1、第三章 食品的低溫處理與保藏,食品冷凍保藏的基本原理 食品的冷卻與冷藏 食品的凍結(jié)與凍藏 食品的回?zé)崤c解凍,參考書目,食品工業(yè)制冷技術(shù) 食品冷凍工藝學(xué) 肉類食品工藝學(xué) 水產(chǎn)品冷藏加工 冷藏和凍藏工程技術(shù) 各種食品類、制冷類的期刊,冷凍食品和冷卻食品,冷凍食品又稱凍結(jié)食品，是凍結(jié)后在低于凍結(jié)點的溫度保藏的食品 冷卻食品不需要凍結(jié)，是將食品的溫度降到接近凍結(jié)點，并在此溫度下保藏的食品 冷凍食品和冷卻食品可按原料及消費形式分為果蔬類、水產(chǎn)類、肉禽蛋類、調(diào)理方便食品類這四大類。,冷凍和冷卻食品的特點,易保藏，廣泛用于肉、禽、水產(chǎn)、乳、蛋、蔬菜和水果等易腐食品的生產(chǎn)、運輸和貯藏 營養(yǎng)、方便、衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)

2、市場需求量大，在發(fā)達(dá)國家占有重要的地位，在發(fā)展中國家發(fā)展迅速,低溫保藏食品的歷史,公元前一千多年，我國就有利用天然冰雪來貯藏食品的記載。 凍結(jié)食品的產(chǎn)生起源于19世紀(jì)上半葉冷凍機(jī)的發(fā)明。 1834年，Jacob Perkins（英）發(fā)明了以乙醚為介質(zhì)的壓縮式冷凍機(jī)。 1860年，Carre（法）發(fā)明以氨為介質(zhì)，以水為吸收劑的吸收式冷凍機(jī)。,1872年，David Boyle（美）和Carl Von Linde（德）分別發(fā)明了以氨為介質(zhì)的壓縮式冷凍機(jī)，當(dāng)時主要用于制冰。 1877年，Charles Tellier（法）將氨-水吸收式冷凍機(jī)用于冷凍阿根廷的牛肉和新西蘭的羊肉并運輸?shù)椒▏?，這是食品冷

3、凍的首次商業(yè)應(yīng)用，也是冷凍食品的首度問世。 20世紀(jì)初，美國建立了凍結(jié)食品廠。 20世紀(jì)30年代，出現(xiàn)帶包裝的冷凍食品。,二戰(zhàn)的軍需，極大地促進(jìn)了美國凍結(jié)食品業(yè)的發(fā)展。 戰(zhàn)后，冷凍技術(shù)和配套設(shè)備不斷改進(jìn)，出現(xiàn)預(yù)制冷凍制品、耐熱復(fù)合塑料薄膜包裝袋和高質(zhì)快速解凍復(fù)原加熱設(shè)備，冷凍食品業(yè)成為方便食品和快餐業(yè)的支柱行業(yè)。 20世紀(jì)60年代，發(fā)達(dá)國家構(gòu)成完整的冷藏鏈。冷凍食品進(jìn)入超市。 冷凍食品的品種迅猛增加。冷凍加工技術(shù)從整體凍結(jié)向小塊或顆粒凍結(jié)發(fā)展。,我國在20世紀(jì)70年代，因外貿(mào)需要冷凍蔬菜，冷凍食品開始起步。 80年代，家用冰箱和微波爐的普及，銷售用冰柜和冷藏柜的使用，推動了冷凍冷藏食品的發(fā)展；

4、出現(xiàn)冷凍面點。 90年代，冷鏈初步形成；品種增加，風(fēng)味特色產(chǎn)品和各種菜式；生產(chǎn)企業(yè)和產(chǎn)量大幅度增加。,第一節(jié) 食品低溫保藏的基本原理,低溫對微生物的影響 低溫對酶活性的影響 低溫對非酶作用的影響,概述,食品原料有動物性和植物性之分。 食品的化學(xué)成分復(fù)雜且易變。 食品因腐爛變質(zhì)造成的損失驚人。 引起食品腐爛變質(zhì)的三個主要因素。,一、低溫對微生物的影響,微生物對食品的破壞作用。 微生物在食品中生長的主要條件： 液態(tài)水分 pH值 營養(yǎng)物 溫度 降溫速度,低溫對微生物的作用,低溫可起到抑制微生物生長和促使部分微生物死亡的作用。但在低溫下，其死亡速度比在高溫下要緩慢得多。 一般認(rèn)為，低溫只是阻止微生物繁

5、殖，不能徹底殺死微生物，一旦溫度升高，微生物的繁殖也逐漸恢復(fù)。,降溫速度對微生物的影響,凍結(jié)前，降溫越迅速，微生物的死亡率越高； 凍結(jié)點以下，緩凍將導(dǎo)致剩余微生物的大量死亡，而速凍對微生物的致死效果較差。,二、低溫對酶活性的影響,酶作用的效果因原料而異 酶活性隨溫度的下降而降低 一般的冷藏和凍藏不能完全抑制酶的活性,三、低溫對非酶因素的影響,各種非酶促化學(xué)反應(yīng)的速度，都會因溫度下降而降低,第二節(jié) 食品的冷卻,冷卻的目的 冷卻的方法 冷卻過程的冷耗量 冷卻速度與冷卻時間（自學(xué)） 氣調(diào)貯藏,一、冷卻的目的,植物性食品的冷藏保鮮 肉類凍結(jié)前的預(yù)冷 分割肉的冷藏銷售 水產(chǎn)品的冷藏保鮮,魚肌肉組織在自溶

6、作用時主要的生化反應(yīng)： （C6H10O5）n + nH2O 2n（C3H6O3） + 58.061 cal 肌酸P + ADP ATP + 肌酸 ATP ADP + Pi + 7000 cal 這些反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱量可使魚體溫度上升210，如不及時冷卻，就會促進(jìn)酶的分解作用和微生物的繁殖。,二、冷卻的方法,固體物料的冷卻 冷風(fēng)冷卻 冷水冷卻 碎冰冷卻 真空冷卻 液體物料的冷卻 其它,用于果蔬類的高溫庫房 肉類的冷風(fēng)冷卻裝置 隧道式冷卻裝置,1、冷風(fēng)冷卻,2、冷水冷卻,浸入式 噴霧式 淋水式 優(yōu)缺點,3、碎冰冷卻,特點 冰的種類 操作要點 適用,4、真空冷卻,原理 構(gòu)造示意 操作 特點,5、液體

7、食品物料的冷卻,特點間接冷卻 冷卻介質(zhì) 冷卻器：間歇式、連續(xù)式,6、其它冷卻方法,接觸冷卻 輻射冷卻 低溫學(xué)接觸冷卻,三、冷卻過程的冷耗量,食品冷卻過程中總的冷耗量，即由制冷裝置所帶走的總熱負(fù)荷QT： QT=QF+QV QF：冷卻食品的冷耗量； QV：其它各種冷耗量，如外界傳入的熱量，外界空氣進(jìn)入造成的水蒸氣結(jié)霜潛熱，風(fēng)機(jī)、泵、傳送帶電機(jī)及照明燈產(chǎn)生的熱量等。,食品的冷耗量：QF=QS+QL+QC+QP+QW QS：顯熱； QL：脂肪的凝固潛熱； QC：生化反應(yīng)熱； QP：包裝物冷耗量； QW：水蒸氣結(jié)霜潛熱； 食品的顯熱：QS=GCO（TITF） G：食品重量； CO：食品的平均比熱； TI

8、：冷卻食品的初溫； TF：冷卻食品的終溫。,四、冷卻速度與冷卻時間,自學(xué)。 理論基礎(chǔ)：傳熱。 方式：按照食品的形狀和冷卻裝置的形式，分別研究平板狀食品、圓柱狀食品和球狀食品的傳熱過程，從而計算食品的冷卻速度和冷卻時間。,五、氣調(diào)貯藏,發(fā)展史：參見冷藏和凍藏工程技術(shù) 定義：食品原料在不同于周圍大氣（21% O2、0.03% CO2）的環(huán)境中貯藏。通常與冷藏結(jié)合使用。 用途：延長季節(jié)性易腐爛食品原料的貯藏期。 機(jī)理：采用低溫和改變氣體成分的技術(shù)，延遲生鮮食品原料的自然成熟過程。,1、氣調(diào)貯藏的生理基礎(chǔ),降低呼吸強(qiáng)度，推遲呼吸高峰； 抑制乙烯的生成，延長貯藏期； 控制真菌的生長繁殖； 若氧氣過少，會

9、產(chǎn)生厭氧呼吸；二氧化碳過多，會使原料中毒。,2、氣調(diào)貯藏方法,自然降氧法（MA） 快速降氧法（CA） 混合降氧法 包裝貯藏法,自然降氧法（Modified Atmosphere Storage）,果蔬原料貯藏于密封的冷藏庫中，果蔬本身的呼吸作用使庫內(nèi)的氧量減少，二氧化碳量增加。 用吸入空氣來維持一定的氧濃度。 用氣體洗滌器來除去過多的二氧化碳。 堿式，讓氣體通過45%的NaOH； 水式，讓氣體通過低溫的流動水； 干式，讓氣體通過消石灰填充柱。,快速降氧法（ControlledAtmosphere Storage）,在氣體發(fā)生器中用燃燒丙烷的方法來制取低氧高二氧化碳的氣體； 將氣體通入冷藏庫中；

10、 庫中常保持負(fù)壓。 待藏原料入庫時，即處于最適貯藏氣體氛圍，特別適用于不耐藏但經(jīng)濟(jì)價值高的原料，如草莓。,吸附器7、10通過閥門6、8，輪流工作與再生。 丙烷通過閥13進(jìn)入發(fā)生器。,見原課件,混合降氧法,先用快速降氧法將冷藏庫內(nèi)的氧氣降低到一定程度； 原料入庫，利用自然降氧法使氧的含量進(jìn)一步降低。 既可控制易腐原料的初期快速腐爛，又降低生產(chǎn)成本。,包裝貯藏法,生理包裝：將原料放進(jìn)聚乙烯套袋，并密封。利用原料的呼吸作用和氣體透過袋壁的活動，維持適宜的氣體氛圍。 硅氣窗包裝：用帶有硅橡膠的厚質(zhì)袋包裝原料，并密封。因氣體的交換只通過硅窗進(jìn)行，所以改變硅窗的面積，就可以維持不同的氣體氛圍。,六、冷藏中

11、的變化及技術(shù)管理,由于原料性質(zhì)不同，組成成分不同，冷藏前的加工工藝不同，食品在冷藏時所發(fā)生的變化也不盡相同。 除了肉類在冷藏過程中的成熟作用外，其它所有變化均會使食品的品質(zhì)下降。 采取一定的措施可以減緩變化速度（控制溫度和濕度，采用合適的包裝，采用冷藏結(jié)合氣調(diào)儲藏等）。,1、冷藏時的變化,水分蒸發(fā) 冷害 串味 生理作用 脂肪哈敗 淀粉老化 微生物增殖,（1）水分蒸發(fā),食品在冷卻時及冷藏中，因為溫濕度差而發(fā)生表面水分蒸發(fā)。 水分蒸發(fā)不僅造成重量損失（俗稱干耗），而且使果蔬類食品失去新鮮飽滿的外觀。 減重達(dá)到5%時，水果、蔬菜會出現(xiàn)明顯的凋萎現(xiàn)象。 肉類食品因水分蒸發(fā)而發(fā)生表面收縮硬化，形成干燥皮

12、膜，肉色也有變化。 雞蛋因水分蒸發(fā)而造成氣室增大。,水果蔬菜的水分蒸發(fā)特性,水分蒸發(fā)特性 水果蔬菜的種類 A型 (蒸發(fā)量?。?蘋果、橘子、柿子、梨、西瓜、葡萄(歐洲種)、馬鈴薯、洋蔥 B型 (蒸發(fā)量中等) ：白桃、李子、無花果、番茄、甜瓜、萵苣、蘿卜 C型 (蒸發(fā)量大)： 櫻桃、楊梅、龍須菜、葡萄(美國種)、葉菜類、蘑菇,冷卻及貯藏中食肉胴體的干耗 (=1，=80%90%，=0.2 m/s)：見原課件,（2）冷害,在冷藏時，果蔬的品溫雖然在凍結(jié)點以上，但當(dāng)貯藏溫度低于某一溫度界限時，果蔬的正常生理機(jī)能受到障礙，稱為冷害。 冷害的各種癥狀見后頁表。 雖然在外觀上沒有癥狀，但冷藏后再放至常溫中，就

13、喪失了正常的促進(jìn)成熟作用的能力，這也是冷害的一種。 需要在低于界限溫度的環(huán)境中放置一段時間，才會出現(xiàn)冷害。,表4-6水果蔬菜冷害的界限溫度和癥狀 ：見原課件,3）串味,具有強(qiáng)烈氣味的食品與其它的食品放在一起進(jìn)行冷卻和貯藏，這些易揮發(fā)的氣味就會被吸附在其它的食品上。甚至存放過有強(qiáng)烈氣味的食品（如洋蔥）的庫房中再貯藏其它的食品時，仍會有串味現(xiàn)象發(fā)生。,（4）生化作用,水果、蔬菜在收獲后仍是有生命的活體。在冷藏過程中，果蔬的呼吸作用和后熟作用仍在繼續(xù)進(jìn)行，機(jī)體內(nèi)所含的成分也不斷發(fā)生變化。 淀粉、糖、酸間的比例，果膠物質(zhì)的變化，維生素C的減少等。 肉類在冷藏中的成熟作用。,5）脂類的變化,冷卻貯藏過程

14、中，食品中所含的油脂會發(fā)生水解，脂肪酸氧化、聚合等復(fù)雜的變化，使得食品的風(fēng)味變差，味道惡化，出現(xiàn)變色、酸敗、發(fā)粘等現(xiàn)象。這種變化進(jìn)行得非常嚴(yán)重時，俗稱為“油燒”。,（6）淀粉老化,普通淀粉由20%直鏈淀粉和80%支鏈淀粉構(gòu)成，以微晶形式存在（ -淀粉）。 -淀粉在較高溫度下，在水中溶脹形成均勻糊狀溶液（ -淀粉），稱為糊化。糊化作用實質(zhì)上是淀粉分子間的氫鍵斷開，水分子與淀粉形成氫鍵，形成膠體溶液。 經(jīng)過熱加工食品中的淀粉以-淀粉的形式存在。 在接近0的低溫范圍中，糊化了的-淀粉分子又自動排列成序，形成致密的高度晶化的不溶性淀粉分子，稱為淀粉的化，或淀粉的老化。,老化的淀粉不易為淀粉酶作用，所以

15、也不易被人體消化吸收。 水分含量在3060%的淀粉最容易老化，含水量在10%以下的干燥狀態(tài)及在大量水中的淀粉不易老化。 淀粉老化作用的最適溫度是24。 例如面包在冷卻貯藏時淀粉迅速老化，松軟的質(zhì)感不復(fù)存在；土豆在冷藏陳列柜中貯存時，也會有淀粉老化現(xiàn)象發(fā)生。 當(dāng)貯存溫度低于-20或高于60時，均不會發(fā)生淀粉老化的現(xiàn)象。因為低于-20時，淀粉分子間的水分急速凍結(jié)，形成的冰結(jié)晶阻礙了淀粉分子間的相互靠近而不能形成氫鍵。,7）微生物增殖,2、冷藏技術(shù)管理,冷藏溫度 冷藏間相對濕度 冷藏間空氣流速,貯藏溫度,冷藏溫度應(yīng)根據(jù)具體的原料來確定。 冷藏溫度越接近原料的凍結(jié)溫度，貯藏期越長（香蕉、瓜類、馬鈴薯等

16、在臨界溫度下有冷害的除外）。 應(yīng)嚴(yán)格控制冷藏室溫度。溫度波動會使空氣中的水分冷凝在食品表面，導(dǎo)致發(fā)霉。,空氣相對濕度,若濕度過高，食品表面就會有水分冷凝，不僅容易發(fā)霉也容易腐爛。 若濕度過低，則食品因水分迅速蒸發(fā)而發(fā)生萎蔫。 冷藏時適宜的濕度： 水果，85-90% 蔬菜，90-95% 堅果，70% 干燥制品， 50%,空氣流速,為了保證貯藏室內(nèi)溫度均勻，應(yīng)保持最低速度的空氣循環(huán)。 空氣流速越大，食品水分蒸發(fā)率越高。 帶包裝的食品不受空氣相對濕度和空氣流速的影響。,第三節(jié) 食品的凍結(jié),凍結(jié)點與凍結(jié)率 凍結(jié)曲線 凍結(jié)時放出的熱量 凍結(jié)速度 凍結(jié)時間 凍結(jié)方法簡介 凍結(jié)與凍藏時的變化及技術(shù)管理,一、

17、凍結(jié)點與凍結(jié)率,凍結(jié)點：冰晶開始出現(xiàn)的溫度 食品凍結(jié)的實質(zhì)是其中水分的凍結(jié) 食品中的水分并非純水 Raoult稀溶液定律：Tf=KfbB，Kf為與溶劑有關(guān)的常數(shù)，水為1.86。即質(zhì)量摩爾濃度每增加1 mol/kg，凍結(jié)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。,溫度-60左右，食品內(nèi)水分全部凍結(jié)。 在-18 -30時，食品中絕大部分水分已凍結(jié)，能夠達(dá)到凍藏的要求。低溫冷庫的貯藏溫度一般為-18 -25。 凍結(jié)率：凍結(jié)終了時食品內(nèi)水分的凍結(jié)量（%），又稱結(jié)冰率 K=100（1TD/TF） TD和TF分別為食品的凍結(jié)點及其凍結(jié)終了溫度,二、凍結(jié)曲線,凍結(jié)曲線表示了凍結(jié)過程中溫度隨時間

18、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(jié)成冰， 終了階段，從大部分水結(jié)成冰到預(yù)設(shè)的凍結(jié)終溫。,上圖顯示凍結(jié)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(jié)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(zhì)的導(dǎo)熱性有關(guān)。在冷凍操作中，采用導(dǎo)熱快的冷卻介質(zhì)，可以縮短中間階段的曲線平坦段。圖中顯示在鹽水中凍結(jié)曲線的平坦段要明顯短于在空氣中。,三、凍結(jié)時放出的熱量,凍結(jié)終溫 熱量的三個組成部分： 冷卻時的

19、熱量qc； 形成冰時放出的熱量qi； 自冰點至凍結(jié)終溫時放出的熱量qe。 單位質(zhì)量食品的總熱量：q=qc+qi+qe ， G kg食品凍結(jié)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。,在凍結(jié)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(jié)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(jié)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(jī)負(fù)荷最高的過程。 凍結(jié)時總熱量的大小與食品中含水量密切有關(guān)

20、，含水量大的食品其總熱量亦大。,四、凍結(jié)速度,速凍的定性表達(dá)：外界的溫度降與細(xì)胞組織內(nèi)的溫度降不等，即內(nèi)外有較大的溫差；而慢凍是指外界的溫度降與細(xì)胞組織內(nèi)的溫度降基本上保持等速。 速凍的定量表達(dá)：以時間劃分和以推進(jìn)距離劃分兩種方法。,按時間： 食品中心溫度從-1降到-5所需的時間， 在330 min內(nèi)，快速凍結(jié)， 在30120 min內(nèi)，中速凍結(jié)， 超過120 min，慢速凍結(jié),按推進(jìn)距離： 以-5的凍結(jié)層在單位時間內(nèi)從食品表面向內(nèi)部推進(jìn)的距離為標(biāo)準(zhǔn)： 緩慢凍結(jié) V=0.11 cm/h， 中速凍結(jié) V=15 cm/h， 快速凍結(jié) V=515 cm/h， 超速凍結(jié) V15 cm/h。,國際制冷學(xué)

21、會的凍結(jié)速度定義：食品表面與中心點間的最短距離，與食品表面達(dá)到0后至食品中心溫度降到比食品凍結(jié)點低10所需時間之比。 例如：食品中心與表面的最短距離為10 cm，食品凍結(jié)點為-2，其中心降到比凍結(jié)點低10即-12時所需時間為15 h，其凍結(jié)速度為V=10/15=0.67 cm/h。 根據(jù)這一定義，食品中心溫度的計算值隨食品凍結(jié)點不同而改變。如凍結(jié)點-1時中心溫度計算值需達(dá)到-11，凍結(jié)點-3時其值為-13。,各種凍結(jié)器的凍結(jié)速度： 通風(fēng)的冷庫，0.2 cm/h 送風(fēng)凍結(jié)器，0.53 cm/h 流態(tài)化凍結(jié)器，510 cm/h 液氮凍結(jié)器，10100 cm/h,凍結(jié)速度與冰晶,凍結(jié)速度快，食品組織

22、內(nèi)冰層推進(jìn)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(jié)晶體。 凍結(jié)速度慢，細(xì)胞外溶液濃度較低，冰晶首先在細(xì)胞外產(chǎn)生，而此時細(xì)胞內(nèi)的水分是液相。在蒸汽壓差作用下，細(xì)胞內(nèi)的水向細(xì)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(zhì)變性，其持水能力降低，細(xì)胞膜的透水性增強(qiáng)而使水分轉(zhuǎn)移作用加強(qiáng)，從而產(chǎn)生更多更大的冰晶大顆粒。,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(nèi)約80%的水分形成冰晶。研究表明，應(yīng)以最快的速度通過最大冰晶生成帶。 速凍形成的冰結(jié)晶多且細(xì)小均勻，水分從細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外的轉(zhuǎn)移少，不至于對細(xì)胞造成機(jī)械損傷。冷凍中未被

23、破壞的細(xì)胞組織，在適當(dāng)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(zhì)。 緩凍形成的較大冰結(jié)晶會刺傷細(xì)胞，破壞組織結(jié)構(gòu)，解凍后汁液流失嚴(yán)重，影響食品的價值，甚至不能食用。,五、凍結(jié)時間,設(shè)表面平坦厚度為L的物料（圖），預(yù)冷到0后置于介質(zhì)溫度為T的環(huán)境中，其溫度降到冰點TP時開始凍結(jié)。經(jīng)時間t后凍結(jié)層離表面的距離為x。又經(jīng)dt時間后凍層向內(nèi)推進(jìn)dx。對于厚度為dx，表面積為F 的凍層，凍結(jié)時應(yīng)放出的熱量dQ為：dQ=F.dx.qi ：食品密度（kg/m3）；qi：凍結(jié)潛熱（kJ/kg）,在（TPT）溫差作用下，經(jīng)厚度x的凍層在dt時間內(nèi)傳至冷卻介質(zhì)的熱量為：dQ

24、=KFT.dt 式中，K=1/（1/+x/），T=TPT 由于dQ=dQ，確定邊界條件后進(jìn)行積分可得平板狀食品的凍結(jié)時間計算式：,見原課件 式中，L、x-厚度（m）， t-凍結(jié)時間（h）， -食品表面放熱系數(shù)（kJ/m2h）， -已凍結(jié)食品的導(dǎo)熱系數(shù)（kJ/mh）,同理，圓柱狀及球狀食品的凍結(jié)時間計算式分別為： 見原課件,式中d分別為圓柱及球的直徑,將上述公式引入適當(dāng)?shù)南禂?shù)就能得到適用于三種幾何形狀的通用計算式（式3-1）：見原課件 式中，P和R為被凍物的幾何形狀參數(shù)。,上式中，P和R為被凍物的幾何形狀參數(shù)：見原課件 除了上述三種形狀的食品，對方塊狀或長方塊狀食品，在使用上述方程時，用有關(guān)手冊

25、上給出的P、R值圖或表，可以方便地查出P和R值。根據(jù)1=b/c，2=a/c的數(shù)據(jù)查P、R值。式中，a為長邊，b為次長邊，c為短邊。,式（3-1）的局限性： 只考慮了形成冰時放出潛熱的時間，而未考慮從物品初溫到凍結(jié)點的時間 計算式推導(dǎo)中凍結(jié)區(qū)內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)值為常數(shù)，實際上隨著凍層溫度降低，凍結(jié)水量增加，凍層內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)在不斷變化 假定傳熱情況在兩側(cè)溫度不變的穩(wěn)定條件下進(jìn)行，而實際凍結(jié)中兩側(cè)溫差往往會發(fā)生變化,為改進(jìn)精度，把式3-1中的qi用食品初溫和終溫時的焓差i代替，即為國際制冷學(xué)會推薦的冷凍時間計算公式（式3-2）：見原課件 焓差值i可查有關(guān)手冊。,從上式看，對于一種確定的食品及其加工工藝，其i，

26、和Tp（T=Tp-T）都可看作常數(shù)，而x，和T是可以改變的。因此，縮短凍結(jié)時間就應(yīng)從這三方面加以考慮： 減小食品厚度， 增大放熱系數(shù)（采用強(qiáng)制循環(huán)，采用液體介質(zhì)等）， 降低冷凍溫度。,六、凍結(jié)方法,按生產(chǎn)過程的特性分，凍結(jié)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(jié)器：先裝載一批產(chǎn)品，然后凍結(jié)一個周期，凍結(jié)完畢后，設(shè)備停止運轉(zhuǎn)并卸貨。 半連續(xù)式凍結(jié)器：將批量式凍結(jié)器的一個較大的批量分成幾個較小的批量，在同一個凍結(jié)器內(nèi)進(jìn)行相對連續(xù)的處理。,連續(xù)式凍結(jié)器：產(chǎn)品連續(xù)地或有規(guī)律間斷地通過凍結(jié)器，采用機(jī)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

27、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）。,按從產(chǎn)品中取出熱量的方式，凍結(jié)方式可分為吹風(fēng)凍結(jié)、表面接觸凍結(jié)和低溫凍結(jié)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(jī)械制冷裝置完成凍結(jié)過程）。,1、吹風(fēng)凍結(jié),吹風(fēng)式凍結(jié)裝置用空氣作為傳熱介質(zhì)。早期的吹風(fēng)式凍結(jié)裝置是一個帶有冷風(fēng)機(jī)及制冷系統(tǒng)的冷庫。通過對氣流控制技術(shù)和產(chǎn)品傳送技術(shù)的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在有了各種水平的凍結(jié)設(shè)備?？煞譃榕渴剑ɡ鋷?，固定的吹風(fēng)隧道，帶推車的吹風(fēng)隧道）和連續(xù)式（直線式、螺旋

28、式和流化床式凍結(jié)器）,1）冷庫：見原課件,2）固定的吹風(fēng)隧道：見原課件,2）固定的吹風(fēng)隧道：見原課件,4）直線式凍結(jié)器：見原課件,5）螺旋式凍結(jié)器：見原課件,見原課件 1、轉(zhuǎn)筒；2、螺旋輸送帶；3、風(fēng)機(jī)；4、制冷盤管。,6）流化床凍結(jié)器：見原課件,2、金屬表面接觸凍結(jié),產(chǎn)品與金屬表面接觸進(jìn)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(jìn)行冷卻。凍結(jié)方式與吹風(fēng)凍結(jié)相比有兩個優(yōu)點：傳熱效果好；不需配置風(fēng)機(jī)。但這種方式不適用于不規(guī)則形狀產(chǎn)品的凍結(jié)。按照結(jié)構(gòu)形式，金屬表面接觸凍結(jié)裝置可分為三種主要類型：帶式，板式和筒式。,1）鋼帶凍結(jié)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

29、調(diào)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(yīng)當(dāng)薄一些，?？刂圃?025 mm。噴淋鹽水（氯化鈣或丙二醇）的溫度通常為-35-40，凍結(jié)時間約為30 min。 鋼帶凍結(jié)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。,2）平板凍結(jié)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。,3）圓筒凍結(jié)器：通常用于凍結(jié)液體食品，產(chǎn)品在圓筒的內(nèi)表面或外表面凍結(jié)，并被連續(xù)地刮除，因而具有強(qiáng)烈的熱交換和很高的凍結(jié)速度。,3、低溫凍結(jié),低溫凍結(jié)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

30、負(fù)荷狀況。相對較低的溫度可以使產(chǎn)品快速凍結(jié)，對保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低干耗都是十分有利的；但設(shè)備投資和運行費用較高。低溫凍結(jié)設(shè)備則可以是箱式，直線式，螺旋式或浸液式,液氮凍結(jié)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(jìn)口端流動，變暖的氣體（約-45）排放到大氣中。,液體二氧化碳凍結(jié)器：與液氮凍結(jié)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(jié)器更大，因此也有可回收二氧化碳的裝置。,七、凍結(jié)與凍藏中的變化及技術(shù)管理,凍結(jié)時，因為冰晶體的形成，食品的物理性質(zhì)發(fā)生了變化，并進(jìn)而影響到食品的其它性質(zhì)。 因為凍藏的時間長，其間發(fā)生的一系列變化會顯著影響

31、到食品的品質(zhì)。,1、凍結(jié)與凍藏中的變化,體積膨脹，內(nèi)壓增加 比熱下降 導(dǎo)熱系數(shù)增大 溶質(zhì)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(nèi)壓增加,4.4時，水的密度=1 g/ml；0時，水的密度= 0.9999 g /ml，冰的密度=0.9168 g/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0.010.005%。 膨脹比收縮大得多，故水分含量越多，食品凍結(jié)時體積膨脹越明顯。,當(dāng)食品外層承受不了凍結(jié)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(rèn)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(jié)晶后體積的膨脹使液相中溶

32、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(nèi)部壓力。 凍結(jié)時表面水分首先成冰，然后冰層逐漸向內(nèi)部延伸。當(dāng)內(nèi)部水分因凍結(jié)而膨脹時受到外部凍結(jié)層的阻礙，就產(chǎn)生內(nèi)壓，又稱為凍結(jié)膨脹壓。根據(jù)理論計算，凍結(jié)膨脹壓可達(dá)到8.5 MPa。,（2）比熱下降,水和冰的比熱分別為4.2 kJ/kg.和2.1 kJ/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（%）,（3）導(dǎo)熱系數(shù)增大,水為2.1

33、 kJ/m.h.，冰為8.4 kJ/m.h.，冰的導(dǎo)熱系數(shù)是水的4倍。在冷凍時冰層向內(nèi)部逐漸推進(jìn)，使導(dǎo)熱系數(shù)提高，從而加快了冷凍過程。 導(dǎo)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(dǎo)體，含脂量大時食品的導(dǎo)熱系數(shù)就小。 導(dǎo)熱系數(shù)還受食品構(gòu)型的影響，當(dāng)熱流方向與肌纖維平行時大，垂直時則小。,（4）溶質(zhì)重新分布,食品凍結(jié)時，理論上只是純?nèi)軇﹥鼋Y(jié)成冰晶體，凍結(jié)層附近溶質(zhì)的濃度相應(yīng)提高，從而在尚未凍結(jié)的溶液內(nèi)產(chǎn)生了濃度差和滲透壓差，并使溶質(zhì)向溶液中部位移。 凍結(jié)界面位移速度越快，溶質(zhì)分布越均勻，然而在凍結(jié)推動擴(kuò)散的情況下，即使凍結(jié)層分界面高速位移，也難于促使凍結(jié)溶液內(nèi)溶質(zhì)達(dá)到完全均勻分布

34、的境地。而緩慢的位移也很難使最初形成的冰晶體內(nèi)達(dá)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。,（5）液體濃縮,溶質(zhì)結(jié)晶析出，如冰淇淋中乳糖因濃度增加而結(jié)晶，產(chǎn)品具有沙礫感 蛋白質(zhì)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(zhì)的等電點以下，導(dǎo)致蛋白質(zhì)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(fù)，組織也難以恢復(fù)原有的飽滿度,（6）冰晶體成長,經(jīng)凍結(jié)后，食品內(nèi)部的冰晶體大小并不均勻一致。在凍藏過程中，細(xì)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

35、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(zhì)帶來很大的影響。 果蔬肉類的組織細(xì)胞受到機(jī)械損傷，蛋白質(zhì)變性，解凍后汁液流失增加，造成食品風(fēng)味和營養(yǎng)價值的下降。 冰淇淋，冷凍面團(tuán)等制品質(zhì)構(gòu)的嚴(yán)重劣化。,（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(jié)對組織細(xì)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。,（8）干耗,在冷卻、凍結(jié)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(guān)系，性能優(yōu)良的僅有0.51 %，而性能不佳

36、的裝置干耗可達(dá)57 %。 干耗可造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，如按出肉率40 kg/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(dá)600 T，相當(dāng)于15000頭豬。,（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(zhì)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(qiáng)烈的酸味，并可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)（丙二醛）。,（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,2、凍藏技術(shù)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(hù)層（涂冰） 減少人員出入和電燈開啟 用臭氧消除庫內(nèi)異味（26 mg/m3）,第四節(jié) 食品的回?zé)崤c解凍,回?zé)幔豪洳厥称返臏囟然厣脸氐倪^程，是冷卻的逆過程。 解凍：凍結(jié)食品的溫度回升至凍結(jié)點以上的過程，是凍結(jié)的逆過程。,一、回?zé)?回?zé)岬哪康模?/p>