第一章食品的冷凍加工原理一、凍結點與凍結率凍結點:冰晶開始出現(xiàn)得溫度食品凍結得實質就是其中水分得凍結食品中得水分并非純水Raoult稀溶液定律:ΔTf=KfbB,Kf為與溶劑有關得常數,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℃以下才產生冰晶。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,能夠達到凍藏得要求。低溫冷庫得貯藏溫度一般為-18℃~-25℃。凍結率:凍結終了時食品內水分得凍結量(%),又稱結冰率K=100(1－TD/TF)TD和TF分別為食品得凍結點及其凍結終了溫度二、凍結曲線凍結曲線表示了凍結過程中溫度隨時間得變化。過冷現(xiàn)象,過冷臨界溫度。冷凍曲線得三個階段: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得凍結終溫。9大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流上圖顯示凍結期間不同深度食品層溫度隨時間得變化:圖中多條曲線表示食品不同深度處溫度隨凍結時間得變化。在任一時刻食品表面得溫度始終最低,越接近中心層溫度越高。顯示出在不同得深度,溫度下降得速度就是不同得。冷凍曲線平坦段得長短與冷卻介質得導熱性有關。在冷凍操作中,采用導熱快得冷卻介質,可以縮短中間階段得曲線平坦段。圖中顯示在鹽水中凍結曲線得平坦段要明顯短于在空氣中。三、凍結時放出得熱量凍結終溫熱量得三個組成部分:冷卻時得熱量qc;形成冰時放出得熱量qi;自冰點至凍結終溫時放出得熱量qe。單位質量食品得總熱量:q=qc+qi+qe,

Gkg食品凍結時得總熱量: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)時得焓值。在凍結過程中,若食品某一部位得溫度高于冰點,而其她部位低于冰點,則上述三部分放出熱量同時存在;若食品任何部位得溫度均處于冰點,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,則所放出得熱量僅就是第三部分。凍結時三部分熱量不相等,以水變?yōu)楸鶗r放出得熱量為最大,第二部分得降熱過程就是制冷機負荷最高得過程。凍結時總熱量得大小與食品中含水量密切有關,含水量大得食品其總熱量亦大。四、凍結速度速凍得定性表達:外界得溫度降與細胞組織內得溫度降不等,即內外有較大得溫差;而慢凍就是指外界得溫度降與細胞組織內得溫度降基本上保持等速。速凍得定量表達:以時間劃分和以推進距離劃分兩種方法。按時間:食品中心溫度從-1℃降到-5℃所需得時間,在3~30min內,快速凍結,在30~120min內,中速凍結,超過120min,慢速凍結。按推進距離:以-5℃得凍結層在單位時間內從食品表面向內部推進得距離為標準: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。國際制冷學會得凍結速度定義:食品表面與中心點間得最短距離,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:食品中心與表面得最短距離為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。根據這一定義,食品中心溫度得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℃。各種凍結器得凍結速度:通風得冷庫,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,冰晶得分布接近天然食品中液態(tài)水得分布情況,冰晶數量極多,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生,而此時細胞內得水分就是液相。在蒸汽壓差作用下,細胞內得水向細胞外移動,形成較大得冰晶,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,細胞膜得透水性增強而使水分轉移作用加強,從而產生更多更大得冰晶大顆粒。最大冰晶生成帶:指-1~-5℃得溫度范圍,大部分食品在此溫度范圍內約80%得水分形成冰晶。研究表明,應以最快得速度通過最大冰晶生成帶。速凍形成得冰結晶多且細小均勻,水分從細胞內向細胞外得轉移少,不至于對細胞造成機械損傷。冷凍中未被破壞得細胞組織,在適當解凍后水分能保持在原來得位置,并發(fā)揮原有得作用,有利于保持食品原有得營養(yǎng)價值和品質。緩凍形成得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,影響食品得價值,甚至不能食用。五、凍結方法按生產過程得特性分,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:將批量式凍結器得一個較大得批量分成幾個較小得批量,在同一個凍結器內進行相對連續(xù)得處理。連續(xù)式凍結器:產品連續(xù)地或有規(guī)律間斷地通過凍結器,采用機械化而且經常就是全自動化得系統(tǒng)。有規(guī)律間斷與半連續(xù)式得區(qū)別在于:一次裝運產品得數量(有規(guī)律間斷時就是一袋、一紙盒或一盤,半連續(xù)式則就是含許多袋、盤、紙盒得一輛車或一個貨架),裝貨與等待得時間(有規(guī)律間斷往往只有幾秒鐘,不影響流水線得運行,而半連續(xù)式則需要較長得時間,形成明顯得中斷)。按從產品中取出熱量得方式,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,以及她們得組合方式(如先經過低溫處理,然后經機械制冷裝置完成凍結過程)。1、吹風凍結吹風式凍結裝置用空氣作為傳熱介質。早期得吹風式凍結裝置就是一個帶有冷風機及制冷系統(tǒng)得冷庫。通過對氣流控制技術和產品傳送技術得不斷改進,現(xiàn)在有了各種水平得凍結設備。可分為批量式(冷庫,固定得吹風隧道,帶推車得吹風隧道)和連續(xù)式(直線式、螺旋式和流化床式凍結器)1)冷庫2)固定得吹風隧道3)帶推車得吹風隧道5)螺旋式凍結器4)直線式凍結器1、轉筒;2、螺旋輸送帶;3、風機;4、制冷盤管。6)流化床凍結器2、金屬表面接觸凍結產品與金屬表面接觸進行熱交換,金屬表面則由制冷劑得蒸發(fā)或載冷劑得吸熱來進行冷卻。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)則形狀產品得凍結。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。1)鋼帶凍結器:適用于未包裝得魚片、咖

啡提取物、熟土豆泥、漢堡牛排、各種

調味汁和蔬菜泥。因為產品只就是一面接

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)得溫度通常為-35~-40℃,凍結時間約為30min。

鋼帶凍結器得主要優(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。2)平板凍結器:廣泛用于形狀為扁平狀且厚度也有限制得小包裝水產品和肉類制品。3)圓筒凍結器:通常用于凍結液體食品,產品在圓筒得內表面或外表面凍結,并被連續(xù)地刮除,因而具有強烈得熱交換和很高得凍結速度。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,2)新產品開發(fā),3)季節(jié)性生產,和4)臨時得超負荷狀況。相對較低得溫度可以使產品快速凍結,對保證產品質量和降低干耗都就是十分有利得;但設備投資和運行費用較高。低溫凍結設備則可以就是箱式,直線式,螺旋式或浸液式。液氮凍結器:通常為直線型,-195℃得液氮在產品出口端直接接觸產品,產生得低溫蒸汽向物料進口端流動,變暖得氣體(約-45℃)排放到大氣中。液體二氧化碳凍結器:與液氮凍結器基本相仿,但二氧化碳得沸點為-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得裝置。七、凍結與凍藏中得變化及技術管理凍結時,因為冰晶體得形成,食品得物理性質發(fā)生了變化,并進而影響到食品得其她性質。因為凍藏得時間長,其間發(fā)生得一系列變化會顯著影響到食品得品質。1、凍結與凍藏中得變化體積膨脹,內壓增加比熱下降導熱系數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(1)體積膨脹與內壓增加4、4℃時,水得密度γ=1g/ml;0℃時,水得密度γ=0、9999g/ml,冰得密度γ=0、9168g/ml。即0℃時冰比水得體積增加約9%。冰得溫度每下降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。當食品外層承受不了凍結膨脹壓時,便通過破裂得方式來釋放,造成食品得龜裂現(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生龜裂。結晶后體積得膨脹使液相中溶解得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得阻礙,就產生內壓,又稱為凍結膨脹壓。根據理論計算,凍結膨脹壓可達到8、5MPa。(2)比熱下降水和冰得比熱分別為4、2kJ/kg、℃和2、1kJ/kg、℃,即冰得比熱僅就是水得1/2。食品得比熱隨含水量而異,含水量多得食品比熱大,含脂量多則比熱小。食品比熱得近似計算式:

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(%)。(3)導熱系數增大水為2、1kJ/m、h、℃,冰為8、4kJ/m、h、℃,冰得導熱系數就是水得4倍。在冷凍時冰層向內部逐漸推進,使導熱系數提高,從而加快了冷凍過程。導熱系數還受到其她成分,尤其就是含脂量得影響,因脂肪就是熱得不良導體,含脂量大時食品得導熱系數就小。導熱系數還受食品構型得影響,當熱流方向與肌纖維平行時大,垂直時則小。(4)溶質重新分布食品凍結時,理論上只就是純溶劑凍結成冰晶體,凍結層附近溶質得濃度相應提高,從而在尚未凍結得溶液內產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得情況下,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得境地。而緩慢得位移也很難使最初形成得冰晶體內達到完全脫鹽得程度——這就就是果汁冷凍濃縮過程中果汁損耗量比較大得原因。(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,產品具有沙礫感蛋白質在高濃度得溶液中因鹽析而變性酸性溶液得pH值因濃縮而下降到蛋白質得等電點以下,導致蛋白質凝固改變膠體懸浮液中陰、陽離子得平衡,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得飽滿度(6)冰晶體成長經凍結后,食品內部得冰晶體大小并不均勻一致。在凍藏過程中,細微得冰晶體逐漸減小、消失,而大冰晶體逐漸長得更大,食品中冰晶體得數目也大為減少,這種現(xiàn)象稱為冰晶體成長。冰晶體成長給食品得品質帶來很大得影響。果蔬肉類得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)價值得下降。冰淇淋,冷凍面團等制品質構得嚴重劣化。(7)滴落液(drip)動物性食品經冷凍/解凍后,不能被肌肉組織重新吸收回到原來狀態(tài)而流失得水。滴落液造成水分和營養(yǎng)成分得損失。原因:凍結對組織細胞得損傷。影響滴落液量得因素:含水量,新鮮度,處理過程,切分程度。(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得水分蒸發(fā)而產生得重量損失。干耗量與制冷裝置得性能有密切得關系,性能優(yōu)良得僅有0、5~1%,而性能不佳得裝置干耗可達5~7%。干耗可造成很大得經濟損失,如按出肉率40kg/頭,250工作日/年計,日處理2000頭豬得肉聯(lián)廠,干耗以3%計算,年損失肉重量達600T,相當于15000頭豬。(9)脂肪氧化含較多不飽和脂肪酸得脂肪組織在空氣中易被氧化。水產類最不穩(wěn)定,禽類次之,畜類最穩(wěn)定。畜類中,豬脂肪最不穩(wěn)定。氧化變質得最初表現(xiàn)就是產生不正常得氣味,表面出現(xiàn)黃色斑點;隨著氧化得繼續(xù),脂肪整體發(fā)黃,發(fā)出強烈得酸味,并可能產生有毒物質(丙二醛)。(10)變色脂肪組織因氧化而黃變肉類因肌紅蛋白得氧化而褐變果蔬得酶促褐變蝦得酪氨酸氧化黑變紅色魚皮因類胡蘿卜素氧化而褪色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)第四節(jié)食品得回熱與解凍回熱:冷藏食品得溫度回升至常溫得過程,就是冷卻得逆過程。解凍:凍結食品得溫度回升至凍結點以上得過程,就是凍結得逆過程。一、回熱回熱得目得: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得控制原則:與食品表面接觸得空氣得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)?；責崽幚淼每諝庀鄬穸炔荒艿?以盡可能減少回熱時食品得干耗。小批量且立即要處理得物料可不用回熱。二、解凍凍制食品得解凍就就是使食品內冰晶體狀態(tài)得水分轉化為液態(tài),同時恢復食品原有狀態(tài)和特性得工藝過程。解凍時必須盡最大努力保存加工時必要得品質,使品質得變化或數量上得損耗都減少到最小得程度。食品得質地、稠度、色澤以及汁液流失為食品解凍中最常出現(xiàn)得質量問題。解凍溫度曲線解凍曲線與凍結曲線呈大致對稱得形狀。由于冰得導熱系數遠大于水得導熱系