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第四章 食品冷冻保藏

概论
一、冷却食品和冻结食品
冷却食品不需要冻结，是将食品温度降到靠近冻结点，并在此温度下保藏食品。
冻结食品，是冻结后在低于冻结点温度保藏食品。
冷却食品和冻结食品合称冷冻食品，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。
二、冷冻食品特点
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，在发达国家占相关键地位，在发展中国家发展快速。
三、低温保藏食品历史
公元前一千多年，中国就有利用天然冰雪来贮藏食品记载。
冻结食品产生起源于19世纪上半叶冷冻机发明。
1877年，Charles Tellier（法）将氨-水吸收式冷冻机用于冷冻阿根廷牛肉和新西兰羊肉并运输到法国，这是食品冷冻首次商业应用，也是冷冻食品首度问世。
20世纪初，美国建立了冻结食品厂。20世纪30年代，出现带包装冷冻食品。二战军需，极大地促进了美国冻结食品业发展。战后，冷冻技术和配套设备不停改善，冷冻食品业成为方便食品和快餐业支柱行业。
20世纪60年代，发达国家组成完整冷藏链。冷冻食品进入超市。冷冻食品品种迅猛增加。
中国在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，家用冰箱和微波炉普及，销售用冰柜和冷藏柜使用，推进了冷冻冷藏食品发展；90年代冷链初步形成；品种增加，产量大幅度增加。

第一节 食品低温保藏基础原理
食品原料有动物性和植物性之分。
食品化学成份复杂且易变。
食品因腐烂变质造成损失惊人。
引发食品腐烂变质三个关键原因。
一、低温对微生物影响
微生物对食品破坏作用。
微生物在食品中生长关键条件：液态水分；pH值；营养物；温度；降温速度。
低温对微生物作用：低温可起到抑制微生物生长和促进部分微生物死亡作用。但在低温下，其死亡速度比在高温下要缓慢得多。通常认为，低温只是阻止微生物繁殖，不能根本杀死微生物，一旦温度升高，微生物繁殖也逐步恢复。
降温速度对微生物影响：冻结前，降温越快速，微生物死亡率越高冻结点以下，缓冻将造成剩下微生物大量死亡，而速冻对微生物致死效果较差。
二、低温对酶活性影响
酶作用效果因原料而异。
酶活性随温度下降而降低。
通常冷藏和冻藏不能完全抑制酶活性。
三、低温对非酶原因影响
多种非酶促化学反应速度，全部会因温度下降而降低。

第二节 食品冷却
一、 冷却目标
植物性食品冷藏保鲜；肉类冻结前预冷；分割肉冷藏销售；水产品冷藏保鲜。
二、冷却方法
1、冷风冷却
用于果蔬类高温库房
肉类冷风冷却装置
隧道式冷却装置
2、冷水冷却
浸入式
喷雾式
淋水式
优缺点
3、碎冰凉却
特点
冰种类
操作关键点
适用
4、真空冷却
原理
结构示意
操作
特点
5、液体食品物料冷却
特点：间接冷却
冷却介质
冷却器：间歇式、连续式
6、其它冷却方法
接触冷却
辐射冷却
低温学接触冷却
三、冷却过程冷耗量
食品冷却过程中总冷耗量，即由制冷装置所带走总热负荷QT：
QT=QF+QV
QF：冷却食品冷耗量；QV：其它多种冷耗量，如外界传入热量，外界空气进入造成水蒸气结霜潜热，风机、泵、传送带电机及照明灯产生热量等。
食品冷耗量：
QF=QS+QL+QC+QP+QW
QS：显热；QL：脂肪凝固潜热；QC：生化反应热；QP：包装物冷耗量；QW：水蒸气结霜潜热；
食品显热：
QS=GCO（TI－TF）
G：食品重量；CO：食品平均比热；TI：冷却食品初温；TF：冷却食品终温。
四、冷却速度和冷却时间
自学。
理论基础：传热。
方法：根据食品形状和冷却装置形式，分别研究平板状食品、圆柱状食品和球状食品传热过程，从而计算食品冷却速度和冷却时间。
五、气调贮藏
定义：食品原料在不一样于周围大气（21% O2、0.03% CO2）环境中贮藏。通常和冷藏结合使用。
用途：延长季节性易腐烂食品原料贮藏期。
机理：采取低温和改变气体成份技术，延迟生鲜食品原料自然成熟过程。
1、气调贮藏生理基础：
降低呼吸强度，推迟呼吸高峰；
抑制乙烯生成，延长贮藏期；
控制真菌生长繁殖；
若氧气过少，会产生厌氧呼吸；二氧化碳过多，会使原料中毒。
2、气调贮藏方法：
(1)自然降氧法（Modified Atmosphere Storage）
果蔬原料贮藏于密封冷藏库中，果蔬本身呼吸作用使库内氧量降低，二氧化碳量增加。
用吸入空气来维持一定氧浓度。
用气体洗涤器来除去过多二氧化碳：碱式，让气体经过4~5%NaOH；水式，让气体经过低温流动水；干式，让气体经过消石灰填充柱。
（2）快速降氧法（Controlled Atmosphere Storage）
在气体发生器中用燃烧丙烷方法来制取低氧高二氧化碳气体；将气体通入冷藏库中；库中常保持负压。
待藏原料入库时，即处于最适贮藏气体气氛，尤其适适用于不耐藏但经济价值高原料，如草莓。
（3）混合降氧法
先用快速降氧法将冷藏库内氧气降低到一定程度；原料入库，利用自然降氧法使氧含量深入降低。
既可控制易腐原料早期快速腐烂，又降低生产成本。
（4）包装贮藏法
a）生理包装：将原料放进聚乙烯套袋，并密封。利用原料呼吸作用和气体透过袋壁活动，维持适宜气体气氛。
B）硅气窗包装：用带有硅橡胶厚质袋包装原料，并密封。因气体交换只经过硅窗进行，所以改变硅窗面积，就能够维持不一样气体气氛。
六、冷藏中改变及技术管理
1、冷藏时改变
（1）水分蒸发
（2）冷害
（3）串味
（4）生化作用
（5）脂类改变
（6）淀粉老化
（7）微生物增殖
2、冷藏技术管理
（1）冷藏温度
（2）冷藏间相对湿度
（3）冷藏间空气流速

第三节 食品冻结
一、冻结点和冻结率
冻结点：冰晶开始出现温度
食品冻坚固质是其中水分冻结。食品中水分并非纯水。依据Raoult稀溶液定律，质量摩尔浓度每增加1 mol/kg，冻结点就会下降1.86℃。所以食品物料要降到0℃以下才产生冰晶。温度-60℃左右，食品内水分全部冻结。
在-18~ -30℃时，食品中绝大部分水分已冻结，能够达成冻藏要求。低温冷库贮藏温度通常为-18℃~ -25℃。
冻结率：冻结终了时食品内水分冻结量（%）
K=100（1－TD/TF）
TD和TF分别为食品冻结点及其冻结终了温度
二、冻结曲线
冻结曲线表示了冻结过程中温度随时间改变。
过冷现象，过冷临界温度。
冷冻曲线三个阶段：初始阶段，从初温到冰点；中间阶段，此阶段大部分水分陆续结成冰；终了阶段，从大部分水结成冰到预设冻结终温。
三、冻结时放出热量
冻结终温。
热量三个组成部分：冷却时热量qc；形成冰时放出热量qi；自冰点至冻结终温时放出热量qe。
单位质量食品总热量：q=qc+qi+qe ，G kg食品冻结时总热量：Q=Gq，或用焓差法表示：Q=G（i2-i1），i1及 i2分别为食品初始和终了状态时焓值。
冻结时总热量大小和食品中含水量亲密相关，含水量大食品其总热量亦大。
四、冻结速度
1、速冻定性表示。
2、速冻定量表示：以时间划分和以推进距离划分两种方法。
国际制冷学会冻结速度定义：食品表面和中心点间最短距离，和食品表面达成0℃后至食品中心温度降到比食品冻结点低10℃所需时间之比。
3、多种冻结器冻结速度：通风冷库，0.2 cm/h；送风冻结器，0.5~3 cm/h；流态化冻结器，5~10 cm/h；液氮冻结器，10~100 cm/h。
4、冻结速度和冰晶
冻结速度快，食品组织内冰层推进速度大于水移动速度，冰晶分布靠近天然食品中液态水分布情况，冰晶数量极多，呈针状结晶体。
冻结速度慢，细胞外溶液浓度较低，冰晶首先在细胞外产生，而此时细胞内水分是液相。在蒸汽压差作用下，细胞内水向细胞外移动，形成较大冰晶，且分布不均匀。除蒸汽压差外，因蛋白质变性，其持水能力降低，细胞膜透水性增强而使水分转移作用加强，从而产生更多更大冰晶大颗粒。
速冻形成冰结晶多且细小均匀，水分从细胞内向细胞外转移少，不至于对细胞造成机械损伤。冷冻中未被破坏细胞组织，在合适解冻后水分能保持在原来位置，并发挥原有作用，有利于保持食品原有营养价值和品质。
缓冻形成较大冰结晶会刺伤细胞，破坏组织结构，解冻后汁液流失严重，影响食品价值，甚至不能食用。
最大冰晶生成带：指-1~ -5℃温度范围，大部分食品在此温度范围内约80%水分形成冰晶。研究表明，应以最快速度经过最大冰晶生成带。
五、冻结时间
平板状食品冻结时间计算式：
t=（qiγ/2ΔT）(L/α+L2/4λ)
式中，L、x---厚度（m），
t---冻结时间（h），
α---食品表面放热系数（kJ/m2h℃），
λ---已冻结食品导热系数（kJ/mh℃）
圆柱状及球状食品冻结时间计算式分别为：
t=（qiγ/4ΔT）(d/α+d2/4λ)
t=（qiγ/6ΔT）(d/α+d2/4λ)
式中d分别为圆柱及球直径。
将上述公式引入合适系数就能得到适适用于三种几何形状通用计算式（式3-1）：
t=（qiγ/ΔT）(Px/α+Rx2/λ)
式中，P和R为被冻物几何形状参数。
国际制冷学会推荐冷冻时间计算公式（式3-2）：

焓差值Di可查相关手册。
六、冻结方法
按生产过程特征分，冻结系统可分为批量式、半连续式和连续式三类。
按从产品中取出热量方法，冻结方法可分为吹风冻结、表面接触冻结和低温冻结这三种基础类型，和它们组合方法。
1、吹风冻结
吹风式冻结装置用空气作为传热介质。可分为批量式（冷库，固定吹风隧道，带推车吹风隧道）和连续式（直线式、螺旋式和流化床式冻结器）。
2、金属表面接触冻结
产品和金属表面接触进行热交换，金属表面则由制冷剂蒸发或载冷剂吸热来进行冷却。冻结方法和吹风冻结相比有两个优点：传热效果好；不需配置风机。但这种方法不适适用于不规则形状产品冻结。根据结构形式，金属表面接触冻结装置可分为三种关键类型：带式，板式和筒式。
3、低温冻结
低温冻结采取液氮或液态二氧化碳作为制冷剂，常见于：1）小批量生产，2）新产品开发，3）季节性生产，和4）临时超负荷情况。相对较低温度能够使产品快速冻结，对确保产品质量和降低干耗全部是十分有利；但设备投资和运行费用较高。低温冻结设备则能够是箱式，直线式，螺旋式或浸液式。
七、冻结和冻藏中改变及技术管理
冻结时，因为冰晶体形成，食品物理性质发生了改变，并进而影响到食品其它性质。
因为冻藏时间长，其间发生一系列改变会显著影响到食品品质。
1、冻结和冻藏中改变
（1）体积膨胀和内压增加
（2）比热下降
（3）导热系数增大
（4）溶质重新分布
（5）液体浓缩
（6）冰晶体成长
（7）滴落液（drip）
（8）干耗
（9）脂肪氧化
（10）变色
2、冻藏技术管理
冻藏温度（正确选择、恒定）
冻藏间相对湿度（95%）
冻藏间空气流速（自然循环）
堆垛密度（越紧密越好）
包装或保护层（涂冰）
降低人员出入和电灯开启
用臭氧消除库内异味（2~6 mg/m3）

第四节 食品回热和解冻
回热：冷藏食品温度回升至常温过程，是冷却逆过程。
解冻：冻结食品温度回升至冻结点以上过程，是冻结逆过程。
一、回热
回热目标：预防食品在出库后因为表面水分凝结而遭受污染及变质。
回热处理时控制标准：和食品表面接触空气露点应一直低于食品表面温度。回热空气应连续或分阶段进行除湿和加热。
回热处理空气相对湿度不能低，以尽可能降低回热时食品干耗。
小批量且立即要处理物料可不用回热。
二、解冻
冻制食品解冻就是使食品内冰晶体状态水分转化为液态，同时恢复食品原有状态和特征工艺过程。
解冻时必需尽最大努力保留加工时必需品质，使品质改变或数量上损耗全部降低到最小程度。
解冻温度曲线。
和冻结过程相类似，-5~-1℃是冰晶最大融解带，也应立即经过，以免食品品质过分下降。
解冻介质温度不宜太高，通常不超出10~15 ℃。
1、空气解冻
2、水解冻：
3、接触式解冻
4、内部加热式解冻
5、组合式解冻