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2第一章 与速冻食品有关的技术_conv

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第一章 与速冻食品有关的技术
主讲教师：任红涛

第一节 速冻基本原理及其优越性
在专业习惯上，人们把常温降至-100℃以上的制冷技术称之为普通冷冻，简称为普冷；把-100℃一-200℃之间的制冷技术称之为深度冷冻，简称深冷；把-200℃一268.95℃(液氦温度)之间的制冷技术叫低温制冷，简称低温；把液氦温度以下的制冷技术称之为极低温制冷，简称极低温。
在食品速冻加工及冻藏方面主要应用普冷和部分应用深冷。

目前世界上速冻食品尚无一个统一、确定的概念，但专家认为一般速冻食品应具备下述五个要素：
①冻结要在-18一-30℃的温度下进行，并在20min内完成冻结。
②速冻后纳食品中心温度要达到-18℃以下。
③速冻食品内水分形成无数针状小冰晶，其直径应小于100µm。
④冰晶分布与原料中液态水的分布相近，不损伤细胞组织。
②当食品解冻时，冰晶融化的水分能迅速被细胞吸收而不产生汁液流失。

食品不仅是多组分、多相、非均质的物质系统，而且是物理化学性质不稳定的极其复杂的物质系统。
食品中水分根据其特点，分为结合水与自由水（游离水）。根据拉乌尔第二法则，冻结点降低与其物质的量浓度成正比，每增加1M，冻结点下降10.86℃。

食物中冻结过程中，冰晶开始出现的温度为冻结点。

要使食品中的水分全部冻结，一般温度要降到-60℃。从冻结成本考虑．工艺上一般不用这样低的温度。
实用上只要使食品中绝大部分水冻结，就能达到冻藏的要求，所以一般采用-18一-30℃。
-18℃时94％的水分已冻结，而-30℃时97％的水分已冻结。

冻结率（结冰率）
冻结终了食品中的水分的冻结量称为冻结率(又称结冰率)K(％)。它的近似值为：
式中，td和ts分别为该食品的冻结点及其终了温度。

冻结速度
以时间划分，是指食品中心温度从-1℃降至-5℃所需的时间，如在30min之内谓快速冻结，超过30min属于慢速冻结。
以距离划分，是指单位时间内-5℃的冻结层从食品表面向内部推进的距离。时间以小时为单位，距离以厘米为单位，冻结速度v的单位为cm/h。R. Plank把食品冻结速度分为三类：快速冻结v> 5～20cm/h，中速冻结v =1～5cm /h，慢速冻结v=0.1～1m/h。

国际冷冻协会( IIR )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。

低温生物学认为，速冻是指外界的温度降与细胞组织内的温度降保持不定值，并有较大的温差，而慢冻是指外界的温度降与细胞组织内的温度降基本上保持等速。
低温生物学还认为，速冻是指以最快冻结速度通过食品的最大冰品生成区(一般为-1— -5℃)的冻结过程，并以此来解释和划分。

结晶条件
当食品中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，也就是说必须使液相温度降至稍低于冻结点，以造成液体的过冷。
因此过冷现象是发生冰结晶的先决条件，当液体处于过冷状态时，由于某种刺激作用而产生结晶中心。

在稳定的结晶中心形成后，如继续散失热量，那么冰的晶体积不断增大。结晶时相变所放出的热量使水或水溶液的温度由过冷温度升至冻结点温度。
各种含液体的食品均有其不同的过冷临界温度，如畜、禽、鱼平均为-4一-5℃，乳类约为-5一-6℃，蛋类约为-11一-13℃。

冻结速度与冰晶分布的关系
当冻结速度快到使食品组织内冰层推进速度大于水移动速度时，冰晶分布便接近天然食品中液态水的分布情况，且冰晶呈无数针状结晶体。
当慢冻时，由于细胞外溶液浓度较低，因此首先在细胞外产生冰晶，而此时细胞内的水分还以液相残留着。

同温度下水的蒸汽压总大于冰的蒸汽压，在蒸汽压差作用下细胞内的水向冰晶移动，形成较大的冰晶，且分布不均匀。
除蒸汽压差外，还因动物死后蛋白质的保水能力降低，细胞膜的透水性增强，而使水分转移作用加强，从而产生更多、更大的冰晶大颗粒。

冰层推进速度
水移动速度
水分移动方向

大部分食品在-1一-5℃温度范围内几乎80％水分结成冰，此温度范围即所谓的最大冰晶生成区。
研究表明，对保证速冻产品的品质这是最重要的温度区间。为保证食品的冻结质量，应以最快的冻结速度通过最大冰晶生成区。
冻结过程中生成冰结晶的数量和大小对于冻结过程的可逆性程度具有很大的意义。

一般来说，速冻食品具有如下优点：
(1)避免在细胞之间生成大的冰晶体。
(2)减少细胞内水分外析，解冻时汁液流失少。
(3)浓缩残留水的危害性下降。
(4)将食品温度迅速降低到微生物生长、活动温度之下，有利于抑制微生物的繁殖及其生化反应。
(5)食品在冻结设备中停留时间短，有利于提高设备的利用率和连续性生产。

在食品冻结和冻藏中，大粒冰晶体和残留浓缩水两者对冻结食品的危害均较大。大多数食品在温度降低到-1℃时开始冻结，在最高冰结晶生成阶段(-l一-4℃)大部分冰结晶生成。

第二节 影响速冻食品质量的因素
1.初始品质：具备速冻加工条件的食品，其初始品质的好坏直接影响速冻食品的品质。一般认为，韧始品质越好，新鲜度越高，其冻结加工后的品质也就越好。对于果蔬类食品，采摘期、采摘方式、虫害、农药以及成熟度等是影响初始品质的主要因素。
2.收获、屠宰或捕捞后与速冻加工之间的时间间隔
一般来说，收获、隧宰或捕捞后与速冻加工之间的时间间隔越短，速冻食品质量越好。对果蔬类食品，如青刀豆．收获24h后再冻结加工会出现严重的脱水、变色等现象，即使采用较先进的流态化冻结方法进行冻结，其产品质量(尤其是色泽、口感等)也会大大下降。对鱼类食品、变色的原因包括自然色泽的分解和产生新的变色物质。
自然色泽的破坏，如红色鱼皮的退色，冷冻金枪鱼的变色。
产生新的变色物质，如白色鱼肉的褐变、虾类的黑变等。
3.速冻前的加工处理工艺
果蔬类食品冻结前的加工处理包括原料的挑选及整理、清洗、切分、漂烫、冷却等环节。对每一环节必须认真操作，任何操作不当都会影响冻结质量。
例如：挑选、整理原料时，不能食用的部分是否剔除，大小是否均匀；清洗是否符合卫生标准；切分是否整齐；漂烫时间、温度是否达到要求；冷却温度的高低及冻结前需要包装的食品其包装是否严密等。
为保持牛、羊肉类食品的鲜嫩度，速冻的需要在0-2℃的冷却间内预冷却成熟。在此过程中，选择适宜的冷却条件和冷却方式尤其重要。一般认为低温冷却以空气温度0-2℃，湿度86％-92％，流速0.15-0.5m/s为宜。
4.速冻过程中影响品质的各种因素
冻结对食品品质的影响大致有：溶液中溶质的更新分布、冰晶体的形成和长大、残留液的浓缩现象等。但导致这些影响的关键因素是冻结速度。研究表明．冻结速度越快，冻结溶液内溶质的分布往往越趋均匀，产生的冰晶体颗粒越小，解冻后的复原性越好，残留液浓缩的危害性下降。
冷却介质温度的影响
传热系数k值的影响
食品成分的影响
食品尺寸规格的影响
食品冻结终止温度的影响
机械传送方式的影响
5.速冻后续过程中影响品质的各种因素
在速冻后冻藏、运输、销售及家庭食用前的储存过程中，影响速冻食品品质的因素主要是温、湿度的波动及储存方式。
一般食品在速冻过程中，大约90％以上的水分被冻结，微生物与酶的作用被有效地抑制，因此可以长期储存。
但是，如果在上述各环节中出现较大的温、湿度波动(尤其是温度波动发生在-18℃以上)。

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