，形成結晶關鍵，這種晶核是在過冷條件達成后方出現。冷凍時水物理特征水比熱是4.184kJ/kg/K。冰比熱是2.092kJ/kg/K，冰比熱約為水1/2。水熱導率為0.58W/m/K，冰是2.34W/m/K，冰熱導率是水4倍左右。凍結速度快，解凍速度慢。冰比水降溫快水結成冰后，冰體積比水增大約9%，冰在溫度每下降1℃時，其體積則會收縮0.01%~0.005%，二者相比，膨脹比收縮大。冷凍時水物理特征“凍結膨脹壓”龜裂現象“凍結膨脹壓”假如外層冰體受不了過大內壓時，就會破裂。凍品厚度過大、凍結過快，往往會形成這么龜裂現象。凍結時，表面水首先結冰，然后冰層逐步向內伸展。當內部水分因凍結而膨脹時，會受到外部凍結了冰層阻礙，所以產生內壓。龜裂現象4.1.2食品凍結過程特征食品多元組分凍結平臺純水1.初始凍結溫度2.當冷卻到某一溫度時，食品內未冷凍水分數1.食品初始凍結點溫度總是低于零度食品初始結凍點低于零度因為食品中自由水溶有可溶性固形物食品冰點或凍結點(freezingpoint)水分含量水分狀態(tài)拉馬爾（Raoult）法則凍結點降低物質濃度成正比多種食品成份lmol/L溶質↑下降1.86℃↓不一樣食品冰點即使在溫度遠低于初始凍結點情況下，仍有部分自由水還是非凍結。2.有部分自由水是非凍結食品中水分純水全部凍結成冰食品低共熔點水溶液一部分水結成冰余下水溶液濃度升高殘留溶液冰點不停下降部分自由水還是非凍結少許未凍結高濃度溶液只有當溫度降低到低共熔點時，才會全部凝結成固體。-55~-65℃4.1.3凍結溫度曲線初階段中階段終階段初階段食品大多有一定厚度，凍結對時其表面層溫度降得很快，故通常食品不會有穩(wěn)定過冷現象出現。從初溫至凍結點，這時放出是“顯熱”，顯熱和凍結過程所排出總熱量比較，其量較少，故降溫快，曲線較陡。其中還會出現過冷點。A-S-B中階段此時食品中水分大部分凍結成冰，因為水轉變成冰時需要排除大量潛熱，整個凍結過程中總熱量大部分在此階段放出，故當制冷能力不是很強大時，降溫慢，曲線平坦。B-C食品凍結時，其中大部分水分是在靠近凍結點溫度區(qū)域內形成冰晶體，以下降至其中心溫度為-5℃時，食品內已經有80%以上水分凍結。而到了后面，水分結冰率隨溫度改變程度不大。通常把凍結時使水分結冰率發(fā)生改變最大溫度區(qū)域稱為最大冰晶生成區(qū)。最大冰晶生成區(qū)(zoneofmaximumicecrystalformation)終階段C-D從成冰后到終溫(通常是-5~-18℃)放出熱量冰降溫水繼續(xù)結冰曲線有時不及初階段陡峭4.1.4凍結率(frozenwaterratio)食品凍結過程中水分轉化為冰晶體程度，通常也用水分結冰率（ψ）表示。指是食品凍結時，其水分轉化為冰晶體比率。凍結率(frozenwaterratio)凍結過程中水分結冰率和食品溫度相關Ψ=（1-t冰/t）×100%式中Ψ——結冰率，%t冰——食品凍結點，℃t——食品低于結凍點某一溫度，℃凍結率(frozenwaterratio)4.1.5食品凍結時放熱量凍結開始前食品放熱量q1=Co（T初—T凍）冰晶體形成時放熱量q2=WΨr冰凍結食品降溫過程中放熱量q3=CT(T凍—T終)凍結過程中熱量傳輸、食品溫度改變和分布食品凍結時食品和冷凍介質之間溫差食品內部溫差伴隨凍結過程發(fā)生改變4.1.6凍結速度在食品凍結過程存在一個外部凍結層和此層向內部非凍結區(qū)擴張推進過程，從而，能夠用二者之間界面位移速度來表示物體凍結速度。凍結速度凍結速度快慢通?？捎檬称分行臏囟认陆禃r間或凍結層伸延距離來劃分。時間劃分距離劃分時間劃分食品中心溫度從-l℃下降至-5℃所需時間(即經過最大冰晶生成區(qū)時間)30min以內快速凍結超出30min慢速凍結對食品組織影響最小距離劃分可用單位時間內-5℃凍結層從食品表面伸延向內部距離來判定（凍結速度υ單位cm/h）。υ≥5~20cm/h快速凍結υ=1~5cm/h中速凍結υ=0.1~lcm/h慢速凍結凍結速度計算凍結物體在最終溫度時水分凍結量（Ψ終）和物體降溫到同一最終溫度時所需時間(τ終)比值。冰晶體形成速度dΨ/dτ物體任何單位容積內或任意點上單位時間內水分凍結率平均冰晶體形成速度Ψ終/τ終食品表面達0℃后，食品溫度中心降至比凍結點低10℃所需時間（h）。國際制冷學會對凍結速度定義υ=L/tL食品表面和溫度中心點間最短距離（cm）t凍結時間計算式中Z——食品凍結時間，h△i——食品初終溫時焓差，kJ/kgρ——食品密度，kg/m3△t——食品凍結點和冷卻介質溫差，℃X——塊狀或片狀食品厚度;球狀或柱狀食品直徑，mα——放熱系數，W/(m2·K)λ——凍結食品導熱系數，W/mKP，R——形狀系數凍結時間影響食品凍結時間原因產品大小和形狀產品厚度產品初溫和終溫冷卻介質溫度產品表面?zhèn)鳠嵯禂禑崛鄹淖儺a品熱導率凍結速度和冰晶分布情況關系凍結方法凍結介質凍結速度形成冰晶大小和狀態(tài)凍結速度快水分冰晶較大冰體冰晶體分布不均勻有時間移動凍結速度慢會同時析出形成大量結晶核水分冰晶無時間移動細小針狀結晶數量無數分布均勻凍結速度和冰晶分布情況關系凍結方法和冰晶分布情況關系物理改變化學改變機械性損傷細胞潰解氣體膨脹蛋白質變性變色4.2凍結及凍結速度對凍品質量影響凍結時體積改變膠體性質改變使食品品質下降，產品營養(yǎng)價值、風味和質構全部不一樣程度地受到損失。凍結時體積改變0℃水轉變?yōu)?℃冰時，體積增加約9%；伴隨凍結進行，溶質被不停濃縮而造成結晶析出；非溶質部分如油脂在低溫下結晶；細胞內溶解氣體因溶劑結晶而過飽和，最終從溶解中逸出。膠體性質改變在高濃度鹽作用下發(fā)生鹽析；pH值改變可能達成一些蛋白質等電點；離子濃度改變干擾了蛋白質膠體電性平衡；和蛋白質結合水分被凍結，蛋白質形成脫水型而不能復原；蛋白質被濃縮并受到機械擠壓，相互間脫水聚集而形成沉淀。蛋白質溶解度下降機械性損傷（mechanicaldamagetheory）細胞潰解(cellrupturetheory)“凍結膨脹壓”蛋白質變性食品中結合水是和原生質、膠體、蛋白質、淀粉等結合，在凍結時，水分從其中分離出來而結冰，這也是一個脫水過程，原生質膠體和蛋白質等分子過多失去結合水，分子受壓凝集，會破壞其結構，或因為原生質體中無機鹽因濃縮作用而使?jié)舛忍嵘?，產生鹽析作用而使蛋白質變性。氣體膨脹(gasexpansiontheory)組織細胞中溶解于液體中微量氣體，在液體結冰時發(fā)生游離而體積增加數百倍，這么會損害細胞和組織，引發(fā)質地改變。變色凍結產品褐變黑變退色美拉德反應酪氨酸酶氧化肌肉肌紅蛋白鱈魚肉褐變蝦黑變食品快速凍結優(yōu)點1.避免在細胞之間生成過大冰晶體；2.降低細胞內水分外析，解凍時汁液流失少；3.細胞組織內部濃縮溶質和食品組織、膠體和多種成份相互接觸時間顯著縮短，濃縮危害性下降到最低程度；5.食品在凍結設備中停留時間短，有利于提升設備利用率和生產連續(xù)性。4.將食品溫度快速降低到微生物生長活動溫度之下，有利于抑制微生物增加及其生化反應；食品快速凍結優(yōu)點4.3食品冷凍中玻璃化轉變玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)概念相關食品玻璃態(tài)玻璃化轉變溫度及影響原因玻璃化轉變在冷凍食品加工中應用玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)概念玻璃玻璃態(tài)將融化后在冷卻過程中不發(fā)生結晶無機物質非晶態(tài)無定形聚合物在較低溫度下，分子熱運動能量很低，而分子鏈和鏈段均處于被凍結狀態(tài)，這時聚合物所表現出力學性質和玻璃相同，故稱這種狀態(tài)為玻璃態(tài)或玻璃化。伴隨溫度升高至某一溫度時，鏈段運動受到激發(fā)，但整個分子鏈仍處于凍結狀態(tài)。在受到外力作用時，無定形聚合物表現出很大形變，外力解除后，形變能夠恢復。這種狀態(tài)稱為高彈態(tài)，又稱橡膠態(tài)。高彈態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)溫度繼續(xù)升高，不僅鏈段能夠運動，整個分子鏈全部能夠運動，無定形聚合物表現出黏性流動狀態(tài)，即黏流態(tài)。玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)表現為無定形聚合物三種力學。黏流態(tài)高彈態(tài)黏流態(tài)相關食品玻璃態(tài)食品中無定形基質單糖低聚糖多糖蛋白質水鹽物理狀態(tài)食品物理性質和質構玻璃化轉變“食品聚合物科學”理論(foodpolymerscience)以食品玻璃化和玻璃化轉變溫度為關鍵食品在玻璃態(tài)下，造成食品品質改變一切受擴散控制反應速率均十分緩慢，甚至不發(fā)生反應。所以食品采取玻璃化保藏，能夠最大程度地保留其原有色、香、味、形和營養(yǎng)成份。在玻璃化狀態(tài)下，分子熱運動能量很低，只有較小運動單元，如側基、支鏈和鏈節(jié)能夠運動，而分子鏈和鏈段均處于被凍結狀態(tài)。在此情況下，物質自由體積分數很小，分子流動阻力較大，從而使體系含有較大黏度，以致整個體系中分子擴散速率很小。保藏機理玻璃化轉變溫度及影響原因非晶態(tài)聚合物玻璃態(tài)橡膠態(tài)晶態(tài)聚合物中非晶部分特征溫度Tg玻璃化轉變溫度鏈段解凍升溫冷卻凍結微布朗運動玻璃化轉變溫度兩種定義低水分食品w<20％＞0℃Tg高水分或中等水分食品w>20％T`g最大凍結濃縮溶液發(fā)生玻璃化轉變時溫度玻璃化轉變溫度形成玻璃態(tài)固體取決于動力學原因冷卻速率足夠快達成足夠低溫度全部材料液體玻璃態(tài)固體在冷卻過程中，快速經過Tg<T<Tm（室溫）結晶區(qū)而不發(fā)生晶化。必需冷卻到T<Tg玻璃態(tài)不一樣狀態(tài)完全玻璃態(tài)部分結晶玻璃態(tài)最理想狀態(tài)，細胞內外完全避免了結晶和由此引發(fā)多種損傷。整個樣品全部形成了玻璃態(tài)純水Tg為-135℃溶液濃度增大時Tg伴隨增大部分結晶玻璃態(tài)A點--初始濃度(指質量分數)B點--溶液過冷點，將開始析出冰晶D點熔融線和玻璃化轉變曲線交點影響玻璃化轉變溫度原因體系組成成份平均分子量增塑劑在低分子量時，高聚物Tg值隨平均分子量增加而增大，當分子量超出某一臨界值(臨界分子量)時，Tg不再依靠于分子量，趨于一個常數。Tg和凍結食品質量關系冷凍濃縮冷凍食品未凍結部分儲存不穩(wěn)定速凍在通常凍藏溫度下，意味著這部分被濃縮基質仍處于高彈態(tài)，甚至黏流態(tài)，分子鏈段能自由運動，擴散系數比較大。玻璃化轉變在冷凍食品加工中應用冰淇淋冷凍水果傳統(tǒng)糯米制品4.3食品常見凍結方法靜止空氣凍結送風凍結接觸凍結浸漬凍結間接凍結氟里昂凍結強風凍結直接凍結冰鹽混合物凍結液氮凍結液態(tài)二氧化碳凍結低溫靜止空氣凍結裝置空氣自然對流接觸傳導管架式特點凍結時間長勞動強度大融霜及處理霜麻煩裝置周轉率低結構簡單造價低運行時電耗省送風凍結裝置強風凍結裝置半送風凍結裝置強風凍結裝置隧道式傳送帶式懸浮式（流態(tài)床）凍結裝置（fluidizedfreezing）單向直走帶式螺旋帶式單向直走帶式螺旋帶式接觸凍結裝置平板凍結機空心平板板內配蒸發(fā)管原料特點不需冷風占空間小單位面積生產率高能源低直接接觸凍結法食品（包裝或不包裝）和不凍液直接接觸，食品在和不凍液換熱后，快速降溫凍結。食品和不凍液接觸方法有噴淋法、浸漬法，或兩種方法同時使用。冰鹽混合物凍結R12浸漬凍結裝置液化氣體凍結裝置直接接觸凍結法浸漬式連續(xù)凍結液化氣式連續(xù)凍結凍結時間短(比空氣式快2～3倍)食品干耗小、色澤好食品衛(wèi)生問題特點液化氣式連續(xù)凍結利用沸點很低制冷劑(如液氮及二氧化碳)在極低溫下進行變態(tài)，吸熱蒸發(fā)或升華特征，將食品急速凍結下來超急速凍結裝置，其類型有隧道式和螺旋式。液浸噴淋蒸汽冷凝1.凍結速度快、時間短、干耗小、生產率高2.避免了食品和空氣接觸，不會產生食品酸化、變色等問題。3.操作成本高，關鍵是液氮消耗和費用高4.4流態(tài)化速凍方法指使食品立即經過其最大冰晶生成區(qū)，并使平均溫度立即達成-l8℃而快速凍結方法。速凍食品單體速凍IQF——IndividuallyQuickFreezing最為突出速凍技術食品流態(tài)化速凍前提一是作為冷卻介質冷空氣在流經被凍結食品時必需含有足夠流速，而且必需是自下而上經過食品；二是單個食品體積不能太大。4.4.1固體顆粒流態(tài)化原理氣固兩相流體流動過程流化床壓降將固體顆粒和氣體介質并存流動過程固體力學氣流經過流化床層時，因為篩網、食品顆粒阻力作用，使流化床兩側風壓發(fā)生改變，產生了壓力差。p2——流化床食品層上部風壓，N/m2△pL=p1-p2流化床壓降△pL——流化床壓降，N/m2p1——風機出口風壓，N/m2食品層阻力損失篩網阻力損失空氣流速篩網孔隙率篩網孔隙率篩網孔隙率選擇必需從以下兩個方面考慮篩網孔規(guī)格必需小于被凍結食品最小顆粒，以預防滑料。篩網阻力值必需滿足流化床出現10%左右空床（即篩網表面部分裸露）時，床層其它部分氣流速度不低于臨界速度，以確保正常流態(tài)化操作。固定床階段流化床階段氣力輸送階段氣固兩相流體流動狀態(tài)固定床階段當氣流以較低相對速度經過物料層時，固體顆粒相對位置不發(fā)生改變。假如空氣流速再增大，會使固體顆粒位置略有調整，床層存有膨脹、變松，空隙率稍有增大，但固體顆粒仍保持緊密接觸。A-B-C-D流化床階段當氣固間相對速度達成一定數值時床層不再維持固定狀態(tài)，固體顆粒相對位置發(fā)生顯著改變；固體顆粒在床層中時上時下作不規(guī)則沸騰狀運動，而且含有和流體一樣流動性，稱為流態(tài)化狀態(tài)。D-E氣力輸送階段在流化床流動基礎上，再深入提升氣流速