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1、1,大学制冷与低温技术专业选修课程,制作：重庆大学 李夔宁,食品冷加工工艺,主讲教师 李夔宁,,2,第3章 食品的冻结与冻藏,第1节 食品的冻结 第2节 食品的冻藏 第3节 食品的冻结方法和冻结装置,3,通常，非活体食品的贮藏温度越低，其贮藏期越长。动物性食品在冻结点以上的冷却状态下，只能作12周的短期贮藏；如果温度降至冻结点以下，国际上推荐一18以下，动物性食品呈冻结状态，就可作长期贮藏，温度越低，品质保持越好，实用贮藏期越长。以鳕鱼为例，15只可贮藏1天， 0 可贮藏15天，一18 可贮藏68个月，一25 可贮藏1年。水果、蔬菜等植物性食品也可用冻结的方法加工成速冻水果、速冻蔬菜并在一18
2、 以下的低温下贮藏，其贮藏期可达1年以上。,4,食品在冻结过程中所含水分要结冰。鱼、肉、禽等动物性食品若不经前处理直接冻结，解冻后的感官品质变化不大，但水果、蔬菜类植物性食品若不经前处理直接冻结；解冻后的感官品质就会明显恶化。所以蔬菜冻前须进行烫漂，水果要进行加糖或糖液等前处理后再冻结、如何把食品冻结过程中水变成冰结晶及低温造成的影响减小或抑制到最低限度，是冻结工序中必须考虑的技术关键。,5,第一节食品在冻结时的变化,一、物理变化,（一）体积膨胀、产生内压 水在4C时体积最小，密度最大，为1000kgm3。0时水结成冰，体积约增加9，在食品中体积约增加6%。冰的温度每下降 1 ，其体积收缩 0
3、.010.005、二者相比，膨胀比收缩大得多，所以含水分多的食品冻结时体积会膨胀。,6,食品冻结时首先是表面水分结冰，然后冰层逐渐向内部延伸。当内部的水分因冻结而体积膨胀时，会受到外部冰层的阻碍，产生内压称做冻结膨胀压纯理论计算其数值可高达8.7MPa。当外层受不了这样的内压时就会破裂，逐渐使内压消失。如采用一196的液氮冻结金枪鱼时，由于厚度较大，冻品会发生龟裂，这就是内压造成的。,7,日本为了防止因冻结内压引起冻品表面的龟裂，采用均温处理的二段冻结方式，先将鱼体降温至中心温度接近冻结点，取出放入-15的空气或盐水中使鱼体各部位温度趋于均匀，然后再用-40 的氯化钙盐水浸渍或喷淋冻结至终点，
4、可防止鱼体表面龟裂现象的发生。,8,（二）物理特性的变化,食品的比热容随含水量而异，合水量多的食品比热容大，含脂肪多的食品比热容小。对一定含水量的食品，冻结点以上的比热容要比冻结点以下的大。比热容大的食品在冷却和冻结时需耍的冷量大，解冻时需要的热量亦多。,1. 比热容,9,10,式中，W是食品中水分的含量。该近似计算式的计算值与实测值有很好的一致性。但在食品冻结过程中，随着时间的推移，冻结率在不断变化，会对食品的比热容带来影响、因此需根据食品的品温求出冻结率，对比热容进行修正。,11,2.导热率,构成食品主要物质的热导率如表3-2所示。水的热导率为0.6W（m），冰的热导率为2.21W（m），
5、约为水热导率的4倍。其他成分的热导率基本上是一定的，但因为水在食品中的含量很高，当温度下降，食品中的水分开始结冰的同时，热导率就变大（参见表32），食品的冻结速度加快。,12,13,14,食品经过冻结、解冻后，内部冰晶融化成水，如不能被组织、细胞吸收回复到原来的状态这部分水分就分离出来成为流失液。流失液不仅是水，还包括溶于水的成分，如蛋白质、盐类、维生素等。体液流夫使食品的质量减少，营养成分、风味亦受损失。因此，流失液的产生率成为评定食品质量的指标之一。,（三）体液流失,15,一般来说，如果食品原料新鲜，冻结速度快，冻藏温度低且波动小，冷藏期短，则解冻时流失液少。若水分含量多，流失液亦多、如鱼
6、和肉比。鱼的含水量高故流失液亦多。叶菜类和豆类相比，叶菜类流失液多。经冻结前处理如加盐、糖、磷酸盐时流失液少。食品原料切得越细小，流失液亦越多。,16,食品冻结过程中，因食品中的水分从表面蒸发，造成食品的质量减少，俗称“干耗”。干耗不仅会造成企业很大的经济损失，还给冻品的品质和外观带来影响。例如日宰 2 000头猪的肉联厂。干耗以2%或3%计算，年损失 600多吨肉，相当于 15000头猪。,（四）干耗,17,冻结室内的空气未达到饱和状态，其水蒸汽压小于饱和水蒸气压，而鱼、肉等含水量较高，其表面层接近饱和水蒸气压，在蒸气压差的作用下食品表面水分向空气中蒸发。表面层水分蒸发后内层水分在扩散作用下
7、向表面层移动。由于冻结室内的空气连续不断地经过蒸发器，空气中的水蒸气凝结在蒸发器表面，减湿后常处于不饱和状态，所以冻结过程中的干耗在不断进行。,干耗发生的原因,18,19,鱼、肉等动物性食品中，构成肌肉的主要蛋白质是肌原纤维蛋白质。在冻结过程中，肌原纤维蛋白质会发生冷冻变性，表现为盐溶性降低、ATP酶活性减小、盐溶液的粘度降低、蛋白质分子产生凝集使空间立体结构发生变化等。蛋白质变性后的肌肉组织持水力降低、质地变硬、口感变差，作为食品加工原料时，加工适宜性下降。如用蛋白质冷冻变性的鱼肉作为加工鱼靡制品的原料，其产品缺乏弹性。,蛋白质冻结变性,20,食品冻结过程中发生的变色主要是冷冻水产品的变色从
8、外观看通常有褐变、黑变、退色等现象。水产品变色的原因包括自然色泽的分解和产生新的变色物质二方面。自然色泽的被破坏如红色鱼皮的退色、冷冻金枪鱼的变色等，产生新的变色物质如虾类的黑变、鳍鱼肉的褐变等。变色不但使水产品的外观变差，有时还会产生异味，影响冻品的质量。,变色,21,生物和微生物的变化,生物是指小生物，如昆虫、寄生虫之类，经过冻结都会死亡。由于冻结对肉类所带有的寄生虫有杀死仆用，有些国家对肉的冻结状态作出规定，如美国对冻结猪肉杀死肉中旋毛虫的幼虫规定了温度和时间条件，如表3所示。联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）共同建议，肉类寄生虫污染不严重时，须在-10温度下至少贮存10天
9、。,22,日本人有吃生鱼片的习惯。在荷兰，人们也常生吃鲱鱼。为了杀死鱼肉中寄生虫的幼虫荷兰以法律的形式规定。用于生吃的鱼厂商须履行在-20条件下冻结24h的义务。,23,国际冷冻协会（IIR）建议为防止微生物繁殖，冻结食品必须在一12以下贮藏。为防止酶及物理变化，冻结食品的品温必须低于一18。,24,第2节 食品冻结过程中的冻结水量和冰结晶,25,26,食品降温时开始析出冰结晶时的温度称为食品的冰点温度。食品中的水分不是纯水，是含有机物质和无机物质的溶液，这些物质包括盐类、糖类、酸类及水溶性蛋白质、维生素和微量气体等。根据拉乌尔定律，食品的温度要降至 0以下才产生冰晶，此冰晶开始出现的温度即食
10、品的冻结点。由于食品的种类、动物类死后条件等不同，各种食品的冻结点也不相同。一般食品冰点的温度范围为-0.5-2 。,食品的冰点,27,食品温度降至冻结点后其内部开始出现冰晶、随着温度继续降低，食品中水分的冻结量逐渐增多，但要食品内含有的水分全部冻结，温度要降至-60左右此温度称为共晶点。要获得这样低的温度。在技术上和经济上都有难度，因此目前大多数食品冻结只要求食品中大部分水分冻结，品温在-18以下即达到冻结贮藏要求。,28,29,结冰率 1. 结冰率的定义 食品处于低于其冰点的某一温度时，食品中结冰的水分量与食品中全部水量的比值。 2. 结冰率的计算 公式一,30,如某食品的冻结点是-1，当
11、温度降低至-5,31,公式二,32,食品的冻结曲线和最大冰晶生成带,33,食品冻结过程大致可分为三个阶段。第一阶段是食品从初温降至冻结点，放出的是显热。此热量与全部放出的热量相比较小，故降温快，曲线较陡、第二阶段是食品温度达到冻结点后，食品中大部分水分冻结成冰，水转变成冰过程中放出的相变潜热通常是显热的5060倍，食品冻结过程中绝大部分的热量是在第二阶段放出的，食品降温很慢，曲线出现平坦段、对于新鲜食品来说，一般温度降至-5时，已有80的水分生成冰结晶、通常把食品冻结点至一5的温度区间称为最大冰晶生咸带，即食品冻结时生成冰结晶最多的温度区间。,34,第三阶段是残留的水分继续结冰。已成冰的部分进
12、一步降温至冻结终温。水变成冰后其比热下降，冰进一步降温的显热减小。但因还有残留水分结冰放出冻结潜热，所以峰温没有第一阶段曲线也不及第一阶段那样陡。,35,冻结速率可用食品热中心温度下降的速率或冰锋前进的速率表示。,（一）冻结速率的表示法,36,食品热中心即指降温过程中食品内部温度最高的点。对于成分均匀且几何形状规则的食品，热中心就是其几何中心。用食品热中心温度从-1降至-5所用时间长短衡量冻结快慢,用食品热中心降温速率表示,1、快速冻结 30Min,37,以往认为这种快速冻结对食品质量影响很小，特别是果蔬食品。然而，随着冻结食品种类增多和对冻结食品质量要求的提高，人们发现这种表示方法对保证有些
13、食品的质量并不充分可靠。主要原因是有些食品的最大冰晶生成带可延伸至-10 -15；不能反映食品形态、几何尺寸、包装情况等多种因素的影响。因此，近几年，人们建议采用冰锋移动速率表示冻结快慢问题。,38,用冰锋前进速率表示,这种表示法最早是德国学者普朗克提出的，他以-5作为结冰锋面，测量从食品表面向内部移动的速率。并按此速率高低将冻结分成三类：,1、快速冻结 V520 cm/h 2、中速冻结 V=15 cm/h 3、缓慢冻结 V=0.11 cm/h,39,1.慢冻：在通风房内，对散放大体积材料的冻结。冻结速率为0.2 cm/h 2.快冻或深冻：在鼓风式或板式冻结装置中冻结零售包装食品。冻结速率为0
14、.53 cm/h ； 3.速冻或单体快速冻结：在流化床上对单数小食品快冻。冻结速率为510cm/h ； 4.超速冻：采用低温液体喷淋或浸没冻结。冻结速率为10100 cm/h 。,目前生产中使用的冻结装置的冻结速率大致为：,40,对于畜肉类食品，冻结速率达到25 cm/h时，即获得较好的效果；而对于生禽肉，冻结速率必需大于10 cm/h ，才能保证有较亮的颜色。,41,国际冷冻协会（IIR）C2委员会对食品冻结速度所作的定义如下：食品表面与温度中心点间的最短距离与食品表面温度达到0后，食品温度中心点降至比冻结点低10所需时间之比，该比值即食品冻结速度。,42,例如某食品的表面与温度中心点间最短
15、距离为10cm；食品的冻结点为-2。食品冻结过程中温度中心点降至比冻结点低10（即-12）所需时问为15h，其冻结速度为：,43,冻结速度与食品质量的关系,一、冻结速度与冰晶分布的关系,1、冻结速度快 组织内冰面推进速度大于水移动速度，冰晶分布接近天然食品中液态水的分布情况，冰晶呈针状，数量多，体积小，对细胞的机械损伤小，解冻时液汁流失少。,44,2、冻结速度慢 由于细胞外溶液浓度低，首先在这里产生冰晶，而此时细胞内的水分还以液相存在，在蒸气压差作用下细胞内的水分向冰晶移动，形成较大的冰晶且分布不均匀，容易损伤细胞，解冻时有大量汁液外流。对于植物性食品，一定要快速冻结。,45,冻结与蛋白质变性
16、 冻结速度与淀粉老化 冻结速度与食品的膨胀压力 冻结速度与微生物和酶 提高冻结速度只是提高食品质量 的一个重要方面,46,食品冻结的热负荷,47,冻结结束时食品的平均温度 1、定义： 将冻结食品与外部绝热，在食品内部，热量由高温处流向低温处，最后食品内部的温度趋于均匀一致,此时食品的温度称为冻结结束时食品的平均温度。 2、计算公式 tp = (tBM + tZX) / 2 tp冻结结束时食品的平均温度 tBM冻结结束时食品的表面温度 tZX冻结结束时食品的中心温度,48,如果食品冻结结束时的平均温度不等于低温冷藏库的温度，将冻结食品放入冷藏库后会引起冷藏库温度波动。温度波动会给冷藏食品的质量带来不良影响。因此，通常规定食品冻结结束时的平均温度等于低温冷藏库的温度。,49,冻结过程的平均温度 1、意义： 计算时，采用冻结过程平均温度为食品热物性参数的定性温度。 2、计算公式,t0 食
