食品加工與保藏食品的低溫處理與保藏之二

食品加工與保藏食品的低溫處理與保藏之二Ⅳ.食品的凍藏一、食品凍結過程的基本規(guī)律二、凍結前食品物料的前處理三、凍結方法四、食品在凍結、凍藏過程中的變化五、食品凍結與凍藏工藝及控制六、凍結食品的解凍第2頁,共53頁，2024年2月25日，星期天一、食品凍結過程的基本規(guī)律（一）水的凍結過程（二）食品的凍結過程和凍結曲線（三）凍結速率第3頁,共53頁，2024年2月25日，星期天水的凍結過程在降溫過程中，水的分子運動逐漸減慢，導致其內部結構在定向排列的引力下逐漸趨向于形成近似結晶體的穩(wěn)定性聚集體；當溫度降至過冷點時，水就會向冰晶體轉變并放出潛熱，使溫度回升到水的冰點。第4頁,共53頁，2024年2月25日，星期天水的冰點和過冷點水在降溫過程中開始形成穩(wěn)定性晶核時的溫度為過冷臨界溫度或過冷溫度，即過冷點。水的冰點是指敞露于空氣中的冰－水兩相平衡時的溫度，通常認為是0℃（273.15K）。第5頁,共53頁，2024年2月25日，星期天食品的凍結點（初始凍結點）凍結點（freezingpoint）：指一定壓力下食品物料由液態(tài)轉變成固態(tài)時的溫度點。隨著溶液濃度的升高，溶液的凍結點下降。一般所指的溶液或食品物料的凍結點是它們的初始凍結點。第6頁,共53頁，2024年2月25日，星期天蔗糖水溶液的液固相圖第7頁,共53頁，2024年2月25日，星期天食品的低溫共熔點溶液或食品物料在初始凍結點開始凍結，隨著凍結過程的進行，水分不斷地轉化為冰結晶，凍結點也隨之不斷下降，這個過程持續(xù)進行，直至所有的水分都凍結，此時溶液中的溶質、水（溶劑）達到共同固化，這一狀態(tài)點被稱為低溫共熔點或冰鹽凍結點。第8頁,共53頁，2024年2月25日，星期天食品的低溫共熔點低溫共熔點是在降溫過程中，食品組織內的溶液濃度增加到一定程度后不再改變（即不再有冰晶體析出），水和它所溶解的鹽類共同結晶并凍結成固體時的溫度。第9頁,共53頁，2024年2月25日，星期天食品的低溫共熔點食品的低溫共熔點為-55～-65℃，而凍結食品的溫度為-12～-30℃，因此凍結食品中的水分并未完全被凍結。第10頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（二）食品的凍結過程和凍結曲線凍結過程是指食品物料由降溫到完全凍結的整個過程。凍結曲線（freezingcurve）是描述凍結過程中食品物料的溫度隨時間變化的曲線

。第11頁,共53頁，2024年2月25日，星期天1、食品的凍結過程任何食品都不會在轉瞬間同時均勻地凍結。一般來說，凍結過程是一個由表及里的過程。液體食品的凍結過程固體食品的凍結過程第12頁,共53頁，2024年2月25日，星期天液體食品凍結過程中的溶質分層現(xiàn)象(1)隨著外界冷量的不斷供給，食品本身的熱量不斷散失，溫度逐漸降低，當食品溫度降至其初始凍結點時，液體食品開始凍結；此時，理論上只有純溶劑在食品的外層周圍凍結，并形成脫鹽（或較純）的冰結晶；這就相應提高了凍結層附近的溶質的濃度，這樣就會在尚未凍結的溶液內產(chǎn)生濃度差和滲透壓力差。第13頁,共53頁，2024年2月25日，星期天液體食品凍結過程中的溶質分層現(xiàn)象(2)在濃度差的作用下，溶質會向溶液中心擴散，而溶劑則在滲透壓力差的作用下，逐漸向凍結層附近溶質濃度較高的溶液中擴散。由于擴散作用是在溶液開始凍結后才發(fā)生的，因此凍結分界面的位移速度必然大于溶質的擴散速度；這樣，溶質在凍結食品中的重新分布或分層化，取決于凍結層分界面的位移速度和溶質的擴散速度的對比關系。第14頁,共53頁，2024年2月25日，星期天液體食品凍結過程中的溶質分層現(xiàn)象(3)凍結層分界面的位移速度越快，凍結食品中溶質的分布就越均勻；然而在凍結引起的擴散作用下，即使凍結層分界面高速向食品中心方向遷移，也難以使凍結食品內的溶質達到完全均勻的分布。這就是液體食品凍結后會出現(xiàn)溶質分層的原因。第15頁,共53頁，2024年2月25日，星期天食品冷凍濃縮過程溶質損失的原因凍結層分界面的位移速度越慢，凍結食品中溶質分布就越不均勻；同樣，即使凍結層分界面非常緩慢地向食品中心方向遷移，也難以使最初形成的冰晶體達到完全脫鹽（或無溶質）的程度。正是由于上述規(guī)律，在冷凍濃縮果汁時，就會造成果汁的損失。第16頁,共53頁，2024年2月25日，星期天固體食品的凍結過程（1）動植物組織的水分存在于細胞和細胞間隙，或呈結合狀態(tài)，或呈游離狀態(tài)。在凍結過程中，一般是細胞間隙內的游離水先形成冰晶體。這樣冰晶體附近的溶液濃度會增加，滲透壓會升高；同時由于水結成冰，體積膨脹，對細胞產(chǎn)生擠壓作用；此外細胞內汁液的蒸汽壓大于冰晶的蒸汽壓。第17頁,共53頁，2024年2月25日，星期天固體食品的凍結過程（2）上述因素都會使細胞內的水分不斷地向細胞外轉移，并聚積在細胞間隙內的冰晶體的周圍。這樣存在于細胞間隙內的冰晶體就不斷增大。第18頁,共53頁，2024年2月25日，星期天凍結速度對冰結晶的影響緩慢凍結時，冰結晶大多在細胞的間隙內形成，冰晶量少而粗大；而快速凍結時，冰結晶大多在細胞內形成，冰晶量多而細小。第19頁,共53頁，2024年2月25日，星期天凍結速度對冰結晶大小、數(shù)量等的影響通過0～-5℃的時間冰結晶大小(直徑Х長度)μm形狀數(shù)量分布位置數(shù)秒(1~5)Х(5~10)針狀無數(shù)細胞內1.5min(0~20)Х(20~50)桿狀大量細胞內40min(50~100)Х100以上柱狀少量細胞內90min(50~200)Х200以上塊粒狀少量細胞外第20頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2、食品的凍結曲線第21頁,共53頁，2024年2月25日，星期天食品凍結曲線的三個階段第一階段，食品的溫度從初溫降至食品的凍結點，這時食品放出的熱量是顯熱，此熱量與整個凍結過程放出的全部熱量比較，其值較小，所以這一階段降溫速度快，曲線較陡。第22頁,共53頁，2024年2月25日，星期天食品凍結曲線的三個階段第二階段，食品的溫度從凍結點降至-5℃左右，這時食品中的水大部分結成冰，放出大量的潛熱。此階段放出的熱量占整個凍結過程放出的全部熱量的絕大部分，因此食品在此階段降溫速度慢，曲線平坦。第23頁,共53頁，2024年2月25日，星期天食品凍結曲線的三個階段第三階段，食品的溫度從-5℃左右繼續(xù)下降至終溫，此時放出的熱量一部分是冰的降溫所放出的熱量，另一部分是由于殘余的少量水繼續(xù)結冰所放出的潛熱；所以這一階段降溫的速度也比較快，曲線也比較陡峭。第24頁,共53頁，2024年2月25日，星期天冰結晶最大生成帶一般食品的凍結點為-0.6～-3℃。大多數(shù)食品的水分含量都比較高，而且大部分水分都在的溫度-1～-5℃的范圍內凍結。這種大量形成冰結晶的溫度范圍稱為冰結晶最大生成帶。第25頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（三）凍結速率凍結速率是指食品物料內某點的溫度下降速率或冰峰前進的速率。目前用于表示凍結速率的方法有以下幾種：時間－溫度法冰峰前進速率國際冷凍協(xié)會定義其他方法第26頁,共53頁，2024年2月25日，星期天速凍一般認為，食品的中心溫度在冰結晶的最大生成帶的溫度范圍內停留的時間不超過30min，就達到了快速凍結的要求。第27頁,共53頁，2024年2月25日，星期天二、凍結食品物料的前處理1熱燙（Blanching）2加糖(Syruping)3加鹽（Salting）4濃縮5加抗氧化劑6冰衣處理7包裝處理第28頁,共53頁，2024年2月25日，星期天三、凍結方法1空氣凍結法（Airfreezing）2間接接觸凍結法3直接接觸凍結法第29頁,共53頁，2024年2月25日，星期天四、食品在凍結、凍藏過程中的變化（一）食品在凍結過程中的變化（二）食品在凍藏過程中的變化第30頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（一）食品在凍結過程中的變化體積變化水分重新分布機械損傷溶質分層（非液相組分被濃縮）第31頁,共53頁，2024年2月25日，星期天1、體積的變化0℃的純水結成冰體積增大約8.7％。食品物料在凍結后也會發(fā)生體積膨脹，但膨脹的程度較純水小。影響凍結食品體積膨脹的因素有：食品的組成。結合水的比例。凍結的溫度范圍。第32頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2、水分的重新分布液體食品會出現(xiàn)溶質分層現(xiàn)象。固體食品細胞內的水會向細胞外遷移。速凍可以減少凍結食品水分的重新分布。第33頁,共53頁，2024年2月25日，星期天3、機械損傷（凍結損傷）食品物料凍結時冰結晶的形成、體積的變化和物料內部存在的溫度梯度等會導致機械應力的產(chǎn)生，并對食品物料產(chǎn)生機械損傷。第34頁,共53頁，2024年2月25日，星期天食品的凍結膨脹食品凍結時表面水分首先凍結成冰，然后冰層逐漸向內部延伸。當內部的水分凍結膨脹時會受到外部凍結層的阻礙，產(chǎn)生內壓，即凍結膨脹壓。當外層受不了這樣的內壓時就會破裂。第35頁,共53頁，2024年2月25日，星期天食品的凍結膨脹第36頁,共53頁，2024年2月25日，星期天食品的凍結膨脹第37頁,共53頁，2024年2月25日，星期天影響凍結膨脹的因素食品厚度大、含水率高時凍結膨脹嚴重；食品凍結時表面溫度下降越快，越容易產(chǎn)生龜裂。第38頁,共53頁，2024年2月25日，星期天牛肉凍結時凍結曲線與凍結膨脹壓曲線第39頁,共53頁，2024年2月25日，星期天4、非水相組分被濃縮由于凍結使食品物料內絕大部分水結成冰，并導致了水的重新分布，實際上就會導致食品物料內出現(xiàn)局部溶質被濃縮的現(xiàn)象。濃縮的程度主要受凍結速率的影響。凍結濃縮現(xiàn)象可用于液態(tài)食品物料的濃縮，凍結過程輔以攪拌對凍結濃縮有益。第40頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（二）食品在凍藏過程中的變化重結晶凍干害脂肪氧化及水解蛋白質變性其它變化（如色澤、風味和營養(yǎng)等）第41頁,共53頁，2024年2月25日，星期天1、重結晶重結晶是指凍藏過程中食品物料中冰結晶的大小、形狀、位置等都發(fā)生了變化，冰結晶的數(shù)量減少、體積增大的現(xiàn)象。同分異質重結晶(iso-massrecrystallization)遷移性重結晶(migratoryrecrystallization)

連生性重結晶(accretiverecrystallization)

第42頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2、凍干害凍干害又稱凍燒（freezeburn）、干縮，是由于凍結食品物料表面水分升華后形成多孔干化層，使食品物料表面出現(xiàn)氧化、變色、變味等品質明顯降低的現(xiàn)象。采取適當（阻隔性好、堅固）的包裝，控制好凍藏室的溫度、空氣流速等，可以降低凍干害的發(fā)生程度。第43頁,共53頁，2024年2月25日，星期天3、脂類氧化和降解乳和冰淇淋中的固形物含量與脂類氧化的敏感性有關。濃縮乳中加入螯合劑可以減少脂肪的自動氧化。乳和乳制品的冷凍前的加熱和均質對抑制脂肪氧化有一定的作用。第44頁,共53頁，2024年2月25日，星期天4、蛋白質溶解性下降凍結的濃縮和脫水效應會導致蛋白質變性，從而使蛋白質絮凝、沉淀。凍結速率快、凍藏溫度低可以減輕凍結導致的蛋白質的變性，有助于蛋白質的凍藏穩(wěn)定性。冷凍前牛乳的冷藏和冷凍處理對蛋白質的凍藏穩(wěn)定性有不利影響，但冷藏前的加熱處理可減少這一影響；加熱還可減少冷藏時乳糖結晶的形成。第45頁,共53頁，2024年2月25日，星期天5、其他變化pH值的變化色澤和風味的變化營養(yǎng)成分的變化第46頁,共53頁，2024年2月25日，星期天五、食品凍結與凍藏工藝及控制（一）凍結速率的選擇（二）凍藏的溫度與時間（三）食品物料凍結與凍藏工藝及控制第47頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（一）凍結速率的選擇一般認為，速凍食品的質量高于緩凍