食品冷冻保鲜原理与设备(课件)第一章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,食品冷冻保鲜,原理与设备,第一章 冷冻保鲜机理及食品的热力学性质,1-1 食品冷冻保鲜的基本原理,引起食品变质的主要原因是：,（1）微生物（细菌）的作用；,（2)酶的作用；（3）有生命的水果和蔬菜的呼吸作用。,一、温度对微生物(microorganisms)的作用,根据微生物对温度的耐受程度，将其划分为四类(表l-4)，即嗜冷菌(PsychroPhile)、适冷菌(psychrohoph)、嗜温菌(mesophile)和嗜热菌(thermophile)。温度对微生物的生长繁殖影响很大。温度越低、它们的生长与繁殖速率也越低(表15，图19)。当处在它们的最低生长温度时，其新陈代谢活动已减弱到极低的程度，并出现部分休眠状态。,二、水分对微生物的作用,微生物的繁殖和生长与水分活度 密切相关。表示基质中所含水分能为微生物活动所运用的比例，可表示为：,（1-1）,式中：P基质中所含多扩散性溶液的水蒸气分压；,P0与P温度相同时的纯水的水蒸气分压。,平衡状态时，水分活度恰巧与周围空气中以百分数表示的相对湿度的1/100相同。降低水分活度可抑制微生物的繁殖和生长。,使食品内可用水降低到微生物的最低水分活度以下的主要方法有：,（1）降低温度,，因为温度降低后，促使食品附近的相对湿度降低,从而导致食品表面干燥，使表层的可用水降低到 以下；,（2）增加溶质,；,（3）增加亲水胶体,；,（4）使水结成冰晶体,，从而使可用水不再被微生物细胞所利用。,因此，降低,温,度可抑制微生物的繁殖与生长，但对大部分微生物没有致命作用。而速冻所造成的“冷冲击”可杀死的微生物至少达,5060%,。,三、温度对酶活性(enzyme activity)的影响,食品中的许多反应都是在酶的催化下进行的，这些酶中有些是食品中固有的，有些是微生物生长繁殖中分泌出来的。温度对酶活性(即催化能力)影响最大，40-50 时，酶的催化作用最强。随着温度的升高或降低，酶的活性均下降(图110)。一般来讲，在0-40 范围内，温度每升高l0K，反应速度将增加1-2倍。一般最大反应速度所对应的温度均不超过60 。当温度高于60时，绝大多数酶的话性急剧下降。过热后，酶失活是由于酶蛋白发生变性的结果。而温度降低时，酶的活性也逐渐减弱。,例如，若以脂肪酶40 时的话性为1，则在12 时降为0.01；在30 时降为0.001。,酶活性虽在冷冻冷藏中显著下降，但并不说明酶完全失活，在长期冷藏中，酶的作用仍可使食品变质。一般采用18 作为贮藏温度，对于多数食品在数周至数月内是,安全可行的。,1-2 食品冷冻工艺流程,食品速冻工艺流程如图1所示。,冻前预处理,因为水果、蔬菜中含有酵素，所以要对其进行杀菁（Blanching）处理，通常用80100,的热水或蒸气对其进行加热，以杀死存于细胞中的过氧化氢酵素及过氧化酵素，同时也能杀死未造成胞子的一般细菌的9599%。经杀菁处理后的原料应立即用冷风或冷水进行冷却，使原料的温度迅速降至0,，然后再进行冻结。,原料,预冷,筛选,处理,冻结,包冰,包装,包装,装箱,包装,冻结,装箱,冷却,调理,包装,冻结,装箱,冷,藏,1-3 食品的热物性,一、比热,1.含有多种成份的食品的比热，可用下式计算：,（1-2）,式中：,C,p,定压比热;（Kcal/kg,）,C,i,每种成分的定压比热;,b,i,每一种成分的重量百分比(%);,n,组成食品成分的总数.,2,、高于冻结点温度的食品的比热的计算,（13）,式中：,C,b,高于冻结点温度时，食品的比热；,C,W,水的比热，C,W,=4.19KJ/kg,k；,W,n,食品的含水量，（%）；,C,s,干食品的比热，C,s,=1.47KJ/kg,k；,S食品中干物质的含量（%）.,其中，干食品的比热与温度的关系由下式给定：,（1-4）,3,、低于冻结点温度下食品的比热的计算,(1-5),式中：C,ic,冰的比热，C,ic,=2.09KJ/kg,k；,J冻结成冰的水量（%）；,C,e,低于冻结点温度时，食品的比热。,4、冻结全过程食品比热的计算,(1-6),式中,L,水的冻结热，,L,=334.4KJ/kg;,m,食品的含水量，（kg）；,W,2W,1,分别是在,t,2,温度和,t,1,温度时，冻结成冰的水量的百分比(%)，,t,2,-t,1,=,1,食品材料的热物理数据,一、比热容,表36中列出了部分食品材料的比热容数据，但应当指出这些并非实验数据，是按近似公式计算得到的。,二、融解潜热,非脂肪食品或食品成分的融解潜热由下式表示：,式中：计算的融解潜热，Kcal/kg;,80水的融解潜热，Kcal/kg；,X固化水的重量，kg/kg食品。,动物食品脂肪的融解潜热为3050kcal/kg。,三、焓,在计算冷冻量和冷却速度时，必需考虑总的含热量，即焓。在降温过程中，焓差的计算可用下式表示：,（1-7）,式中：Q降温过程中从食品中带走的总热量，Kcal；,m食品重量，kg；,焓差，,温度为 时的焓，Kcal/kg；,温度为 时的焓，Kcal/kg；,脂肪食品冷却或冻结时的焓差可由（1-8）式表示：,（1-8）,式中，脂肪食品的总焓差，Kcal/kg；,f无水脂肪或油的相对重量，kg/kg脂肪食品；,无水脂肪或油的焓差（可由图1-2查得）,食品非脂肪部分的焓差（可由表1-2查得）,对于含有多种成分的食品，其焓差可用下式计算：,（1-9）,式中：每一种食品成分的焓差，kcl/kg；,每一种食品成分的相对重量，kg/kg食品；,n,食品成分的总数。,四、导热系数,由于食品组成的不均匀和各向异性，其导热系数的测定较为困难，一般讲食品的导热系数随着温度的降低而增加，其原因是食品中的水分结冰后，导热系数增大了，水的导热系数是0.58W/m,k，而冰的导热系数是2.33W/m,k。,1-4 食品热物性参数的测定,同时测定食品的比热、导热系数和导温系数的方法是瞬态法，它的前提是：（1）样品材质均匀；（2）样品具有规则的几何形状；（3）样品的初始温度均匀；（4）环境温度不随时间变化；（5）表面换热系数不随时间而变；样品的热物性不随温度和时间而变。,在一维无限大平板的非稳态导热过程中，其温度响应为：,（,1-10,）,式中，样品中某点,x,处的无量纲温度；,样品中某点,x,处的温度；,环境温度；,样品的初始温度；导温系数；,与样品的几何尺寸有关的系数，是,x,的函数；,无因次时间，Fourier数；,特征尺寸；,超越方程 的第,n,个根。,毕渥数。,当 时，取（1-10）式右边无穷级数的第一项所引起的误差不超过1%，于是上式可写成：,（1-11）,对于三维问题，其温度响应等于三个方向上一维问题温度响应的乘积，即：,（,1-13,）,分别对上式两边取对数得：,（,1-14,）,由上式可见，样品中任意点处的无量纲温度的对数随时间的变化是线性的，其斜率为：,（,1-15,）,由（1-15）可得导温系数的表达式为：,（1-16）,若样品为立方体，则 。再由毕渥数的定义：，由于样品是各向同性的，所以三个方向上的 也相等，因此（116）式即为,（1-17）,为确定(1-17)式中 ，在实验中，用同一食品做一个小样品，使满足 ，从而可用集总参数法来分析其温度响应。在 时，样品的瞬时温度响应为：,（,1-18,）,式中：,A,样品的横截面积；,V,样品的体积；,样品的密度；,C,样品的比热。,分别对（1-18）两边取对数，可得：,（1-19）,上式为样品无因次温度的对数随时间变化的关系式，这一线性关系可由实验测得，并可求出其斜率。,（,1-20,）,由 ，可得：,（1-21）,所以,（1-22）,将（1-17）代入（1-22）可得：,（,1-23,）,又，所以可得下式：,（,1-24,）,从（1-24）式求出 后，再代入（1-17）式，便可求得导温系数 。,为同时测量样品的比热 C，在实验中可用热物性已知的材料，如紫铜，做一尺寸足够小的试样，使其满足 ，以便用集总参数法分析其温度的响应。,与上述食品的温度响应相同，可得紫铜的温度响应为：,（,1-25,）,式（1-25）的斜率为：,（,1-26,）,由（1-26）可求得表面换热系数 h:,(1-27),将（1-27）代入（1-20）可得食品的比热表达式：,(1-28),最后，由的值求出食品的导热系数,k,：,(1-29),