食品的低温保藏课件

第二章食品的低温保藏Office：FoodScience&TechnologyBuildingRM435Tel：87671056(office)E-mail:本章内容概述食品的低温保藏原理食品的冷却和冷藏食品的冻结食品的冻藏解冻本章的重点和难点食品低温保藏的原理；食品冷却与冷藏方法及其质量控制；食品冻结与冻藏方法及其质量控制；冻结食品的T.T.T.概念及计算方法；冷冻工艺学定义

冷冻工艺学是一门使用人工制冷技术来降低温度以保藏食品和加工食品的科学，即它是专门研究如何使用低温条件来达到最佳地保藏食品和加工食品的方法，以使各种食品达到最大保鲜程度。冷冻工艺学研究的内容食品冷却和冷藏的方法食品在冷却、冷藏过程中的变化。解冻技术和解冻过程中食品的变化。食品冷冻工艺学的发展过程公元前1000多年前，天然冰雪贮藏食品19世纪上半纪，由于新冷源——冷冻机的出现，人工冷源开始取代天然冷源19世纪来至今，用冷冻机直接冻结食品和冷藏食品食品的冷藏如今已发展成一门科学技术了

1775年库仑（WilliamCullen)利用乙醚蒸发使水结

布拉克(Black)提出了潜热的概念，并发明了冰量热器

1809年美国人发现了压缩式制冷的原理

1824年德国人发现了吸收式制冷的原理

1834年

波尔金斯(JacobPerkins)造出了第一台用乙醚为制冷剂的蒸气压缩式制冷机

1844年约翰.高里（JohnGorrie）制成了世界上第一台制冷和空调用的空气制冷机

1858年尼斯（Niles）取得了冷库设计的第一个美工专利

1859年卡列（FerdinandCarre）设计制造了第一台氨水吸收式制冷机

1874年皮特（Pitt）采用二氧化硫作为制冷剂

1875年林德（Linde）设计成功氨制冷机

20世纪以后，制冷技术有了更大的发展

Perkins的乙醚压缩制冷机压缩机吸气管排气管冷凝器膨胀阀蒸发器水制冰箱蒸汽吸收式冷冻机食品冷冻工艺学的发展趋势制冷装置的变化；基因工程改造食品原料；食品在冷藏或解冻过程中的变化的研究

（玻璃态转变原理在冷冻食品的加工和贮藏中的应用）；更先进的技术和更有应用潜力的方法和包装材料；（在线核磁共振检测，无菌加工与包装，冷却加工与气调包装，计算机技术。）两个中心：提高效率提高质量冷冻食品工业的现状和发展趋势数据来源：冷饮与速冻食品工业Vol.11No.1Mar.,200542-44冷冻食品工业的现状和发展趋势数据来源：冷饮与速冻食品工业Vol.12No.3Sep.,2006P38-44冷冻食品工业的现状和发展趋势在法国，家乐福的销售构成比中，调理食品的销售成长居自助食品之首，成两位数增长。欧洲外食产业市场规模约3000亿欧元，即29000亿人民币，其中38%来自速食连锁店等。在亚洲，韩国政府拟从2009-2013年，投资3810万美元，即2.6亿人民币启动韩餐产业发展的4项课题，计划将韩餐厅在海外由现有的1万家，在2017年增至4万家。其核心是韩餐的标准化及以速冻食品为主要模式的工厂化生产。数据来源：中国冷冻冷藏食品产业在调整与自主创新中前行中国食品报2009.8.12第004版我国冷冻食品工业的现状和发展趋势品种多样化冷冻↓冷藏↑冷鲜肉、传统食品特色食品消费市场的区域性发展产业链逐步壮大年营业额500万企业2万余家，从业人员逾250万人过度压价竞争“散装水饺”风波数据来源：农产品加工2005.10P16-17我国冷冻食品工业的现状和发展趋势传统与自主创新是主旋律台资龙凤食品（汤圆和水饺占54%，创新产品46%）思念（蛋挞，油条进入百盛餐饮）希波（羊肉串，肉卷，肉丸，涮肚）1.食品的冷藏原理

防止食品的腐败，对动物性食品来说，主要是降低温度抑制微生物的活动和生化反应；对植物性食品来说，主要是保持恰当的低温（因品种的不同而异），使植物体不致产生冻害又控制其呼吸作用。从而达到保持好食品质量的效果。1.1低温对微生物的影响微生物对食品的破坏作用。微生物在食品中生长的主要条件：液态水分pH值营养物温度分类

最低温度举例

低温的作用降温速度微生物类型温度℃最低最适最高嗜冷微生物-7~515~2025~30嗜温微生物10~1530~4040~50嗜热微生物30~4550~6075~80微生物按生长温度分类低温对微生物的作用低温可起到抑制微生物生长和促使部分微生物死亡的作用。但在低温下，其死亡速度比在高温下要缓慢得多。一般认为，低温只是阻止微生物繁殖，不能彻底杀死微生物，一旦温度升高，微生物的繁殖也逐渐恢复。降温速度对微生物的影响冻结前，降温越迅速，微生物的死亡率越高；冻结点以下，缓冻将导致剩余微生物的大量死亡，而速冻对微生物的致死效果较差。低温保藏的目的是抑制反应速度，所以温度商越高，低温保藏的效果就越显著。假设其值为2.5，则当温度从30℃降到10℃时，食品中的化学和生物反应速度可减6.25倍，即允许保藏期约延长6倍。但应当注意，在广泛的温度范围内，Q10值是有变化的，最常见的是当冷却或冻结食品的温度接近冻结点时，Q10值大大增加，所以，对冷却和冻结食品，应考虑Q10值有更大幅度，即2-16之间，甚至更大些，这取决于产品的性质、温度范围和质量变化的类型。在一种食品中，经常不只是一种反应过程，而是伴随着或相继地发生几种反应和过程。由于有些反应过程可能起相反作用，所以，产品的稳定性并不随温度的降低而增加，比如面包，其新鲜度在8℃以上随温度的下降迅速下降，这主要是由于淀粉老化的结果。1.3低温对非酶因素的影响各种非酶促化学反应的速度，都会因温度下降而降低油脂的酸败VC的氧化脱氢番茄色素和胡萝卜素双键的氧化等本节的重点和难点食品冷却过程中的热量传递食品冷却的速度与时间食品冷却时的变化2.食品的冷却和冷藏2.食品的冷却和冷藏食品的冷却冷却的目的冷却速度和冷却时间冷却方法2.1冷却：温度通常在冰点以上，往往是冷藏的前处理过程；2.2冷藏：温度通常在冰点以上；2.1.2食品冷却的作用（目的）1.

对动物性食品（鱼类、肉类）有利于抑制分解蛋白质的酶的作用，有利于抑制细菌的生长繁殖，快速冷却甚至能使部分细菌骤冷休克死亡。2.有利于肉的成熟，使肉的色泽、风味、柔软度变好，提高肉类的商品价值。3.与冻结肉相比，有利于避免冰晶物理变化造成的肉质变化，蛋白质变性。4.有利于排除植物性食品的呼吸热和田间热，延长植物性食品的贮藏期，但要防止冻害（温度过低）影响植物性食品的生理机能。2.1.1食品冷却的作用（目的）食品冷却一般是在食品的产地进行产地加工车间冷藏库市场低温环境保持食品原有品质阻止微生物的繁殖采摘后24h冷却96h后冷却0℃下储藏5周不腐烂梨30%的梨腐烂甜玉米糖分贮藏过程中的丧失情况储藏时间/h不同储藏温度下总糖分损失/%0℃20℃248.125.64814.545.77218.055.59622.062.12.1.2冷却速度和冷却时间食品在冷却过程中，内部热量传递（Q）依傅里叶定律：Q=-λFgradTgradT为温度梯度(K·m-1)；λ为导热系数(W·m-1·K-1)；F为导热面积(m2)。食品的冷却速度

物料内部温度环境温度物料形状食品的冷却速度就是食品温度下降的速度。食品内各部位的温度不均匀性；食品温度的下降速度只能以食品平均温度的下降速度来表示。物料内部温度表面温度θs中心温度θc表面与中心之间的温度差θm平均温度对流放热速度K是影响冷却速度的主要因素，因此增大冷却介质的流动速度，提高K的数值就可以增大冷却速度，缩短冷却时间。平板状食品1当食品厚度很小时，对流放热系数K厚度在这种情况下，导热的快慢是决定冷却速度的关键，企图通过增大空气流速来加快冷却速度是困难的，只有减小食品的厚度来增大冷却速度。平板状食品2当食品厚度很厚时，导热系数1.半径为R的圆柱状食品，它的圆周面都一样的被冷却。2.圆柱状食品的冷却与平板状食品不同的是，它内部的传热面积与半径R成正比，其他均相同。圆柱状食品球状食品1.半径为R的球状食品，它的表面都一样的被冷却。2.球状食品的冷却与平板状食品不同的是，它内部的传热面积与半径R成正比，其他均相同。2.1.3冷却方法空气冷却法冷水冷却法碎冰冷却法真空冷却法利用强制流动的低温冷空气流过食品表面使食品的温度下降的一种冷却方法。空气冷却法方法空气冷却冰块或机械制冷风道吹出冷却间或冷藏间热量降温循环冷空气冷风机食品五种不同吸吹风形式的冷风机冷风机肉类冷风冷却装置冷风冷却系统示意图循环吊钩风道冷风机冷风冷却系统示意图（2）冷风冷却系统示意图（3）冷风冷却系统示意（4）冷风冷却系统示意图（5）对于未包装食品，采用空气冷却时会产生较大的干耗损失。空气冷却法适用范围水果蔬菜鲜蛋乳品肉类家禽预冷处理冻藏食品冻结使用范围较广，广泛地用于不能用水冷却的食品。优点缺点果蔬的空气冷却果蔬冷却间冷藏库初期空气流速1~2m/s末期空气流速1m/s空气相对湿度冷藏温度冷却间温度0℃85%~95%根据水果、蔬菜等品种的不同，将其冷却至各自适宜的温度。畜肉的空气冷却1传统方法：全部在冷却间完成冷却空气温度0℃左右风速0.5~1.5m/s＜2m/s相对湿度90%~98%胴体后腿肌肉最厚部中心的温度＜4℃冷却时间＜24h畜肉的空气冷却2改进方法：变温快速两段冷却法，整个时间14~18h第一阶段快速冷却隧道冷却间空气流速2m/s空气温度-5~-15℃相对湿度90%2~4h时间胴体表面温度后腿中心温度0~-2℃16~20℃特征散热快，肉胴体表面温度达0℃以下，形成了“冰壳”；第二阶段自然循环冷却间温度1~-1℃相对湿度90%10~14h半白条肉内外温度基本趋于一致，达到平衡温度4℃时，即可认为冷却结束。时间优点：食品干耗小，平均干耗量为1%；肉类的表面干燥，外观好，肉味佳，在分割时汁液流失量少。禽肉的空气冷却空气温度2~3℃相对湿度80%~85%风速1.0~1.2m/s禽胴体温度5℃以下冷却时间7h左右提高风速4h左右鲜蛋的空气冷却在专用的冷却间内完成蛋箱堆垛冷却开始蛋空气温度一般低于蛋体温度2~3℃过程每隔1~2h将冷却间空气温度降低1℃左右相对湿度75%~85%0.3~0.5m/s24h蛋体温度1~3℃空气流速冷却时间方式喷淋式浸渍式冷水冷却方法混合式被冷却的食品直接浸在冷水中冷却，并有搅拌器不停地搅拌冷水，提高传热速度和均匀性，加快食品的冷却。混合式冷却装置一般采用先浸渍后喷淋的步骤。通过低温水把被冷却的食品冷却到指定温度冷水冷却的范围和特性因为产品的外观会受到损害，而且失去了冷却以后的储藏能力。鱼类、家禽水果、蔬菜和包装食品易变质的食品大部分食品应用范围优点缺点传热系数高冷却速度快避免干耗被冷却食品之间易交叉感染碎冰冷却法冰块融化时会吸收大量的热量，其相变潜热为334.9KJ/kg。当冰块和食品接触时，冰的融化可以直接从食品中吸取热量使食品迅速冷却。碎冰冷却法特别适宜于鱼类的冷却，因为它不仅能使鱼冷却、湿润、有光泽，而且不会发生干耗现象。淡水冰海水冰冷却淡水鱼冷却海水鱼透明冰不透明冰形状机制块冰管冰片冰米粒冰不允许用被污染的海水及港湾内的水来制冰碎冰冷却(干式冷却)水冰冷却(湿式冷却)方式冷海水为了提高碎冰冷却的效果，要求冰要细碎，冰与食品的接触面积要大，冰融化成的水要及时排出。冷却方式真空冷却法真空冷却也叫减压冷却。其原理是真空降低水的沸点，促使食品中的水分蒸发，因为蒸发潜热来自食品自身，从而使食品温度降低而冷却。主要适用于叶类蔬菜的快速冷却菠菜生菜甜玉米1－真空泵2－冷却器3－真空冷却槽4－膨胀阀5－冷凝器6－压缩机真空冷却系统真空冷却方法的特点冷却速度快、冷却均匀先将食品原料湿润，为蒸发提供较多的水分，再进行抽真空冷却操作。其作用是加快降温速度；减少植物组织内水分损失，即减少原料的干耗。叶菜总质量1%温度6℃缺点食品干耗大、能耗大，设备投资和操作费用都较高。冷却方法肉禽蛋鱼水果蔬菜烹调食品空气冷却○○○

○○○冷水冷却

○○○

真空冷却

○

○

碎冰冷却

○

○○○

按食品的种类和冷却的要求不同，使用不同的冷却方法2.2食品的冷藏

空气冷藏法

自然空气冷藏法

机械空气冷藏法

空气冷藏工艺

冷藏温度

空气相对湿度

空气流速

气调冷藏法冷藏温度储藏期冷藏库规模冷藏温度冷库内空气的温度食品物料的温度物品性质冷藏室内的温度应严格控制。任何温度的变化都可能对冷藏的食品物料造成不良的后果。空气相对湿度冷藏室内空气中的水分含量对食品物料的耐藏性有直接的影响。不宜过湿不宜过干大多数水果和植物性食品85％~90％绿叶蔬菜、根菜类蔬菜和脆质蔬菜90％~95％坚果类70％以下畜、禽肉类85％～90％干态颗粒状食品物料50％以下种类温度/℃相对湿度/%储藏期/d猪肉0~1.185~903~7牛肉-1.1~085~9021羊肉-2.2~1.185~905~12家禽2.285~9010腌肉-0.5~080~85180肠制品（鲜）1.4~4.485~907一些肉和肉制品的冷藏条件和储藏期一些鱼和鱼制品的冷藏条件和储藏期种类温度/℃相对湿度/%储藏期鲜鱼0.5~4.490~955~20d烟薰鱼4.4~1050~606~8个月腌鱼-1.5~1.575~904~8个月罐装腌鱼子酱-3~-285~90＞4个月其他腌鱼子5~1085~906个月牡蛎0~3.385~9015d牛乳的储藏时间/h牛乳应冷却的温度/℃6~1210~812~188~618~246~524~365~436~482~1牛乳的储藏时间及应冷却的温度鲜蛋冷藏条件冷藏温度/℃相对湿度/%储藏期/月0~-1.580~854~6-1.5~-285~906~8气调保藏定义：食品原料在不同于周围大气（21%O2、0.03%CO2）的环境中贮藏。通常与冷藏结合使用。用途：延长季节性易腐烂食品原料的贮藏期。机理：采用低温和改变气体成分的技术，延迟生鲜食品原料的自然成熟过程。气调贮藏的生理基础降低呼吸强度，推迟呼吸高峰；抑制乙烯的生成，延长贮藏期；控制真菌的生长繁殖；若氧气过少，会产生厌氧呼吸；二氧化碳过多，会使原料中毒。通风，乙烯吸收剂（高锰酸钾）2、气调贮藏方法自然降氧法（MA）快速降氧法（CA）混合降氧法包装贮藏法自然降氧法（ModifiedAtmosphereStorage）果蔬原料贮藏于密封的冷藏库中（气调库），果蔬本身的呼吸作用使库内的氧量减少，二氧化碳量增加。用吸入空气来维持一定的氧浓度。用气体洗涤器来除去过多的二氧化碳。碱式，让气体通过4~5%的NaOH；水式，让气体通过低温的流动水；干式，让气体通过消石灰填充柱。快速降氧法（ControlledAtmosphereStorage）在气体发生器中用燃烧C3H8的方法来制取低O2高CO2的气体；将气体通入冷藏库中；库中常保持负压。待藏原料入库时，即处于最适贮藏气体氛围，特别适用于不耐藏但经济价值高的原料，如草莓。吸附器7、10通过阀门6、8，轮流工作与再生。丙烷通过阀13进入发生器。混合降氧法先用快速降氧法将冷藏库内的氧气降低到一定程度；原料入库，利用自然降氧法使氧的含量进一步降低。既可控制易腐原料的初期快速腐烂，又降低生产成本。包装贮藏法生理包装：将原料放进聚乙烯套袋，并密封。利用原料的呼吸作用和气体透过袋壁的活动，维持适宜的气体氛围。硅气窗包装：用带有硅橡胶的厚质袋包装原料，并密封。因气体的交换只通过硅窗进行，所以改变硅窗的面积，就可以维持不同的气体氛围。气调冷藏法优点抑制果蔬后熟；减少果蔬损失；抑制果蔬生理病害抑制真菌生长繁殖防止鼠害和虫害缺点管理难度大；品种有限储藏库之间要隔离储藏库投资高3.3食品在冷藏过程中的质量变化

水分蒸发

冷害

后熟作用

移臭和串味

肉的成熟

寒冷收缩

脂肪的氧化

其他变化

水分蒸发

水果、蔬菜水分蒸发失去新鲜饱满的外观影响其柔嫩性和抗病性肉类食品质量减轻表面出现收缩、硬化，形成干燥皮膜肉色变化鸡蛋气室增大蛋品品质下降质量减轻在低温储藏时，有些水果、蔬菜等的储藏温度虽未低于其冻结点，但当储温低于某广温度界限时，这些水果、蔬菜就会表现出一系列生理病害现象，其正常的生理机能受到障碍失去平衡。这种由于低温所造成的生理病害现象称之为冷害。冷害

冷害的症状组织内部变褐和干缩外表出现凹陷斑纹出现水渍状斑块不能正常成熟产生异味后熟作用

水果在低温冷藏期间，将伴随着后熟作用的发生。果实内的成分和组织形态也将进行一系列的转化。可溶性糖含量升高糖酸比例趋于协调可溶性果胶含量增加果实香味变得浓郁颜色变红或变艳成熟特征硬度下降移臭（串味）具有强烈香或臭味的食品冷藏在一起发生串味，使食品原有风味发生变化。另外，冷库中还有一种特殊的臭味，俗称冷库臭，也会移给食品。

容易串味的食品：乳品，鸡蛋等寒冷收缩畜禽屠宰后在未出现僵直前快速冷却，肌肉发生显著收缩，以后即使经过成熟过程，肉质也不会十分软化，这种现象叫寒冷收缩。宰后l0h内，肉温降到8℃以下，容易发生寒冷收缩。牛和羊肉禽类肉种类当肉的pH值低于6时极易出现寒冷收缩。肉体部位肉的表面肉质变硬嫩度差解冻后会出现大量的汁液流失肉的内部表现脂类变化冷却过程中，食品中所含有的油脂会发生水解，脂肪酸的氧化、聚合等，同时使食品风味变差，味道恶化，出现变色、酸败、发粘等。

淀粉老化指食品中以α-淀粉形式存在的淀粉在接近0℃低温范围中，α-淀粉分子自动排列成序，形成致密高度晶化的不溶性淀粉分子，迅速出现淀粉β化的现象。淀粉老化的最适温度是2～4℃。当贮藏的温度高于60℃或低于－20℃，均不会发生淀粉的老化现象。思考题食品冷却的作用？食品冷却的温度范围？影响平板状食品冷却速度与时间的因素？冷害，寒冷收缩的概念及其特点？淀粉老化？食品冷却过程中的成熟作用？食品冷却过程中的移臭？面包是否需要冷却保存并解释原因？掌握不同食品所适用的冷却方法？一、食品在冻结时的变化二、冻结率三、冻结速度与结晶分布情况四、冻结温度曲线五、冻结时所放出的热量六、冻结时间七、食品冻结装置3.食品的冻结本节重点与难点食品冻结时的变化冻结速度与冰晶分布的关系冻结的温度曲线及其在生产中的意义冻结时间计算和缩短冻结时间的途径食品的冻结冻结食品的四个特征：经过预处理；速冻法冻结；中心温度-18℃以下；适宜包装并冷链运销；食品的冻结过程3.1.1食品的冰点乌拉尔（Raoult）法则：冻结点的浓度与溶质的浓度成正比，每增加1mol•L-1,冻结点下降1.86℃。实际的食品体系更为复杂，如缓慢冻结过程中浓度逐渐增大，冻结点↓

二、冻结率（frozenwaterratio）

ω-冻结率（%）tp-食品的冻结点（℃）

t-冷冻食品的温度

（℃）冻结率与温度的关系冻结率/％温度/℃最大冰晶生成区（Zoneofmaximumicecrystalformation）冻结速度与结晶分布情况

（一）冻结速度（二）结晶条件：（三）冻结速度与冰晶分布的关系：3.2.1冻结速度

1．时间划分：食品中心温度从-1~-5℃所需的时间，30min以内，快速，30min以上，慢速；2．距离划分：单位为：cm/h当v≥5~20cm/h快速冻结v=1~5cm/h中速冻结v=0.1~1cm/h缓慢冻结3.3.国际制冷学会规定：冻结速度L-食品表面到中心温度点间的最短距离（cm）；t-食品表面温度达到0℃后食品中心温度降到比食品冰点低10℃所需时间(h);结晶条件：过冷是水中发生冰结晶的先决条件当液体温度降到冻结点时，液相与结晶相处于平衡状态。而要使液体变为结晶体就必须破坏这种平衡状态，即必须使液相温度降至稍低于冻结点，造成液体过冷。冰结晶形成时，因结晶相变放出热量使水或水溶液的温度由过冷温度上升至冻结点温度。食品冻结中一般不会有稳定的过冷产生。0-5经过时间/h品温/℃空气温度②②最大冰晶生成带①过冷却状态①冻结时食品中心温度的变化晶核形成、冰晶生长速度与过冷却度相关图速率冻结点过冷度晶体生长晶核形成A冻结速度与冰晶形状的关系

冻结速度（通过0～-5℃的时间）冰结晶冰层推进速度I水分移动速度ω位置形状大小（直径×长度）数量数秒1.5min40min90min细胞内细胞内细胞内细胞外针状针状针状块粒状(1~5)μm×(5~10)μm

(0~20)μm×(20~50)μm

(50~100)μm×100μm以上(50~200)μm×200μm以上无数多数少数少数I＞＞

ωI＞

ωI＜

ωI＜＜

ω冻结速度快，冰晶分布越接近天然食品中液态水的分布情况，且冰晶呈针状结晶体，数量多，冰晶小。冻结速度慢使大部分水冻结于细胞间隙内，形成较大冰晶且分布不均匀。冻结温度曲线

（一）冻结温度曲线1．初阶段：从初温到冰点的过程。2．中阶段：食品大部分水结成冰的过程。放出的热量最多（-1℃～-5℃）3．终阶段：从成冰到终温的过程。食品冻结过程中放出热量示意图21温度/℃

时间/min1－冻结温度曲线2－冻结过程中放出的热量盐水冻结（－16.3℃）食品冻结过程中放出热量示意图温度/℃

时间/min空气冻结（－17℃）冻结过程中放出的热量冻结温度曲线冻结温度曲线的意义

1．第一阶段在此温度范围内微生物和酶的作用不能抑制，故应迅速通过。2．第二阶段食品从冰点降到中心温度-5℃时，通过时间短，在最大冰晶生成带中产生的不良影响就能避免。3．从－5℃到终温，要加速通过。因微生物和酶要在－18℃以下才能被抑制。冻结时所放出的热量

Q=qc+qi+qe1．冷却时热量qc：食品从初温降至冰点所放出热量qc=c1(t1-tp)kcal/kg

c1：高于冰点的比热；t1：初温；tp：冰点温度。

2．形成冰时的热量qi

（此部分热量最多）

qi=W·ω·rkcal/kg

W：食品中的含水量kg/kg；ω：冻结率；r：水变成冰的潜热80kcal/kg。

3．自冰点至冻结终温放出热量qe：

qe=c2(tp-t2)kcal/kg

c2：低于冰点的比热kcal/kg；t2：冻结终温；冻结时所放出的热量Q还可用焓差法表示：

Q=m（i2-i1）kcal

i1：食品初始状态的焓值kcal；i2：食品终了状态的焓值kcal。3.2.2冻结时间

设表面平坦，厚度为l的物品，如左图预冷到0℃，置于介质为t的环境中，物品温度降到冰点tp时开始冻结，经过一段时间后，冻结层离表面已有x的距离。又经过dz时间后，冻层向内推进dx距离。对冻层厚度为dx，表面积为F，其应放出热量dQ为：dQ=F·r·qi·dx(kcal)r：容重(kg/m3)；qi：形成冰时的热量kcal/kg。此热量在tp与t的温差作用下，经厚度为x的冻层在dz时间内传给冷却介质，其传出热量为：dQ=F·k·△t·dz(kcal)△t=tp－ttp：物品冰点；t：冷却介质温度。两者热交换的量相等即：F·k·△t·dz=F·r·qi·dx

∴

∵

将k带入上式确定边界条件后积分平板状食品的冻结时间计算式

即：园柱状食品冻结时间计算公式（d：圆柱直径）：

球状食品冻结时间计算公式（d：球体直径）:引入形状系数后，就能得到冷冻时间通用表达式板状食品：

园柱状食品：

球状食品：块状食品的P和R值图对于方块或长方块食品，在使用上述方程时，用有关形状系数的图表，查出p和R值即可：β1=b/a;β2=a/ca是方块食品最长边；c是方块食品最短边；b：c＜b＜a的边。根据β1和β2的相交点可查得p和R值冻结时间的热焓表达式上述计算通式有局限性，但能满足实用要求。为提高精度，可用热焓表示，冻结时间的热焓表达式为：

△t：tp-ttp：食品的冰点；t：冷却介质的温度。x：板状食品表示厚度,园柱或球状食品表直径(m）α：食品表面放热系数kcal/m2·h·℃λ：冻结食品导热系数kcal/m2·h·℃R和p：食品形状系数z：食品冻结时间（h）△i：食品初温与终温时的焓量kcal/kgr：食品容重kg/m3冻结时间的分类公称冻结时间：食品各处温度相同都为0℃起，其中心点温度只下降到该点食品的冰点所需时间。有效冻结时间：即食品中心温度从开始的温度下降到所要求的冻结终温所需时间。这里公式从公称时间推导，引入△i作有效冻结时间计算，结果是有效冻结时间。（二）缩短冻结时间可选择的途径缩短冻结时间可以从改x、α、t三方面来考虑。1．减小冻品厚度

x2．降低冷冻介质温度t3．增大传热面的放热系数α

3.2.3食品在冻结时的变化

（一）、物理变化（二）、化学变化

（三）、生物和微生物变化（一）物理变化：冰晶体的形成---食品组织结构的变化；机械损伤细胞溃解气体膨胀干耗;（二）化学变化

1．蛋白质的变性；不可逆脱水导致蛋白质变性；原生质体中无机盐浓缩，盐析作用使蛋白变性；脂肪氧化产物促使蛋白质变性；2．变色美拉德反应肌红蛋白氧化变色（三）生物和微生物变化寄生虫和昆虫冻结会死亡冻结能抑制细菌的生长发育，但是微生物产生的酶仍然有一定的活性。国际冷冻协会建议：为防止微生物的生长繁殖，冻结食品必须在-12℃以下贮藏；为防止酶及物理变化，冻结食品的冷藏温度必须低于-18℃。3.3食品冻结装置间接冻结

静止空气冻结半送风冻结送风冻结接触冻结直接冻结

冰盐混合物冻结）液氮冻结氟里昂冻结1．静止空气冻结装置

低温静止空气冻结是最早使用的一种形式，靠空气自然对流及接触传导进行冻结。我国称之为管架式。1.顶管2.鱼盘3.蒸发管特点：

冻结时间长；劳动强度大；融霜及处理霜麻烦；装置周转率低；但结构简单，造价低，运行时电耗省。2．半送风冻结装置

在静止空气冻结装置上装上风机，即为半送风冻结装置。

1.风机2.管架3.风道特点：结构简单，冻结食品品质优于前者，造价比送风冻结低，但温度分布不均匀。3．送风冻结装置①遂道式冻结装置②传送带式连续冻结装置③螺旋带式连续冻结装置④悬浮冻结装置

遂道式冻结装置1.风机2.蒸发器3.冻品隧道式连续冻结装置传送带式连续冻结装置螺旋带式连续冻结装置1.进冻2.出冻3.转筒4.风机5.蒸发管组双螺旋带式冻结装置悬浮冻结装置

1.进料口2.冻品隔底盘3.融霜水管4.蒸发器5.风机悬浮冻结装置1.冷风2.悬浮态3.未吹冷风时状态速冻产品冻草莓冻蚕豆4．接触冻结装置

亦叫平板冻结装置。将食品放入平板（金属板），制冷剂或冷媒在通路内流动，关键是使食品与平板紧贴，若有空隙则冻结速度明显下降。

平板式冻结装置冻结时间随食品表面与平板间的放热系数和食品厚度而变。此装置有立式和卧式两种。特点：不需冷风，占空间小。单位面积生产率高。能源低。4．接触冻结装置（二）直接冻结装置1．冰盐混合物冻结2．R12浸渍冻结装置3．液化气体冻结装置

将物品直接和温度很低的冷媒接触，从而实现快速冻结的一种装置。冷媒有：食盐、乙二醇、酒精、液氮和液体二氧化碳等。1．冰盐混合物冻结原理：冰内加入盐后其温度降低，温度降低程度视所加的盐量不同。但冰中所加的盐量不能超过冰盐混合物全重的22.4%或不超过冰重的29%。否则温度反而会上升，一般加盐量为水重的15~20%。混合物搅拌要均匀，否则会形成大冰团。盐水冻鱼装置1.冻结器2.冻鱼出料口3.滑道4.进料口5.盐水蒸发器6.除鳞器7.盐水泵back2．R12浸渍冻结装置

原理：R12在1个大气压下沸点为-29.8℃，当食品与R12接触，在-29.8℃下沸腾蒸发，此过程中发生相变，故其以相变吸热，热交换极好。特点：热交换率高；无干耗，但由于其易渗入到食品中，许多国家禁止使用。适用：小虾、鱼片、小鸡、海产品、肉产品、水果、蔬菜。3．液化气体冻结装置

使用经液化后的气体来冻食品，温度一般在-73℃以下。①液N2喷淋冻结装置特点：冻结速度极快，在食品表面和中心产生极大的瞬时温差，造成食品龟裂，故过厚食品不宜使用此法。此法成本高。液氮喷淋冻结装置1.不锈钢网传送带2.喷嘴3.搅拌风机4.进料口5.出料口6.供液管线7.调节阀8.温度计9.排气风机10.硅胶管幕带11.液氮储罐12.电源开关13.无级变速器②液态CO2喷淋冻结装置特点：快速，无干耗、不发生氧化变色，但成本高。食品冻结总趋势是低温速冻，国外一般采用单体快速冻结（IQF，IndividuallyQuickFrozen）。思考题：食品冻结时出现那些变化，原因是什么？食品的冻结速度和解冻速度是否相同，为什么？冻结速度与冰晶分布的关系？冻结温度曲线及其在生产中的意义？冻结时间计算及缩短冻结时间的途径？食品的冻结装置及其特点？4食品的冻藏

本节内容食品冻藏时的变化食品冻藏温度冻结食品的T.T.T概念本节重点与难点冰结晶形成的原因，危害及防止措施干耗与冻结烧区别及防止措施T.T.T概念及计算方法一、食品冻藏时的变化

温度的波动，冻藏期长，冰结晶不稳定；在空气中氧的缓慢氧化；（一）冰结晶的成长

1．冰结晶的成长概念；2．冰结晶成长的危害；3．冰结晶形成原因；4．如何防止冰结晶的成长；2．冰结晶成长的危害①细胞受到机械损伤；②蛋白质变性；③解冻后液汁流失增加；④食品的风味和营养价值发生下降等。3．冰结晶形成原因

其主要原因是由于蒸汽压差的存在。蒸汽压差的存在原因：①冻结食品中残留的水溶液的蒸汽压差大于冰结晶的水蒸汽压②冰结晶中的粒子大小不同产生蒸汽压差。③主要原因是冻结食品的表面与中心部位之间有温度差，从而产生蒸汽压差。4．如何防止冰结晶的成长：

①采用降温快速冻结方式。②冻藏温度尽量低，少变动，特别是要避免高于－18℃以上的温度变化。（二）、干耗与冻结烧

1．干耗：干耗水分量W=βF（Pg-Pr）kg/hβ：升华率（kg/m2·h·mmHg）F：冻结食品表面积（m2）Pg：冻结食品表面的水蒸汽压差（mmHg）Pr：与食品接触的空气的水蒸汽压（mmHg）2.冻结烧2.冻结烧（freezerburn）：干耗→食品表面的冰晶升华→向内延伸→深部冰晶升华→食品脱水减重→产生微细空穴→与空气接触面积增加→冻结食品氧化→哈喇味，表面变黄褐，使食品外观损坏，风味、营养变差，称为冻结烧。2．如何防止干耗和冻结烧：主要是防止外界热量的传入，提高冷库外围结构的隔热效果，隔绝空气与冻结食品的接触，加入抗氧化剂，对食品可采用加包装或镀冰衣的方法。（三）蛋白质的冻结变性由于冻藏温度的波动和冰结晶的长大，会增加蛋白质变性的程度。冻藏温度低，蛋白质的冻结变性程度小。蛋白质的种类不同，冻结变性的程度有很大的差异。脂肪的变性会促进蛋白质的变性。水溶性无机盐会促进蛋白质的冻结变性。磷酸盐、糖类、甘油可减少蛋白质的变性。（四）脂类的变化在脂酶和磷脂酶的作用下，水解为游离脂肪酸；脂肪酸在空气中氧的作用下发生自动氧化而酸败；脂类冻结变性产生有毒产物如丙二醛；脂肪氧化产物与蛋白质冻结变性的产物相互作用产生油烧－－－脂类氧化引起；防止油烧的措施：采用镀冰衣、包装食品而隔绝与氧的接触降低产品的冻藏温度防止氨的泄漏使用抗氧化剂（五）变色制冷剂泄漏时会造成食品变色脂肪的氧化变色蔬菜变色红色肉的变色鱼肉的绿变虾的黑变其他褐变二、食品的冻藏温度

对于冻结食品来说，冻藏温度越低，品质保持得越好，贮藏期也越长。根据T.T.T.研究成果，认为－18℃对大部分食品来说是最经济的冻藏温度。为了提高某些食品的品质，近年来国际上冷库的冻藏温度逐渐趋于低温化，有利于防止干耗、多酚氧化酶的氧化等。三、冻结食品的T.T.T概念

（一）冻结食品的T.T.T概念（二）T.T.T曲线（三）温度系数Q10

（四）T.T.T的计算方法（一）冻结食品的T.T.T概念

美国Arsdel等人，总结冻结食品的品温变化与品质保持时间的关系，即冻结仪器的T.T.T概念（Time、Temperature、Tolerance；时间、温度、食品的耐藏性）。由T.T.T概念可知：1、冻结食品的品质变化主要取决于温度，冻结食品的品温越低，优秀品质的保存时间越长。2、冻结食品在流通中因时间、温度的经历而引起的品质降低是累积和不可逆的，但与经历的顺序无关。（二）T.T.T曲线

大多数冷冻食品的品质稳定性是随着食品温度的降低而呈指数关系地增大。在一定温度范围内，贮藏温度与实用冷藏期之间的关系曲线。这样的曲线叫T.T.T曲线。根据T.T.T曲线的斜率可知道温度对冻结食品品质稳定性的影响，用温度系数Q10表示。冻结食品的T.T.T曲线1.多脂肪鱼和炸仔鸡2.少脂肪鱼3.四季豆和汤菜4.青豆和草莓5.木梅（三）温度系数Q10

Q10随食品的种类的不同而不同，在实用冷藏温度（－15℃~－25℃）的范围内，它的值是2~5。对于大多数冻结食品来说都是符合T.T.T概念的，其温度系数Q10几乎都在2~5之间，但也有Q10小于1的食品，对于Q10小于1这样的食品，T.T.T理论则不适用。（四）T.T.T的计算方法

我们把某个冻结食品在流通过程中所经历的温度和时间记录下来，根据T.T.T曲线按顺序算出各阶段的品质下降，然而再确定冻结食品的品质，这种方法叫T.T.T的计算方法。根据T.T.T曲线可知，一个冻结食品在某个温度的实用冷藏期是A，即经过A天其品质由100%降为0%。那么在此温度下，该冻结食品每天的品质下降量B=1/A。根据此关系可作出品质保持曲线B。图T.T.T.计算图一例时间（天）冷藏温度（℃）实用冷藏期（天数）T.T.T计算图横坐标是天数，纵坐标是各种温度下的品质下降率（用百分数表示）。各阶段品质下降量=每天的品质下降量×天数D：品质下降总量=Σ各阶段品质下降量当D＞1时，该冻结食品已失去商品的价值；D＜1时，说明冻结食品尚未失去商品价值。用T.T.T计算方法也有一些例外，其实际质量的下降比用T.T.T计算所得到的质量下降量更大。如：1．乳状食品或胶状食品，如冰淇淋。2．冻藏室内，冻结食品直接与空气接触。3．商店冷藏柜中的冷冻食品，4．冻品温度波动次数少，但在-10℃以上温度长时间保存的食品。思考题：冰结晶形成的原因，危害及防止措施T.T.T概念及计算方法及其实际生产中的意义干耗与冻结烧区别及防止措施温度系数Q10第六节