冷凍食品的研究進(jìn)展

1、食品工藝學(xué)導(dǎo)論課程論文冷凍食品的研究進(jìn)展-食品工藝學(xué)課程論文學(xué)院：姓名： 學(xué)號： 摘要：食品冷凍行業(yè)對食品品質(zhì)，營養(yǎng)和安全方面關(guān)系重大，我國人日眾多，對于農(nóng)產(chǎn)品及肉類等食品需求量長期保持增長態(tài)勢，食品冷凍行業(yè)發(fā)展勢頭良好。冷凍新技術(shù)研究不斷推陳出新，但是相關(guān)的理論和技術(shù)還有待不斷完善。新型冷凍技術(shù)要廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際還需解決理論與實(shí)際問題。冷凍技術(shù)的發(fā)展異常迅速，在食品工業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛，將其更好地應(yīng)用于食品中成為當(dāng)前研究者較為關(guān)注的課題。 關(guān)鍵詞：食品；冷凍；保藏1.冷凍保藏理論的研究 冷凍保藏是要將保藏物降溫到冰點(diǎn)以下，使水部分或全部成凍結(jié)狀態(tài)，動(dòng)物性食品常用此法

2、來防止食品腐敗，從而更好地維持食品的功能性質(zhì)。食品的微觀結(jié)構(gòu)，甚至是納米結(jié)構(gòu)發(fā)生了微小的改變，都會引起食品的品質(zhì)諸如風(fēng)味、色澤、質(zhì)構(gòu)等功能特性發(fā)生很大的變化。 1.1玻璃化轉(zhuǎn)變理論 玻璃化轉(zhuǎn)變作為一個(gè)臨界的狀態(tài)，而處于此狀態(tài)的水分子的活動(dòng)是有規(guī)律的，對于冷凍食品也極為重要。玻璃態(tài)與超冷液體狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變是通過一個(gè)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度范圍發(fā)生的，當(dāng)溫度達(dá)到這一玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度時(shí)，玻璃態(tài)便會形成。盡管食品的玻璃化僅僅是基于部分結(jié)晶，但卻是非常重要的。食品的低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和高吸濕性是導(dǎo)致成功地冷凍干燥后干燥和結(jié)晶過程中萎縮的主要原因。 1有關(guān)冷凍過程中，食品物料的玻璃化轉(zhuǎn)變的

3、理論主要基于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變理論熱力學(xué)理論和自由體積理論。熱力學(xué)理論認(rèn)為玻璃化轉(zhuǎn)變是一個(gè)非平衡的動(dòng)力學(xué)過程，即玻璃化轉(zhuǎn)變不同于結(jié)晶相變，玻璃態(tài)的形成主要取決于動(dòng)力學(xué)因素。在食品冷凍過程中則取決于冷凍速率，冷卻速率較慢時(shí)，液相中食品物料的析出速率低于或等于晶體的形成和生長速率，即可形成晶體;一旦冷卻速率足夠快，析出速率可以超過晶核形成和長大的速率，即可生成玻璃體。但是，也有理論認(rèn)為理想玻璃化轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂衅胶庑再|(zhì)的二級相轉(zhuǎn)變。自由體積理論則認(rèn)為，固體或液體的體積包括兩部分:一部分是分子己經(jīng)占據(jù)的占有體積，另一部分為未被占據(jù)的自由體積，自由體積提供分子運(yùn)動(dòng)所需要的空間。2溫度足夠低時(shí)，自由體積凍結(jié)，

4、分子運(yùn)動(dòng)性低，即到達(dá)所謂的玻璃態(tài)。 1.2冷凍過程中冰晶理論 水中溶劑會降低氣壓，在稀溶液中遵循拉烏爾定律 。冰晶形成的條件是在相同的溫度條件下，純水中的氣壓比冰的氣壓要高。 冷凍食品中的冰晶體可以作為一個(gè)關(guān)鍵因素。食品在冷凍過程中，它們內(nèi)部的冰晶體的形成方式，會受到冰晶體尺寸大小的影響，進(jìn)而影響整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)水的溫度過冷到-39時(shí)，水分子就會聚集，并開始結(jié)晶，冰晶體的重結(jié)晶是冷凍食品在貯藏期間品質(zhì)降低的主要原因之一。重結(jié)晶遷移存在這樣一種趨勢，即在一個(gè)多晶體系中，較大的冰晶體會逐漸生長，而較小的冰晶體會逐漸消失。較小的冰晶體不能像較大的冰晶體一樣有

5、效地與它們表面的水分子結(jié)合，主要是因?yàn)檩^高的表面張力和較大的表面自由能的緣故。 當(dāng)溫度高于-160時(shí)，這種臨界的狀態(tài)將由極小的微細(xì)晶體組成，此時(shí)晶體的平均直徑約為400A，而且，伴有一種立方的或次立方的結(jié)構(gòu)形成。3如此微小的晶體將會充滿整個(gè)食品組織的間隙，從而有效地保持物質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)。因而，食品的風(fēng)味可以在很大程度上被保留。 等質(zhì)重結(jié)晶，是一個(gè)與重結(jié)晶相似的過程，也可能在一個(gè)簡單的晶體中發(fā)生。對于一個(gè)表面粗糙的單獨(dú)分離的晶體，具有較大的表面張力的表面部分不能與光滑的表面一樣與表面水分子結(jié)合。結(jié)果是粗糙的表面變得光滑了。重結(jié)晶的成長是兩個(gè)晶體在接觸點(diǎn)共同生長成一個(gè)較大的晶體的

6、過程。因?yàn)榻佑|面有明顯的高曲張力，而且不像其它部分那樣穩(wěn)定，最后，由于水分子運(yùn)輸?shù)竭@一區(qū)域并形成頸狀，而且最終導(dǎo)致長成了一個(gè)冰晶體。 2.食品的凍結(jié)現(xiàn)象 食品在冰點(diǎn)以上，只能作較短期間的保藏。以較長期間貯藏者，大都在-20以下。 食品的冰點(diǎn)，是指食品中所含的水分開始形成冰晶的溫度，一般都在0以下，但凍結(jié)至堅(jiān)硬狀態(tài)，則需要更低的溫度，食品冰點(diǎn)的高低，與其中溶液部分的濃度有關(guān)，濃度越高的冰點(diǎn)越低，但與含水率無關(guān)。水溶液中，每1mol濃度的溶液，不論其為何種溶質(zhì)，其冰點(diǎn)下降溫度都是-1.86。 有的食品雖然低于冰點(diǎn)溫度也不結(jié)冰，這種現(xiàn)象稱為過冷卻，處于不穩(wěn)定狀

7、態(tài)。 在食品成分中之任何溶液，如以食鹽水溶液為例，在低濃度時(shí)，溫度降到0以下，即開始有冰晶形成。隨著溫度的不斷降低，冰晶繼續(xù)析出，而殘余之食鹽水濃度漸增，直至溫度降至-21. 2時(shí)，殘余之食鹽水濃度高達(dá)22.4%，此時(shí)繼續(xù)降低溫度則鹽與水一起結(jié)成冰。-21. 2稱為食鹽的共晶溫度，而該濃度稱共晶濃度。如濃度高于22. 4%之鹽水降低溫度，在達(dá)到-21. 2之前，食鹽晶體不斷析出，溶液之濃度逐漸降低，至-21. 2時(shí)達(dá)到共晶濃度而鹽與水一起結(jié)成冰。 4  動(dòng)物肌肉中溶有Na、Ca、Mg、 Fe等的

8、鹽類，其凍結(jié)受其共晶點(diǎn)的支配.這些鹽類共晶溫度約為-55，因此動(dòng)物肌肉之全凍結(jié)溫度當(dāng)在-55以下。   食品的結(jié)冰率達(dá)100%者，說明凍結(jié)溫度已經(jīng)低于共晶點(diǎn)。實(shí)際上一般凍結(jié)并未達(dá)到完全凍結(jié)。在生物體內(nèi)，含有結(jié)合水，是非常難凍結(jié)的水分。但一般只要有80%左右的水分結(jié)成冰，在人的感覺上便認(rèn)為已是凍結(jié)狀態(tài)。 3.我國保鮮技術(shù)的發(fā)展 漢朝時(shí)人們就掌握了用地窖來儲藏天然冰的技術(shù)。如東晉的陸翱所撰的(鄴中記中曾記載:“曹操在臨漳縣西南建冰井臺藏冰”，曾記載:“有屋一百四十間，下有冰室，室有數(shù)井井深十五丈，用于藏冰及石墨. "。在以后的各

9、個(gè)朝代冷藏技術(shù)不斷的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面并有記載，如:唐朝齊民要術(shù)中有農(nóng)民用雪水拌種，以增強(qiáng)抗寒，抗病能力的注載;元朝馬可·波羅行記用冰保存鮮肉及制造冰酪冷食的技術(shù)。明朝用冰保證蔬菜鮮果在低溫下運(yùn)輸，保持其鮮嫩。到了清朝時(shí)期，在北京已經(jīng)設(shè)置了專門用于冷鮮保藏的冰窖，以滿足皇室的果蔬供應(yīng)。 我國現(xiàn)代制冷技術(shù)的開端是從19世紀(jì)從國外引進(jìn)人造冰制造工藝開始。到了60年代以后，采用活塞式膨脹機(jī)的氫液化器，在國內(nèi)各個(gè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用，為超導(dǎo)技術(shù)研究提供了基礎(chǔ)。 4.冷凍保藏技術(shù)發(fā)展概況 冷凍保藏技術(shù)要將保藏的食品降溫到冰點(diǎn)以下，使一部分或全部水分凍結(jié)，動(dòng)物性食品常用

10、這種方法。 隨著制冷設(shè)備的不斷改進(jìn)，冷凍保鮮技術(shù)得到了不斷的發(fā)展，首先，冷藏食品的包裝方式不斷加以改善，由原始的整體包裝和大包裝逐漸轉(zhuǎn)向小型化和單一化的包裝形式，使食品的冷凍速度和冷凍質(zhì)量得到了很大的提升。其次，在冷凍方式上也實(shí)現(xiàn)了突破，吹風(fēng)式凍結(jié)、可連續(xù)凍結(jié)和流態(tài)化凍結(jié)等方式逐漸成為食品冷藏的主要方式，不僅使食品的凍結(jié)溫度更加一致，同時(shí)還在很大程度上提高了食品凍結(jié)的效率。第三，制冷裝置技術(shù)也不斷得到提升，采用液態(tài)氧、二氧化碳、氟利昂對食品直接進(jìn)行冷凍的裝置使食品的凍結(jié)溫度大幅度降低，并且凍結(jié)速度也有了很大進(jìn)步。5尤其是近年來推出的環(huán)保冷酶一溴化鋰凍結(jié)裝置，更是給冷鮮保藏技術(shù)帶來了新

11、的動(dòng)力。除此之外，伴隨著冷藏技術(shù)的發(fā)展，逐漸形成了一體化的冷藏鏈，將食品冷凍冷藏運(yùn)輸銷售等環(huán)節(jié)有機(jī)的聯(lián)系成一個(gè)整體，使冷藏食品的生產(chǎn)、流通和銷售之間更加完整。 5.冷凍保藏技術(shù)的方法 5.1冰溫技術(shù) 冰溫技術(shù)的研究主要以食品保鮮為中心，將食品貯藏在0以下至各自的凍結(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)屬于冰溫貯藏。冰溫技術(shù)具有如下特點(diǎn)：冰溫貯藏不破壞細(xì)胞，而且能夠提高水果、蔬菜的品質(zhì);利用冰溫技術(shù)保鮮貯藏食品，比現(xiàn)有冷藏技術(shù)要延長保存期數(shù)倍以上;冰溫貯藏減少有害微生物，在冰溫狀態(tài)下，大腸桿菌、葡萄球菌等有害微生物均無法存活;冰溫貯藏不需要解凍，既避免解凍失水又節(jié)省了時(shí)間。6但是冰溫技術(shù)也有它

12、的不足之處:首先，由于各個(gè)食品的冰溫帶范圍比較窄，所以在技術(shù)上要求很高，尤其是超冰溫保鮮技術(shù);其次，運(yùn)行成本與投資較大，與普通冷庫相比冰溫庫造價(jià)比較高，這使得冰溫技術(shù)的廣泛應(yīng)用受到限制。 在日本，冰溫技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入普及應(yīng)用階段，建立了相應(yīng)的冰溫冷藏鏈體系。冰溫技術(shù)不僅圍繞食品保鮮，而且逐漸發(fā)展到了動(dòng)植物保鮮、微生物的休眠、生物內(nèi)臟等活體組織的保存。其他一些國家對冰溫技術(shù)的研究主要集中在保鮮產(chǎn)品的冷適應(yīng)行為方面。一些研究人員則對表征穩(wěn)定溫度下細(xì)胞適應(yīng)過程中所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象的物理量進(jìn)行了測量。天津商業(yè)大學(xué)對冰溫貯藏進(jìn)行了試驗(yàn)研究，在大規(guī)模貯藏果蔬(香梨、獼猴桃、桃子)以及羊肉的冰溫貯藏實(shí)驗(yàn)

13、研究中證實(shí)了冰溫貯藏的優(yōu)異效果。 7目前，冰溫技術(shù)不僅在水果、蔬菜、水產(chǎn)品等產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程中得到廣泛的應(yīng)用，而且在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也發(fā)揮著越來越重要的作用。如肝臟的保存和移植、血液的冰溫保存等。就目前的發(fā)展?fàn)顩r可以預(yù)見，超冰溫技術(shù)、冰溫后熟、冰溫干燥、冰溫濃縮以及冰溫技術(shù)的配套設(shè)備的研發(fā)等技術(shù)是將來冰溫技術(shù)重點(diǎn)研究的領(lǐng)域。8中國果蔬生產(chǎn)產(chǎn)量大，產(chǎn)程長，因?yàn)榈赜驈V，溫差明顯，所以冰溫技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景;而基于食品品質(zhì)安全提升的考慮，冰溫技術(shù)的應(yīng)用也會使食品更安全，且更有利于人們的身體健康，前景廣闊。 95.2氣調(diào)技術(shù) 氣調(diào)保鮮又稱氣調(diào)貯藏簡稱CA或氣調(diào)冷藏法，是人為

14、改變儲藏庫內(nèi)的空氣組成特別使CO2和O2的濃度，來冷藏水果、蔬菜、食品的方法。延長果蔬貯藏時(shí)間的關(guān)鍵是降低呼吸速率。氣調(diào)貯藏正是將食品控制在適宜的溫度下，改變冷藏環(huán)境中的氣體成分，從而減少其體內(nèi)物質(zhì)的消耗，實(shí)現(xiàn)食品的保鮮，延緩果蔬衰老，延長貯藏期。 105.3被膜包裹凍結(jié)法 CPF法具有較多的優(yōu)點(diǎn):食品凍結(jié)時(shí)形成的被膜可以抑制食品膨脹變形;限制冷卻速度，形成的冰晶細(xì)微，不會產(chǎn)生大的冰晶;防止細(xì)胞破壞，產(chǎn)品可以自然解凍食用;食品組織口感好，沒有老化現(xiàn)象。 5.4超聲冷凍技術(shù) UFT是利用超聲波作用改善食品冷凍過程。其優(yōu)勢在于超聲可以強(qiáng)化冷凍過程傳熱、促進(jìn)食

15、品冷凍過程的冰結(jié)晶、改善冷凍食品品質(zhì)等方面。超聲波作用引發(fā)的各種效應(yīng)，能使邊界層減薄，接觸面積增大，傳熱阻滯減弱，有利于提高傳熱速率，強(qiáng)化傳熱過程圈。研究表明，超聲波能促進(jìn)冰結(jié)晶的成核和抑制晶體生長。 5.5高壓冷凍技術(shù) HPF利用壓力的改變控制食品中水的相變行為，在高壓條件(200一400 MPa)下，將食品冷卻到一定溫度，此時(shí)水仍不結(jié)冰，然后迅速解除壓力，在食品內(nèi)部形成粒度小而均勻的冰晶體，而且冰晶體積不會膨脹，能夠減少對食品組織內(nèi)部的損傷，獲得能保持原有食品品質(zhì)的冷凍食品。 115.6冰核活性細(xì)菌凍結(jié)技術(shù) 對生物冰核的研究領(lǐng)域正不斷拓寬和

16、深入，己從冰核細(xì)菌發(fā)展到冰核真菌，目前己報(bào)道了4屬11個(gè)種冰核真菌，除3種為地衣真菌外，其余的8個(gè)種均屬于鐮刀菌屬。利用冰核細(xì)菌輔助冷凍的優(yōu)勢在于:可以提高食品物料中水的凍結(jié)點(diǎn)，縮短冷凍時(shí)間，節(jié)省能源;促進(jìn)冰晶的生長，形成較大尺寸的冰晶，在降低冷凍操作成本的同時(shí)，使后續(xù)的冰晶與濃縮物料的分離變得容易;使食品物料在冰晶上的夾帶損失降低，提高了冰晶純度，減少固形物損失。在待冷凍食品物料中添加冰核細(xì)菌的冷凍技術(shù)在食品冷凍干燥和果汁冷凍濃縮中己有應(yīng)用。 5.7生物冷凍蛋白技術(shù) BFPT是在食品物料中直接添加胞外生物冷凍蛋白聚體。細(xì)菌胞外冷凍蛋白的活性比整個(gè)冰核細(xì)胞更高，可獲得有序的

17、纖維狀薄片結(jié)構(gòu)的冰晶體，有效改善了冷凍食品的質(zhì)地和提高了冷凍效率。 5.8即時(shí)凍結(jié)系統(tǒng) CAS凍結(jié)系統(tǒng)是由動(dòng)磁場與靜磁場組合，從壁面釋放出微小的能量，使食品中的水分子呈細(xì)小且均一化狀態(tài)，然后將食品從過冷卻狀態(tài)立即降溫到一23以下而被凍結(jié)。由于最大限度抑制了凍晶膨脹，食品的細(xì)胞組織不被破壞，解凍后能回復(fù)到食品剛制作時(shí)的色、香、味和鮮度，且無液汁流失現(xiàn)象，口感和保水性都得到較好保持。 5.9食品減壓冷凍 食品減壓冷凍保藏是由真空冷卻、低溫保存和氣體貯藏組成，它具有低溫和低氧的特點(diǎn)，抑制了微生物生長和呼吸，減少了氧氣和二氧化碳對食品的影響(損害)。因此，減壓冷

18、凍保藏不僅有快速冷凍、延長保藏時(shí)間和提高貯藏質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，也延長了食品的貨架期。 6.結(jié)束語   食品冷凍行業(yè)對食品品質(zhì)，營養(yǎng)和安全方面關(guān)系重大，我國人日眾多，對于農(nóng)產(chǎn)品及肉類等食品需求量長期保持增長態(tài)勢，食品冷凍行業(yè)發(fā)展勢頭良好。冷凍新技術(shù)研究不斷推陳出新，但是相關(guān)的理論和技術(shù)還有待不斷完善。新型冷凍技術(shù)要廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際還需解決理論與實(shí)際問題。隨著冷凍食品產(chǎn)量和種類的日益增大，相關(guān)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，冷凍技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮?，還不斷發(fā)展出新形式，冷凍食品理論和技術(shù)必將有長足發(fā)展。參考文獻(xiàn) ：1 陽同舟編.食品工程原理M.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2009-1：235. 2 房曙光.制冷技術(shù)歷史發(fā)展?fàn)顩rN.2013-11 3 王頡，何俊萍.果蔬速凍工藝