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1、.,第三章 食品冷冻工艺学,.,.,Food Fast Freezing Equipment,.,冷冻食品的优越性,卫生、方便、经济，且能最大限度地保持食品原有的色、香、味、质构和营养价值。,.,.,.,以美国为例，冷冻食品的年产量达 2 000 万 t，品种3 000 种，人均年占有量 60kg 以上,.,主要内容,冷冻食品概述 冷冻食品冻结原理 冷冻食品的冻结方法 冷冻食品的冻藏 冷冻食品的生产工艺 冷冻食品的解冻,.,参考书目,食品工业制冷技术 食品冷冻工艺学 肉类食品工艺学 水产品冷藏加工 冷藏和冻藏工程技术 各种食品类、制冷类的期刊,.,1. 冷冻食品概述,1.1 冷冻食品的概念及分
2、类 冻结食品：是冻结后在低于冻结点的温度保藏的食品。 冷却食品：不需要冻结，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。 冻结食品和冷却食品合称为冷冻食品。可按原料及消 费形式分为果蔬类、水产类、肉禽蛋类、调理方便食品类这四大类。,.,冻藏食品,调理食品类,主食类,速冻果蔬类,水产、肉类,.,1.2 冷冻和冷藏食品的特点,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 营养、方便、卫生、经济 市场需求量大，在发达国家占有重要的地位，在发展中国家发展迅速,.,1.3 冷冻食品的发展过程,公元前一千多年，我国就有利用天然冰雪来贮藏食品的记载。 冻结食品的产生
3、起源于19世纪上半叶冷冻机的发明。 1834年，Jacob Perkins（英）发明了以乙醚为介质的压缩式冷冻机。 1860年，Carre（法）发明以氨为介质，以水为吸收剂的吸收式冷冻机。,.,1872年，David Boyle（美）和Carl Von Linde（德）分别发明了以氨为介质的压缩式冷冻机，当时主要用于制冰。 1877年，Charles Tellier（法）将氨-水吸收式冷冻机用于冷冻阿根廷的牛肉和新西兰的羊肉并运输到法国，这是食品冷冻的首次商业应用，也是冷冻食品的首度问世。 20世纪初，美国建立了冻结食品厂。 20世纪30年代，出现带包装的冷冻食品。,.,二战的军需，极大地促进
4、了美国冻结食品业的发展。 战后，冷冻技术和配套设备不断改进，出现预制冷冻制品、耐热复合塑料薄膜包装袋和高质快速解冻复原加热设备，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，发达国家构成完整的冷藏链。冷冻食品进入超市。 冷冻食品的品种迅猛增加。冷冻加工技术从整体冻结向小块或颗粒冻结发展。,.,据Datamonitor 公司统计，2008 年全世界冷冻食品市场价值达到 1096 亿美元，成交量达到 251 亿 kg。就市场价值来看，欧洲占 36.5%、亚太地区占 33.2%、美洲占 30.2%。 就世界冷冻食品的种类来看，目前即食餐和批萨高居榜首，其市场价值占世界冷冻食品市场价值
5、的43.2%，其后依次为冷冻肉制品(15.5%)、冷冻鱼/海产品(15.1%)、冷冻果蔬制品(10.0%)、冷冻面包制品及甜点(9.9%)、冷冻马铃薯制品(6.4%)。,.,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发展；出现冷冻面点。 90年代，冷链初步形成；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。,.,近十五年来，冷冻调制食品连同以前包装水产、畜肉、家禽和果蔬五大类冷冻食品一起，品种超过600种，年产销量估计在850万吨，出口量也逐年增加，其中速冻蔬菜外销日本、欧美等地
6、，每年达40万吨以上。速冻食品行业已经成为当今世界上发展最快的食品加工业之一，是一个具有蓬勃发展前景的朝阳行业，近年来以年均10%30%的速度快速增长。全国现有大小冷冻食品加工厂超过1000家，形成亿元销售额的企业约有50多家，已形成几十个著名品牌，占到市场一半以上的份额。 该行业现已形成了以“龙凤”、“三全”、“思念”、“佑康”、“科迪”等五个名牌产品为代表的一批全国知名品牌。目前全国速冻食品品牌主要有：“三全”、“思念”、“龙凤”、“湾仔码头”、“笑脸”、“苏阿姨”、“狗不理”、“五丰”、“桂冠”、“猫不闻”、“海霸王”、“甲天下”、“迎客”、“金路易”、“多灵多”、“毛毛”、“吉美”、“
7、伊利”等。,.,1.4 我国冷冻食品消费特点,.,上海、北京、天津、厦门、温州等东部城市，逐步转为依靠科技力量，龙凤、湾仔码头、日冷、世达、新雅、金路易、丰泽园、川老大、安井、快鹿等开发上市冷冻冷藏菜肴与主食，品种已达200多种，喜见新型的家庭取代餐（HMR）正成为市民一日三餐的选择。 河南省为主的中原地区，依靠丰富的农产品与劳力资源的优势，汤圆、水饺类冷冻点心食品，三全、思念等企业规模与产销量后来居上，名列全国前茅。 广东粤海地区由于早茶饮食习惯需要，广州酒家、维邦等叉烧包、蒸饺等特色点心，大量以冷藏产品04方式在超市卖场出售，近年壁式冷藏柜半制品菜肴花色很多，销路见好。 山东、浙江、福建、
8、江苏等沿海， 如好当家、龙大产品内销与出口。质量优良的速冻与冷藏蔬菜、冷冻与冰鲜家禽、冷冻水产品等大量外销，赢得了稳定的海外市场。 内蒙、青海、新疆与黑龙江等内陆地区利用畜牧业优势，近年来开始涌现希波、草原兴发、伊利等品牌的牛羊肉调制烧烤特色半成品菜肴，销售全国。,.,发展中的问题 冷库量问题 冷链问题 标准问题 质量控制问题 ,.,但从总体来讲，我国与发达国家速冻食品的消费量差距很大，美国人均年消费量为90公斤，欧盟为45公斤，而我国人均消费量仅为9公斤。有研究者认为，速冻米、面食品行业将成为今后20年中国食品行业最具潜力的行业之一。,.,2. 食品冷冻保藏原理,低温对生化反应速度的影响 低
9、温对微生物的影响 低温对酶活性的影响 低温对其他变质因素的影响,.,2.1 低温对生化反应速度的影响,反应速率随温度的变化可用温度商数Q10表示： Q10= K(t+10)/Kt 式中：Kt温度t时的反应速度 Kt+10温度为10时的反应速度 Q10表示温度每升高10时反应速度所增加的倍数。 低温保藏的目的是抑制反应速度，所以温度商数越高，低温保藏的效果就越显著。,.,2.2 低温对微生物的影响,1) 任何微生物都有一定的正常生长和繁殖的温度范围。温度越低，它们的活动能力也越弱。,降温就能减缓微生物生长和繁殖的速度;温度降低到最低生长点时，它们就停止生长并出现死亡。,.,.,.,低温抑制微生物
10、生长的原因,温度下降，酶活性随之下降，物质代谢减缓，微生物的生长繁殖就随之减慢。 由于各种生化反应的温度系数不同，降温破坏了原来的协调一致性，影响微生物的生活机能。 降温时，微生物细胞内原生质粘度增加，胶体吸水性下降，蛋白质分散度改变，还可能导致不可逆性蛋白质变性，从而破坏正常代谢。 冷冻时介质中 会促使细胞内原生质或胶体脱水，使溶质浓度增加促使蛋白质变性。同时冰晶体的形成还会使细胞遭受机械性破坏。,.,2) 长期处于低温中的微生物能产生新的适应性。,.,3) 降温速度对微生物的影响,冻结点以上，降温越迅速，微生物的死亡率越高； 冻结点以下，缓冻将导致剩余微生物的大量死亡，而速冻对微生物的致死
11、效果较差。,.,2.2 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,脂肪分解酶在-20下仍有活性。胰蛋白酶在-30 下仍有活性, 因此，冻制前要进行钝化酶处理,.,2.3 低温对非酶因素的影响,各种非酶促化学反应的速度，都会因温度下降而降低 氧化作用、蒸发作用、冷害等。,.,鱼肌肉组织在自溶作用时主要的生化反应： （C6H10O5）n + nH2O 2n（C3H6O3） + 58.061 cal 肌酸P + ADP ATP + 肌酸 ATP ADP + Pi + 7000 cal 这些反应产生的大量热量可使鱼体温度上升210，如不
12、及时冷却，就会促进酶的分解作用和微生物的繁殖。,.,3. 食品的冻结过程,3.1 纯水的冻结过程,/min,T / ,-1,B,C,-5,-18,10,20,E,D,A,介质,纯水,0,AB 过冷状态 BC 温度回升 CD 冰晶形成 DE 冰的降温,.,水,0的水,过冷状态的水,冰晶核,冰点,冻结,水的冻结过程,.,过冷,一般情况下，纯水只有被冷却到低于0的某一温度时才发生从液态的水到固态冰的相变。,过冷和成核,成核,由于热起伏可能使原子或分子一时聚集成为新相的集团（又称为新相的胚芽），若胚芽大于临界尺寸时就成为晶核。,均匀成核,非均匀成核,.,晶核周围的水分子有次序地不断结合到晶核上面去，形
13、成大的冰晶体。,结冰,晶核的形成,（nucleation）,冰晶体的增长,（ice growth）,极少部分的水分子有规则地结合在一起，形成结晶的核心，这种晶核是在过冷条件达到后方出现的。,.,冻结过程中的热力学 温度下降 热量转移 相态变化,.,3.2 食品的冻结过程,晶核形成 AS 过冷状态； SB 释放潜热； 冰晶成长 BC 大部分水分形成冰晶； 达到终温 CD 溶质组分浓缩，冻结温度不断下降。,a. 食品的冻结曲线,.,冻结温度与水分冻结量的关系,达到终温时，食品中的水分并未全部冻结。,.,冻结时食品中心温度的变化图,.,初阶段,过冷现象：产品温度低于冰点以下仍不结冰的现象。,冻结点（
14、冰点）：食品开始结冰的温度。,Freezing point,.,拉马尔（Raoult）法则,冻结点的降低,物质的浓度成正比,各种食品的成分,l mol/L溶质,下降1.86,一般植物性食品，果品、蔬菜的冻结点大多为-0.6-3.8,.,不同食品的冰点,.,晶核形成、冰晶生长速度与过冷却度相关图,.,中阶段,最大冰晶形成带：大部分食品从-1-5时，近80%的水分可冻结成冰，此温度范围称为最大冰晶形成带（Zone of maximum ice crystal formation）,.,结晶条件：,当液体温度降到冻结点时，液相与结晶相处于平衡状态。而要使液体变为结晶体就必须破坏这种平衡状态，即必须使
15、液相温度降至稍低于冻结点，造成液体过冷。故过冷是水中发生冰结晶的先决条件。 冰结晶形成时，因结晶相变放出热量使水或水溶液的温度由过冷温度上升至冻结点温度。 食品冻结中一般不会有稳定的过冷产生。,.,终阶段,共晶点：食品汁液中的水分随着冰结晶过程的进行而逐渐减少，使剩余的汁液浓度增大，冻结点也随之相应的降低，浓缩的水溶液完全冻结的温度为共晶点。,.,食品的低共熔点,水溶液,一部分水,结成冰,余下的水溶液的浓度升高,残留溶液的冰点不断下降,部分自由水还是非冻结的,-55-65,少量的未冻结的高浓度溶液只有当温度降低到低共熔点时，才会全部凝结成固体。,.,冻结率(frozen water ratio
16、),食品冻结过程中水分转化为冰晶体的程度，通常也用水分结冰率（）表示。指的是食品冻结时，其水分转化为冰晶体的比率。,.,冻结率,食品在冻结点与共晶点之间的任意温度下，其水分冻结的比例称为冻结率（0），以质量分数表示。其近似值可由下式计算（称为Heiss式）:,.,冻结率与温度,温度/,冻结率/,.,.,食品冻结过程中放出热量示意图,时间/min （ a ）盐水冻结（16.3）,2,1,时间/min （ b ）空气冻结（17 ）,温度/,1,2,1冻结温度曲线 2冻结过程中放出的热量,温度/,.,3.3 冻结速度和冻结时间,3.3.1 冻结速度的表示,1）用外部冻结层与内部非冻结区两者之间界面的位移速度来表示物体的冻结速度。,.,冻结速度时间划分,食品的中心温度从-l下降至-5所需的时间(即通
