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食品冷冻冷藏原理和技术综述

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摘 要：食品是人类生命活动不可缺少的物质来源。优质的食品和人的健康有着非常密切的关系，但食品在常温下易受微生物的作用而变质腐烂，因此，食品保藏尤为重要。近年来，社会不断进步，食品工业迅速发展以及人民生活水平不断提高，食品冷冻冷藏技术得到了快速发展。低温保藏食品能最大程度的保持食品的新鲜度和原有风味，对食品品质影响小，是一种安全性高、无污染的保藏方法。
关键词 食品；低温；保藏
一、食品低温保藏的发展史
利用低温来保藏食品是人类在实践中所获得的成就。公元前一千多年，我国就有利用天然冰雪来贮藏食品的记载。人们很早就会利用天然冰来降低食品的温度，以延长食品的贮藏期。但用天然冰雪来保藏食品的方法受到地区和季节的限制，人们曾经千方百计地贮藏冰雪，来延长对天然冰雪的利用时间。利用天然冰雪保藏食品是一种原始的冷藏方法，天然冰的相对温度为0℃，对大多数食品来说，在此温度下无法达到长期贮藏的目的。
冻结食品的产生起源于19世纪上半叶冷冻机的发明。19世纪，美国人David，Boyle和德国人Carl von Linde 分别发明了以氨为制冷剂的压缩式冷冻机。从此人工冷源开始逐渐代替了天然冷源，使食品的冷冻，冷藏的技术手段发生了根本性的变革。
尽管人工制冷技术的出现是19世纪的事情，食品冷冻技术进入商业化应用却是20世纪的事情。20世纪初，美国建立了冻结食品厂。20世纪30年代，出现带包装的冷冻食品。二战的军需，极大地促进了美国冻结食品业的发展。战后，冷冻技术和配套设备不断改进，预制冷冻食品（Prepared frozen food）和欲调理食品（Precooked frozen food）的出现，高效率的解冻加热设备如微波炉的日益普及，使冷冻食品在国外已成为方便食品和快餐的重要支柱。
到了70年代迅速发展，80年代在世界上普及，成为发展最迅速的食品产业，到90年代，冷冻方便食品的产量和销量在有的发达国家已占全部食品的50%以上，逐步取代罐头食品的首要地位，跃居加工食品的榜首。

下面是一张国内外关于食品低温保藏技术的发展表：
国外发展
国内发展
1834年——英国人Jacob Perkins发明压缩式冷冻机，以乙醚作为冷媒，通过人工制冷机制冷来大规模保存食品。
我国的速冻食品则在二十世纪70年代开始，80年代末以来发展较迅速。
1860年——法国人Carra发明了氨压缩式制冷机，之后，美国和德国也相继发明了类似的制冷机。
上海、北京、山东、江苏、福建、浙江、辽宁、河南等地先后建立起相当规模的速冻食品加工企业，冷冻食品的出口及上市量迅速增加。
1877年——法国人Charles Tellier首先以氨压缩式制冷机冷冻牛、羊肉，出现了冷冻食品。
近几年全国的产量每年以25%的速度递增，目前已超过800万吨。我国水产品的速冻和低温冷藏技术的发展亦很迅速，目前为止，20%以上的水产品采用速冻技术加工贮藏。
1930年——出现了冷冻蔬菜。

1945年——出现了冷冻果汁。
20世纪50年代——在美国首先出现速冻食品，后来的发展非常迅速。目前生产和消费量最大的是美国、其次是欧洲国家，亚洲则首推日本。1986年以来，冷冻食品消费平均增长速度最快的是法国，达到10.1%；其次是德国和日本，分别为8.4%和7.5%。

二、食品低温保藏的原理
1、植物性食品低温贮藏原理
呼吸作用是植物性食品变质的主要原因。变质过程主要发生了呼吸作用和耐藏性的问题。要解决上述问题，须控制植物的呼吸作用。要长期贮藏植物性食品，就必须维持它的活体状态，同时又要减弱它们的呼吸作用。低温能够减弱果蔬类食品的呼吸作用，延长贮藏时间。
2、动物性食品低温贮藏原理
动物性食品变质的主要原因是微生物和酶的作用。要解决这个主要问题，需控制微生物的活动和酶对食品的作用。在低温条件下，水分结晶成冰，使微生物的活力丧失而不能繁殖，酶的反应受到严重抑制，其对食品的作用就微小了，食品就可以贮藏较长的时间。所以动物性食品可以通过低温来维持它的新鲜状态。

三、食品低温保藏的前处理——冷却
1、冷却处理的定义
食品的低温保藏技术有两种：冷藏和冻藏，但是无论是冷藏食品还是冻藏食品都需进行冷却的处理，冷却即在尽可能短的时间内，利用低温介质降低食品温度的一种热交换过程。这样做的目的是：转移生化反应热；阻止微生物繁殖；抑制酶的活性和呼吸作用；为后续加工提供合适的温度条件。
为了及时地控制食品无聊的品质，应在植物性食品物料采收后、动物性食品物料屠宰或捕获后尽快地进行冷却，冷却速率一般也应尽可能的快。就创造低温的方法而言，可分为自然降温和人工降温。自然降温是利用自然温度来调节并维持贮藏库内的温度（该法受自然条件的限制，在温暖地区或者高温季节就难以应用）。人工降温贮藏方法主要是采用机械制冷来创造贮藏低温，这样就能够部分寒暑，全年贮藏果蔬，是工业常用的方法。

2、冷却的方法
强制空气冷却法
（1）定义：采用空气作为冷却介质，利用低温空气降低食品温度的方法。为了使冷却室内的温度均匀，一般采用鼓风机式冷却室内的空气形成循环。空气流速愈快，降温的速度愈快。一般空气的流速控制在1.5-5.0m/s的范围。
（2）特点：冷却过程易控制；可实现连续化作业；易引起水分蒸发产生干耗。
真空冷却法
（1）定义：降低环境压力，促使食品表面水分蒸发而降温的方法。使待冷却的食品物料处于真空状态，并保持冷却环境的压力低于食品物料的水蒸汽压，由于水分蒸发带走大量的蒸发潜热，使食品物料的温度降低，当食品物料的温度达到冷却要求的温度后破坏真空以减少水分的进一步蒸发。
（2）特点：冷却迅速，品质好；可以处理散装食品；设备投资大，运行成本高。
水冷却法
（1）定义：以水为介质，降低食品物料温度的方法。将淡水或盐水经过机械制冷或机械制冷和冰制冷相结合制成冷却水，然后用此冷却水通过浸泡或喷淋的方式冷却食品。采用浸泡或喷淋的方法可使冷却水和食品物料的接触均匀，传热快。
（2）特点：冷却速度快而均匀；无干耗；可连续化作业，所需空间小；易引起微生物污染。
冰冷却法
（1）定义：利用冰块融化吸收相变热，降低食品物料温度的方法。为了使传热均匀，并控制食品物料不发生冻结，冷却用的冰一般采用碎冰（≤2cm）。为了防止冰水对食品物料的污染，通常对制冰用水的卫生有严格的要求。
（2）特点：简单易行；冷却后食品物料温度≥0℃；可避免干耗；过程控制困难。

四、食品低温保藏的两种保藏技术
冷藏
（1）定义：食品经过冷却的食品在稍高于食品冰点的温度下贮藏的方法。
（2）前处理：食品物料冷藏前的处理对保证冷藏食品物料的质量非常重要。植物性食品物料的前处理包括：挑选、去杂、分级和包装等。动物性食品物料在冷藏前需要清洗、去除血污以及其他一些在捕获和屠宰过程中带来的污染物，同时降低原料中初始微生物数量，以延长储藏期。
（3）食品物料在冷藏过程中的变化：食品物料在冷藏过程中会发生的变化程度和食品种类、成分、食品的冷却、冷藏条件密切相关。除了肉类在冷却过程中的成熟作用有助于提高肉的品质和果蔬的后成熟可以增加产品风味外，其他变化均会引起食品品质的下降。一般食品物料在冷藏过程中会发生的变化有：水分蒸发，低温冷害和寒冷收缩，组成成分发生变化，变色、变味和变质，微生物的增殖，脂肪的氧化。
冻藏
（1）定义：食品经过冻结后在低于冻结点的温度下贮藏的方法。
（2）前处理：由于冻藏食品物料中的水分冻结产生冰晶，冰的体积较水大，而且冰结晶，而且冰结晶较为锋利，对食品物料（尤其是细胞组织比较脆弱的果蔬）的组织结构产生损伤，使冻结时食品物料产生汁液流失；冻藏过程中的水分冻结和水分损失使食品物料中的溶液增浓，各种反应加剧。因此食品物料在冻藏前，除了采用类似食品冷藏的一般预处理外，往往还需要采取一些特殊的前处理形式，例如：热烫处理，加糖处理，加盐处理，浓缩处理，加抗氧化剂处理，冰衣处理，包装处理。以减少冻结、冻藏和解冻过程中对食品物料质量的影响。
（3）食品物料在冻藏过程中的变化：在冻藏的中，冻结速度的快慢对冻藏食品物料的质量会有一定的影响。例如：体积改变，细胞溃解，冰晶体的机械损伤，溶质的重新分布，水分的变化，蛋白质的变性，变色，营养成分的损失。因此，选择的冻结速度并非越快越好。体积较大、对缓冻影响不敏感的食品不一定采用速冻。同时，原料及前处理方法以及冻藏环境条件对冻藏食品物料也有一定的影响。
（4）食品中常用的冻结方法：主要分为两大类——间接冻结法和直接冻结法。其中间接冻结法又分为：低温静止空气冻结、送风冻结、强风冻结、接触冻结，直接冻结则有浸液式冻结。下面就几种冻结方法进行介绍：
强风冻结：利用高速流动的低温空气，促使食品物料快速散热迅速冻结的方法。
解除冻结：用制冷剂冷却的金属板和食品物料紧密接触，使食品物料冻结的方法。
浸液式冻结法：用制冷剂直接喷淋于食品表面或用液态低温介质浸渍食品，使之冻结的方法。

五、低温处理和保藏的意义
新鲜的食品在常温下存放，由于附着在食品表面的微生物和食品内所含的酶的作用，使食品的色、香、味变差，营养价值降低。如果食品在常温下久放，就会腐败变质，以至完全不能食用。除了微生物和酶引起的变质外，还有非酶引起的变质，如油脂的氧化酸败等。低温能够抑制微生物的生长繁殖和食品中酶的活性，降低非酶因素引起的化学反应的速率，因而能够延长食品的保藏期限。
低温处理和保藏技术是一种古老而又新兴的技术，在食品行业具有广阔的前景。而食品速冻技术是目前国际公认的最佳食品储藏技术，极大的提高了食品的保鲜期限，在食品工业中显示了特有的生命力。随着国家经济的增长，我国的低温处理和保藏技术将会更加完善。

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