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第四章食品低温保藏绪论掌握食品低温保藏原理掌握食品冷却和冷藏方法及其质量控制掌握食品冻结和冻藏方法及其质量控制了解食品解冻过程、方法及其质量控制第一节绪论中国古代冷藏技术制冷技术发展历史中国外冷冻食品发展现实状况食品冷藏和冻结技术发展是一门使用人工制冷技术来降低温度以保藏食品和加工食品科学，即它是专门研究怎样使用低温条件来达成最好地保藏食品和加工食品方法，以使多种食品达成最大保鲜程度。冷冻工艺学中国古代冷藏技术战国时期——铜冰鉴 1977年于湖北随县曾侯乙墓出土一件冰酒器。汉朝——大家已经掌握了用地窖来贮藏天然冰技术。大富人家，地下有冰室，室有数井，井深十五丈，用于藏冰及石墨。由此可见，在一千七百多年前三国时代，利用天然冰雪来降温和保藏食品规模已经相当可观，这在当初世界上是首屈一指。唐朝以后——天然冰雪作为冷源已经被广泛利用《马可·波罗行记》 13世纪明代运河两岸修建冰库清代光绪年间，北京已专设冰窖中国北方一些地方仍有采取。制冷技术发展历史 1834年英国人Jacob Perhking发明了以乙醚为冷媒压缩式冷冻机，她是世界上第一部实用冷冻机。 1860年法国人发明以氨为制冷剂，以水为吸收剂压缩式冷冻机。 1872年美国人David、Boyle和德国人Carl Von Lnde分别单独发明以氨为冷媒压缩式冷冻机。这些冷冻机当初为制冰机使用，替换天然冷源。 1877~1878年法国人Charles Tellier为处理把牛羊肉从新西兰和阿根廷等国运回法国，开始用氨吸收式冷冻机。 1930年以来，在家用冰箱上，大量使用无毒、无味氟利昂制冷剂，它不像氨气那样有爆炸危险。但氟利昂易破坏臭氧层，所以又推出了溴化锂、含氢氟烃等冷媒。 20世纪70年代，出现了液态氮和液态二氧化碳作为冷媒制冷技术，它能够直接喷洒在食品表面，不仅能够急冷，而且能够进行深冷，假如用液氮利用得到-196℃低温。食品冷藏和冻结技术发展冷冻食品形式不停得到改善冻结方法改善冷源制冷装置也有新突破对于多种食品冷冻、冷藏、运输、销售等各个步骤温度条件有了深入认识中国外冷冻食品发展现实状况中国 1891年在上海制造人造冰 1915~19，上海、南京、汉口等地前后建成了由外国资本经营冻蛋、冻肉、冻家禽厂。到1933年，这类冷库增加到30~35座。 20世纪60年代和80年代两个关键发展阶段制冷自1999年起，全国连锁超市中销售食品日用具中，速冻食品销售额均名列第一。速冻食品从1995年起，中国速冻食品年产量每十二个月以20％幅度递增，成为90年代发展最快食品加工业，速冻食品年产量靠近1000万吨。多年来，中国现有各类速冻食品生产厂家近家，年销售额达100亿元。 20世纪70年代初速冻蔬菜 20世纪80年代初速冻点心速冻调理食品 20世纪90年代初速冻饺子速冻馄饨速冻汤圆中国速冻食品存在问题产品品种亟待增加中国，150多个品种美国，速冻食品多达2700多个日本速冻食品听说有3100多个质量、风味有待提升慢冻食品粘连现象购置者购置首要原因是因为方便，至于对于产品口味评价，只有9％购置者表示“好吃”或“很好吃”。打折促销包装有待升级塑料袋包装已不符合当今世界食品包装时尚，纸盒包装是新发展趋势。美国用于速冻食品包装纸盒内外表层全部涂有一个可耐249摄氏度高温塑料膜，这种包装可在微波炉和一般烤箱中加热，其成本也较低。美国人均年消费冷冻食品已达63.6kg 世界第一位日本韩国台湾省 l0kg以上英、法、德等欧盟国家 20~40kg 怎样了解冷冻食品比新鲜食品更新鲜，冷冻被认为是保留食物最好方法这是因为商业化冷冻农产品是在成熟度和营养价值最高时候采收，直接送到最近冷冻工厂立即处理而得以保留其营养成份。第二节食品冷冻保藏原理新鲜食品在常温下存放，因为附着在食品表面微生物作用和食品内所含酶作用，使食品色、香、味和营养价值降低，假如久放，能促进食品腐败或变质，以致完全不能食用，这种改变叫做食品变质。 1.引发食品腐败变质关键原因生物学原因化学原因其它原因微生物酶作用非酶作用氧化作用温度水分光乙烯外源污染物物理原因害虫和啮齿动物害虫对于食品储藏危害性很大一些食品储藏损耗加大直接原因因为害虫繁殖、迁移，和她们所遗弃排泄物、皮壳和尸体等还会严重污染食品，使食品丧失商品价值。现在对食品危害性大害虫有甲虫类、蛾类、蟑螂类和螨类。 ★ 酶作用多聚半乳糖醛酸酶：催化果胶中多聚半乳糖醛酸残基之间糖苷键水解，造成组织软化酯氧合酶：催化脂肪氧化，造成臭味和异味产生果胶甲酯酶：催化果胶中半乳糖醛酸酯脱酯作用，可造成组织硬化抗坏血酸酶：催化抗坏血酸氧化，造成营养素损失叶绿素酶：催化叶绿醇环从叶绿素中移去，造成绿色丢失酶作用 ★ 非酶作用美拉德反应焦糖化反应抗坏血酸氧化抗坏血酸氧化脱氢抗坏血酸氨基酸美拉德反应红褐色产物抗坏血酸缺氧酸性条件糠醛聚合褐色物质＋ ★ 温度范特霍夫(Vant Hoff)规则即温度每升高10℃，化学反应速度增加2~4倍。 Q10=υ(t+10)/υt （temperature coefficient）反应速度常数和绝对温度成指数关系故降低食品环境温度，就能降低食品中化学反应速度，延缓食品质量改变，延长储藏寿命。温度系数 2. 栅栏技术 2.1栅栏技术提出变质食品食品加工、储运、销售和消费低温保藏、罐藏、浓缩保藏、化学保藏、发酵保藏、辐照保藏栅栏因子（hurdle factor）高温处理（F）低温冷藏（t）降低水分活度（AW）酸化（pH值）低氧化还原电势（Eh）添加防腐剂（Pres）竞争性菌群辐照德国肉类研究中心Leistnrer（1976）提出障碍因子栅栏效应从微生物学角度考虑，栅栏效应（hurdle effect）是指在保藏食品数个栅栏因子中，它们单独或相互作用，形成特有预防食品腐败变质“栅栏”（hurdle），使存在于食品中微生物不能逾越这些“栅栏”。这种食品即是稳定和安全。栅栏效应例子理想化栅栏效应模式较为实际型栅栏效应模式初始菌数低食品栅栏效应模式初始菌数多或营养丰富食品栅栏效应模式栅栏效应例子栅栏效应例子经过热处理而又杀菌不完全食品栅栏效应模式栅栏次序作用模式栅栏效应例子栅栏协同作用模式栅栏效应是食品保藏性根本所在栅栏效应揭示了食品保藏基础原理食品防腐可利用栅栏因子很多，但就每一类食品而言，起关键作用因子可能只有多个，因经过科学分析和经验积累，正确地把握其中关键因子。研究思绪对于一个稳定性高、保藏性好食品，AW 、pH值、t、Pres等栅栏因子联合或复杂交互作用，对抑制微生物生长、繁殖、产毒起着关键作用，任何单一因子全部不足以抑制微生物危害。栅栏技术应用用于食品加工和保藏中微生物控制用于食品加工、保藏中工艺改造新产品开发 3. 食品低温保藏原理微生物繁殖和酶活动全部和温度相关，伴随温度降低，尤其是食品在冻结时，生成冰晶体使微生物细胞受到破坏，使微生物丧失活力不能繁殖，甚至死亡；同时酶反应受到严重抑制，失去催化能力，甚至被破坏。其它反应如呼吸作用、氧化等也随温度降低而显著减慢。所以，食品就可在低温条件下长久储藏而不会腐败变质。 3.1 低温对微生物影响 60~80 55~75 40~45 嗜热微生物（thermophile） 40~50 25~40 10~15 嗜温微生物（mesophile） 20~40 10~20 -10~5 嗜冷微生物 (psychrophile) 举例最高温度最适温度最低温度类群微生物适应生长温度（℃）温泉、堆肥中微生物腐败菌、病原菌水和冷库中微生物微生物对于低温敏感性较差。绝大多数微生物处于最低生长温度时，新陈代谢已减弱到极低程度，呈休眠状态。深入降温，就会造成微生物死亡，不过在低温下，它们死亡速度比在高温下缓慢得多。低温对微生物影响通常情况低温对微生物影响特殊情况少数微生物能在一定低温范围还能够缓慢生长。温度在6℃时几乎能阻止全部食物中病原菌生长，但有部分嗜冷菌尚能缓慢生长。 3.2 低温对酶活性影响食品中很多反应全部是在酶催化下进行，而酶活性(即催化能力)和温度有亲密关系。大多数酶适宜活动温度为30~50℃。伴随温度升高或降低，酶活性均下降。温度系数Q10 温度系数Q10可衡量因温度而发生改变酶活性： Q10=K2/K1 K2为温度增加到T+10K时酶活性所造成化学反应率。 Q10为温度每增加10K时因酶活性改变所增加化学反应率； K1为温度T时酶活性所造成化学反应率；多个水果呼吸速率温度系数Q10 部分蔬菜呼吸速率温度系数Q10 低温对酶活性影响情况酶活性在冷冻、冷藏中虽有显著下降，但并不说明酶完全失活，即低温对酶并不起完全抑制作用，在长久冷藏中，酶作用仍可使食品变质。 3.3低温对其它变质原因影响氧化作用、生理作用、蒸发作用、机械损害、低温冷害等。不管是细菌、霉菌、酵母菌等微生物引发食品变质，还是由酶引发变质和其它原因引发变质，在低温环境下，能够延缓、减弱它们作用，但低温并不能完全抑制它们作用，即使在冻结点以下低温，食品进行长久储藏，其质量仍然有所下降。低温保藏对食品贮藏影响第三节食品冷藏工艺技术食品冷却食品冷藏食品在冷藏过程中质量改变食品冷藏工艺食品冷却和冷藏冷却是冷藏必需前处理，其本质上是一个热交换过程，冷却最终温度在冰点以上。冷藏是冷却后食品在冷藏温度(常在冰点以上)下保持食品品质一个储藏方法。 3.1食品冷却冷却目标冷却速度和冷却时间冷却方法冷却目标食品冷却目标就是快速排出食品内部热量，使食品温度在尽可能短时间内(通常为几小时)降低到冰点以上，从而能立即地抑制食品中微生物生长繁殖和生化反应速度，保持食品良好品质及新鲜度，延长食品储藏期。食品冷却通常是在食品产地进行产地加工车间冷藏库市场低温环境保持食品原有品质阻止微生物繁殖采摘后 24h冷却 96h后冷却 0℃下储藏5周不腐烂梨 30%梨腐烂甜玉米糖分贮藏过程中丧失情况冷却速度和冷却时间食品在冷却过程中，内部热量传输（Q）依傅里叶定律： Q= -λFgradT gradT为温度梯度(K·m-1)； λ为导热系数(W·m-1·K-1)； F为导热面积(m2)。食品冷却速度物料内部温度环境温度物料形状食品冷却速度就是食品温度下降速度，因为食品内各部位温度不一样，所以食品温度下降速度只能以食品平均温度下降速度来表示。物料内部温度表面温度θs 中心温度θc 表面和中心之间温度差θm 平均温度ˉθ 食品内部温度分布是向上方凸曲线，离表面越近，温度梯度越大，所以冷却速度也越大。从图2-3中可看出，表面温度θs下降速度最快，中心温度θc下降最慢，尤其是冷却开始阶段，食品中心部位温度下降得尤其缓慢。当食品厚度很小时，冷却速度和对流放热系数K成正比，而和导热系数λ无关。在这种情况下，对流放热速度K是影响冷却速度关键原因，所以增大冷却介质流动速度，提升K数值就能够增大冷却速度，缩短冷却时间。平板状食品1 当食品厚度很厚时，冷却速度和导热系数λ成正比，而和对流放热系数A无关。在这种情况下，导热快慢是决定冷却速度关键，企图经过增大空气流速来加紧冷却速度是困难，只有减小食品厚度来增大冷却速度。平板状食品2 半径为R圆柱状食品，它圆周面全部一样被冷却。圆柱状食品冷却和平板状食品不一样是，它内部传热面积和半径R成正比，其它均相同。圆柱状食品球状食品半径为R球状食品，它表面全部一样被冷却。球状食品冷却和平板状食品不一样是，它内部传热面积和半径R成正比，其它均相同。食品冷却时间冷却方法空气冷却法冷水冷却法碎冰凉却法真空冷却法利用强制流动低温冷空气流过食品表面使食品温度下降一个冷却方法。空气冷却法方法空气冷却冰块或机械制冷风道吹出冷却间或冷藏间热量降温循环冷空气冷风机食品五种不一样吸吹风形式冷风机冷风机肉类冷风冷却装置冷风冷却系统示意图循环吊钩风道冷风机冷风冷却系统示意图（3）冷风冷却系统示意（4）冷风冷却系统示意图（5）工艺条件选择要依据食品种类、有没有包装、是否易干缩、是否快速冷却等来确定。空气冷却法工艺参数空气冷却法工艺效果温度相对湿度流速空气可对于未包装食品，采取空气冷却时会产生较大干耗损失。空气冷却法适用范围水果蔬菜鲜蛋乳品肉类家禽预冷处理冻藏食品冻结使用范围较广，广泛地用于不能用水冷却食品。优点缺点果蔬空气冷却果蔬冷却间冷藏库早期空气流速 1~2m/s 末期空气流速 1m/s 空气相对湿度冷藏温度冷却间温度 0℃ 85%~95% 依据水果、蔬菜等品种不一样，将其冷却至各自适宜。畜肉空气冷却1 传统方法：全部在冷却间完成冷却空气温度 0℃左右风速 0.5~1.5m/s ＜2m/s 相对湿度 90%~98% 胴体后腿肌肉最厚部中心温度＜4℃ 冷却时间＜24h 畜肉空气冷却2 改善方法：变温快速两段冷却法，整个时间14~18h 第一阶段快速冷却隧道冷却间空气流速 2m/s 空气温度 -5~-15℃ 相对湿度 90% 2~4h 时间胴体表面温度后腿中心温度 0~-2℃ 16~20℃ 特征散热快，肉胴体表面温度达0℃以下，形成了“冰壳”；第二阶段自然循环冷却间温度 1~-1℃ 相对湿度 90% 10~14h 半白条肉内外温度基础趋于一致，达成平衡温度4℃时，即可认为冷却结束。时间优点：食品干耗小，平均干耗量为1%；肉类表面干燥，外观好，肉味佳，在分割时汁液流失量少。禽肉空气冷却空气温度 2~3℃ 相对湿度 80%~85% 风速 1.0~1.2m/s 禽胴体温度 5℃以下冷却时间 7h左右提升风速 4h左右鲜蛋空气冷却在专用冷却间内完成蛋箱堆垛冷却开始蛋空气温度通常低于蛋体温度2~3℃ 过程每隔1~2h将冷却间空气温度降低1℃左右相对湿度 75%~85% 0.3~0.5m/s 24h 蛋体温度 1~3℃ 空气流速冷却时间经过低温水把被冷却食品冷却到指定温度冷水冷却法预冷水箱水蒸发器食品冷水搅拌器冷却槽蒸发器食品冷水现代冰蓄冷技术方法喷淋式浸渍式冷水冷却方法混合式被冷却食品直接浸在冷水中冷却，并有搅拌器不停地搅拌冷水，提升传热速度和均匀性，加紧食品冷却。混合式冷却装置通常采取先浸渍后喷淋步骤。冷水冷却范围和特征因为产品外观会受到损害，而且失去了冷却以后储藏能力。鱼类、家禽水果、蔬菜和包装食品易变质食品大部分食品应用范围优点缺点传热系数高冷却速度快避免干耗被冷却食品之间易交叉感染碎冰凉却法冰块融化时会吸收大量热量，其相变潜热为334.9KJ/kg。当冰块和食品接触时，冰融化能够直接从食品中吸收热量使食品快速冷却。碎冰凉却法尤其适宜于鱼类冷却，因为它不仅能使鱼冷却、湿润、有光泽，而且不会发生干耗现象。淡水冰海水冰冷却淡水鱼冷却海水鱼透明冰不透明冰形状机制块冰管冰片冰米粒冰不许可用被污染海水及港湾内水来制冰碎冰凉却(干式冷却) 水冰凉却(湿式冷却) 方法冷海水为了提升碎冰凉却效果，要求冰要细碎，冰和食品接触面积要大，冰融化成水要立即排出。冷却方法真空冷却法真空冷却也叫减压冷却。其原理是真空降低水沸点，促进食品中水分蒸发，因为蒸发潜热来自食品本身，从而使食品温度降低而冷却。关键适适用于叶类蔬菜快速冷却菠菜生菜甜玉米 1－真空泵 2－冷却器 3－真空冷却槽 4－膨胀阀 5－冷凝器 6－压缩机真空冷却系统真空冷却方法特点冷却速度快、冷却均匀先将食品原料湿润，为蒸发提供较多水分，再进行抽真空冷却操作。其作用是加紧降温速度；降低植物组织内水分损失，即降低原料干耗。叶菜总质量 1% 温度 6℃ 缺点食品干耗大、能耗大，设备投资和操作费用全部较高。按食品种类和冷却要求不一样，使用不一样冷却方法 3.2 食品冷藏空气冷藏法自然空气冷藏法机械空气冷藏法空气冷藏工艺冷藏温度空气相对湿度空气流速冷藏温度储藏期冷藏库规模冷藏温度冷库内空气温度食品物料温度物品性质冷藏室内温度应严格控制。任何温度改变全部可能对冷藏食品物料造成不良后果。空气相对湿度冷藏室内空气中水分含量对食品物料耐藏性有直接影响。不宜过湿不宜过干大多数水果和植物性食品 85％~90％绿叶蔬菜、根菜类蔬菜和脆质蔬菜 90％~95％坚果类 70％以下畜、禽肉类 85％～90％干态颗粒状食品物料 50％以下部分肉和肉制品冷藏条件和储藏期部分鱼和鱼制品冷藏条件和储藏期牛乳储藏时间及应冷却温度鲜蛋冷藏条件 3.3食品在冷藏过程中质量改变水分蒸发冷害后熟作用移臭和串味肉成熟严寒收缩脂肪氧化其它改变水分蒸发水果、蔬菜水分蒸发失去新鲜饱满外观影响其柔嫩性和抗病性肉类食品质量减轻表面出现收缩、硬化，形成干燥皮膜肉色改变鸡蛋气室增大蛋品品质下降质量减轻在低温储藏时，有些水果、蔬菜等储藏温度虽未低于其冻结点，但当储温低于某广温度界限时，这些水果、蔬菜就会表现出一系列生理病害现象，其正常生理机能受到障碍失去平衡。这种因为低温所造成生理病害现象称之为冷害。冷害冷害症状组织内部变褐和干缩外表出现凹陷斑纹出现水渍状斑块不能正常成熟产生异味后熟作用水果在低温冷藏期间，将伴伴随后熟作用发生。果实内成份和组织形态也将进行一系列转化。可溶性糖含量升高糖酸百分比趋于协调可溶性果胶含量增加果实香味变得浓郁颜色变红或变艳成熟特征硬度下降严寒收缩畜禽屠宰后在未出现僵直前快速冷却，肌肉发生显著收缩，以后即使经过成熟过程，肉质也不会十分软化，这种现象叫严寒收缩。宰后l0h内，肉温降到8℃以下，轻易发生严寒收缩。牛和羊肉禽类肉种类当肉pH值低于6时极易出现严寒收缩。肉体部位肉表面肉质变硬嫩度差解冻后会出现大量汁液流失肉内部表现 3.4 食品冷藏工艺加工整理库房准备包装入库码垛温湿度管理通风换气出库预冷洋白菜花椰菜第四节食品冷冻食品冻结可使食品中大部分甚至全部水分形成冰晶体，从而降低游离水，使微生物生长受到抑制，合适低温和失去反应介质作用下一样被大大降低；脂肪酸败、维生素分解等作用在冻藏时也会减缓。冻藏能够延缓食品腐败，而不能完全终止腐败。 4.1食品冻结过程水冻结过程食品冻结过程特征食品冻结过程中水分结冰率和最大冰晶区食品冻结时放热量冻结速度和冻结时间冻结过程中热量传输、食品温度改变和分布 4.1.1水冻结过程水 0℃水过冷状态水冰晶核冰点冻结（过冷临界温度或过冷温度）（潜热）过冷状态温度先要降到冰点以下才发生从液态水到固态冰相变。降温过程中开始形成稳定性晶核时温度或在开始回升最低温度。过冷临界温度或过冷温度水冻结过程晶核周围水分子有次序地不停结合到晶核上面去，形成大冰晶体。结冰晶核形成（nucleation）冰晶体增加（ice growth）极少部分水分子有规则地结合在一起，形成结晶关键，这种晶核是在过冷条件达成后方出现。冷冻时水物理特征水比热是4.184kJ/kg/K。冰比热是2.092 kJ/kg/K，冰比热约为水1/2。水热导率为0.58W/m/K，冰是2.34 W/m/K，冰热导率是水4倍左右。冻结速度快，解冻速度慢。冰比水降温快水结成冰后，冰体积比水增大约9%，冰在温度每下降1℃时，其体积则会收缩0.01%~0.005%，二者相比，膨胀比收缩大。冷冻时水物理特征 “冻结膨胀压” 龟裂现象 “冻结膨胀压” 假如外层冰体受不了过大内压时，就会破裂。冻品厚度过大、冻结过快，往往会形成这么龟裂现象。冻结时，表面水首先结冰，然后冰层逐步向内伸展。当内部水分因冻结而膨胀时，会受到外部冻结了冰层阻碍，所以产生内压。龟裂现象 4.1.2食品冻结过程特征食品多元组分冻结平台纯水 1.初始冻结温度 2.当冷却到某一温度时，食品内未冷冻水分数 1.食品初始冻结点温度总是低于零度食品初始结冻点低于零度因为食品中自由水溶有可溶性固形物食品冰点或冻结点(freezing point) 水分含量水分状态拉马尔（Raoult）法则冻结点降低物质浓度成正比多种食品成份 l mol/L溶质↑ 下降1.86℃↓ 不一样食品冰点即使在温度远低于初始冻结点情况下，仍有部分自由水还是非冻结。 2.有部分自由水是非冻结食品中水分纯水全部冻结成冰食品低共熔点水溶液一部分水结成冰余下水溶液浓度升高残留溶液冰点不停下降部分自由水还是非冻结少许未冻结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。 -55~-65℃ 4.1.3 冻结温度曲线初阶段中阶段终阶段初阶段食品大多有一定厚度，冻结对时其表面层温度降得很快，故通常食品不会有稳定过冷现象出现。从初温至冻结点，这时放出是“显热”，显热和冻结过程所排出总热量比较，其量较少，故降温快，曲线较陡。其中还会出现过冷点。 A-S-B 中阶段此时食品中水分大部分冻结成冰，因为水转变成冰时需要排除大量潜热，整个冻结过程中总热量大部分在此阶段放出，故当制冷能力不是很强大时，降温慢，曲线平坦。 B-C 食品冻结时，其中大部分水分是在靠近冻结点温度区域内形成冰晶体，以下降至其中心温度为-5℃时，食品内已经有80%以上水分冻结。而到了后面，水分结冰率随温度改变程度不大。通常把冻结时使水分结冰率发生改变最大温度区域称为最大冰晶生成区。最大冰晶生成区 (zone of maximum ice crystal formation) 终阶段 C-D 从成冰后到终温(通常是-5~ -18℃) 放出热量冰降温水继续结冰曲线有时不及初阶段陡峭 4.1.4冻结率(frozen water ratio) 食品冻结过程中水分转化为冰晶体程度，通常也用水分结冰率（ψ）表示。指是食品冻结时，其水分转化为冰晶体比率。冻结率(frozen water ratio) 冻结过程中水分结冰率和食品温度相关 Ψ=（1-t冰/t）×100% 式中Ψ——结冰率，% t冰——食品冻结点，℃ t——食品低于结冻点某一温度，℃ 冻结率(frozen water ratio) 4.1.5 食品冻结时放热量冻结开始前食品放热量 q1=Co（T初—T冻）冰晶体形成时放热量 q2=WΨr冰冻结食品降温过程中放热量 q3=CT(T冻—T终) 冻结过程中热量传输、食品温度改变和分布食品冻结时食品和冷冻介质之间温差食品内部温差伴随冻结过程发生改变 4.1.6 冻结速度在食品冻结过程存在一个外部冻结层和此层向内部非冻结区扩张推进过程，从而，能够用二者之间界面位移速度来表示物体冻结速度。冻结速度冻结速度快慢通常可用食品中心温度下降时间或冻结层伸延距离来划分。时间划分距离划分时间划分食品中心温度从-l℃下降至-5℃所需时间(即经过最大冰晶生成区时间) 30min以内快速冻结超出30min 慢速冻结对食品组织影响最小距离划分可用单位时间内-5℃冻结层从食品表面伸延向内部距离来判定（冻结速度υ单位cm/h）。 υ≥5~20cm/h 快速冻结 υ=1~5cm/h 中速冻结 υ=0.1~lcm/h 慢速冻结冻结速度计算冻结物体在最终温度时水分冻结量（Ψ终）和物体降温到同一最终温度时所需时间(τ终)比值。冰晶体形成速度 dΨ/dτ 物体任何单位容积内或任意点上单位时间内水分冻结率平均冰晶体形成速度 Ψ终/ τ终食品表面达0℃后，食品温度中心降至比冻结点低10℃所需时间（h）。国际制冷学会对冻结速度定义 υ=L/t L 食品表面和温度中心点间最短距离（cm） t 冻结时间计算式中Z——食品冻结时间，h △i——食品初终温时焓差，kJ/kg ρ——食品密度，kg/m3 △t——食品冻结点和冷却介质温差，℃ X——块状或片状食品厚度;球状或柱状食品直径，m α——放热系数，W/(m2·K) λ——冻结食品导热系数，W/mK P，R ——形状系数冻结时间影响食品冻结时间原因产品大小和形状产品厚度产品初温和终温冷却介质温度产品表面传热系数热熔改变产品热导率冻结速度和冰晶分布情况关系冻结方法冻结介质冻结速度形成冰晶大小和状态冻结速度快水分冰晶较大冰体冰晶体分布不均匀有时间移动冻结速度慢会同时析出形成大量结晶核水分冰晶无时间移动细小针状结晶数量无数分布均匀冻结速度和冰晶分布情况关系冻结方法和冰晶分布情况关系物理改变化学改变机械性损伤细胞溃解气体膨胀蛋白质变性变色 4.2 冻结及冻结速度对冻品质量影响冻结时体积改变胶体性质改变使食品品质下降，产品营养价值、风味和质构全部不一样程度地受到损失。冻结时体积改变 0℃水转变为0℃冰时，体积增加约9%；伴随冻结进行，溶质被不停浓缩而造成结晶析出；非溶质部分如油脂在低温下结晶；细胞内溶解气体因溶剂结晶而过饱和，最终从溶解中逸出。胶体性质改变在高浓度盐作用下发生盐析； pH值改变可能达成一些蛋白质等电点；离子浓度改变干扰了蛋白质胶体电性平衡；和蛋白质结合水分被冻结，蛋白质形成脱水型而不能复原；蛋白质被浓缩并受到机械挤压，相互间脱水聚集而形成沉淀。蛋白质溶解度下降机械性损伤（mechanical damage theory）细胞溃解 (cell rupture theory) “冻结膨胀压” 蛋白质变性食品中结合水是和原生质、胶体、蛋白质、淀粉等结合，在冻结时，水分从其中分离出来而结冰，这也是一个脱水过程，原生质胶体和蛋白质等分子过多失去结合水，分子受压凝集，会破坏其结构，或因为原生质体中无机盐因浓缩作用而使浓度提升，产生盐析作用而使蛋白质变性。气体膨胀 (gas expansion theory) 组织细胞中溶解于液体中微量气体，在液体结冰时发生游离而体积增加数百倍，这么会损害细胞和组织，引发质地改变。变色冻结产品褐变黑变退色美拉德反应酪氨酸酶氧化肌肉肌红蛋白鳕鱼肉褐变虾黑变食品快速冻结优点 1.避免在细胞之间生成过大冰晶体； 2.降低细胞内水分外析，解冻时汁液流失少； 3.细胞组织内部浓缩溶质和食品组织、胶体和多种成份相互接触时间显著缩短，浓缩危害性下降到最低程度； 5.食品在冻结设备中停留时间短，有利于提升设备利用率和生产连续性。 4.将食品温度快速降低到微生物生长活动温度之下，有利于抑制微生物增加及其生化反应；食品快速冻结优点 4.3 食品冷冻中玻璃化转变玻璃态、高弹态和黏流态概念相关食品玻璃态玻璃化转变温度及影响原因玻璃化转变在冷冻食品加工中应用玻璃态、高弹态和黏流态概念玻璃玻璃态将融化后在冷却过程中不发生结晶无机物质非晶态无定形聚合物在较低温度下，分子热运动能量很低，而分子链和链段均处于被冻结状态，这时聚合物所表现出力学性质和玻璃相同，故称这种状态为玻璃态或玻璃化。伴随温度升高至某一温度时，链段运动受到激发，但整个分子链仍处于冻结状态。在受到外力作用时，无定形聚合物表现出很大形变，外力解除后，形变能够恢复。这种状态称为高弹态，又称橡胶态。高弹态玻璃态高弹态温度继续升高，不仅链段能够运动，整个分子链全部能够运动，无定形聚合物表现出黏性流动状态，即黏流态。玻璃态、高弹态和黏流态表现为无定形聚合物三种力学。黏流态高弹态黏流态相关食品玻璃态食品中无定形基质单糖低聚糖多糖蛋白质水盐物理状态食品物理性质和质构玻璃化转变 “食品聚合物科学”理论 (food polymer science) 以食品玻璃化和玻璃化转变温度为关键食品在玻璃态下，造成食品品质改变一切受扩散控制反应速率均十分缓慢，甚至不发生反应。所以食品采取玻璃化保藏，能够最大程度地保留其原有色、香、味、形和营养成份。在玻璃化状态下，分子热运动能量很低，只有较小运动单元，如侧基、支链和链节能够运动，而分子链和链段均处于被冻结状态。在此情况下，物质自由体积分数很小，分子流动阻力较大，从而使体系含有较大黏度，以致整个体系中分子扩散速率很小。保藏机理玻璃化转变温度及影响原因非晶态聚合物玻璃态橡胶态晶态聚合物中非晶部分特征温度 Tg 玻璃化转变温度链段解冻升温冷却冻结微布朗运动玻璃化转变温度两种定义低水分食品 w<20％＞0℃ Tg 高水分或中等水分食品 w>20％ T`g 最大冻结浓缩溶液发生玻璃化转变时温度玻璃化转变温度形成玻璃态固体取决于动力学原因冷却速率足够快达成足够低温度全部材料液体玻璃态固体在冷却过程中，快速经过Tg <T<Tm（室温）结晶区而不发生晶化。必需冷却到T< Tg 玻璃态不一样状态完全玻璃态部分结晶玻璃态最理想状态，细胞内外完全避免了结晶和由此引发多种损伤。整个样品全部形成了玻璃态纯水Tg为-135℃ 溶液浓度增大时 Tg伴随增大部分结晶玻璃态 A点--初始浓度(指质量分数) B点--溶液过冷点，将开始析出冰晶 D点熔融线和玻璃化转变曲线交点影响玻璃化转变温度原因体系组成成份平均分子量增塑剂在低分子量时，高聚物Tg值随平均分子量增加而增大，当分子量超出某一临界值(临界分子量)时，Tg不再依靠于分子量，趋于一个常数。 Tg和冻结食品质量关系冷冻浓缩冷冻食品未冻结部分储存不稳定速冻在通常冻藏温度下，意味着这部分被浓缩基质仍处于高弹态，甚至黏流态，分子链段能自由运动，扩散系数比较大。玻璃化转变在冷冻食品加工中应用冰淇淋冷冻水果传统糯米制品 4.3 食品常见冻结方法静止空气冻结送风冻结接触冻结浸渍冻结间接冻结氟里昂冻结强风冻结直接冻结冰盐混合物冻结液氮冻结液态二氧化碳冻结低温静止空气冻结装置空气自然对流接触传导管架式特点冻结时间长劳动强度大融霜及处理霜麻烦装置周转率低结构简单造价低运行时电耗省送风冻结装置强风冻结装置半送风冻结装置强风冻结装置隧道式传送带式悬浮式（流态床）冻结装置（fluidized freezing）单向直走带式螺旋带式单向直走带式螺旋带式接触冻结装置平板冻结机空心平板板内配蒸发管原料特点不需冷风占空间小单位面积生产率高能源低直接接触冻结法食品（包装或不包装）和不冻液直接接触，食品在和不冻液换热后，快速降温冻结。食品和不冻液接触方法有喷淋法、浸渍法，或两种方法同时使用。冰盐混合物冻结 R12浸渍冻结装置液化气体冻结装置直接接触冻结法浸渍式连续冻结液化气式连续冻结冻结时间短(比空气式快2～3倍) 食品干耗小、色泽好食品卫生问题特点液化气式连续冻结利用沸点很低制冷剂(如液氮及二氧化碳)在极低温下进行变态，吸热蒸发或升华特征，将食品急速冻结下来超急速冻结装置，其类型有隧道式和螺旋式。液浸喷淋蒸汽冷凝 1.冻结速度快、时间短、干耗小、生产率高 2.避免了食品和空气接触，不会产生食品酸化、变色等问题。 3.操作成

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