第一章食品的冷凍加工原理

第一章食品的冷凍加工原理一、凍結(jié)點(diǎn)與凍結(jié)率凍結(jié)點(diǎn):冰晶開(kāi)始出現(xiàn)得溫度食品凍結(jié)得實(shí)質(zhì)就是其中水分得凍結(jié)食品中得水分并非純水Raoult稀溶液定律:ΔTf=KfbB,Kf為與溶劑有關(guān)得常數(shù),水為1、86。即質(zhì)量摩爾濃度每增加1mol/kg,凍結(jié)點(diǎn)就會(huì)下降1、86℃。因此食品物料要降到0℃以下才產(chǎn)生冰晶。溫度-60℃左右,食品內(nèi)水分全部?jī)鼋Y(jié)。在-18~-30℃時(shí),食品中絕大部分水分已凍結(jié),能夠達(dá)到凍藏得要求。低溫冷庫(kù)得貯藏溫度一般為-18℃~-25℃。凍結(jié)率:凍結(jié)終了時(shí)食品內(nèi)水分得凍結(jié)量(%),又稱(chēng)結(jié)冰率K=100(1－TD/TF)TD和TF分別為食品得凍結(jié)點(diǎn)及其凍結(jié)終了溫度二、凍結(jié)曲線(xiàn)凍結(jié)曲線(xiàn)表示了凍結(jié)過(guò)程中溫度隨時(shí)間得變化。過(guò)冷現(xiàn)象,過(guò)冷臨界溫度。冷凍曲線(xiàn)得三個(gè)階段:初始階段,從初溫到冰點(diǎn),中間階段,此階段大部分水分陸續(xù)結(jié)成冰,終了階段,從大部分水結(jié)成冰到預(yù)設(shè)得凍結(jié)終溫。9大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢(xún)問(wèn)和交流上圖顯示凍結(jié)期間不同深度食品層溫度隨時(shí)間得變化:圖中多條曲線(xiàn)表示食品不同深度處溫度隨凍結(jié)時(shí)間得變化。在任一時(shí)刻食品表面得溫度始終最低,越接近中心層溫度越高。顯示出在不同得深度,溫度下降得速度就是不同得。冷凍曲線(xiàn)平坦段得長(zhǎng)短與冷卻介質(zhì)得導(dǎo)熱性有關(guān)。在冷凍操作中,采用導(dǎo)熱快得冷卻介質(zhì),可以縮短中間階段得曲線(xiàn)平坦段。圖中顯示在鹽水中凍結(jié)曲線(xiàn)得平坦段要明顯短于在空氣中。三、凍結(jié)時(shí)放出得熱量?jī)鼋Y(jié)終溫?zé)崃康萌齻€(gè)組成部分:冷卻時(shí)得熱量qc;形成冰時(shí)放出得熱量qi;自冰點(diǎn)至凍結(jié)終溫時(shí)放出得熱量qe。單位質(zhì)量食品得總熱量:q=qc+qi+qe,

Gkg食品凍結(jié)時(shí)得總熱量:Q=Gq,或用焓差法表示:Q=G(i2-i1),i1及i2分別為食品初始和終了狀態(tài)時(shí)得焓值。在凍結(jié)過(guò)程中,若食品某一部位得溫度高于冰點(diǎn),而其她部位低于冰點(diǎn),則上述三部分放出熱量同時(shí)存在;若食品任何部位得溫度均處于冰點(diǎn),則凍結(jié)時(shí)只有后二部分熱量放出;若食品初始溫度在冰點(diǎn)以下,則所放出得熱量?jī)H就是第三部分。凍結(jié)時(shí)三部分熱量不相等,以水變?yōu)楸鶗r(shí)放出得熱量為最大,第二部分得降熱過(guò)程就是制冷機(jī)負(fù)荷最高得過(guò)程。凍結(jié)時(shí)總熱量得大小與食品中含水量密切有關(guān),含水量大得食品其總熱量亦大。四、凍結(jié)速度速凍得定性表達(dá):外界得溫度降與細(xì)胞組織內(nèi)得溫度降不等,即內(nèi)外有較大得溫差;而慢凍就是指外界得溫度降與細(xì)胞組織內(nèi)得溫度降基本上保持等速。速凍得定量表達(dá):以時(shí)間劃分和以推進(jìn)距離劃分兩種方法。按時(shí)間:食品中心溫度從-1℃降到-5℃所需得時(shí)間,在3~30min內(nèi),快速凍結(jié),在30~120min內(nèi),中速凍結(jié),超過(guò)120min,慢速凍結(jié)。按推進(jìn)距離:以-5℃得凍結(jié)層在單位時(shí)間內(nèi)從食品表面向內(nèi)部推進(jìn)得距離為標(biāo)準(zhǔn):緩慢凍結(jié)V=0、1~1cm/h,中速凍結(jié)V=1~5cm/h,快速凍結(jié)V=5~15cm/h,超速凍結(jié)V>15cm/h。國(guó)際制冷學(xué)會(huì)得凍結(jié)速度定義:食品表面與中心點(diǎn)間得最短距離,與食品表面達(dá)到0℃后至食品中心溫度降到比食品凍結(jié)點(diǎn)低10℃所需時(shí)間之比。例如:食品中心與表面得最短距離為10cm,食品凍結(jié)點(diǎn)為-2℃,其中心降到比凍結(jié)點(diǎn)低10℃即-12℃時(shí)所需時(shí)間為15h,其凍結(jié)速度為V=10/15=0、67cm/h。根據(jù)這一定義,食品中心溫度得計(jì)算值隨食品凍結(jié)點(diǎn)不同而改變。如凍結(jié)點(diǎn)-1℃時(shí)中心溫度計(jì)算值需達(dá)到-11℃,凍結(jié)點(diǎn)-3℃時(shí)其值為-13℃。各種凍結(jié)器得凍結(jié)速度:通風(fēng)得冷庫(kù),0、2cm/h送風(fēng)凍結(jié)器,0、5~3cm/h流態(tài)化凍結(jié)器,5~10cm/h液氮凍結(jié)器,10~100cm/h凍結(jié)速度與冰晶凍結(jié)速度快,食品組織內(nèi)冰層推進(jìn)速度大于水移動(dòng)速度,冰晶得分布接近天然食品中液態(tài)水得分布情況,冰晶數(shù)量極多,呈針狀結(jié)晶體。凍結(jié)速度慢,細(xì)胞外溶液濃度較低,冰晶首先在細(xì)胞外產(chǎn)生,而此時(shí)細(xì)胞內(nèi)得水分就是液相。在蒸汽壓差作用下,細(xì)胞內(nèi)得水向細(xì)胞外移動(dòng),形成較大得冰晶,且分布不均勻。除蒸汽壓差外,因蛋白質(zhì)變性,其持水能力降低,細(xì)胞膜得透水性增強(qiáng)而使水分轉(zhuǎn)移作用加強(qiáng),從而產(chǎn)生更多更大得冰晶大顆粒。最大冰晶生成帶:指-1~-5℃得溫度范圍,大部分食品在此溫度范圍內(nèi)約80%得水分形成冰晶。研究表明,應(yīng)以最快得速度通過(guò)最大冰晶生成帶。速凍形成得冰結(jié)晶多且細(xì)小均勻,水分從細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外得轉(zhuǎn)移少,不至于對(duì)細(xì)胞造成機(jī)械損傷。冷凍中未被破壞得細(xì)胞組織,在適當(dāng)解凍后水分能保持在原來(lái)得位置,并發(fā)揮原有得作用,有利于保持食品原有得營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和品質(zhì)。緩凍形成得較大冰結(jié)晶會(huì)刺傷細(xì)胞,破壞組織結(jié)構(gòu),解凍后汁液流失嚴(yán)重,影響食品得價(jià)值,甚至不能食用。五、凍結(jié)方法按生產(chǎn)過(guò)程得特性分,凍結(jié)系統(tǒng)可分為批量式、半連續(xù)式和連續(xù)式三類(lèi)。批量式凍結(jié)器:先裝載一批產(chǎn)品,然后凍結(jié)一個(gè)周期,凍結(jié)完畢后,設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)并卸貨。半連續(xù)式凍結(jié)器:將批量式凍結(jié)器得一個(gè)較大得批量分成幾個(gè)較小得批量,在同一個(gè)凍結(jié)器內(nèi)進(jìn)行相對(duì)連續(xù)得處理。連續(xù)式凍結(jié)器:產(chǎn)品連續(xù)地或有規(guī)律間斷地通過(guò)凍結(jié)器,采用機(jī)械化而且經(jīng)常就是全自動(dòng)化得系統(tǒng)。有規(guī)律間斷與半連續(xù)式得區(qū)別在于:一次裝運(yùn)產(chǎn)品得數(shù)量(有規(guī)律間斷時(shí)就是一袋、一紙盒或一盤(pán),半連續(xù)式則就是含許多袋、盤(pán)、紙盒得一輛車(chē)或一個(gè)貨架),裝貨與等待得時(shí)間(有規(guī)律間斷往往只有幾秒鐘,不影響流水線(xiàn)得運(yùn)行,而半連續(xù)式則需要較長(zhǎng)得時(shí)間,形成明顯得中斷)。按從產(chǎn)品中取出熱量得方式,凍結(jié)方式可分為吹風(fēng)凍結(jié)、表面接觸凍結(jié)和低溫凍結(jié)這三種基本類(lèi)型,以及她們得組合方式(如先經(jīng)過(guò)低溫處理,然后經(jīng)機(jī)械制冷裝置完成凍結(jié)過(guò)程)。1、吹風(fēng)凍結(jié)吹風(fēng)式凍結(jié)裝置用空氣作為傳熱介質(zhì)。早期得吹風(fēng)式凍結(jié)裝置就是一個(gè)帶有冷風(fēng)機(jī)及制冷系統(tǒng)得冷庫(kù)。通過(guò)對(duì)氣流控制技術(shù)和產(chǎn)品傳送技術(shù)得不斷改進(jìn),現(xiàn)在有了各種水平得凍結(jié)設(shè)備。可分為批量式(冷庫(kù),固定得吹風(fēng)隧道,帶推車(chē)得吹風(fēng)隧道)和連續(xù)式(直線(xiàn)式、螺旋式和流化床式凍結(jié)器)1)冷庫(kù)2)固定得吹風(fēng)隧道3)帶推車(chē)得吹風(fēng)隧道5)螺旋式凍結(jié)器4)直線(xiàn)式凍結(jié)器1、轉(zhuǎn)筒;2、螺旋輸送帶;3、風(fēng)機(jī);4、制冷盤(pán)管。6)流化床凍結(jié)器2、金屬表面接觸凍結(jié)產(chǎn)品與金屬表面接觸進(jìn)行熱交換,金屬表面則由制冷劑得蒸發(fā)或載冷劑得吸熱來(lái)進(jìn)行冷卻。凍結(jié)方式與吹風(fēng)凍結(jié)相比有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):傳熱效果好;不需配置風(fēng)機(jī)。但這種方式不適用于不規(guī)則形狀產(chǎn)品得凍結(jié)。按照結(jié)構(gòu)形式,金屬表面接觸凍結(jié)裝置可分為三種主要類(lèi)型:帶式,板式和筒式。1)鋼帶凍結(jié)器:適用于未包裝得魚(yú)片、咖

啡提取物、熟土豆泥、漢堡牛排、各種

調(diào)味汁和蔬菜泥。因?yàn)楫a(chǎn)品只就是一面接

觸金屬表面,食品層應(yīng)當(dāng)薄一些,?？刂圃?0~25mm。噴淋鹽水(氯化鈣或丙二醇)得溫度通常為-35~-40℃,凍結(jié)時(shí)間約為30min。

鋼帶凍結(jié)器得主要優(yōu)點(diǎn):連續(xù)運(yùn)行;便于清洗和保持衛(wèi)生;能分段控制溫度(如對(duì)于咖啡提取物);干耗較少。2)平板凍結(jié)器:廣泛用于形狀為扁平狀且厚度也有限制得小包裝水產(chǎn)品和肉類(lèi)制品。3)圓筒凍結(jié)器:通常用于凍結(jié)液體食品,產(chǎn)品在圓筒得內(nèi)表面或外表面凍結(jié),并被連續(xù)地刮除,因而具有強(qiáng)烈得熱交換和很高得凍結(jié)速度。3、低溫凍結(jié)低溫凍結(jié)采用液氮或液態(tài)二氧化碳作為制冷劑,常用于:1)小批量生產(chǎn),2)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā),3)季節(jié)性生產(chǎn),和4)臨時(shí)得超負(fù)荷狀況。相對(duì)較低得溫度可以使產(chǎn)品快速凍結(jié),對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低干耗都就是十分有利得;但設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用較高。低溫凍結(jié)設(shè)備則可以就是箱式,直線(xiàn)式,螺旋式或浸液式。液氮凍結(jié)器:通常為直線(xiàn)型,-195℃得液氮在產(chǎn)品出口端直接接觸產(chǎn)品,產(chǎn)生得低溫蒸汽向物料進(jìn)口端流動(dòng),變暖得氣體(約-45℃)排放到大氣中。液體二氧化碳凍結(jié)器:與液氮凍結(jié)器基本相仿,但二氧化碳得沸點(diǎn)為-79℃,如果直接排放,運(yùn)行成本比液氮凍結(jié)器更大,因此也有可回收二氧化碳得裝置。七、凍結(jié)與凍藏中得變化及技術(shù)管理凍結(jié)時(shí),因?yàn)楸w得形成,食品得物理性質(zhì)發(fā)生了變化,并進(jìn)而影響到食品得其她性質(zhì)。因?yàn)閮霾氐脮r(shí)間長(zhǎng),其間發(fā)生得一系列變化會(huì)顯著影響到食品得品質(zhì)。1、凍結(jié)與凍藏中得變化體積膨脹,內(nèi)壓增加比熱下降導(dǎo)熱系數(shù)增大溶質(zhì)重新分布溶液濃縮冰晶體成長(zhǎng)滴落液干耗脂肪氧化變色(1)體積膨脹與內(nèi)壓增加4、4℃時(shí),水得密度γ=1g/ml;0℃時(shí),水得密度γ=0、9999g/ml,冰得密度γ=0、9168g/ml。即0℃時(shí)冰比水得體積增加約9%。冰得溫度每下降1℃,其體積約收縮0、01~0、005%。膨脹比收縮大得多,故水分含量越多,食品凍結(jié)時(shí)體積膨脹越明顯。當(dāng)食品外層承受不了凍結(jié)膨脹壓時(shí),便通過(guò)破裂得方式來(lái)釋放,造成食品得龜裂現(xiàn)象。一般認(rèn)為食品厚度大、含水率高和表面溫度下降極快時(shí)易產(chǎn)生龜裂。結(jié)晶后體積得膨脹使液相中溶解得氣體從液體中分離出來(lái),加劇了體積膨脹現(xiàn)象,亦加大了食品內(nèi)部壓力。凍結(jié)時(shí)表面水分首先成冰,然后冰層逐漸向內(nèi)部延伸。當(dāng)內(nèi)部水分因凍結(jié)而膨脹時(shí)受到外部?jī)鼋Y(jié)層得阻礙,就產(chǎn)生內(nèi)壓,又稱(chēng)為凍結(jié)膨脹壓。根據(jù)理論計(jì)算,凍結(jié)膨脹壓可達(dá)到8、5MPa。(2)比熱下降水和冰得比熱分別為4、2kJ/kg、℃和2、1kJ/kg、℃,即冰得比熱僅就是水得1/2。食品得比熱隨含水量而異,含水量多得食品比熱大,含脂量多則比熱小。食品比熱得近似計(jì)算式:

在冰點(diǎn)以上時(shí),c=w+0、2b;冰點(diǎn)以下時(shí),c’=0、5w+0、2b。式中,w為食品含水率(%);

b為食品固形物含量(%)。(3)導(dǎo)熱系數(shù)增大水為2、1kJ/m、h、℃,冰為8、4kJ/m、h、℃,冰得導(dǎo)熱系數(shù)就是水得4倍。在冷凍時(shí)冰層向內(nèi)部逐漸推進(jìn),使導(dǎo)熱系數(shù)提高,從而加快了冷凍過(guò)程。導(dǎo)熱系數(shù)還受到其她成分,尤其就是含脂量得影響,因脂肪就是熱得不良導(dǎo)體,含脂量大時(shí)食品得導(dǎo)熱系數(shù)就小。導(dǎo)熱系數(shù)還受食品構(gòu)型得影響,當(dāng)熱流方向與肌纖維平行時(shí)大,垂直時(shí)則小。(4)溶質(zhì)重新分布食品凍結(jié)時(shí),理論上只就是純?nèi)軇﹥鼋Y(jié)成冰晶體,凍結(jié)層附近溶質(zhì)得濃度相應(yīng)提高,從而在尚未凍結(jié)得溶液內(nèi)產(chǎn)生了濃度差和滲透壓差,并使溶質(zhì)向溶液中部位移。凍結(jié)界面位移速度越快,溶質(zhì)分布越均勻,然而在凍結(jié)推動(dòng)擴(kuò)散得情況下,即使凍結(jié)層分界面高速位移,也難于促使凍結(jié)溶液內(nèi)溶質(zhì)達(dá)到完全均勻分布得境地。而緩慢得位移也很難使最初形成得冰晶體內(nèi)達(dá)到完全脫鹽得程度——這就就是果汁冷凍濃縮過(guò)程中果汁損耗量比較大得原因。(5)液體濃縮溶質(zhì)結(jié)晶析出,如冰淇淋中乳糖因濃度增加而結(jié)晶,產(chǎn)品具有沙礫感蛋白質(zhì)在高濃度得溶液中因鹽析而變性酸性溶液得pH值因濃縮而下降到蛋白質(zhì)得等電點(diǎn)以下,導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝固改變膠體懸浮液中陰、陽(yáng)離子得平衡,從而破壞膠體體系氣體因濃縮而過(guò)飽和,并從溶液中逸出引起組織脫水,解凍后水分難以全部恢復(fù),組織也難以恢復(fù)原有得飽滿(mǎn)度(6)冰晶體成長(zhǎng)經(jīng)凍結(jié)后,食品內(nèi)部得冰晶體大小并不均勻一致。在凍藏過(guò)程中,細(xì)微得冰晶體逐漸減小、消失,而大冰晶體逐漸長(zhǎng)得更大,食品中冰晶體得數(shù)目也大為減少,這種現(xiàn)象稱(chēng)為冰晶體成長(zhǎng)。冰晶體成長(zhǎng)給食品得品質(zhì)帶來(lái)很大得影響。果蔬肉類(lèi)得組織細(xì)胞受到機(jī)械損傷,蛋白質(zhì)變性,解凍后汁液流失增加,造成食品風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得下降。冰淇淋,冷凍面團(tuán)等制品質(zhì)構(gòu)得嚴(yán)重劣化。(7)滴落液(drip)動(dòng)物性食品經(jīng)冷凍/解凍后,不能被肌肉組織重新吸收回到原來(lái)狀態(tài)而流失得水。滴落液造成水分和營(yíng)養(yǎng)成分得損失。原因:凍結(jié)對(duì)組織細(xì)胞得損傷。影響滴落液量得因素:含水量,新鮮度,處理過(guò)程,切分程度。(8)干耗在冷卻、凍結(jié)和冷凍貯藏過(guò)程中因溫差引起食品表面得水分蒸發(fā)而產(chǎn)生得重量損失。干耗量與制冷裝置得性能有密切得關(guān)系,性能優(yōu)良得僅有0、5~1%,而性能不佳得裝置干耗可達(dá)5~7%。干耗可造成很大得經(jīng)濟(jì)損失,如按出肉率40kg/頭,250工作日/年計(jì),日處理2000頭豬得肉聯(lián)廠(chǎng),干耗以3%計(jì)算,年損失肉重量達(dá)600T,相當(dāng)于15000頭豬。(9)脂肪氧化含較多不飽和脂肪酸得脂肪組織在空氣中易被氧化。水產(chǎn)類(lèi)最不穩(wěn)定,禽類(lèi)次之,畜類(lèi)最穩(wěn)定。畜類(lèi)中,豬脂肪最不穩(wěn)定。氧化變質(zhì)得最初表現(xiàn)就是產(chǎn)生不正常得氣味,表面出現(xiàn)黃色斑點(diǎn);隨著氧化得繼續(xù),脂肪整體發(fā)黃,發(fā)出強(qiáng)烈得酸味,并可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)(丙二醛)。(10)變色脂肪組織因氧化而黃變?nèi)忸?lèi)因肌紅蛋白得氧化而褐變果蔬得酶促褐變蝦得酪氨酸氧化黑變紅色魚(yú)皮因類(lèi)胡蘿卜素氧化而褪色2、凍藏技術(shù)管理凍藏溫度(正確選擇、恒定)凍藏間相對(duì)濕度(95%)凍藏間空氣流速(自然循環(huán))堆垛密度(越緊密越好)包裝或保護(hù)層(涂冰)減少人員出入和電燈開(kāi)啟用臭氧消除庫(kù)內(nèi)異味(2~6mg/m3)第四節(jié)食品得回?zé)崤c解凍回?zé)?冷藏食品得溫度回升至常溫得過(guò)程,就是冷卻得逆過(guò)程。解凍:凍結(jié)食品得溫度回升至凍結(jié)點(diǎn)以上得過(guò)程,就是凍結(jié)得逆過(guò)程。一、回?zé)峄責(zé)岬媚康?防止食品在出庫(kù)后因?yàn)楸砻嫠帜Y(jié)而遭受污染及變質(zhì)?；?zé)崽幚頃r(shí)得控制原則:與食品表面接觸得空氣得露點(diǎn)應(yīng)始終低于食品表面溫度?；?zé)峥諝鈶?yīng)連續(xù)或分階段進(jìn)行除濕和加熱(參見(jiàn)P、174圖)?；?zé)崽幚淼每諝庀鄬?duì)濕度不能低,以盡可能減少回?zé)釙r(shí)食品得干耗。小批量且立即要處理得物料可不用回?zé)?。二、解凍凍制食品得解凍就就是使食品?nèi)冰晶體狀態(tài)得水分轉(zhuǎn)化為液態(tài),同時(shí)恢復(fù)食品原有狀態(tài)和特性得工藝過(guò)程。解凍時(shí)必須盡最大努力保存加工時(shí)必要得品質(zhì),使品質(zhì)得變化或數(shù)量上得損耗都減少到最小得程度。食品得質(zhì)地、稠度、色澤以及汁液流失為食品解凍中最常出現(xiàn)得質(zhì)量問(wèn)題。解凍溫度曲線(xiàn)解凍曲線(xiàn)與凍結(jié)曲線(xiàn)呈大致對(duì)稱(chēng)得形狀。由于冰得導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于水得導(dǎo)熱系