食品加工原理 第二章冷加工

1、食品工艺学 教师：刘 雄 西南大学 食品科学学院 2011.9. 第二章 食品冷加工 1.食品低温保藏的原理 2.食品的冷却保藏 3.食品冻结保藏 1.食品低温保藏原理 n低温对微生物的影响 n低温对酶活性的影响 n低温对氧化还原作用的影响 n低温对农产品生理作用（呼吸、蒸腾、代谢） 的影响 2.食品冷却保藏 (1)食品冷却食品冷却 n目的：快速排出食品内部的热量，使食品温度在尽可能短的时间内降低到接近食品适宜的低 温储藏温度，以保证食品良好的品质和新鲜度，延长储藏期 。 n排热途径：食品热量通过对流传热或传导传热方式散发到冷却介质（空气、固体冰或水）中。 q 对流传热速度 t=hA(Ts-T

2、r) q (T1-T2)/是温度梯度 对流放热系数（W/m2K） 食品表面温度（K） 食品表面积（m2） 冷却介质温度（K） 断面温度（K） 两面距离（m） 热导率（W/mK） 食品表面积（m2） T Tr r T TS SA T T2 2T T1 1 传导传热速度c=A(T1-T2)/ n 冷却速度和时间 q食品冷却速度：单位时间食品温度下降的速度， 它不仅与传热速度有关，还与食品的比热、密度、 体积、形状有关。 q平板食品 V=(T0-Tr) 2 2 e- 2 2 t TrT0 常数，与常数，与 有关有关 h 热扩散率热扩散率= cc 食品薄时：食品薄时： 2 2= = 2h2h v=(T

3、0-Tr) C 2h 食品厚时：食品厚时： = = v=(T0-Tr) C2 2 n冷却时间 t= (+ ) c 4.56 lg T0-Tr T-Tr 5.3 例如：把初温为25的牛肉半胴体，放入空气温度为-2 的冷却库内，把牛肉半胴体看成是 厚度()16厘米的平板，牛肉密度()为960kg/m3，质量热容(c)为2.84kJ/(kgK), 热导率（）为0.523W/（mK),求室内空气静止时h1=6.97W/(m2K)和空气流速为 2m/s时h2=17.43W/m2K)，胴体温度降到平均温度（T）为2 所需时间。 q圆柱食品 t= R (R+ ) c 2.73 lg T0-Tr T-Tr 3

4、.0 h 例如：把初温为20的金枪鱼，放入温度为-1 的冷海水中冷却，金枪鱼看成是 半径(R)10厘米的圆柱体，金枪鱼与海水间的对流传热系数(h)为464.67W/m2K, 金枪鱼密度()为1000kg/m3，质量热容(c)为3.26kJ/(kgK),热导率（） 为0.523W/（mK),求金枪鱼冷却到平均温度（T）为3 所需时间。 t= R (R+ ) c 4.90 lg T0-Tr T-Tr 3.7 h 例如：把初温为25的苹果，放入空气温度为0 ，空气流速为1m/s的冷却库内，把 苹果看成是半径(R)4厘米的球体，没有包装，表面直接与冷空气接触，对流传 热系数为11.62W/(m2K)，

5、苹果密度()为950kg/m3，质量热容(c)为 3.35kJ/(kgK), 热导率（）为0.755W/（mK),求苹果冷却到平均温度（T） 为3 所需时间。 q球状食品球状食品 冷却方式 冷却方式冷却方式冷却介质冷却介质冷却技术冷却技术适用食品适用食品优点优点 缺点缺点 空气冷却冷空气 控制冷空气的温 度、相对湿度和 流速；防冻害 水果、蔬菜、 肉类、蛋品等 适应性广，易 控制污染 降温慢，食 品干耗，失 水 冷水冷却低温水 喷淋式、浸渍式鱼类、蔬菜、 水果 冷却速度快， 能耗低，不产 生干耗 易造成食品 污染 碎冰冷却冰 干冰冷却、水冰 冷却 鱼类、水果、 蔬菜 冷却速度快， 无干耗 制冰

6、设备， 能耗大 真空冷却食品水分降压至613.3Pa叶类蔬菜 冷却速度快、 降温均匀、使 用方便 食品干耗大， 能耗高、投 资大 （2 2）冷藏）冷藏 n是指将冷却的食品放于高于食品冰冻结点的某一合适温 度下储藏。 n冷藏方式 冷藏方式冷藏方式恒冷介质恒冷介质冷藏技术冷藏技术适用食品适用食品优点优点 缺点缺点 空气冷藏 自然冷空气、 机械制冷空 气 管理好储藏室温度、 空气相对湿度及流速 水果、蔬 菜、肉类、 蛋品等 适应性广食品失水， 气调冷藏组成气体调 节的冷空气 自然降氧、混合降氧、 快速降氧、减压降氧 等方式，管理需控制 温度、氧气含量 蔬菜、水 果等生鲜 食物 可抑制果蔬后 熟、新陈

7、代谢、 呼吸及生物危 害 需精密控制气体 成分比例、库房 通用性差、投资 和管理成本高 n冷藏管理冷藏管理 q冷藏的温度管理（冷藏环境温度和食品的温度）冷藏的温度管理（冷藏环境温度和食品的温度） q冷藏室的相对湿度冷藏室的相对湿度 q空气流速空气流速 n食品冷藏中的变化食品冷藏中的变化 q水分蒸发、冷害、串味、果蔬后熟、肉类的成熟、水分蒸发、冷害、串味、果蔬后熟、肉类的成熟、 脂肪变化、淀粉老化、微生物繁殖、肌肉冷缩脂肪变化、淀粉老化、微生物繁殖、肌肉冷缩 3.食品冷冻保藏 （1）食品冻结原理 n食品冻结食品冻结：在尽可能短的时间内，将食品温度降低到食品冻结点一下的某一预定温度， 使食品中的大

8、部分水分形成冰晶体，以减少微生物活动和食品生化变化所必需的水分。 -20 -10 10 20 42 0 冻结时间/h 温度/ 121086 冰结晶最大生成带 急速冻结急速冻结慢速冻结慢速冻结 25min 350min 冻结曲线与冰结晶最大生成带冻结曲线与冰结晶最大生成带 初阶段 中阶段 终阶段 经过经过t t后，每侧冻结层厚度后，每侧冻结层厚度 为为x x，在，在dtdt内推进内推进dxdx，则，则 dQ dQ先通过先通过x x厚的冻结层，再厚的冻结层，再 在表面以对流换热在表面以对流换热 方式传给冷却介质：方式传给冷却介质： 食品的冻结时间食品的冻结时间 AdxqdQ i dt A x hA

9、 TT dQ 1 解得：解得： 42 2 L h L TT q t i dx x L 食品的冻结时间食品的冻结时间 长圆柱食品长圆柱食品 球状食品球状食品 46 2 L h L TT q t i 2 RL h PL TT q t i 通式通式 44 2 L h L TT q t i 影响冻结时间的因素影响冻结时间的因素：产品形状和大小；产品初温和终温；冷却：产品形状和大小；产品初温和终温；冷却 介质温度；产品表面传热系数；热焓的变化；产品导热率介质温度；产品表面传热系数；热焓的变化；产品导热率 食品的冻结时间食品的冻结时间 P、R为形状系数为形状系数 v大平板：大平板：P=1/2,R=1/8；

10、 v长圆柱：长圆柱：P=1/4,R=1/16； v球：球：P=1/6,R=1/24 对方形或长方形食品，设对方形或长方形食品，设abc, 定义定义L=c, 1=b/c, 2=a/c, 根据根据 1, 2值，由图或表查值，由图或表查P,R n若带有包装材料，则：若带有包装材料，则： 食品的冻结时间食品的冻结时间 p p i h PL RL TT q t 1 2 冻结速度 n冻结速度：在冻结过程中，外部冻结层界面向内部非 冻结区扩张推进的速度，有两种表示方法： q以时间划分，指食品中心温度从-1下降至-5 所需的时间。 q以位移距离划分，指单位时间内-5 的冻结层从食品表面延 伸向内部的距离。 n

11、冻结速度对食品质量的影响 q影响冰晶的大小与分布破坏组织结构，蛋白质变性 q影响微生物和酶的活力 V=5-10cm/hV=5-10cm/h快速；快速； V=1-5cm/hV=1-5cm/h中速；中速； V=0.1-1cm/hV=0.1-1cm/h慢速；慢速； 30min30min30min慢速；慢速； （2）食品冻结方式）食品冻结方式 送风式空送风式空 气冻结法气冻结法 半送风式半送风式 空气冻结空气冻结 法法 静止空静止空 气冻结气冻结 法法 空气冻结法接触冻结法 冻结方式 喷淋式直喷淋式直 接接触冻接接触冻 结法结法 间接接间接接 触式冻触式冻 结法结法 浸渍式直浸渍式直 接接触冻接接触冻

12、 结法结法 冻结方式 冻结方式冻结方式冻结介冻结介 质质 冻结技术冻结技术适用食品适用食品优点优点 缺点缺点 强风冻结强风冻结冷空气冷空气 隧道式、传送带隧道式、传送带 式、螺旋带式、式、螺旋带式、 流化床式流化床式 体积小的体积小的 食品食品 适应性广，易适应性广，易 控制污染控制污染 降温慢，食降温慢，食 品干耗，失品干耗，失 水水 低温液体低温液体 冻结冻结 低温盐低温盐 水水 喷淋式、浸渍式喷淋式、浸渍式鱼类鱼类 冻结速度快，冻结速度快， 能耗低，不产能耗低，不产 生干耗生干耗 易造成食品易造成食品 污染污染 超低温液超低温液 体冻结体冻结 液氮、液氮、 液体二液体二 氧化碳氧化碳 喷

13、淋式、浸渍喷淋式、浸渍 式式 鱼类、小鱼类、小 食品食品 冻结速度快，冻结速度快， 结构简单、无结构简单、无 干耗干耗 介质损失大，介质损失大， 成本高，食成本高，食 品易龟裂品易龟裂 冷冻食品加工工艺 冻鱼加工流程 原料鱼进场 冰水浸洗去皮去骨 取片 拭干分级 急速冷冻 真空包装 蓄养 入库出库 速冻水饺生产流程 要求速冻温度达-34摄氏度，速冻时间30分 钟，中心温度在-10摄氏度以下 q食品冻藏中的化学变化 n冰晶成长和再结晶 n干耗 n冻结烧（脂肪氧化） n化学变化（酶褐变、氧化变色） q食品冻藏管理 n冻藏前管理：PPP条件（原料、冻结加 工、包装）的控制 n冻藏中管理：温度（稳定性

14、和高低）、 时间(TTT) n销售期间管理：温度 （3 3）食品冻藏技术）食品冻藏技术 冻结肉类的储藏期冻结肉类的储藏期 肉种类肉种类温度温度/冻藏时间冻藏时间/ /月月肉种类肉种类温度温度/冻藏时间冻藏时间/ /月月 牛肉-125-8羊肉-123-6 -156-9-188-10 -188-12-236-10 肉酱-125-8猪肉-122-3 -188-12-184-6 -238-12 （4）.食品解冻 解冻方式解冻方式解冻原理解冻原理优点优点 缺点缺点 自然解冻与空气热交换成本低 解冻慢，影响因素 多、易污染、食品 易变质；汁液流失 严重 水解冻与水热交换，静水浸渍、 流动水或喷淋 解冻速度

15、较空 气快 可溶物流失、食品 吸水、微生物污染 电解冻利用食品的电阻产热或 交变电场对食品中极性 基团运动产热的作用 解冻快，无介 质接触 成本高、解冻不均 高压静电 解冻 高电压产热解冻速度快， 均匀易控制 真空解冻 气压低，冰水汽化再与 冻结食品接触吸热 无介质、低氧 高湿、解冻速 度快 变形影响外观，成 本高 4.1 4.1 常见的解冻方式常见的解冻方式 4.2 食品在解冻过程中的质量变化 n1.汁液流失 n影响因素：冻结速度；冻藏温度；生鲜食品的pH；解冻 速度 n2.蛋白质变性和淀粉老化 n3. 微生物繁殖，酶活增强 本章思考题 n1.食品低温保藏的基本原理； n2.食品冷却的目的；

16、 n3.影响冷却速度的因素有哪些？ n4.食品冷却方式有哪几种？各有何利弊？ n5.冷冻速度对食品内部冰晶形成有何影响？ n6。影响食品冻结速度的因素有哪些？ n6.食品冻结方式有哪些？ n7.食品冻藏过程食品质量有何变化？ n8.影响冷冻食品质量的“PPP”条件和“TTT”条件各 概念 半送风式冻结间示意图半送风式冻结间示意图 送风式送风式 冻结装置冻结装置 往复振往复振 动动 斜槽式斜槽式 吊蓝式连吊蓝式连 续冻结续冻结 推盘式连续推盘式连续 冻结冻结 传送带式冻传送带式冻 结隧道结隧道 悬浮化悬浮化螺旋式螺旋式隧道式隧道式 两段带两段带 式式 一段带一段带 式式 传送带式冻结装置传送带式

17、冻结装置 隧道式冻结 特点特点: :投资费用较低，通用性强；自动化程投资费用较低，通用性强；自动化程 度较高度较高 吊篮式冻结装置吊篮式冻结装置 吊篮式连续冻结隧道目前主要用于冻结家禽等食品。吊篮式连续冻结隧道目前主要用于冻结家禽等食品。 推盘式连续冻结装置推盘式连续冻结装置 推盘式连续冻结隧道主要用于冻结果蔬、虾、肉类副食品推盘式连续冻结隧道主要用于冻结果蔬、虾、肉类副食品 和小包装食品等。和小包装食品等。 1.1.平带张紧装置平带张紧装置 2.2.出料口出料口 3.3.转筒转筒 4.4.翅片蒸发器翅片蒸发器 5.5.分隔气流通道的顶板分隔气流通道的顶板 6.6.风扇风扇 7.7.控制板控制

18、板 8.8.液压装置液压装置 9.9.进料口进料口 10.10.干燥传送带的风扇干燥传送带的风扇 11.11.传送带清洗系统传送带清洗系统 螺旋式冻结装置螺旋式冻结装置 螺旋带式冻结 螺旋带式冻结 物料悬浮与风速的关系 临界流化速度和操作速度临界流化速度和操作速度 n根据根据A A G G 费根的研究，果蔬食品流化床的临界速度费根的研究，果蔬食品流化床的临界速度V Vk k与食品颗粒的质量呈与食品颗粒的质量呈 抛物线关系，即抛物线关系，即 而正常的操作速度为而正常的操作速度为： 式中式中 m m 为冻品单体的质量，单位为为冻品单体的质量，单位为g/g/个个。 mVklog95. 125. 1

19、mVklog95. 125. 2 间接接触冻结法间接接触冻结法 间接冻结法指的是间接冻结法指的是 把食品放在由制冷剂把食品放在由制冷剂( (或或 载冷剂载冷剂) )冷却的板、盘、冷却的板、盘、 带或其他冷壁上，与冷壁带或其他冷壁上，与冷壁 直接接触，但与制冷剂直接接触，但与制冷剂 ( (或载冷剂或载冷剂) )间接接触。对间接接触。对 于固态食品，可将食品加于固态食品，可将食品加 工为具有平坦表面的形状，工为具有平坦表面的形状， 使冷壁与食品的一个或二使冷壁与食品的一个或二 个平面接触；对于液态食个平面接触；对于液态食 品，则用泵送方法使食品品，则用泵送方法使食品 通过冷壁热交换器，冻成通过冷壁热交换器，冻成 半融状态。半融状态。 直接接触冻结法