工藝技術(shù)_冷凍工藝學(xué)技術(shù)培訓(xùn)課程

第四章 食品的低溫保藏 緒論掌握食品低溫保藏的原理掌握食品冷卻與冷藏方法及其質(zhì)量控制掌握食品凍結(jié)與凍藏方法及其質(zhì)量控制了解食品解凍過程、方法及其質(zhì)量控制第一節(jié) 緒論我國古代的冷藏技術(shù) 制冷技術(shù)的發(fā)展歷史 國內(nèi)外冷凍食品的發(fā)展現(xiàn)狀 食品冷藏與凍結(jié)技術(shù)的發(fā)展 是一門使用人工制冷技術(shù)來降低溫度以保藏食品和加工食品的科學(xué)，即它是專門研究如何使用低溫條件來達到最佳地保藏食品和加工食品的方法，以使各種食品達到最大保鮮程度。冷凍工藝學(xué)我國古代的冷藏技術(shù) 戰(zhàn)國時期銅冰鑒 1977年于湖北隨縣曾侯乙墓出土一件冰酒器。漢朝人們已經(jīng)掌握了用地窖來貯藏天然冰的技術(shù)。 大富人家，地下有冰室，室有數(shù)井，井深十五丈，用于藏冰及石墨。由此可見，在一千七百多年前的三國時代，利用天然冰雪來降溫和保藏食品的規(guī)模已經(jīng)相當(dāng)可觀，這在當(dāng)時世界上是首屈一指的。 唐朝之后天然冰雪作為冷源已經(jīng)被廣泛利用馬可波羅行記13世紀(jì)明代運河兩岸修建冰庫清代光緒年間，北京已專設(shè)冰窖我國北方某些地方仍有采用。制冷技術(shù)的發(fā)展歷史 1834年英國人Jacob Perhking發(fā)明了以乙醚為冷媒的壓縮式冷凍機，他是世界上第一部實用的冷凍機。1860年法國人發(fā)明以氨為制冷劑，以水為吸收劑的壓縮式冷凍機。1872年美國人David、Boyle與德國人Carl Von Lnde分別單獨發(fā)明以氨為冷媒的壓縮式冷凍機。這些冷凍機當(dāng)時為制冰機使用，代替天然冷源。18771878年法國人Charles Tellier為解決把牛羊肉從新西蘭和阿根廷等國運回法國，開始用氨吸收式冷凍機。1930年以來，在家用冰箱上，大量使用無毒、無味的氟利昂制冷劑，它不像氨氣那樣有爆炸的危險。但氟利昂易破壞臭氧層，所以又推出了溴化鋰、含氫氟烴等冷媒。20世紀(jì)70年代，出現(xiàn)了液態(tài)氮和液態(tài)二氧化碳作為冷媒的制冷技術(shù)，它可以直接噴灑在食品的表面，不僅可以急冷，而且可以進行深冷，如果用液氮利用得到-196的低溫。食品冷藏與凍結(jié)技術(shù)的發(fā)展冷凍食品的形式不斷得到改進 凍結(jié)方式的改進 冷源的制冷裝置也有新的突破 對于各種食品的冷凍、冷藏、運輸、銷售等各個環(huán)節(jié)的溫度條件有了進一步的認(rèn)識 國內(nèi)外冷凍食品的發(fā)展現(xiàn)狀 中國1891年在上海制造人造冰 19151916年，上海、南京、漢口等地先后建成了由外國資本經(jīng)營的凍蛋、凍肉、凍家禽廠 。到1933年，這類冷庫增加到3035座。 20世紀(jì)60年代和80年代兩個重要的發(fā)展階段 制冷自1999年起，全國連鎖超市中銷售的食品日用品中，速凍食品銷售額均名列第一。 速凍食品 從1995年起，我國速凍食品的年產(chǎn)量每年以20的幅度遞增，成為90年代發(fā)展最快的食品加工業(yè)，速凍食品年產(chǎn)量接近1000萬噸。近年來，我國現(xiàn)有各類速凍食品生產(chǎn)廠家近2000家，年銷售額達100億元。 20世紀(jì)70年代初速凍蔬菜20世紀(jì)80年代初速凍點心速凍調(diào)理食品20世紀(jì)90年代初速凍餃子速凍餛飩速凍湯圓國內(nèi)速凍食品存在的問題產(chǎn)品品種亟待增加 中國，150多個品種 美國，速凍食品多達2700多種 日本的速凍食品據(jù)說有3100多種 質(zhì)量、風(fēng)味有待提高 慢凍食品粘連現(xiàn)象 購買者購買的首要原因是因為方便，至于對于產(chǎn)品口味的評價，只有9的購買者表示“好吃”或“很好吃”。 打折促銷 包裝有待升級 塑料袋包裝已不符合當(dāng)今世界食品包裝潮流，紙盒包裝是新的發(fā)展趨勢。 美國用于速凍食品包裝的紙盒內(nèi)外表層都涂有一種可耐249攝氏度高溫的塑料膜，這種包裝可在微波爐和普通烤箱中加熱，其成本也較低。 美國人均年消費冷凍食品2000年已達63.6kg世界第一位日本韓國臺灣省l0kg以上英、法、德等歐盟國家2040kg如何理解冷凍食品比新鮮食品更新鮮，冷凍被認(rèn)為是保存食物的最佳方式 這是因為商業(yè)化冷凍的農(nóng)產(chǎn)品是在成熟度和營養(yǎng)價值最高時候采收，直接送到最近的冷凍工廠立即處理而得以保存其營養(yǎng)成分。 第二節(jié) 食品冷凍保藏原理 新鮮的食品在常溫下存放，由于附著在食品表面的微生物作用和食品內(nèi)所含酶的作用，使食品的色、香、味和營養(yǎng)價值降低，如果久放，能促使食品腐敗或變質(zhì)，以致完全不能食用，這種變化叫做食品變質(zhì)。1.引起食品腐敗變質(zhì)的主要因素生物學(xué)因素 化學(xué)因素 其他因素 微生物 酶的作用 非酶作用 氧化作用 溫度 水分 光 乙烯 外源污染物 物理因素 害蟲和嚙齒動物害蟲對于食品儲藏的危害性很大某些食品儲藏?fù)p耗加大的直接原因 由于害蟲的繁殖、遷移，以及他們所遺棄的排泄物、皮殼和尸體等還會嚴(yán)重污染食品，使食品喪失商品價值。 目前對食品危害性大的害蟲有甲蟲類、蛾類、蟑螂類和螨類。酶的作用 多聚半乳糖醛酸酶：催化果膠中多聚半乳糖醛酸殘基之間的糖苷鍵水解，導(dǎo)致組織軟化酯氧合酶：催化脂肪氧化，導(dǎo)致臭味和異味產(chǎn)生果膠甲酯酶：催化果膠中半乳糖醛酸酯的脫酯作用，可導(dǎo)致組織硬化 抗壞血酸酶：催化抗壞血酸氧化，導(dǎo)致營養(yǎng)素的損失葉綠素酶：催化葉綠醇環(huán)從葉綠素中移去，導(dǎo)致綠色的丟失酶的作用 非酶作用 美拉德反應(yīng)焦糖化反應(yīng)抗壞血酸氧化抗壞血酸氧化脫氫抗壞血酸氨基酸美拉德反應(yīng)紅褐色產(chǎn)物抗壞血酸缺氧酸性條件糠醛聚合褐色物質(zhì)溫度范特霍夫(Vant Hoff)規(guī)則即溫度每升高10，化學(xué)反應(yīng)的速度增加24倍。Q10=(t+10)/t（temperature coefficient）反應(yīng)速度常數(shù)與絕對溫度成指數(shù)關(guān)系 故降低食品的環(huán)境溫度，就能降低食品中化學(xué)反應(yīng)速度，延緩食品的質(zhì)量變化，延長儲藏壽命。溫度系數(shù) 2. 柵欄技術(shù)2.1柵欄技術(shù)的提出 變質(zhì)食品食品加工、儲運、銷售和消費 低溫保藏、罐藏、濃縮保藏、化學(xué)保藏、發(fā)酵保藏、輻照保藏 柵欄因子（hurdle factor）高溫處理（F）低溫冷藏（t）降低水分活度（AW）酸化（pH值）低氧化還原電勢（Eh）添加防腐劑（Pres）競爭性菌群輻照德國肉類研究中心Leistnrer（1976）提出的 障礙因子 柵欄效應(yīng) 從微生物學(xué)角度考慮，柵欄效應(yīng)（hurdle effect）是指在保藏食品的數(shù)個柵欄因子中，它們單獨或相互作用，形成特有的防止食品腐敗變質(zhì)的“柵欄”（hurdle），使存在于食品中的微生物不能逾越這些“柵欄”。這種食品即是穩(wěn)定和安全的。柵欄效應(yīng)的例子 理想化柵欄效應(yīng)模式 較為實際型柵欄效應(yīng)模式 初始菌數(shù)低的食品柵欄效應(yīng)模式 初始菌數(shù)多或營養(yǎng)豐富的食品柵欄效應(yīng)模式 柵欄效應(yīng)的例子 柵欄效應(yīng)的例子 經(jīng)過熱處理而又殺菌不完全的食品柵欄效應(yīng)模式 柵欄順序作用模式 柵欄效應(yīng)的例子 柵欄協(xié)同作用模式 柵欄效應(yīng)是食品保藏性的根本所在 柵欄效應(yīng)揭示了食品保藏的基本原理 食品防腐可利用的柵欄因子很多，但就每一類食品而言，起重要作用的因子可能只有幾個，因通過科學(xué)分析和經(jīng)驗積累，準(zhǔn)確地把握其中的關(guān)鍵因子。研究的思路 對于一種穩(wěn)定性高、保藏性好的食品，AW 、pH值、t、Pres等柵欄因子的聯(lián)合或復(fù)雜的交互作用，對抑制微生物生長、繁殖、產(chǎn)毒起著關(guān)鍵的作用，任何單一因子都不足以抑制微生物的危害。柵欄技術(shù)的應(yīng)用 用于食品加工和保藏中的微生物控制 用于食品加工、保藏中的工藝改造 新產(chǎn)品開發(fā) 3. 食品低溫保藏原理 微生物繁殖和酶的活動都與溫度有關(guān)，隨著溫度降低，特別是食品在凍結(jié)時，生成的冰晶體使微生物細(xì)胞受到破壞，使微生物喪失活力不能繁殖，甚至死亡；同時酶反應(yīng)受到嚴(yán)重抑制，失去催化能力，甚至被破壞。其他反應(yīng)如呼吸作用、氧化等也隨溫度的降低而顯著減慢。因此，食品就可在低溫條件下長期儲藏而不會腐敗變質(zhì)。 3.1 低溫對微生物的影響608055754045嗜熱微生物（thermophile）405025401015嗜溫微生物（mesophile）20401020-105嗜冷微生物(psychrophile)舉 例最高溫度最適溫度最低溫度類 群 微生物的適應(yīng)生長溫度（）溫泉、堆肥中微生物腐敗菌、病原菌水和冷庫中的微生物 微生物對于低溫的敏感性較差。絕大多數(shù)微生物處于最低生長溫度時，新陳代謝已減弱到極低的程度，呈休眠狀態(tài)。 進一步降溫，就會導(dǎo)致微生物的死亡，不過在低溫下，它們的死亡速度比在高溫下緩慢得多。 低溫對微生物影響的一般情況低溫對微生物影響的特殊情況 少數(shù)微生物能在一定的低溫范圍還可以緩慢生長。溫度在6時幾乎能阻止所有食物中病原菌的生長，但有一些嗜冷菌尚能緩慢生長。 3.2 低溫對酶活性的影響 食品中的許多反應(yīng)都是在酶的催化下進行的，而酶的活性(即催化能力)和溫度有密切關(guān)系。大多數(shù)酶的適宜活動溫度為3050。隨著溫度的升高或降低，酶的活性均下降 。溫度系數(shù)Q10 溫度系數(shù)Q10可衡量因溫度而發(fā)生變化的酶的活性： Q10=K2/K1K2為溫度增加到T+10K時酶活性所導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)率。Q10為溫度每增加10K時因酶活性變化所增加的化學(xué)反應(yīng)率；K1為溫度T時酶活性所導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)率；幾種水果呼吸速率的溫度系數(shù)Q10 部分蔬菜呼吸速率的溫度系數(shù)Q10 低溫對酶活性影響的情況 酶活性在冷凍、冷藏中雖有顯著下降，但并不說明酶完全失活，即低溫對酶并不起完全的抑制作用，在長期冷藏中，酶的作用仍可使食品變質(zhì)。 3.3低溫對其他變質(zhì)因素的影響氧化作用、生理作用、蒸發(fā)作用、機械損害、低溫冷害等。 無論是細(xì)菌、霉菌、酵母菌等微生物引起的食品變質(zhì)，還是由酶引起的變質(zhì)以及其他因素引起的變質(zhì)，在低溫的環(huán)境下，可以延緩、減弱它們的作用，但低溫并不能完全抑制它們的作用，即使在凍結(jié)點以下的低溫，食品進行長期儲藏，其質(zhì)量仍然有所下降。低溫保藏對食品貯藏的影響第三節(jié) 食品冷藏工藝技術(shù)食品的冷卻食品的冷藏食品在冷藏過程中的質(zhì)量變化食品冷藏工藝食品的冷卻和冷藏冷卻 是冷藏的必要前處理，其本質(zhì)上是一種熱交換的過程，冷卻的最終溫度在冰點以上。 冷藏 是冷卻后的食品在冷藏溫度(常在冰點以上)下保持食品品質(zhì)的一個儲藏方法。 3.1食品的冷卻冷卻的目的 冷卻速度和冷卻時間 冷卻方法 冷卻的目的 食品冷卻的目的就是快速排出食品內(nèi)部的熱量，使食品溫度在盡可能短的時間內(nèi)(一般為幾小時)降低到冰點以上，從而能及時地抑制食品中微生物的生長繁殖和生化反應(yīng)速度，保持食品的良好品質(zhì)及新鮮度，延長食品的儲藏期。 食品冷卻一般是在食品的產(chǎn)地進行產(chǎn)地加工車間冷藏庫市場低溫環(huán)境保持食品原有品質(zhì) 阻止微生物的繁殖采摘后24h冷卻96h后冷卻0下儲藏5周不腐爛梨30%的梨腐爛 甜玉米糖分貯藏過程中的喪失情況冷卻速度和冷卻時間食品在冷卻過程中，內(nèi)部熱量傳遞（Q）依傅里葉定律： Q= -FgradT gradT為溫度梯度(Km-1)；為導(dǎo)熱系數(shù)(Wm-1K-1)；F為導(dǎo)熱面積(m2)。食品的冷卻速度 物料內(nèi)部溫度環(huán)境溫度物料形狀 食品的冷卻速度就是食品溫度下降的速度，由于食品內(nèi)各部位的溫度不一樣，所以食品溫度的下降速度只能以食品平均溫度的下降速度來表示。 物料內(nèi)部溫度表面溫度s中心溫度c表面與中心之間的溫度差m平均溫度 食品內(nèi)部溫度的分布是向上方凸的曲線，離表面越近，溫度梯度越大，因此冷卻速度也越大。從圖2-3中可看出，表面溫度s下降的速度最快，中心溫度c下降最慢，特別是冷卻的開始階段，食品中心部位的溫度下降得特別緩慢。 當(dāng)食品厚度很小時，冷卻速度與對流放熱系數(shù)K成正比，而與導(dǎo)熱系數(shù)無關(guān)。在這種情況下，對流放熱速度K是影響冷卻速度的主要因素，因此增大冷卻介質(zhì)的流動速度，提高K的數(shù)值就可以增大冷卻速度，縮短冷卻時間。 平板狀食品1 當(dāng)食品厚度很厚時，冷卻速度與導(dǎo)熱系數(shù)成正比，而與對流放熱系數(shù)A無關(guān)。在這種情況下，導(dǎo)熱的快慢是決定冷卻速度的關(guān)鍵，企圖通過增大空氣流速來加快冷卻速度是困難的，只有減小食品的厚度來增大冷卻速度。平板狀食品2 半徑為R的圓柱狀食品，它的圓周面都一樣的被冷卻。圓柱狀食品的冷卻與平板狀食品不同的是，它內(nèi)部的傳熱面積與半徑R成正比，其他均相同。圓柱狀食品球狀食品 半徑為R的球狀食品，它的表面都一樣的被冷卻。球狀食品的冷卻與平板狀食品不同的是，它內(nèi)部的傳熱面積與半徑R成正比，其他均相同。食品的冷卻時間冷卻方法空氣冷卻法 冷水冷卻法 碎冰冷卻法 真空冷卻法 利用強制流動的低溫冷空氣流過食品表面使食品的溫度下降的一種冷卻方法。 空氣冷卻法方法空氣冷卻冰塊或機械制冷風(fēng)道吹出冷卻間或冷藏間熱量降溫循環(huán)冷空氣冷風(fēng)機食品五種不同吸吹風(fēng)形式的冷風(fēng)機冷風(fēng)機肉類冷風(fēng)冷卻裝置冷風(fēng)冷卻系統(tǒng)示意圖循環(huán)吊鉤風(fēng)道冷風(fēng)機冷風(fēng)冷卻系統(tǒng)示意圖（3）冷風(fēng)冷卻系統(tǒng)示意（4）冷風(fēng)冷卻系統(tǒng)示意圖（5） 工藝條件的選擇要根據(jù)食品的種類、有無包裝、是否易干縮、是否快速冷卻等來確定?？諝饫鋮s法工藝參數(shù)空氣冷卻法的工藝效果溫度相對濕度流速空氣可對于未包裝食品，采用空氣冷卻時會產(chǎn)生較大的干耗損失?？諝饫鋮s法適用范圍水果蔬菜鮮蛋乳品肉類家禽預(yù)冷處理凍藏食品凍結(jié)使用范圍較廣，廣泛地用于不能用水冷卻的食品。優(yōu)點缺點果蔬的空氣冷卻果蔬冷卻間冷藏庫初期空氣流速12m/s末期空氣流速1m/s空氣相對濕度冷藏溫度冷卻間溫度085%95%根據(jù)水果、蔬菜等品種的不同，將其冷卻至各自適宜的。畜肉的空氣冷卻1傳統(tǒng)方法：全部在冷卻間完成冷卻空氣溫度0左右風(fēng)速0.51.5m/s2m/s相對濕度90%98%胴體后腿肌肉最厚部中心的溫度4冷卻時間24h畜肉的空氣冷卻2改進方法：變溫快速兩段冷卻法，整個時間1418h第一階段快速冷卻隧道冷卻間空氣流速2m/s空氣溫度-5-15相對濕度90%24h時間胴體表面溫度后腿中心溫度0-21620特征散熱快，肉胴體表面溫度達0以下，形成了“冰殼”；第二階段自然循環(huán)冷卻間溫度1-1相對濕度90%1014h半白條肉內(nèi)外溫度基本趨于一致，達到平衡溫度4時，即可認(rèn)為冷卻結(jié)束。時間優(yōu)點：食品干耗小，平均干耗量為1%；肉類的表面干燥，外觀好，肉味佳，在分割時汁液流失量少。 禽肉的空氣冷卻空氣溫度23相對濕度80%85%風(fēng)速1.01.2m/s禽胴體溫度5以下冷卻時間7h左右提高風(fēng)速4h左右鮮蛋的空氣冷卻在專用的冷卻間內(nèi)完成蛋箱堆垛冷卻開始蛋空氣溫度一般低于蛋體溫度23過程每隔12h將冷卻間空氣溫度降低1左右相對濕度75%85%0.30.5m/s24h蛋體溫度13空氣流速冷卻時間通過低溫水把被冷卻的食品冷卻到指定溫度冷水冷卻法預(yù)冷水箱水蒸發(fā)器食品冷水?dāng)嚢杵骼鋮s槽蒸發(fā)器食品冷水現(xiàn)代冰蓄冷技術(shù)方式噴淋式 浸漬式 冷水冷卻方法混合式被冷卻的食品直接浸在冷水中冷卻，并有攪拌器不停地攪拌冷水，提高傳熱速度和均勻性，加快食品的冷卻。 混合式冷卻裝置一般采用先浸漬后噴淋的步驟 。冷水冷卻的范圍和特性 因為產(chǎn)品的外觀會受到損害，而且失去了冷卻以后的儲藏能力。魚類、家禽水果、蔬菜和包裝食品易變質(zhì)的食品大部分食品應(yīng)用范圍優(yōu)點缺點傳熱系數(shù)高冷卻速度快避免干耗被冷卻食品之間易交叉感染碎冰冷卻法 冰塊融化時會吸收大量的熱量，其相變潛熱為334.9KJ/kg。當(dāng)冰塊和食品接觸時，冰的融化可以直接從食品中吸取熱量使食品迅速冷卻。 碎冰冷卻法特別適宜于魚類的冷卻，因為它不僅能使魚冷卻、濕潤、有光澤，而且不會發(fā)生干耗現(xiàn)象。 淡水冰海水冰冷卻淡水魚冷卻海水魚透明冰不透明冰形狀機制塊冰管冰片冰米粒冰不允許用被污染的海水及港灣內(nèi)的水來制冰碎冰冷卻(干式冷卻) 水冰冷卻(濕式冷卻) 方式冷海水 為了提高碎冰冷卻的效果，要求冰要細(xì)碎，冰與食品的接觸面積要大，冰融化成的水要及時排出。 冷卻方式真空冷卻法 真空冷卻也叫減壓冷卻。其原理是真空降低水的沸點，促使食品中的水分蒸發(fā)，因為蒸發(fā)潛熱來自食品自身，從而使食品溫度降低而冷卻。 主要適用于葉類蔬菜的快速冷卻菠菜生菜甜玉米 1真空泵 2冷卻器 3真空冷卻槽 4膨脹閥 5冷凝器 6壓縮機 真空冷卻系統(tǒng)真空冷卻方法的特點 冷卻速度快、冷卻均勻 先將食品原料濕潤，為蒸發(fā)提供較多的水分，再進行抽真空冷卻操作。其作用是加快降溫速度；減少植物組織內(nèi)水分損失，即減少原料的干耗。葉菜總質(zhì)量1%溫度6缺點食品干耗大、能耗大，設(shè)備投資和操作費用都較高。按食品的種類和冷卻的要求不同，使用不同的冷卻方法 3.2 食品的冷藏 空氣冷藏法 自然空氣冷藏法 機械空氣冷藏法 空氣冷藏工藝 冷藏溫度 空氣相對濕度 空氣流速 冷藏溫度儲藏期 冷藏庫規(guī)模 冷藏溫度冷庫內(nèi)空氣的溫度食品物料的溫度物品性質(zhì) 冷藏室內(nèi)的溫度應(yīng)嚴(yán)格控制。任何溫度的變化都可能對冷藏的食品物料造成不良的后果。 空氣相對濕度 冷藏室內(nèi)空氣中的水分含量對食品物料的耐藏性有直接的影響。不宜過濕不宜過干大多數(shù)水果和植物性食品8590綠葉蔬菜、根菜類蔬菜和脆質(zhì)蔬菜9095堅果類70以下畜、禽肉類8590干態(tài)顆粒狀食品物料50以下一些肉和肉制品的冷藏條件和儲藏期一些魚和魚制品的冷藏條件和儲藏期牛乳的儲藏時間及應(yīng)冷卻的溫度鮮蛋冷藏條件 3.3食品在冷藏過程中的質(zhì)量變化 水分蒸發(fā) 冷害 后熟作用 移臭和串味 肉的成熟 寒冷收縮 脂肪的氧化 其他變化 水分蒸發(fā) 水果、蔬菜水分蒸發(fā)失去新鮮飽滿的外觀影響其柔嫩性和抗病性肉類食品質(zhì)量減輕表面出現(xiàn)收縮、硬化，形成干燥皮膜肉色變化雞蛋氣室增大蛋品品質(zhì)下降質(zhì)量減輕 在低溫儲藏時，有些水果、蔬菜等的儲藏溫度雖未低于其凍結(jié)點，但當(dāng)儲溫低于某廣溫度界限時，這些水果、蔬菜就會表現(xiàn)出一系列生理病害現(xiàn)象，其正常的生理機能受到障礙失去平衡。這種由于低溫所造成的生理病害現(xiàn)象稱之為冷害。 冷害 冷害的癥狀組織內(nèi)部變褐和干縮外表出現(xiàn)凹陷斑紋出現(xiàn)水漬狀斑塊不能正常成熟產(chǎn)生異味后熟作用 水果在低溫冷藏期間，將伴隨著后熟作用的發(fā)生。果實內(nèi)的成分和組織形態(tài)也將進行一系列的轉(zhuǎn)化?？扇苄蕴呛可咛撬岜壤呌趨f(xié)調(diào)可溶性果膠含量增加果實香味變得濃郁顏色變紅或變艷成熟特征硬度下降寒冷收縮畜禽屠宰后在未出現(xiàn)僵直前快速冷卻，肌肉發(fā)生顯著收縮，以后即使經(jīng)過成熟過程，肉質(zhì)也不會十分軟化，這種現(xiàn)象叫寒冷收縮。宰后l0h內(nèi)，肉溫降到8以下，容易發(fā)生寒冷收縮。牛和羊肉禽類肉種類當(dāng)肉的pH值低于6時極易出現(xiàn)寒冷收縮。肉體部位肉的表面肉質(zhì)變硬嫩度差解凍后會出現(xiàn)大量的汁液流失肉的內(nèi)部表現(xiàn)3.4 食品冷藏工藝加工整理 庫房準(zhǔn)備 包裝 入庫 碼垛 溫濕度管理 通風(fēng)換氣 出庫 預(yù)冷 洋白菜 花椰菜 第四節(jié) 食品的冷凍 食品凍結(jié)可使食品中大部分甚至全部水分形成冰晶體，從而減少游離水，使微生物的生長受到抑制，適當(dāng)?shù)牡蜏睾褪シ磻?yīng)介質(zhì)的作用下同樣被大大降低；脂肪酸敗、維生素分解等作用在凍藏時也會減緩。凍藏能夠延緩食品的腐敗，而不能完全終止腐敗。 4.1食品凍結(jié)過程 水的凍結(jié)過程 食品凍結(jié)過程的特征 食品凍結(jié)過程中的水分結(jié)冰率與最大冰晶區(qū) 食品凍結(jié)時的放熱量 凍結(jié)速度與凍結(jié)時間 凍結(jié)過程中的熱量傳遞、食品的溫度變化與分布 4.1.1水的凍結(jié)過程水0的水過冷狀態(tài)的水冰晶核冰點凍結(jié)（過冷臨界溫度或過冷溫度）（潛熱）過冷狀態(tài) 溫度先要降到冰點以下才發(fā)生從液態(tài)的水到固態(tài)冰的相變。 降溫過程中開始形成穩(wěn)定性晶核時的溫度或在開始回升的最低溫度。 過冷臨界溫度或過冷溫度水的凍結(jié)過程 晶核周圍的水分子有次序地不斷結(jié)合到晶核上面去，形成大的冰晶體。結(jié)冰晶核的形成（nucleation）冰晶體的增長（ice growth） 極少部分的水分子有規(guī)則地結(jié)合在一起，形成結(jié)晶的核心，這種晶核是在過冷條件達到后方出現(xiàn)的。冷凍時水的物理特性水的比熱是4.184kJ/kg/K。冰的比熱是2.092 kJ/kg/K，冰的比熱約為水的1/2。 水的熱導(dǎo)率為0.58W/m/K，冰是2.34 W/m/K，冰的熱導(dǎo)率是水的4倍左右。 凍結(jié)速度快，解凍速度慢 。冰比水降溫快水結(jié)成冰后，冰的體積比水增大約9%，冰在溫度每下降1時，其體積則會收縮0.01%0.005%，兩者相比，膨脹比收縮大。 冷凍時水的物理特性“凍結(jié)膨脹壓” 龜裂現(xiàn)象 “凍結(jié)膨脹壓” 如果外層冰體受不了過大的內(nèi)壓時，就會破裂。凍品厚度過大、凍結(jié)過快，往往會形成這樣的龜裂現(xiàn)象。 凍結(jié)時，表面的水首先結(jié)冰，然后冰層逐漸向內(nèi)伸展。當(dāng)內(nèi)部水分因凍結(jié)而膨脹時，會受到外部凍結(jié)了的冰層的阻礙，因而產(chǎn)生內(nèi)壓。龜裂現(xiàn)象4.1.2食品凍結(jié)過程的特征 食品多元組分凍結(jié)平臺純水1.初始凍結(jié)溫度2.當(dāng)冷卻到某一溫度時，食品內(nèi)未冷凍水的分?jǐn)?shù)1.食品的初始凍結(jié)點溫度總是低于零度食品初始結(jié)凍點低于零度由于食品中的自由水溶有可溶性固形物食品的冰點或凍結(jié)點(freezing point)水分含量水分狀態(tài)拉馬爾（Raoult）法則凍結(jié)點的降低物質(zhì)的濃度成正比各種食品的成分l mol/L溶質(zhì)下降1.86不同食品的冰點即使在溫度遠(yuǎn)低于初始凍結(jié)點的情況下，仍有部分自由水還是非凍結(jié)的。 2.有部分自由水是非凍結(jié)的食品中的水分純水全部凍結(jié)成冰食品的低共熔點水溶液一部分水結(jié)成冰余下的水溶液的濃度升高殘留溶液的冰點不斷下降部分自由水還是非凍結(jié)的少量的未凍結(jié)的高濃度溶液只有當(dāng)溫度降低到低共熔點時，才會全部凝結(jié)成固體。-55-654.1.3 凍結(jié)溫度曲線初階段 中階段 終階段 初階段 食品大多有一定厚度，凍結(jié)對時其表面層溫度降得很快，故一般食品不會有穩(wěn)定的過冷現(xiàn)象出現(xiàn)。 從初溫至凍結(jié)點，這時放出的是“顯熱”，顯熱與凍結(jié)過程所排出的總熱量比較，其量較少，故降溫快，曲線較陡。其中還會出現(xiàn)過冷點。A-S-B中階段 此時食品中水分大部分凍結(jié)成冰，由于水轉(zhuǎn)變成冰時需要排除大量潛熱，整個凍結(jié)過程中的總熱量的大部分在此階段放出，故當(dāng)制冷能力不是非常強大時，降溫慢，曲線平坦。B-C 食品凍結(jié)時，其中的大部分水分是在靠近凍結(jié)點的溫度區(qū)域內(nèi)形成冰晶體的，如下降至其中心溫度為-5時，食品內(nèi)已有80%以上水分凍結(jié)。而到了后面，水分結(jié)冰率隨溫度變化的程度不大。 通常把凍結(jié)時使水分結(jié)冰率發(fā)生變化最大的溫度區(qū)域稱為最大冰晶生成區(qū)。最大冰晶生成區(qū)(zone of maximum ice crystal formation) 終階段 C-D從成冰后到終溫(一般是-5 -18)放出的熱量冰的降溫水繼續(xù)結(jié)冰曲線有時不及初階段陡峭4.1.4凍結(jié)率(frozen water ratio) 食品凍結(jié)過程中水分轉(zhuǎn)化為冰晶體的程度，通常也用水分結(jié)冰率（）表示。指的是食品凍結(jié)時，其水分轉(zhuǎn)化為冰晶體的比率。 凍結(jié)率(frozen water ratio) 凍結(jié)過程中水分結(jié)冰率與食品的溫度有關(guān)=（1-t冰/t）100%式中結(jié)冰率，%t冰食品的凍結(jié)點，t食品的低于結(jié)凍點的某一溫度，凍結(jié)率(frozen water ratio) 4.1.5 食品凍結(jié)時的放熱量 凍結(jié)開始前食品的放熱量 q1=Co（T初T凍） 冰晶體形成時的放熱量 q2=Wr冰 凍結(jié)食品降溫過程中的放熱量 q3=CT(T凍T終) 凍結(jié)過程中的熱量傳遞、食品的溫度變化與分布 食品凍結(jié)時食品與冷凍介質(zhì)之間的溫差食品內(nèi)部的溫差隨著凍結(jié)過程發(fā)生變化4.1.6 凍結(jié)速度 在食品的凍結(jié)過程存在一個外部凍結(jié)層與此層向內(nèi)部非凍結(jié)區(qū)擴張推進的過程，從而，可以用兩者之間界面的位移速度來表示物體的凍結(jié)速度。 凍結(jié)速度 凍結(jié)速度的快慢一般可用食品中心溫度下降的時間或凍結(jié)層伸延的距離來劃分。 時間劃分 距離劃分 時間劃分 食品的中心溫度從-l下降至-5所需的時間(即通過最大冰晶生成區(qū)的時間)30min以內(nèi)快速凍結(jié)超過30min慢速凍結(jié)對食品組織影響最小距離劃分 可用單位時間內(nèi)-5的凍結(jié)層從食品表面伸延向內(nèi)部的距離來判斷（凍結(jié)速度的單位cm/h）。520cm/h快速凍結(jié)=15cm/h中速凍結(jié)=0.1lcm/h慢速凍結(jié)凍結(jié)速度計算 凍結(jié)物體在最終溫度時的水分凍結(jié)量（終）和物體降溫到同一最終溫度時所需時間(終)的比值。 冰晶體形成速度d/d物體任何單位容積內(nèi)或任意點上單位時間內(nèi)的水分凍結(jié)率平均冰晶體的形成速度終/ 終食品表面達0后，食品溫度中心降至比凍結(jié)點低10所需的時間（h）。國際制冷學(xué)會對凍結(jié)速度的定義=L/tL食品表面與溫度中心點間的最短距離（cm）t凍結(jié)時間計算 式中Z食品凍結(jié)時間，hi食品初終溫時的焓差，kJ/kg食品密度，kg/m3t食品凍結(jié)點與冷卻介質(zhì)的溫差，X塊狀或片狀食品的厚度;球狀或柱狀食品的直徑，m放熱系數(shù)，W/(m2K)凍結(jié)食品的導(dǎo)熱系數(shù)，W/mKP，R 形狀系數(shù) 凍結(jié)時間 影響食品凍結(jié)時間的因素產(chǎn)品的大小和形狀產(chǎn)品的厚度產(chǎn)品的初溫和終溫冷卻介質(zhì)的溫度產(chǎn)品表面的傳熱系數(shù)熱熔的變化產(chǎn)品的熱導(dǎo)率凍結(jié)速度與冰晶分布狀況的關(guān)系 凍結(jié)方式凍結(jié)介質(zhì)凍結(jié)速度形成冰晶的大小與狀態(tài)凍結(jié)速度快水分冰晶較大的冰體冰晶體分布不均勻有時間移動凍結(jié)速度慢會同時析出形成大量的結(jié)晶核水分冰晶無時間移動細(xì)小針狀結(jié)晶數(shù)量無數(shù)分布均勻凍結(jié)速度與冰晶分布狀況的關(guān)系 凍結(jié)方法與冰晶分布狀況的關(guān)系 物理變化 化學(xué)變化 機械性損傷 細(xì)胞的潰解 氣體膨脹 蛋白質(zhì)變性 變色 4.2 凍結(jié)及凍結(jié)速度對凍品質(zhì)量的影響 凍結(jié)時的體積變化膠體性質(zhì)的變化使食品品質(zhì)下降，產(chǎn)品的營養(yǎng)價值、風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)都不同程度地受到損失。凍結(jié)時的體積變化0的水轉(zhuǎn)變?yōu)?的冰時，體積增加約9%；隨著凍結(jié)的進行，溶質(zhì)被不斷濃縮而導(dǎo)致結(jié)晶析出；非溶質(zhì)部分如油脂在低溫下結(jié)晶；細(xì)胞內(nèi)的溶解氣體因溶劑結(jié)晶而過飽和，最后從溶解中逸出。膠體性質(zhì)的變化在高濃度鹽的作用下發(fā)生鹽析；pH值改變可能達到某些蛋白質(zhì)的等電點；離子濃度的變化干擾了蛋白質(zhì)膠體的電性平衡；與蛋白質(zhì)結(jié)合的水分被凍結(jié)，蛋白質(zhì)形成脫水型而不能復(fù)原；蛋白質(zhì)被濃縮并受到機械擠壓，相互間脫水聚集而形成沉淀。蛋白質(zhì)溶解度下降機械性損傷 （mechanical damage theory） 細(xì)胞的潰解 (cell rupture theory) “凍結(jié)膨脹壓” 蛋白質(zhì)變性 食品中的結(jié)合水是與原生質(zhì)、膠體、蛋白質(zhì)、淀粉等結(jié)合的，在凍結(jié)時，水分從其中分離出來而結(jié)冰，這也是一個脫水過程，原生質(zhì)膠體和蛋白質(zhì)等分子過多失去結(jié)合水，分子受壓凝集，會破壞其結(jié)構(gòu)，或者由于原生質(zhì)體中無機鹽因濃縮作用而使?jié)舛忍岣?，產(chǎn)生鹽析作用而使蛋白質(zhì)變性。 氣體膨脹 (gas expansion theory) 組織細(xì)胞中溶解于液體中的微量氣體，在液體結(jié)冰時發(fā)生游離而體積增加數(shù)百倍，這樣會損害細(xì)胞和組織，引起質(zhì)地的改變。 變色 凍結(jié)產(chǎn)品褐變黑變退色美拉德反應(yīng)酪氨酸酶的氧化肌肉的肌紅蛋白鱈魚肉的褐變蝦的黑變食品快速凍結(jié)的優(yōu)點1.避免在細(xì)胞之間生成過大的冰晶體；2.減少細(xì)胞內(nèi)水分外析，解凍時汁液流失少；3.細(xì)胞組織內(nèi)部濃縮溶質(zhì)和食品組織、膠體以及各種成分相互接觸的時間顯著縮短，濃縮的危害性下降到最低程度；5.食品在凍結(jié)設(shè)備中的停留時間短，有利于提高設(shè)備的利用率和生產(chǎn)的連續(xù)性。4.將食品溫度迅速降低到微生物生長活動溫度之下，有利于抑制微生物的增長及其生化反應(yīng)；食品快速凍結(jié)的優(yōu)點4.3 食品冷凍中的玻璃化轉(zhuǎn)變 玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)的概念有關(guān)食品的玻璃態(tài) 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及影響因素 玻璃化轉(zhuǎn)變在冷凍食品加工中的應(yīng)用 玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)的概念玻璃 玻璃態(tài) 將融化后在冷卻過程中不發(fā)生結(jié)晶的無機物質(zhì) 非晶態(tài) 無定形聚合物在較低的溫度下，分子熱運動能量很低，而分子鏈和鏈段均處于被凍結(jié)狀態(tài)，這時的聚合物所表現(xiàn)出的力學(xué)性質(zhì)與玻璃相似，故稱這種狀態(tài)為玻璃態(tài)或玻璃化。 隨著溫度升高至某一溫度時，鏈段運動受到激發(fā)，但整個分子鏈仍處于凍結(jié)狀態(tài)。在受到外力作用時，無定形聚合物表現(xiàn)出很大形變，外力解除后，形變可以恢復(fù)。這種狀態(tài)稱為高彈態(tài)，又稱橡膠態(tài)。 高彈態(tài)玻璃態(tài) 高彈態(tài) 溫度繼續(xù)升高，不僅鏈段可以運動，整個分子鏈都可以運動，無定形聚合物表現(xiàn)出黏性流動的狀態(tài)，即黏流態(tài)。玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)表現(xiàn)為無定形聚合物的三種力學(xué)。黏流態(tài)高彈態(tài)黏流態(tài)有關(guān)食品的玻璃態(tài) 食品中無定形基質(zhì)單糖低聚糖多糖蛋白質(zhì)水鹽物理狀態(tài)食品的物理性質(zhì)和質(zhì)構(gòu)玻璃化轉(zhuǎn)變“食品聚合物科學(xué)”理論 (food polymer science) 以食品玻璃化和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為核心 食品在玻璃態(tài)下，造成食品品質(zhì)變化的一切受擴散控制的反應(yīng)速率均十分緩慢，甚至不發(fā)生反應(yīng)。因此食品采用玻璃化保藏，可以最大限度地保存其原有的色、香、味、形以及營養(yǎng)成分。 在玻璃化狀態(tài)下，分子熱運動能量很低，只有較小的運動單元，如側(cè)基、支鏈和鏈節(jié)能夠運動，而分子鏈和鏈段均處于被凍結(jié)狀態(tài)。在此情況下，物質(zhì)的自由體積分?jǐn)?shù)很小，分子流動阻力較大，從而使體系具有較大的黏度，以致整個體系中的分子擴散速率很小。 保藏機理玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及影響因素 非晶態(tài)聚合物玻璃態(tài)橡膠態(tài)晶態(tài)聚合物中的非晶部分特征溫度Tg玻璃化轉(zhuǎn)變溫度鏈段解凍升溫冷卻凍結(jié)微布朗運動玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的兩種定義 低水分食品w20Tg最大凍結(jié)濃縮溶液發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時的溫度玻璃化轉(zhuǎn)變溫度形成玻璃態(tài)固體 取決于動力學(xué)因素冷卻速率足夠快達到足夠低的溫度所有材料液體玻璃態(tài)的固體在冷卻過程中，迅速通過Tg TTm（室溫）的結(jié)晶區(qū)而不發(fā)生晶化。必須冷卻到T Tg 玻璃態(tài)不同狀態(tài)完全玻璃態(tài)部分結(jié)晶玻璃態(tài) 最理想狀態(tài)，細(xì)胞內(nèi)外完全避免了結(jié)晶以及由此引起的各種損傷。 整個樣品都形成了玻璃態(tài)純水的Tg為-135溶液濃度增大時Tg隨著增大部分結(jié)晶玻璃態(tài)A點-初始濃度(指質(zhì)量分?jǐn)?shù))B點-溶液過冷點，將開始析出冰晶D點熔融線與玻璃化轉(zhuǎn)變曲線交點影響玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的因素 體系的組成成分平均分子量增塑劑 在低分子量時，高聚物的Tg值隨平均分子量的增加而增大，當(dāng)分子量超過某一臨界值(臨界分子量)時，Tg不再依賴于分子量，趨于一個常數(shù)。 Tg與凍結(jié)食品質(zhì)量的關(guān)系冷凍濃縮冷凍食品未凍結(jié)部分儲存不穩(wěn)定速凍 在一般凍藏溫度下，意味著這部分被濃縮的基質(zhì)仍處于高彈態(tài)，甚至黏流態(tài)，分子鏈段能自由運動，擴散系數(shù)比較大。 玻璃化轉(zhuǎn)變在冷凍食品加工中的應(yīng)用 冰淇淋 冷凍水果 傳統(tǒng)糯米制品 4.3 食品常用的凍結(jié)方法靜止空氣凍結(jié)送風(fēng)凍結(jié)接觸凍結(jié)浸漬凍結(jié)間接凍結(jié)氟里昂凍結(jié)強風(fēng)凍結(jié)直接凍結(jié)冰鹽混合物凍結(jié)液氮凍結(jié)液態(tài)二氧化碳凍結(jié)低溫靜止空氣凍結(jié)裝置 空氣自然對流接觸傳導(dǎo)管架式特點凍結(jié)時間長勞動強度大融霜及處理霜麻煩裝置周轉(zhuǎn)率低結(jié)構(gòu)簡單造價低運行時電耗省送風(fēng)凍結(jié)裝置 強風(fēng)凍結(jié)裝置半送風(fēng)凍結(jié)裝置強風(fēng)凍結(jié)裝置 隧道式 傳送帶式 懸浮式（流態(tài)床）凍結(jié)裝置（fluidized freezing）單向直走帶式 螺旋帶式 單向直走帶式螺旋帶式 接觸凍結(jié)裝置 平板凍結(jié)機空心平板板內(nèi)配蒸發(fā)管原料特點不需冷風(fēng)占空間小單位面積生產(chǎn)率高能源低直接接觸凍結(jié)法 食品（包裝或不包裝）與不凍液直接接觸，食品在與不凍液換熱后，迅速降溫凍結(jié)。食品與不凍液接觸的方法有噴淋法、浸漬法，或者兩種方法同時使用。冰鹽混合物凍結(jié)R12浸漬凍結(jié)裝置液化氣體凍結(jié)裝置直接接觸凍結(jié)法 浸漬式連續(xù)凍結(jié) 液化氣式連續(xù)凍結(jié) 凍結(jié)時間短(比空氣式快23倍)食品干耗小、色澤好食品衛(wèi)生問題特點液化氣式連續(xù)凍結(jié) 利用沸點很低的制冷劑(如液氮及二氧化碳)在極低溫下進行變態(tài)，吸熱蒸發(fā)或升華的特性，將食品急速凍結(jié)下來的超急速凍結(jié)裝置，其類型有隧道式和螺旋式。液浸噴淋蒸汽冷凝1.凍結(jié)速度快、時間短、干耗小、生產(chǎn)率高2.避免了食品與空氣接觸，不會產(chǎn)生食品的酸化、變色等問題。3.操作成本高，主要是液氮的消耗和費用高4.4 流態(tài)化速凍方法 指使食品盡快通過其最大冰晶生成區(qū)，并使平均溫度盡快達到-l8而迅速凍結(jié)的方法。 速凍食品單體速凍IQF Individually Quick Freezing最為突出速凍技術(shù)食品流態(tài)化速凍的前提 一是作為冷卻介質(zhì)的冷空氣在流經(jīng)被凍結(jié)食品時必須具有足夠的流速，并且必須是自下而上通過食品；二是單個食品的體積不能太大。4.4.1固體顆粒的流態(tài)化原理 氣固兩相流體的流動過程 流化床壓降 將固體顆粒與氣體介質(zhì)并存的流動過程 固體力學(xué)氣流通過流化床層時，由于篩網(wǎng)、食品顆粒的阻力作用，使流化床兩側(cè)風(fēng)壓發(fā)生變化，產(chǎn)生了壓力差。p2流化床食品層上部風(fēng)壓，N/m2pL =p1-p2流化床壓降pL流化床壓降，N/m2p1風(fēng)機出口風(fēng)壓，N/m2食品層阻力損失篩網(wǎng)阻力損失空氣流速篩網(wǎng)的孔隙率篩網(wǎng)的孔隙率篩網(wǎng)孔隙率的選擇必須從以下兩個方面考慮篩網(wǎng)孔規(guī)格必須小于被凍結(jié)食品最小顆粒，以防止滑料。 篩網(wǎng)阻力值必須滿足流化床出現(xiàn)10%左右的空床（即篩網(wǎng)表面部分裸露）時，床層其余部分的氣流速度不低于臨界速度，以保證正常流態(tài)化操作。 固定床階段 流化床階段 氣力輸送階段 氣固兩相流體的流動狀態(tài)固定床階段 當(dāng)氣流以較低的相對速度通過物料層時，固體顆粒的相對位置不發(fā)生變化。 如果空氣流速再增大，會使固體顆粒的位置略有調(diào)整，床層存有膨脹、變松，空隙率稍有增大，但固體顆粒仍保持緊密接觸。 A-B-C-D流化床階段 當(dāng)氣固間相對速度達到一定數(shù)值時床層不再維持固定狀態(tài)，固體顆粒的相對位置發(fā)生明顯變化；固體顆粒在床層中時上時下作不規(guī)則沸騰狀運動，并且具有與流體同樣的流動性，稱為流態(tài)化狀態(tài)。 D-E氣力輸送階段 在流化床流動的基礎(chǔ)上，再進一步提高氣流速度，則床層不能保持流化狀態(tài)，固體質(zhì)粒懸浮在氣流中，隨著氣流運動，這種階段稱為氣力輸送階段。 超過E點 在流化床層中，決定固定床與流化床分界點的氣流速度。 臨界流化速度冷空氣達到臨界流化速度形成流態(tài)化的必要條件 超過E點，正常操作就遭到破壞。與