第二章食品低温保藏

食品保藏原理第二章食品的低温保藏唐浩国河科大食品学院tanghaoguo@第一节食品冷加工基础

——原理、条件第二节食品冷却方法与装置

——方法、原理和装置第三节食品冻结方法与装置

——方法、原理和装置第四节食品解冻方法与装置

——方法、原理和装置第五节食品真空冷冻干燥与装置

——方法、原理和装置本章的主要内容及重点第一节食品冷加工基础食品冷加工的原理食品的腐败与变质在常温下贮藏时，新鲜的鱼、肉、禽、蛋、果蔬等食品的色、香、味、外观、形状和营养成分都会发生变化，结果使食品的质量逐渐下降。如果贮存时间长，食品的成分就会发生分解变化，以致完全不能食用。食品的这种变化，称为食品的腐败与变质。引起食品腐败变质的主要原因：

微生物和酶的作用

呼吸作用

化学作用Ps：虽然这三种原因各有特点，但它们不是孤立存在的，而是相互影响的，并且有时是同时进行的。食品的冷藏原理食品腐败变质，是由于微生物的生命活动和食品中的酶的作用低温下微生物的生长、繁殖就会减慢，酶的活性也会减弱，从而延长食品的贮藏期低温下微生物新陈代谢会被破坏-18℃以下时，食品中90％以上的水分形成冰晶，可以破坏微生物细胞，造成微生物死亡活体食品（如果蔬等植物性食品）

——冷却的状态下进行贮藏，避免发生冷害死体食品（如禽、鱼、畜等动物性食品）

——在其冻结点以下的温度保藏，且之前要预冷Ps：低温冷害是指当冷藏的温度低于果蔬可以耐受的限度时，果蔬的正常代谢活动受到破坏，使果蔬出现病变，果蔬表面出现斑点、内部变色（褐心）等食品冷冻工艺食品冷冻工艺主要指食品的冷却、冻结、冷藏、解冻的方法，是利用低温最佳保藏食品和加工食品的方法。食品的冷却（10ºC以下，其下限为4～-2ºC）

冷却是指将食品的温度降低到某一指定的温度，但不低于食品汁液的冻结点。（冷却的动物性食品只能作短期贮藏）食品的冻结（国际上推荐为-18ºC以下）冻结是指将食品的温度降低到食品汁液的冻结点以下，使食品中的水分大部分冻结成冰。（可进行食品的长期贮藏）食品的冷藏冷藏是指食品保持在冷却或冻结终了温度的条件下，将食品低温贮藏一定时间。冷藏又可分为冷却物冷藏（0ºC以上）和冻结物冷藏（-18ºC以下）食品的解冻解冻是指将冻结食品中的冰晶融化成水，恢复到冻结前的新鲜状态。Ps：近年来迅速崛起的两种水产品冷加工新方法：冰温冷藏（一般在-0.5~-2ºC）和微冻冷藏（-3ºC的空气或食盐水或冷海水）食品冷藏条件食品的冷藏要求，主要指冷藏时的最佳温度和空气中的相对湿度此处的贮藏期是指保持该食品新鲜与高的商品质量而言的贮藏时间，而不是基于营养成分变化而言的贮藏温度是指长期贮藏的最佳温度，它是指食品的温度，而不是空气的温度从冷间内取出食品时，必须注意防止水分凝结在低温食品表面当环境中空气露点高于冷却食品或包装材料的表面温度时，就会出现凝露现象，如果食品表面温度低于0℃时，就会出现结霜现象。

图2-1食品表面凝露温度t1与环境中空气温度ta、相对湿度φ的关系。例如：环境温度ta=20℃、相对湿度φ=80%，这时食品从冷间取出时表面凝露温度t1=16.5℃。

BACK第二节食品的冷却方法与装置

食品冷却的方法冷却是将食品的品温降低到接近食品的冰点，但不发生冻结食品的冷却方法有真空冷却、差压式冷却、通风冷却、冷水冷却、碎冰冷却等，见表2-1品种冷却方法肉禽蛋鱼水果蔬菜真空冷却差压式冷却通风冷却冷水冷却碎冰冷却表2-1冷却方法与使用对象

食品冷却的原理与设备食品真空冷却的原理与设备空气冷却方式及其装置冷水冷却及其设备

碎冰冷却

BACK图2-2真空冷却设备原理图真空冷却设备原理图原理：根据水在不同压力下有不同的沸点适用于：叶莱类，如白菜、甘蓝、菠莱、韭菜、莱花、春菊，生莱等优点：冷却速度快、冷却均匀、品质高、保鲜期长、损耗小、干净卫生、操作方便等不足：设备初次投资大，运行费用高，以及冷却品种有限Ps：真空冷却对表面水分容易蒸发的叶菜类可发挥较好的作用，但对难以蒸发水分就不能发挥作用了只能利用得利用后面介绍的空气冷却及冷水冷却等。2．空气冷却方式及其装置

冷藏间冷却这种冷却主要以冷藏为目的，库内制冷能力小，由自然对流或小风量风机送风，冷却速度慢，但操作简单，冷却与冷藏同时进行。一般只限于苹果，梨等产品，对易腐和成分变化快的水果、蔬菜不合适。通风冷却又称为空气加压式冷却。它与自然冷却的区别，在于配置了较大风量、风压的风机，所以又称为强制通风冷却方式。这种冷却方式的冷却速率较上述有所提高，但不及差压式冷却差压式冷却

装置图强制通风式与差压式冷却的比较优点：能耗小、冷却速度快（相对于其他空气冷却方式）、冷却均匀、可冷却的品种多、易于由强制通风冷却改建缺点：食品干耗较大、货物堆放（通风口要求对齐）麻烦、冷库利用率低图2-3差压式冷却装置将食品放在吸风口两侧，并铺上盖布，使高、低压端形成2～4kPa压差，利用这个压差，使-5～10℃的冷风，以0.3～0.5m／s的速度通过箱体上开设的通风孔，顺利地在箱体内流动，用此冷风进行冷却图2-4强制通风式与差压式冷却的比较a）强制通风式冷却b）差压式冷却1．通风机2．箱体间设通风空隙3．风从箱体外通过4．风从箱体上的孔中通过5．差压式空冷回风风道6．盖布冷水冷却及其设备冷水冷却是用0～3℃的低温水作为冷媒，把被冷却食品冷却到要求温度。水和空气相比热容量大，冷却效果好。冷水冷却设备一般有三种型式

喷水式（又分为喷淋式和喷雾式）

浸渍式

混合式（喷水和浸渍）优点：冷却速度较快，无干耗不足：会因为水的污染而污染食品图2-5喷水式冷水冷却设备碎冰冷却冰是一种很好的冷却介质主要用于鱼的冷却，此外它也可以用于水果、蔬菜等的冷却应使冰尽量细碎可以用淡水冰，也可以用海水冰用于鱼保鲜，使鱼湿润、有光泽，无干耗但碎冰使用中易重新结块，并且由于其不规则形状，易对鱼体造成损伤第三节

食品的冻结方法与装置食品的冻结方法食品冻结是为了移去食品中的显热和潜热，在规定的时间内将食品的温度降低到冻结点以下，使食品中的可冻水分全部冻结成冰，从而可以长期贮藏食品的目的。国际上推荐的冻结温度一般为-18℃或-40℃。冻结的基本方式

鼓风式冻结（空气作冷却介质，目前应用最广泛）接触式冻结（冻结速度快）液化气体喷淋冻结沉浸式冻结图2-6纵向强制空气循环冻结法示意图1．冻结室的隔热外壳2．冷风机3．冷风机水盘4．吊顶5．门图2-7半接触式冻结法示意图

液化气体喷淋冻结又称为深冷冻结。这种冻结方法的主要特点，是将液态氮或液态二氧化碳直接喷淋在食品表面进行急速冻结。用液氮或液态二氧化碳冻结食品时，其冻结速度很快，冻品质量也高，但要注意防止食品的冻裂。沉浸式冻结沉浸式冻结的主要特点是将被冻食品直接沉浸在不冻液（盐水、乙二醇、丙二醇、酒精溶液或糖溶液）中进行冻结。由于液体的表面传热系数比空气的大好几十倍，故沉浸式冻结法的冻结速度快，但不冻液需要满足食品卫生要求。快速冻结与慢速冻结食品冻结速度的定义：食品表面至热中心点的最短距离与食品表面温度达到0℃后，食品热中心点的温度降至比冻结点低10℃所需时间之比，称为该食品的冻结速度v（cm／h）。

快速冻结v≥5～20cm／h

中速冻结v≥1～5cm／h

慢速冻结v＝0.1～lcm／h食品的冻结装置鼓风式冻结装置带式（不锈钢网带或塑料带）流态化冻结装置振动式流态冻结装置斜槽式（固定板式）流态冻结装置钢带连续式冻结装置气流上下冲击式冻结装置流态化冻结装置图2-8钢带连续式冻结装置1．主动轮2．不锈钢传送带3．隔热外壳4．空气冷却器5．从动轮6．钢带清洗器7．平板蒸发器8．调速装置钢带连续式冻结装置为了提高冻结速度，在钢带的下面加设一块铝合金平板蒸发器(与钢带相紧贴)另一种结构型式是用不冻液(常用氯化钙水溶液)在钢带下面喷淋冷却，代替平板蒸发器由于网带或钢带传动的连续冻结装置占地面积大，进一步研究开发出多层传送带的螺旋式冻结装置图2-9螺旋冻结装置（单螺旋式结构）1—蒸发器2—轴流风机3—转筒4—隔热外壳5—出冻口6—变频调速装置7—电器控制箱8—进冻口9—传送带清洗器螺旋冻结装置（单螺旋式结构）图2-10双螺旋式结构1—上升转筒2—下降转筒3—不锈钢网带（传送带）4、7—出冻链轮5—固定轮6—张紧轮螺旋冻结装置（双螺旋式结构）图2-11气流上下冲击式冻结装置1,4—静压箱2—喷嘴3—不锈钢网带(传送带)5—蒸发器6—轴流风机图1-12带式流态化冻结装置流态化单体速冻结装置流态化单体速冻结装置示意图1．围护结构2．传动装置3．电控柜4．速冻传送网带5．均风板6．蒸发器7．风机8．下水管图2-13往复振动式流态冻结装置1—布料振动器2—冻品槽3—出料挡板4—出冻口5—蒸发器静压箱7—离心式风机8—隔热箱体9—观察台图2-14斜槽式（固定板式）流态冻结装置示意图

接触式冻结装置平板冻结装置是接触式冻结方法中最典型的一种平板冻结装置按平板放置方向，分为卧式和立式图2-15卧式平板冻结装置示意图铝合金平板冻结器液氮喷淋冻结装置优点：冻结设备简单、操作方便、维修保养费用低、冻结装置功率消耗很小、冻结速度快（约比平板冻结装置快5～6倍）、冻品脱水损失少、冻品质量高缺点：冻结成本高图2-16液氮喷淋冻结装置示意图

SSD系列LN2／LCO2速冻装置

还有一种液氮喷淋与空气鼓风相结合的冻结装置，被冻食品先经液氮喷淋，使其表层很快冻结，这样可减少脱水损耗；然后再进入鼓风式冻结装置，完成产品冻结过程。这样的冻结装置，可使冻结能力增大，液氮的消耗量也可减少。

BACK第四节食品的解冻方法与装置

食品的解冻方法冻结食品在消费或加工前必须解冻，视解冻后的用途来选择解冻可分为半解冻（-3℃至-5℃）和完全解冻解冻过程虽然是冻结过程的逆过程，但解冻过程的温度控制却比冻结过程困难得多，也很难达到高的复温速率物理量密度/kg·m-3比热容/kJ·(kg·K)-1热导率/W·(m·K)-1热扩散率/m2·s-1冰9172.1202.2411.5×10-7水999.874.21770.5611.33×10-7表2-20℃水和冰的某些热物理性质

由表可见，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。解冻是食品冷加工后不可缺少的环节在解冻的终温方面，作为加工原料的冷冻肉和冷冻水产品，只要求其解冻后适宜下一加工工序（如分割）的需要即可解冻后，食品的品质主要受两方面的影响一是食品冻结前的质量二是冷藏和解冻过程对食品质量的影响目前已有的解冻方法，大致的分类见表6-14序号空气解冻法水解冻法电解冻法其它解冻法1静止空气解冻（低温微风型空气解冻）静水浸渍解冻红外辐射解冻接触传热解冻2流动空气解冻低温流水浸渍解冻高频解冻高压解冻3高湿度空气解冻水喷淋解冻微波解冻4加压空气解冻水浸渍和喷淋结合解冻低频解冻5水蒸气减压解冻高压静电解冻表2-3解冻方法的分类

其它分类方法：如按照解冻速度不同，可以分为慢速解冻、快速解冻；按照是否有热源，分为加热解冻、非热解冻，或称为外部加热解冻，内部加热解冻等食品的解冻装置

空气解冻以空气为传热介质的解冻方法，它又分为以下几种类型：静止空气解冻（低温微风型空气解冻）流动空气解冻高湿度空气解冻加压空气解冻静止空气解冻（低温微风型空气解冻）

它是将冷冻食品（如冻肉）放置在冷藏库（通常库温控制在4℃左右）内，利用低温空气的自然对流来解冻。一般冻牛胴体在这样的库内4～5天可以完全解冻。流动空气解冻装置解冻一般也在冷藏库内进行，用0～5℃、相对湿度90％左右的湿空气（可另加加湿器），利用冷风机使气体以１m/s左右的速度流过冻品，解冻时间一般14～24h，可以全解冻也可以半解冻。图2-17低温加湿流动空气解冻装置

高湿度空气解冻装置这是利用高速、高湿的空气进行解冻的方法。该方式采用高效率的空气与水接触装置，让循环空气通过多层水膜，水温与室内空气温度相近，充分加湿，空气湿度可达98％以上，空气温度可在-3～20℃范围调节，并以2.5～3.0m／s的风速在室内循环。这种解冻方法，使解冻过程中的干耗大大减少，而且可以防止解冻后冻品色泽变差图2-18高湿度空气解冻装置图2-19高湿度空气解冻装置原理图1．解冻室2．加湿塔3．空气净化器4．气液接触装置5．换热器6．泵7．风机8．手推车加压空气解冻

铁制的筒形容器内，通入压缩空气，压力一般为0.2～0.3MPa，容器内温度为15～20℃，空气流速为1～1.5m/s

这种解冻方法的原理是：由于压力升高，使冻品的冰点降低，冰的溶解热和比热容减小，而热导率增加水解冻以水为传热介质，与空气相比，有解冻速度快，无干耗等优点水浸渍解冻水喷淋解冻水浸渍和喷淋相结合的解冻水浸渍解冻一种为低温流水解冻（将解冻品浸没于流动的低温水中，使其解冻。解冻时间由水温、水的流速决定）另一种为静水解冻（将解冻品浸没于静止水中进行解冻。其解冻速度与水温、解冻品量和水量有关）水喷淋解冻利用喷淋水所具有的冲击力来提高解冻速度影响解冻速度的因素除喷淋冲击力外，还有喷淋水量、喷琳水温喷淋解冻具有解冻快（块状鱼解冻30～60min）、解冻后品质较好，节省用水等优点但这种方法只适合于盘冻的小型鱼类冻块，不适用于大型鱼类的解冻图2-20喷淋解冻装置的示意图1．喷淋器2．冻虾块3．冰4．虾5．移动盘6．水槽7．水泵8．进水口9．滑道10．加热器图2-21浸渍和喷淋组合解冻装置水蒸气减压解冻水蒸气减压解冻又称为真空解冻这种解冻方法适用的品种多、解冻快、无解冻过热等优点图2-22是该种解冻装置示意图图2-22水蒸气减压解冻装置电解冻以空气或水为传热介质进行解冻，热量是从冷冻食品表面导入的，而电解冻属于内部加热远红外解冻高频解冻微波解冻低频解冻高压静电解冻BACK远红外解冻构成物质的分子总以自己的固有频率在运动当投射的红外辐射频率与分子固有频率相等时，物质就具有最大的吸收红外辐射的能力根据肉类食品红外吸收光谱的特点，投射到冻品表面波长2～25m的红外辐射，促使冻品解冻目前多用于家用远红外烤箱中食品解冻。

高频解冻原理：食品中极性分子在高频电场中高速反复振荡，分子间不断摩擦高频解冻使用的频率，一般是10MHz左右（1～50MHz）高频波的穿透深度是微波的5～14倍，比微波解冻的速度还要快不会发生如微波解冻那样，使冻品局部过热的现象图2-23高频解冻装置原理图微波解冻原理：与高频解冻原理一样工业上用较小频率的微波，只有2450MHz或915MHz两个波带微波对食品的穿透深度较小热能转化率较低图2-24微波加热解冻装置示意图低频解冻原理：将冻品作为电阻，靠冻品的介电性质产生热量所用电源为50～60Hz的交流电加热穿透深度不受冻品厚度的影响冻品表面必须与上下电极紧密接触图2-25低频解冻装置示意图1．活动电极2．固定电极3．自耦变压器高压静电解冻是一种有开发应用前景的解冻新技术（日本已应用于肉类解冻）将冻品放置于高压电场中，电场设置在0～-3℃的低温环境中，以食品为负极，利用电场效应，使食品解冻一个显著优点是内外解冻均匀第五节食品的真空冷冻干燥与装置

食品真空冷冻干燥的原理和工艺食品真空冷冻干燥的原理食品真空冷冻干燥是—种低温、低压下具有移动相变边界的热质传输过程在冻结干燥过程中，为了提高干燥速度，在真空室内还装有加热系统Ps：冻结的方法一般有两种：自动法和预冻法

食品真空冷冻干燥工艺

食品真空冷冻干燥工艺流程：原料－冻干预处理－冷冻干燥－包装贮藏等。其中冻结和干燥两个过程是整个工艺的重点。一般分为三个阶段：原料：选择优质的食品原料进行冻结干燥冻干预处理：冻结前对食品进行必要的物理、化学处理冷冻干燥：冷冻干燥阶段包括冻结、升华干燥和解吸干燥冻结降温速度和冻结终温对冷冻干燥速度有很大影响

快速冻结可以获得均匀致密的干制品，对食品分子的细胞膜和蛋白质破坏小。复水后食品弹性好、持水力强，但干燥过程中水蒸气有较大的扩散阻力

冻结终温常选择比食品最大冻结浓度时的温度低5～10℃升华干燥又称为一次干