《食品贮运保鲜学》PPT课件.ppt

食品贮运保鲜学,主讲教师：任红涛,教学目标,了解食品低温保藏原理；掌握冷藏、冻藏技术的在食品行业中的应用；掌握速冻调理食品生产工艺。,重点内容：食品低温保藏原理；冷藏及冻藏技术在食品在如何应用。,第一节概述（基础知识）,一、低温保鲜概述食品冷冻保藏就是利用低温保藏食品的过程，即降低食品温度，并维持低温水平或冷冻状态，以便阻止或延缓它们的腐败变质，从而达到远途运输和短期或长期的贮藏目的。,利用低温保藏食品是人类在实践中所取得的成就。炎热季节里，人们不仅懂得了可以利用山洞、地窖及井水和泉水降温，还学会了用天然降温的方法延缓食品的腐败变质。这种方法在那些没有人工制冷的地区至今仍在使用。1875年人工制冷的出现，才为大量易腐食品较长期的贮藏、运输创造了良好条件。于是冷藏库、冷藏车和冷藏船相继出现，并成为贮运食物原料和易腐食品的重要手段，从而起到了调剂市场、平衡供销、合理安排生产、调整加工季节，并对食品质量起到了保证作用。,鱼、肉、禽一类冻制品的出现可追溯到19世纪下半期。冻鱼最初是天然冻结而成，常在冬天冰冻的河面上进行，即使现在，仍然使用。不过，目前基本上都改用人工制冷法。,冻制或速冻蔬菜始销于1930年，这是克伯宰（Birdseye，Clarence）在特雷勒博士（Tressler，D.K.）等人协助下从1923年开始研究后所取得的成果。最初曾因条件未成熟而受挫，直至1945年冻制浓缩橙汁出现才获得成功。,中国冷冻食品的起步较晚，最初只是在一些沿海大城市加工少量产品出口。1973年以后，北京、上海、青岛等地陆续从日本引进螺旋式速冻装置，进入20世纪80年代后，随着我国引进速冻设备(如从瑞典引进的液态化速冻装置等)的不断增多和国产速冻设备的研制成功，国内速冻食品的品种和产量开始较大幅度地增加。,进入20世纪90年代，国内冷冻食品工业迅速发展，1995年我国冷冻食品的总产量约240万吨，如果按当时年增长率20%-25%计算，估计目前我国冷冻食品的总产量已达800-l000万吨。国内冷冻食品发展较快的有上海、北京、天津等大城市和沿海开放城市。近年来，国内冷冻食品中发展较快的产品是速冻蔬菜和冷冻调理食品。,表36部分国家和地区冷冻方便食品年人均消费量单位:公斤,图39世界冷冻食品产品品种结构图,在特大城市和大城市里，冷冻馅类主食、点心，冷冻调理食品已进入寻常百姓家，成为一口三餐的组成部分。国家统计局经济景气监测中心1998年中国城市食品消费形态调查结果表明，54的家庭食用速冻主食，最受欢迎的是速冻饺子，选择率80，其他依次为汤圆57、包子33、馄饨28、馒头花卷25、烧麦14和粽子11。目前，冷冻食品市场上的主要品种还是米面馅类、点心和水产品、畜禽肉加工产品。,图672002年速冻食品市场主要品牌市场综合占有率图,二.食品防腐的基本原理,1食品腐败变质的过程与原因1.1微生物的作用微生物的作用,如金黄色葡萄球菌、变形杆菌等细菌的作用。对于食品的腐败，微生物的活动是重要的，是微生物利用食品本身的营养成分，在适宜条件下生长繁殖，进行代谢作用的结果。最终使食品的化学性质或物理性质发生改变，失去原有的或应有的营养价值、组织状态以及色、香、味、形。,引起食品腐败的微生物有细菌、酵母和霉菌，其中以细菌引起的变质最为显著。,食品变为培养基,吸收营养物质，并分泌各种酶类，将大分物质分解为小分子物质,微生物对食品的腐败不仅局限于降解作用，许多食物的腐败，是由于微生物代谢活动中的合成产物引起的，有些微生物能合成色素，引起食物变色；有些微生物具有合成多糖的能力，从而使食品内部或表面产生粘液。,1.2食品原料辅料的各种酶类,食物中的各种酶类。特别是有生命的植物性食品与蛋类，具有新陈代谢活动，呼吸作用使其能够产生呼吸热，食品温度上升，增加腐败的几率。进行生化反应的速度随着食品的种类不同，特别是海水鱼在适宜的温度条件下，进行的速度就快。,鱼类因本身的组织酶的作用，在相当短的时间内，经过一系列的中间变化，使蛋白质水解为氨基酸和其他的含氮化合物及非含氮化合物，脂肪分解生成游离的脂肪酸，糖原酵解为乳酸。,1.3空气的温度和湿度,湿度就是食品中的水分含量，不过这里是指食品中自由水的含量，即水分活性(Aw)。从表中不难看出，细菌生长要求Aw较高，霉菌Aw较低，大多数新鲜烹饪原料Aw值较高(0.98-0.99)在标准贮存条件下较易腐败，一般认为Aw值在0.70干制食品中可保存数年之久。每种微生物都具有一个适合其生长的最适温度，而且微生物对低温的反应较差，许多食品腐败微生物，甚至病原微生物都具有在低于6的温度下生长的能力，在冷冻状况下，微生物的活动处于停止状态，但并不意味着被杀死。,了解了食物腐败的原理,就可采用相应的对策来防止食物的腐败变质。按照食品贮藏的基本原理可分两大类:一是全部或部分杀灭微生物和破坏酶活性的贮藏方法,如加热法、辐射法、紫外线照射法及化学杀菌剂法。二是抑制微生物发育、酶活性和非酶化学变化的贮藏技术,有低温法、干燥法、酸渍法、糖渍法等。针对食品腐败原理主要有以下几种防腐措施：低温、高温、低水分、糖盐渍、酸渍、烟薰、化学防腐剂。,三.食品冷冻冷藏的生物化学基础,食品的营养成分可分为有机物质和无机物质。无机物质直接来自于自然界中的水和盐等物质，而有机物质主要来自于一两个方面：一个是植物，另一个是动物。,植物性食品主要包括各种谷物、果品和蔬菜；动物性食品主要指家畜肉、禽肉、鱼类、蛋类和乳品等。植物性食品在冷藏过程中是有生命的活的物体，靠自身的物质消耗来维持生命的代谢活动，可继续完成成熟、衰老、死亡等过程。,动物性食品除鲜蛋为有生命食品外，其他均为无生命食品。无论是有生命食品还是无生命食品，食品自身均进行着一系列的生物化学反应，同时微生物也不断地对其进行侵染，使食品最终腐烂变质。,1.食品材料的基本构成,1.1植物细胞(plantcell)植物细胞是由细胞壁(cellwall)、细胞膜(cellmembrane)、细胞溶液(cytosol)、细胞核(nucleus)、液泡(vacuoles)、质体(plastid)等构成。其中细胞壁、液泡和质体是植物细胞特有的组成部分，是植物细胞与动物细胞的主要区别之一。,1.2动物肌纤维(Musclefibre),在形态上，畜禽肉主要由肌肉组织、脂肪组织、结缔组织和骨骼组织等组成，其所占比例分别约为：肌肉组织50%-60%、脂肪组织20%-30%、骨骼组织13%-20%、结缔组织7%-11%。此外，还有比例较少的神经组织和淋巴及血管等。肌肉组织是肉的主要组成部分，可分为横纹肌、平滑肌和心肌三种。其中横纹肌是肉的主体，也是加工的主要对象。,肌纤维细胞内有许多微细的肌原纤维(myofibril)、细胞核、线粒体(mitochondria)和汁液等物质，外面被一层富有弹性的肌纤维膜(sarcolemma)所包裹。许多肌纤维细胞集合起来形成肌束，肌束的周围被结缔组织的膜所包围。肌束再集合而形成肌肉，肌肉再被外面的结缔组织所包裹，而血管、淋巴和神经组织就分布于这些结缔组织中。,平滑肌是构成血管壁和胃肠壁的物质，心肌是构成心脏的物质。它们在肌肉组织中所占的比例很小，但都是由肌纤维细胞构成的。这些肌纤维与横纹肌的肌纤维比较，仅在细胞和细胞核的形状方面略有不同。,四.食品材料的主要化学成分,1.1蛋白质(Proteins)蛋白质是构成一切生命体的重要物质，也是食品冷冻冷藏加工中保存的主要对象。构成蛋白质的基本元素是：碳、氢、氮、氧、硫、磷等物质，有些蛋白质还含有铁、铜、锌等元素。,在酸、碱、酶等物质作用下蛋白质可发生下列水解反应，最终将大分子的蛋白质水解为较小分子的氨基酸：蛋白质多肽(polypeptide)二肽(dipeptide)氨基酸,蛋白质可分为单纯蛋白质（simpleproteins）和结合蛋白质（eoniugatedproteins）。单纯蛋白质水解时只能产生氨基酸；而结合蛋白质水解时除产生氨基酸外，还有其他化合物，如糖、磷酸、金属有机化合物、核酸等。单纯蛋白质包括清蛋白（albumins）、球蛋白（globulins）、谷蛋白（glutelins）、醇溶谷蛋白（prolamines）、组蛋白（histones）、精蛋白（spermatines）、硬蛋白（seleroproteins）等；结合蛋白质包括核蛋白（nueleoproteins）、磷蛋白（phosphoproteins）、脂蛋白（lipoproteins）、糖蛋白（glyeoproteins）、色蛋白（ehromoproteins）等。,动物肌肉中的蛋白质主要是肌球蛋白（myosin）和肌动蛋白（actin）。动物皮、骨、结缔组织中的蛋白质主要是胶元（conagen）。它也是一种蛋白质，主要由脯氨酸、经脯氨酸、甘氨酸等组成，胶元受热分解后产生明胶。动物乳中的蛋白质主要是酪蛋白（casein）、乳球蛋白（lac-toglobuhns）和脂肪球膜蛋白等组成。,在谷类、豆类等植物性食品中，面粉含有的蛋白质主要是构成面筋的醇溶谷蛋白和谷蛋白以及可溶性的清蛋白和球蛋白等。豆类等油料作物中的蛋白质主要是球蛋白，如大豆球蛋白、豌豆球蛋白等。,蛋白质的主要性质:,（1）两性电解质（amphotericelectrolyte）蛋白质既能和酸作用，又能和碱作用。当溶液在某一特定的pH值时，蛋白质所带的正电荷与负电荷恰好相等，蛋白质不显电性，这时溶液的pH值称为该蛋白质的等电点（IEP）。蛋白质处于等电点时，将失去胶体的稳定性而发生沉淀现象。,（2）蛋白质的胶凝性质（geningproperty）蛋白质的直径约为1-10Onm，其颗粒尺寸在胶体粒子范围内，是亲水化合物。在水溶液中，由于其表面带有很多极性基团，被具有极性的水分子所包围，使蛋白质颗粒分散在水溶液中呈溶胶状态。包围蛋白质颗粒的水分子是从有序排列到无序排列逐渐变化的，越靠近蛋白质颗粒的水分子，与其结合力越强，其溶解度、蒸汽压、冰点等均显著下降，而粘度却显著上升。蛋白质在食品中的另一种存在状态是凝胶态，它与蛋白质溶液的温度有关。当温度下降时，可由溶胶态转变为凝胶态。溶胶态可看作是蛋白质颗粒分散在水中的分散体系；而凝胶态则可看作是水分散在蛋白质中的一种胶体状态。,（3）蛋白质的热变性（heatdenaturation）当蛋白质受不同温度（加热或冷冻）和其他因素作用时，蛋白质的构象可发生变化，使其物理和生物化学性质也随之变化，这种蛋白质称为变性蛋白质。变性蛋白质在溶液中溶解度下降，同时也失去了其生理活性功能。在日常生活中，蛋清受热凝固、毛发受热卷曲、肉类解冻后汁液流失等都是蛋白质变性的表现。,1.2脂肪（fats）,脂肪在食品中的作用主要是提供热量，1g脂肪的发热量平均可达38kJ，约为同等重量的糖和蛋白质发热量的2.2倍以上，是食品中热量最高的营养素。脂肪主要由甘油和脂肪酸组成，其中也常有少量的色素、脂溶性维生素和抗氧化物质。,脂肪的性质与脂肪酸关系很大，脂肪酸可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。脂肪中含有的饱和脂肪酸成分越多，其流动性越差。习惯上称常温下呈固态的脂肪为脂，如多数动物性脂肪。反之则称为油，如豆油、花生油、芝麻、油、菜油等各种植物油。,在天然脂肪中，脂肪酸多以偶数碳原子直链形式存在。其中链越长，沸点就越高，熔点也有不规则的增高；双键越多，不饱和程度越高，氧化也越快。陆上动、植物脂肪中以C18脂肪酸居多，C16脂肪酸次之；水产动物脂肪中以C20和C22脂肪酸居多；两栖类、爬行类、鸟类及啮齿类脂肪中的脂肪酸组成介于水产动物和陆生高等动物之间。,在高等陆生动物脂肪中，脂肪酸主要是软脂酸、油酸和少量的硬脂酸。哺乳动物乳汁中除软脂酸和油酸外，往往还有相当比例的短链脂肪酸（C4-C10）。植物脂肪中的脂肪酸主要是软脂酸、油酸，视品种不同往往还含有亚油酸或亚麻酸。水产动物脂肪中，不饱和脂肪酸的含量不但占绝大部分，而且种类也很多。淡水鱼类脂肪中以C18不饱和脂肪酸的比例高，而海水鱼类脂肪中则以C20及C22不饱和脂肪酸居多。,脂肪在酸、碱溶液中或在微生物作用下可迅速水解为甘油和脂肪酸，使甘油分离出来。脂肪酸在酶的一系列催化作用下可生成-酮酸，脱羧后成为具有苦味及臭味的酮类。,脂肪变质的另一原因是脂肪酸链中不饱和键被空气中的氧气所氧化，生成过氧化物（peroxide）。过氧化物继续分解产生具有刺激性气味的醛、酮或酸等物质。脂肪氧化也称为脂肪酸败（rancidity），脂肪酸败不但使脂肪失去营养，而且也产生毒性。,可以从两个方面减少或避免脂肪酸败：一是向食品中添加天然抗氧化剂（antioxidant）或合成抗氧化剂，如单宁（tannin）、棉酚、生育酚（tocopherols）以及特丁基对苯二酚等；另一个是控制合理加工贮藏条件。,1.3糖（Sugar）,糖的主要组成元素是碳、氢、氧。糖主要存在于植物性食品中，占植物干重的50%-80%。糖是人体热量的重要来源，1g葡萄糖在体内完全氧化可以产生16kJ的热量。糖也是参与人体重要代谢过程的主要物质。糖可分为单糖、低聚糖和多糖三类。,淀粉呈颗粒状，在一定的温度下，吸水后体积膨胀约50-100倍，由淀粉大颗粒分解为细小淀粉分子而形成胶体溶液，此过程称为淀粉糊化(gelatinization)。糊化后的淀粉称为-淀粉，在适宜的温度下长期存放，-淀粉会发生老化(retrogradation)，老化是胶体溶液中淀粉分子重新聚集与结晶的过程。,与生淀粉（-淀粉）比较，老化后的淀粉不易被人体所吸收，因此，在工业上常采用-20速冻来避免淀粉老化。,果胶(pectin)主要存在于细胞壁和细胞壁之间，起细胞间的粘接作用。果胶一般有三种状态，即原果胶、果胶和果胶酸。未成熟的果实中主要是原果胶，其组织坚硬，随着果实的成熟，由原果胶变为果胶，最终转化为果胶酸，使果实组织柔软。果胶物质只能被人体部分吸收。,1.4维生素(vitamin）,维生素虽是食品中的微量有机物质，但其营养价值却不可低估。维生素是人体生理过程以及蛋白质、脂肪、糖等代谢过程中不可缺少的成分，除了极少数几种维生素外，人体是不能合成维生素的，只能从食品中获取。冷冻冷藏对维生素的破坏较小。,1.5酶(enzyme）,没有酶的存在，生物体内的化学反应将非常缓慢，或者需要在高温高压等特殊条件下才能进行。有酶的存在，生物物质能在常温常压下以极高的速度和很强的专一性进行。食品加工与贮藏中，酶可来自食品本身和微生物两方面，酶的催化作用通常使食品营养质量和感官质量下降，因此，抑制酶的活性是食品加工贮藏中的重要内容之一。由于酶是一种特殊的蛋白质，在不同的pH值环境下，其活性也不同，大多数酶的最适宜pH值在4.5-8.0范围内，即在中性、弱酸、弱碱环境中能够保持活性。,1.6矿物质(mineral）,食品中除了构成水分和有机物质的C、H、O、N四种元素以外，其他元素统称为矿物质。根据人体对矿物质的需求量，可将矿物质分为常量元素和微量元素。含量在0.01以上的元素称为常量元素；其他的为微量元素。钙、镁、磷、钠、钾、氯、硫为常量元素，铁、锌、铜、碘、锰、钼、钴、硒、铬、镍、锡、硅、氟、钒等为微量元素。,人体对矿物质的需求量是不同的，过多或过少均会影响健康，如缺钙会导致人体骨质疏松；缺碘会使人体甲状腺肿大；钾过多会使人体血管收缩，造成四肢苍白无力、嗜睡甚至突然死亡等。人体所需要的矿物质主要从食品中获得，它们以无机盐形式存在于食品中。,1.7水分(water）,水是组成一切生命体的重要物质，也是食品的主要成分之一。水分存在的状态直接影响着食品自身的生化过程和周围微生物的繁殖状况。食品中的水分可分为自由水和结合水。,自由水也称为游离水，主要包括食品组织毛细孔内或远离极性基团能够自由移动、容易结冰、能溶解溶质的水。自由水在动物细胞中含量较少，而在某些植物细胞中含量却较高。结合水包围在蛋白质和糖分子周围，形成稳定的水化层。结合水不易流动，不易结冰，也不能作为溶质的溶剂。结合水对蛋白质等物质具有很强的保护作用，对食品的色、香、味及口感影响很大。近年来研究表明，加热干燥或冷冻干燥可除去部分结合水，而冷冻冷藏对结合水影响却较小。,五.食品冷冻冷藏保鲜原理,1.温度对微生物(micro-organisms)的作用食品冷冻冷藏中主要涉及的微生物有细菌(bacteria)、霉菌(moulds)和酵母菌(yeasts)，它们是能够生长繁殖的活体，因此需要营养和适宜的生长环境。动物性食品是它们生长繁殖的最好材料，而植物性食品只有在受到物理损伤或处于衰老阶段时，才易被微生物所利用。由于微生物能分泌出各种酶类物质，使食品中的蛋白质、脂肪等营养成分发生分解，并产生硫化氢、氨等难闻的气味和有毒物质，使食品失去食用价值。,根据微生物对温度的耐受程度，将其划分为四类，即嗜冷菌(psychrophile)、适冷菌(psychrotroph、嗜温菌(mesophile)和嗜热菌(thermophile)。温度对微生物的生长繁殖影响很大。温度越低，它们的生长与繁殖速率也越低。当处在它们的最低生长温度时，其新陈代谢活动已减弱到极低的程度，并出现部分休眠状态。,2.温度对酶活性(enzymeactivity)的影响,温度对酶活性（即催化能力）影响最大，40-50时，酶的催化作用最强。随着温度的升高或降低，酶的活性均下降。一般来讲，在0-40范围内，温度每升高10K,反应速度将增加1-2倍。一般最大反应速度所对应的温度均不超过60。当温度高于60时，绝大多数酶的活性急剧下降。,而温度降低时，酶的活性也逐渐减弱。酶活性虽在冷冻冷藏中显著下降，但并不说明酶完全失活，在长期冷藏中，酶的作用仍可使食品变质。当食品解冻后，随着温度的升高，仍保持活性的酶将重新活跃起来，加速食品的变质。商业上一般采用-18作为贮藏温度，实践证明，对于多数食品在数周至数月内是安全可行的。,基质浓度和酶浓度对催化反应速度影响也很大。例如，在食品冻结时，当温度降至-1-5时，有时会呈现其催化反应速度比高温时快的现象，其原因是在这个温度区间，食品中的水分有80%变成了冰，而未冻结溶液的基质浓度和酶浓度都相应增加的结果。,3.温度对呼吸作用的影响,果蔬食品在冷却冷藏加工中（冰点以上），呼吸是植物性食品维持生命代谢特有的现象。呼吸可分为有氧呼吸和缺氧呼吸。有氧呼吸的实质是在酶的催化下消耗自身能量的氧化过程，使其中的糖类和有机物质分解为CO2和H20,同时放出大量的热。缺氧呼吸是在氧气不足的环境下，糖类自身分解为乙醇和CO2，同时放出少量热。无论是有氧呼吸还是缺氧呼吸，呼吸都使食品的营养成分损失，而且呼吸放出的热量与有毒物质也加速食品的变质。,六.食品冷冻过程的物理化学基础,1.食品的物理化学特点食品不仅是多组分、多相、非均质的物质系统，而且是物理化学性质不稳定的极其复杂的物质系统。现以面包为例加以说明。,面包中主要是面粉(wheatflour)和水，并含有少量的空气、食盐、糖、酵母和发酵的醇。面粉的主要成分是面筋、蛋自质、淀粉、脂肪和其他多糖等。其中的气相有空气、水蒸气和多种挥发物；其中的固相有结晶的、非结晶的。如新鲜面包中少量的淀粉是晶状的，随着存放时间的增长，其晶状的数量也要增多。,2.水的相图和水的冻结特性,3.降温曲线,图中的斜长虚线表示槽内温度；实线表示水温。纯水在一个大气压下的冰点是273.15K(即O），但在一般情况下，纯水只有被冷却到低于O的某一温度时才开始冻结。这种现象被称为过冷(subcooling)。开始出现冰晶的温度与相平衡冻结温度之差，称为过冷度。在过程abc中，水以释放显热的方式降温；当过冷到点c时，由于冰晶开始形成，释放的相变潜热使样品的温度迅速地回升到0，即过程cd；在过程de中，水在平衡的条件下，继续析出冰晶，不断释放大量固化潜热。在此阶段中，样品温度保持恒定的平衡冻结温度0；当全部水被冻结后，固化的样品以较快速率降温。ef段的降温速率可能远大于槽温的下降速率。,4.过冷和成核,冰晶的成核(nucleation)过程主要由热力学条件决定，而冰晶的生长过程主要由动力学条件决定。当水处于过冷态（亚稳态）时，可能以两种形式形成冰晶核心（晶核,nuclei)，即均匀成核(homogenousnucleation和非均匀成核(heterogenousnucleation）。均匀成核是指在一个体系内各处的成核几率均相等；由于热起伏（或热涨落）可能使原子或分子一时聚集成为新相的集团（又称为新相的胚芽，embryos)，若胚芽大于临界尺寸时就成为晶核。对于均匀成核，要求有较大的过冷度。例如，对很纯的微小水滴，已发现到-40或更低的温度还未结冰。,非均匀成核，又称异相成核，是指水在尘埃、容器表面及其他异相表面等处形成晶核。对于非均匀成核，所要求的过冷度比均匀成核要小得多。对于体积较大的水，一般均具有异相成核的条件，因此只要温度比0稍低几度就能形成冰晶核。,5.水溶液的冻结和特性,两种或多种物质均匀混合，而且彼此呈分子状态分布的物质均可称为溶液(solution)。溶液可以是液态的，也可以是气态的或固态的。我们这里讨论的是由水和一种或几种物质组成的液态溶液，且将水称为溶剂(solvent），将其他物质称为溶质(solute)。,l）稀溶液中水的蒸汽压p水等于纯水的蒸汽压P水0乘以溶液中水的摩尔分数x水；或者可以说，溶液中水的蒸汽压的降低值P水0-P水等于纯水的蒸汽压p水0乘以溶质的摩尔分数xP水0-P水=p水0 x,2)在相同的外压下，稀溶液的沸点Tb要高于纯水的沸点Tb0,其沸点升高值(boiling-pointelevation)正比于溶液的质量浓度ms。Tb=Tb-Tb0=Kbms(Kb为沸点升高常数),3)在相同的外压下，当温度降低时，若水和溶质不生成固溶体，而且生成的固态是纯冰，则稀溶液中水的冰点Tf要低于纯水的冰点Tf0，其冰点的降低值正比于溶液的质量摩尔数。Tf=Tf0-Tf=Kfms(Kf为凝固点降低常数),6.水溶液的冻结特性,现以含盐(NaCl)的水溶液为例，说明冻结过程中溶液的温度和浓度的变化关系。图2-5表示的是NaCl+H2O二元溶液相图的左半部分（即低浓度部分）。,若在室温Tm下，溶液的初始质量分数由w1提高到w2，则溶液中液相部分的状态变化就沿着a2b2E的曲线进行。上述讨论的是在一般的降温速率时所发生的均匀冻结情况。如果初始浓度较大，且降温速率极高，溶液来不及析出冰，溶液温度被降至低于Tb,甚至低于TE，就可能使溶液非晶态固化。,7.融化过程的特点,融化过程的作用是将已冻结的食品材料进行复温，力求使之恢复到原先未冻结前的状态。虽然它是冻结过程的逆过程，但融化过程的温度控制却比冻结过程要困难得多，也很难达到高的复温速率。,在融化过程中，样品的外层首先被融化，供热过程必须先通过这个已融化的液体层，而在冻结过程中，样品外层首先被冻结，吸热过程通过的是冻结层。冰的比热容只有水的一半，热导率却为水的4倍，导温系数为水的8.6倍。因此，冻结过程的传热条件要比融化过程好得多，在融化过程中，很难达到高的复温速率。,七.食品材料的冻结特性和冻结率,食品的冻结过程和纯水不同。由于食品是由多元组分所组成的，因而实际上并不出现明显的“冻结平台”。下表为部分食品材料的初始冻结温度。,当温度低于初始温度后，部分水结成冰。食品大体可看成由固体材料、水和冰三部分组成。当更多的水结冰后，溶液的浓度进一步提高，冰点进一步降低，整个结冰的过程是在浓度变化的情况下进行的。,食品在冻结点与共晶点之间的任意温度下，其水分冻结的比例称冻结率(w0)，以质量分数表示，其近似值可用下式计算：(为食品冻结点温度，为食品冻结点以下的实测温度),八.影响微生物低温致死的因素,1.温度的高低在冰点左右，特别在冰点以上，微生物仍然具有一定的生长繁殖能力，虽只有部分能适应低温的微生物和嗜冷菌逐渐增长，但最后也会导致食品变质。对低温不适应的微生物则逐渐死亡。这就是高温冷藏食品时仍会出现不耐久藏的原因。,稍低于生长温度或冻结温度进对微生物的威胁性最大，一般为0，尤以-2-5为最甚，此时微生物的活动就会受到抑制或几乎全部死亡。温度冷却到-20-25时，微生物细胞内所有酶的反应实际上几乎全部停止，并且还延缓了细胞内胶质体的变性，因而此时微生物的死亡比在-8-10时就缓慢得多。,2.降温速度,食品冻结前，降温愈速，微生物的死亡率也愈大。这是因为迅速降温过程中，微生物细胞内新陈代谢时原来协调一致的各种生化反应未能及时迅速重新调整，并和温度变化情况相适应所致。食品冻结时情况恰好相反，缓冻将导致大量微生物死亡，而速冻则相反。,因为缓冻时一般食品温度常长时间处于-8-12，并形成量少粒大的冰晶体，对细胞产生机械性破坏作用，还促进蛋白质变性，以致微生物死亡率相应增加。速冻时食品在对细胞威胁性最大的温度范围内停留的时间甚短，同时温度迅速下降到-18以下，能及时终止细胞内酶的反应和延缓胶质体的变性，故微生物的死亡率也相应降低。一般情况下，食品速冻过程中微生物的死亡数仅为原菌数的50%左右。,3.结合水分和过冷状态急速冷却时，如果水分能迅速转化成过冷状态，避免结晶并成为固态玻璃质体，这就有可能避免因介质内水分结冰所遭受到的破坏作用。类似这样的现象在微生物细胞内原生质冻结时就有出现的可能，当它含有大量结合水分时，介质极易进入过冷状态，不再形成冰晶体，这将有利于保持细胞内胶质体的稳定性。若和生长细胞相比，细菌和霉菌芽孢中的水分含量就比较低，而其中结合水分的含量就比较高，因而它们在低温下的稳定性也就相应地较高。,4.介质高水分和低pH值的介质会加速微生物的死亡，而糖、盐、蛋白质、胶体、脂肪对微生物有保护作用。5.贮期低温贮藏时微生物数一般总是随着贮存期的增加而有所减少；但是贮藏温度愈低，减少的量愈少，有时甚至于没有减少。贮藏初期（也即最初数周内），微生物减少的量最大，其后它的死亡率下降。一般来说，贮藏一年后微生物死亡数将达原菌数的60%-90%以上。在酸性水果和酸性食品中微生物数的下降比在低酸性食品中更多。,6.交替冻结和解冻理论上认为交替冻结和解冻将加速微生物的死亡，实际上效果并不显著。冻制食品并非无菌，因而就可能含有病原菌，如肉毒杆菌、金黄色葡萄球菌、肠球菌、溶血性链球菌、沙门氏菌等。,九.水和溶液的结晶理论,液体的结晶(crystallization)由两个过程组成，一是晶核形成过程(nucleation)；另一是晶体生长的过程(crystalpropagation)，这两个过程均是由吉布斯自由能驱动，和过冷度(undercooling、subcooling)有密切关系。,在液体中产生稳定的固态核的过程称为成核过程。成核只能是在温度低于融点温度Tm的条件下才能产生。根据机理成核可分为均相成核(homogeneousnucleation)和异相成核（heterogeneneousnucleation）两类。均相成核温度Th要比异相成核温度Thet低，即ThThet520cm/h，中速冻结v=15cm/h，慢速冻结v=0.11m/h。,国际冷冻协会(IIR)委员会对食品冻结速度所作的定义如下：食品表面与温度中心点间的最短距离与食品表面温度达到0后，食品温度中心点降至比冻结点低10所需时间之比，该比值即食品冻结速度。目前国内使用的各种食品冻结装置，由于性能不同，其冻结速度有很大差异，一般范围为0.2-100cm/h。例如食品在吹风冷库中冻结，其冻结速度为0.2cm/h，属慢速冻结；食品在吹风冻结装置中冻结，其冻结速度为0.5-3cm/h,属中速冻结；食品在流态化冻结装置中冻结，冻结速度为5-10cm/h，在液氮冻结装置中冻结，冻结速度为10-100cm/h，均属于快速冻结。,三.食品冻藏时的物理变化,1.冰结晶的长大冻结食品中冰结晶是不稳定的，大小也不全部均匀一致。在冻结贮藏过程中，如果冻藏温度经常变动，冻结食品中微细的冰结晶量会逐渐减少、消失，大的冰结晶逐渐生长，变得更大，整个冰结晶数量大大减少，这种现象称为冰结晶的长大。食品在冻结过程中，冰结晶在生长；冻藏的过程中，由于冻藏期很长，再加上温度波动等因素，冰结晶就有充裕的时间长大。,冰结晶的长大，其原因主要在于蒸气压差的存在。冻结食品中还有残留未冻结的水溶液，其水蒸气压大于冰结晶的水蒸气压；在冰结晶中因粒子大小不同，即使同一温度下，其水蒸气压也各异。小冰晶的表面张力大，其水蒸气压要比大冰晶的水蒸气压高。水蒸气总是从蒸气压高的一方向蒸气压低的一方移动，因而小冰晶的水蒸气不断地移向大冰晶的表面，并凝结在它的表面，使大冰晶越长越大，小冰晶逐渐减少、消失。,这样的水蒸气移动速度极其缓慢，所以只有在冻结食品长期贮藏时才需要考虑此问题。,另外，冻结食品的表面与中心部位之间有温度差，从而产生蒸气压差。如果冻藏室的温度经常变动，当室内空气温度高于冻结食品温度时，冻结食品表面的温度也会高于中心部位的温度，表面冰结晶的水蒸气压高于中心部位冰结晶的水蒸气压，在蒸气压差的作用下，水蒸气从食品表面向中心部扩散，促使中心部位微细的冰结晶生长、变大。这种现象持续发生，就会使食品快速冻结生成的微细冰晶变成缓慢冻结时生成的大块冰晶，给细胞组织造成破坏。,为了减少冻藏过程中因冰结晶的长大给冻结食品的品质带来的不良影响，可从二个方面采取措施来加以防止：采用快速深温冻结方式，使食品中90的水分在冻结过程中来不及移动，就在原位置变成微细的冰结晶，其大小、分布都较均匀。同时由于冻结终温低，提高了食品的冻结率，使食品中残留的液相减少，从而减少冻结贮藏中冰结晶的长大。冻结贮藏室的温度要尽量低，并要保持稳定、少变动，特别要避免-18以上的温度变动。,2.干耗与冻结烧,食品在冷却、冻结、冻藏的过程中都会发生干耗，因冻藏期限最长，干耗问题也更为突出。冻结食品的干耗主要是由于食品表面的冰结晶直接升华而造成的。,食品,冷藏室,空气冷却器蒸发器,速冻食品失去热量，受到冷却，同时水蒸气压差使速冻食品表面的冰晶不断升华。由于蒸发管表面的温度低，空气被冷却，在蒸发管表面达到露点，水蒸气便凝结成霜附着在管的表面。,在冻藏室内，由于冻结食品表面的温度、室内空气温度和空气冷却器蒸发管表面的温度三者之间存在着温度差，因而也形成了水蒸气压差。,冻结食品表面的温度如高于冻藏室内空气的温度，冻结食品进一步被冷却，同时由于存在水蒸气压差，冻结食品表面的冰结晶升华，跑到空气中去。这部分含水蒸气较多的空气，吸收了冻结食品放出的热量，密度减小向上运动，当流经空气冷却器时，就在温度很低的蒸发管表面水蒸气达到露点，凝结成霜。冷却并减湿后的空气因密度增大而向下运动，当遇到冻结食品时，因水蒸气压差的存在，食品表面的冰结晶继续向空气中升华。,当冻藏室的围护结构隔热不好，外界传入的热量多；冻藏室内收容了品温较高的冻结食品；冻藏室内空气温度变动剧烈；冻藏室内蒸发管表面温度与空气温度之间温差太大；冻藏室内空气流动速度太快等时都会使冻结食品的干耗现象加剧。,开始时仅仅在冻结食品的表面层发生冰晶升华，长时间后逐渐向里推进，达到深部冰晶升华。这样不仅使冻结食品脱水，造成质量损失，而且冰晶升华后留存的细微空穴大大增加了冻结食品与空气的接触面积。在氧的作用下，食品中的脂肪氧化酸败，表面发生黄褐变，使食品的外观损坏，食味、风味、质地、营养价值都变差，这种现象称为冻结烧(Freezerburn)。冻结烧部分的食品含水率非常低，接近2%-3，断面呈海绵状，蛋白质脱水变性，食品质量严重下降。,可采用加包装或镀冰衣的方法，预防干耗。食品包装时，内包装材料要尽量紧贴冻品，如果两者之间有空气间隙，水蒸气蒸发、冰晶升华仍可能在包装袋内发生，参见图5-1。经过冷却器冷却、减湿后的冷空气流经包装袋时，包装袋内侧的空气被冷却，水蒸气压pa2下降。冻品表面的水蒸气压pf高于包装袋内侧的水蒸气压pa2，水蒸气就从冻品表面向此空气间隙移动，并在包装材料的内侧凝结成霜，其结果使包装袋内冻结食品表面仍会干燥。,四.食品冻藏时的化学变化,1.蛋白质的冻结变性食品中的蛋白质在冻结过程中会发生冻结变性，在冻藏过程中，因冻藏温度的变动和冰结晶的长大，会增加蛋白质的冻结变性程度。,通常认为，冻藏温度低，蛋白质的冻结变性程度小。鱼类因鱼种不同，其蛋白质的冻结变性程度有很大差异，这与鱼肉蛋白质本身的稳定性有关。例如鳕鱼肉的蛋白质很容易冻结变性。,此外，鱼肉蛋白质的冻结变性还受到共存物质的影响。脂肪的存在，特别是磷脂质的分解产生的游离脂肪酸，是促进蛋白质变性的因素。钙、镁等水溶性盐类会促进鱼肉蛋白质冻结变性，而磷酸盐、糖类、甘油等可减少鱼肉蛋白质的冻结变性。把鳕鱼肉浸在0.5的焦磷酸钠水溶液中，或者是浸在0.5焦磷酸钠与三聚磷酸钠的混合水溶液中，以后分别放在-50、-30、-90温度下冻结，并在-26冻藏约2个月，与没有经过处理的鳕鱼肉相比较，其解冻流出液少，流出液中所含的脱氧核糖核酸中的磷(DNAP)量也少，因此认为磷酸盐类对于抑制蛋白质冻结变性和肌肉组织的变化有一定的效果。,2.脂类的变化,冷冻鱼脂类的变化主要表现为水解、氧化以及由此产生的油烧。鱼类按含脂量的多少可分为多脂鱼和少脂鱼。多脂鱼大多为洄游性鱼类，少脂鱼大多为底栖性鱼类。,鱼的脂类分为组织脂肪和贮藏脂肪，它们主要是甘油三酸酯，还有一些其他脂类，如磷酸甘油酯、固醇类等。它们在脂酶和磷脂酶的作用下水解，产生游离脂肪酸。鱼类的脂肪酸大多为不饱和脂肪酸，特别是一些多脂鱼，如鲱鱼、鲭鱼，其高度不饱和脂肪酸的含量更多，主要分布在皮下靠近侧线的暗色肉中，即使在很低的温度下也保持液体状态。,鱼类在冻藏过程中，脂肪酸往往因冰晶的压力由内部转移到表层中，因此很容易在空气中氧的作用下发生自动氧化，产生酸败臭。脂肪酸败并非是油烧，只有当与蛋白质的分解产物共存时，脂类氧化产生的羧基与氨基反应，脂类氧化产生的游离基与含氮化合物反应，氧化脂类互相反应，其结果使冷冻鱼发生油烧，产生褐变。,鱼类在冻藏过程中，脂类发生变化的产物中还存在有毒物质，例如丙二醛等，对人体健康有害。另外，脂类的氧化会促进鱼肉冻藏中的蛋白质变性和色素的变化，使鱼体的外观恶化，风味、口感及营养价值下降。,由于冷冻鱼的油烧主要是由脂类氧化引起的，因此可采取下列措施加以防止：采用镀冰衣、包装等方法，隔绝或减少冷冻鱼与空气中氧的接触。降低水产品的冻藏温度，尽可能使反应基质，即高度不饱和脂肪酸凝固化，就可大大降低脂类氧化反应的速度。许多试验证明，冻藏温度在-35以下，才能有效地防止脂类氧化。同时库温要稳定、少变动。冻藏室要防止氨的泄漏，因为环境中有氨会加速冷冻鱼的油烧。另外，鳖鱼等鱼类最好不要与其他鱼类同室贮藏。使用脂溶性抗氧化剂，最好用天然抗氧化剂。,3.色泽的变化冻结食品在冻藏过程中，除了因制冷剂泄漏造成变色（例如氨泄漏时，胡萝卜的橘红色会变成蓝色，洋葱、卷心菜、莲子的白色会变成黄色）外，其他凡在常温下发生的变色现象，在长期的冻藏过程中都会发生，只是进行的速度十分缓慢。,脂肪的变色如前所述，多脂肪鱼类如带鱼、沙丁鱼等，在冻藏过程中因脂肪氧化会发生氧化酸败，严重时还会发粘，产生异味，丧失食品的商品价值。,蔬菜的变色,植物细胞的表面有一层以纤维素为主要成分的细胞壁，它没有弹性。当植物细胞冻结时，细胞壁就会胀破，在氧化酶的作用下，果蔬类食品容易发生褐变。所以蔬菜在速冻前一般要将原料进行烫漂处理，破坏过氧化酶，使速冻蔬菜在冻藏中不变色。如果烫漂的温度与时间不够，过氧化酶失活不完全，绿色蔬菜在冻藏过程中会变成黄褐色；如果烫漂时间过长，绿色蔬菜也会发生黄褐变，这是因为蔬菜叶子中含有叶绿素而呈绿色，当叶绿素变成脱镁叶绿素时，叶子就会失去绿色而呈黄褐色，酸性条件会促进这个变化。蔬菜在热水中烫漂时间过长，蔬菜中的有机酸溶入水中使其变成酸性的水，会促进发生上述变色反应。所以正确掌握蔬菜烫漂的温度和时间，是保证速冻蔬菜在冻藏中不变颜色的重要环节。,红色鱼肉的褐变,红色鱼肉的褐变，最有代表性的是金枪鱼肉的褐变。金枪鱼是一种经济价值较高的鱼类，日本人有食金枪鱼肉生鱼片的习惯。金枪鱼肉在-20下冻藏2个月以上，其肉色由红色向暗红色、红褐色、褐红色、褐色转变，作为生鱼片的商品价值下降。这种现象的发生，是由于肌肉中的肌红蛋白被氧化，生成氧化肌红蛋白的缘故。,金枪鱼是红肉鱼类，肌肉中含有大量的肌红蛋白。当鱼类死后，因肌肉中供氧终止，肌红蛋白与氧分离成还原型状态，呈暗红色。如果把鱼肉切开放置在空气中，还原型肌红蛋白就从切断面获得氧气，并与氧结合生成氧合肌红蛋白，呈鲜红色。如果继续长时间放置，含有二价铁离子的氧合肌红蛋白和还原型肌红蛋白都会自动氧化，生成含有三价铁离子的氧化肌红蛋白，呈褐色。,冻藏温度为-18时，金枪鱼肉的褐变较为显著，贮藏2个月后，氧化肌红蛋白生成率已达50。随着冻藏温度的降低，肌红蛋白氧化的速度减慢，褐变推迟发生。当冻藏温度在-35-78范围内时，氧化肌红蛋白的生成率的变化不大，色泽保持时间长。因此，为了防止冻结金枪鱼肉的变色，冻藏温度至少要在-35以下，如果采用-60的超低温冷库，保色效果更佳。,虾的黑变,虾类在冻结贮藏中，其头、胸、足、关节及尾部常会发生黑变，出现黑的斑点或黑箍，使商品价值下降。产生黑变的原因主要是氧化酶（酚酶或酚氧化酶）使酪氨酸氧化，生成黑色素所致。芋类和水果因冻结造成细胞破坏而出现的褐变现象与此类似。黑变的发生与虾的鲜度有很大关系。新鲜的虾冻结后，因酚酶无活性，冻藏中不会发生黑变；而不新鲜的虾其氧化酶活性化，在冻结贮藏中就会发生黑变。,防止的方法是煮熟后冻结，使氧化酶失去活性；摘除酪氨酸含量高、氧化酶活性强的内脏、头、外壳，洗去血液后冻结。由于引起虾黑变的酶类属于需氧性脱氢酶类，故采用真空包装是有效的。另外用水溶性抗氧化剂浸渍后冻结，冻后再用此溶液镀冰衣，冻藏中也可取得较好的保色效果。,鳕鱼肉的褐变鳕鱼肉在冻结贮藏中会发生褐变，这是还原糖与氨化合物的反应，也叫美拉德(Maillard)反应造成的。鳕鱼死后，鱼肉中的核酸系物质反应生成核糖，然后与氨化合物反应，以N-配糖体、紫外光吸收物质、荧光物质作为中间体，最终聚合生成褐色的类黑精，使鳕鱼肉发生褐变。-30以下的低温贮藏可防止核酸系物质分解生成核糖，也可防止美拉德反应发生。此外，鱼的鲜度对褐变有很大的影响，因此一般应选择鲜度好、死后僵硬前的鳕鱼进行冻结。,箭鱼肉的绿变冻结箭鱼的肉呈淡红色，在冻结贮藏中其一部分肉会变成绿色，这部分肉称为绿色肉。这种绿色肉在白皮、黑皮的旗鱼类中也能看到，通常出现在鱼体沿脊骨切成2片的内面。绿变现象的发生，是由于鱼的鲜度下降，因细菌作用生成的硫化氢与血液中的血红蛋白或肌红蛋白反应，生成绿色的硫血红蛋白或硫肌红蛋白而造成的。此现象目前除注意冻结前的鲜度保持外，别无他法防止。,红色鱼的退色含有红色表皮色素的鱼类，在冻结贮藏过程中常可见到退色现象，如红娘鱼、带纹红鲉等。这种退色受光的影响很大，紫外光线350-360nm照射时，退色现象特别显著。红色鱼的退色是由于鱼皮红色色素的主要成分类胡萝卜素被空气中氧氧化的结果。当有脂类共存时，其色素氧化与脂类氧化还有相互促进作用。降低冻藏温度可推迟红色鱼的退色。以红娘鱼为例，-3下，35d退色；-18下，50d退色；-30下，75d退色。此外，用不透紫外光的玻璃纸包装；用0.1-0.5的抗坏血酸钠或山梨酸钠溶液浸渍后冻结，并用此溶液镀冰衣，对防止红色鱼的退色均有效果。,五.冻结食品的解冻,1.解冻的一般概念冻结食品在消费或加工之前一定要经过解冻过程。解冻是使冻结品融解，恢复到冻前新鲜状态的过程。从某种意义上讲，解冻可视为冻结的逆过程。由于冻结食品在自然放置下亦会解冻，所以解冻易被人们忽视。随着冻结食品上市量的增加，特别是冻结已作为食品加工业原料的主要保存手段，因此必须重视解冻工序，使解冻原料在数量和质量方面都得到保证，才能满足食品加工业生产的需要，生产出高品质的后继加工产品。,解冻过程中，冻结食品吸收热量，温度随着时间的推移而上升，见图6-1。从图中可以看到，解冻温度曲线与冻结曲线大致呈相反的形状，但是解冻过程比冻结过程需要更长的时间。这是因为解冻时首先是冻品表层的冰晶融解成水，由于冰的热导率为2.33W(mK)，而水的热导率为0.58W(mK)，因此，随着解冻过程的进行，传向冻品深层的热量逐渐减少，使解冻速度越来越慢。而冻结过程则正好相反，是越来越快地进行的。这样造成解冻时间比冻结时间长。,与冻结过程相类似，解冻时在0-5时曲线最为平缓。对于冻结来讲，0-5是最大冰晶生成带；对于解冻来讲，0-5是最大冰晶融解带。与冻结时要尽快通过这一温度带的原因相同，解冻时也希望尽快通过这一温度带，以避免出现食品变色，有异味、异臭和蛋白质变性等不良变化。,经过大量深人的研究，特别是通过冷冻显微镜的观察，知道解冻时水向细胞内的渗透速度非常迅速，在极短的时间内细胞就吸水复原了，即使吸水性能弱的细胞，也只需要几分钟的吸水时间。故现在普遍提倡快速解冻。,对会发生解冻僵硬现象的冻品不能采用快速解冻方法。解冻僵硬是指去骨的新鲜肉在死后未达到僵硬就快速冻结，然后冷藏，经过一段时间后解冻，随着品温的上升，肌肉中出现的死后僵硬现象，主要征候是解冻时肌肉显著收缩变形，液汁流失量增大，有较硬的口感等。这种现象在去骨的鲸鱼肉中最为显著，在红色的金枪鱼肉和鲤鱼肉中也有发生。,解冻终温对解冻品的质量影响很大。一般要求解冻终温由解冻食品的用途决定。用作加工原料的冻品，以解冻到能用刀切断为准，此时的中心温度大约为5。解冻介质的温度不宜太高，不能为了提高解冻速度而提高解冻介质的温度。此温度不宜超过10-15。,植物性食品如速冻蒜苗、速冻小青豆等，不宜在烹调前进行解冻，而应直接下锅烹调。应该讲，烹调过程本身就是一个解冻过程。,2.解冻方法与装置,2.1空气解冻装置空气解冻又称自然解冻，是一种最简便的解冻方法。该方法是依靠空气把热量传递给冻品，使冻品升温、解冻。空气解冻的速度取决于空气流速、空气温度和食品与空气之间的温差等多种因素。空气解冻可分为间歇式和连续式的两种。,铁制的容器内通入压力为(2-v3)X105Pa的压缩空气，容器内的温度为1520，由于压力升高，冻品的冻结点降低。故在同样解冻介质温度下，它就易于融化，解冻时间缩短，解冻品质量也较好。启动冷却器3和鼓风机2，使冷空气以1-2m/s的速度在容器内流动，这样等于是用了加压和流动空气相组合的解冻方式，解冻速度提高更多。采用这种解冻方法，压力、风速与解冻时间之间有密切的关系，,解冻时利用低温高湿空气进行。鼓风机把解冻室中的空气抽出，送进气液接触器。在气液接触器中，空气得到高效率的加湿和热交换，并被除尘、除菌、脱臭，得到净化后被送到解冻室中循环，当它与冻品接触时，就在冻品表面凝结并放出凝结潜热，使冻品升温而被解冻