食品冷冻加工技术及应用

食品冷冻加工技术及应用第1页，共43页，2023年，2月20日，星期日近几年来，为了保持食品的新鲜度和食用安全性，国内外食品加工技术已经由热力加工发展为非热力加工，这些非热力的加工技术主要包括食品浓缩技术、食品冷冻干燥技术及食品粉碎技术。第2页，共43页，2023年，2月20日，星期日第一节冷冻浓缩技术一、定义冷冻浓缩是将稀溶液中的水分冻结成冰晶，并去除这部分冰晶从而使溶液中的溶质浓度得到提高。二、冷冻浓缩基本原理将某种液体在低温（≤-10℃）下进行冷却，当冷却到某一个阶段（例如为-10℃时），溶液中有晶核出现，此时，溶液的第3页，共43页，2023年，2月20日，星期日浓度上升了，再继续冷却，当溶液的浓度达到了无法浓缩的浓度，这种浓度称为共晶浓度（或称低共熔浓度），当出现全结晶的文档称为共晶温度（或低共熔温度）。将某种液体在共晶温度以下（全部冻结），多达到的某种极限浓缩浓度点称为某种溶液的共晶点（即低共熔点），也就是说当溶液的浓度低于低共熔点时，冷却的结果才是冰晶析出而溶液被浓缩。第4页，共43页，2023年，2月20日，星期日冷冻浓缩技术主要是针对热敏性液体的浓缩而开发的。这种技术排除溶液中的水分不是加热蒸发，而是靠从溶液到冰晶的相际传递，所以可避免芳香物质因加热所造成的挥发损失，该技术具有低能耗，阻止不良化学反应和生物化学反应以及风味、香气和营养损失小等优点。90年代初，日本、美国等先进国家三、冷冻浓缩技术的发展概况第5页，共43页，2023年，2月20日，星期日已应用于果汁、咖啡、果酒和乳品类液体食品的浓缩。特别是美国已将该技术大量用于橙汁的浓缩，制成商品质的产品出售于各大酒店或酒吧。我国在冷冻浓缩技术的研究方面还处于实验室阶段，主要原因是我国还未有生产冷冻浓缩的设备企业。第6页，共43页，2023年，2月20日，星期日四、冷冻浓缩过程的结晶形式（一）层状冻结（界面渐进冷冻浓缩法）在板式、转鼓式以及带式设备中进行。层状冻结可称为规则冻结。1．冻结形状：（1）、结晶层依次沉积在先前由同一层面溶液所形成的晶层上之上，是一种单向的冻结；（2）、冰晶长成针状或棒状，带有垂直于冷却面的不规则断面。第7页，共43页，2023年，2月20日，星期日2．冻结特点：（1）、随着冷冻浓缩的进行，溶液浓度逐渐增加，晶尖处溶液的过冷度逐渐降低，冻结速率或晶尖成长速率也随之降低，晶体直径逐渐增大；（2）、在溶液浓度不变的情况下，水分扩散系数愈小，黏度越大，则平均直径愈小；第8页，共43页，2023年，2月20日，星期日（3）、在溶液中，溶液浓度在1—3%的极低浓度下，水分冻结时，有明显排斥溶质析出，保持冰晶纯净的现象，称之为溶质脱除作用。（二）、悬浮冻结（传统的冻结浓缩方法）这种冻结是为无数自由悬浮于母液中的小冰晶，在带搅拌的低温罐中长大并不断排除，使母液浓度增加而实现浓缩。第9页，共43页，2023年，2月20日，星期日

界面渐进冷冻浓缩法最大的特点：形成一个整体的冰结晶，固液界面小，使得母液与冰晶的分离变得非常容易，同时由冰结晶的生成，成长，与母液的分离及脱水操作均在一个装置中完成。（三）、两种浓缩形式对比：第10页，共43页，2023年，2月20日，星期日五、在食品工业中的应用1、冷冻浓缩方法的优点：（1）挥发性芳香成分损失和酶，色素等热敏性成分变化极少；（2）可避免操作中微生物的增殖；（3）不存在膜分离中的泄漏短路危险；（4）可避免因蒸馏引起的聚合反应和冷凝反应；（5）含多种溶质的溶液浓缩时，仅去除水分，不会造成母液组成的变化。第11页，共43页，2023年，2月20日，星期日2、应用（1）咖啡工业：巢大公司1986年采用冷冻浓缩设备与喷雾设备相结合的方法，使咖啡的质量达到自然冲调的品质；咖啡浓缩（2）啤酒工业：使啤酒的体积减少到原来的1/4，只要总入水和CO2可制成与原来啤酒从感官上无法辨别的啤酒（3）乳品工业：代替炼乳，制成的浓缩奶冲释后可制成与鲜牛奶毫无差别第12页，共43页，2023年，2月20日，星期日（4）果汁工业：2000年我国进口美国和巴西的冷冻浓缩果汁5999吨，2001年接近1万吨。浓度为65°Bx。主要为巴西的圣保罗和美国佛罗里达，其余为墨西哥，西班牙和地中海地区，利用内衬聚乙烯袋的50加仑铁桶或大罐销往各地。（5）番茄汁：先用膜浓缩将番茄汁浓缩至20%，再用冷冻浓缩继续浓缩至40.8%。第13页，共43页，2023年，2月20日，星期日第二节冷冻干燥技术一、定义冷冻干燥又称为真空冷冻干燥，冷冻升华干燥，分子干燥等。它是将水物质先冻结至冰点一下，使水分变为固态冰，然后在较高的真空度下，将冰直接转化为蒸汽而除去，物料而被干燥。第14页，共43页，2023年，2月20日，星期日二、冷冻干燥技术特点1、物料的干燥是在低温且处于高真空状态，因此特别适用于热敏性高和极易氧化的食品干燥，物料的有效成分在加工过程中没有损失，这对于高营养价值和高附加值的产品，是十分必要的。2、物料不失原有的固体骨架结构，保持物料原有的外观形态，且其色香味与加第15页，共43页，2023年，2月20日，星期日工之前相比基本没有变化，同时物料也易加工成极细的粉末，用于制作调味品、保健品、速溶品等。3、物料具有多孔结构，亲水性极强。具有很理想的速溶性和快速复水性；复水仍能恢复原物料的基本特性，比其它干燥方法生产的食品更接近新鲜食品。第16页，共43页，2023年，2月20日，星期日4、原来溶于水中的无机盐就地析出，不象其它干燥方式随水分向表面扩散，水分蒸发后，盐在物料表面集结而使表面硬化。5、冻干后物料中残留水分极少，一般含水量在5%以下，加工后的物料重量仅为原物料重量的1/5—1/24，采用真空或充氮包装避光保存，在常温下可保持3—5年不变质。第17页，共43页，2023年，2月20日，星期日

三、冻干工艺流程及操作要点1.工艺路线物料→前处理→

冻结装置（速冻隧道）→加热系统↓干燥系统↓后处理↓入库制冷系统↗↖融冰系统→热蒸汽水补水系统→真空系统→放空第18页，共43页，2023年，2月20日，星期日2、操作要点（1）、前处理原料→选别→清洗→滤水→切片（块、丁）→消毒→漂洗→或烫漂→冷却第19页，共43页，2023年，2月20日，星期日A．消毒：次氯酸钠B．烫漂：对水果类物料一般不采用烫漂，加Vc和柠檬酸进行浸渍。C．滤水：物料在冻结前必须滤水，目的是防止物料表面含水分过多冻结成块，另外增加冻干负荷，一般用离心机甩干。D．切片：切片、切块或丁是为了装盘厚度均匀，以免欠干或局部崩塌。第20页，共43页，2023年，2月20日，星期日（2）、冻结处理A.慢冻：大部分物料冻结采用慢冻，即放入冷冻中慢慢冻结，主要原因是慢冻时，物料内部冰晶生长慢，形成粗大而连续的网状结晶，升华后形成粗大而连续的网状间隙通道，使后续水蒸气溢出时，流动阻力较小，升华速度快。B.快冻：即采用隧道式平板（或螺旋式）速冻（单体冻结），一般用于特殊的第21页，共43页，2023年，2月20日，星期日产品，如药品、珍贵物品。快速冻结因内部冰晶生成快，形成细小的枝状（针状）冰晶，形成通道小，使水蒸气只有通过渗透穿过已干的固体膜，干燥时间大大延长。一般比慢冻要迟5—6小时。C.冻干：待物料冷冻到三相点一下温度时，再对捕水器制冷，当捕水器温度达-45℃—-50℃以后，再对整个系第22页，共43页，2023年，2月20日，星期日统抽真空，达到要求真空度后，开始加热升华干燥，90%水分升华并凝集在捕水器上。①按确定的冻干曲线进行操作，每个产品有不同的冻干曲线，及真空压力，进料厚度及铺盘面积冻干时间，辐射加热温度（即加热隔板温度）等。第23页，共43页，2023年，2月20日，星期日②制定冻干曲线的基本原则是：a.干燥仓内真空压力必须低于物料三相点对应的水蒸气饱和压力；b.加热隔板温度问题c.加热时间的物料残余水分含量达到要求为原则，为了冻干产品在常温下，保存较长时间，必须抑制微生物的生长，通常食品中的水分活性Aw0.5以下，微生物很难生长，因此，要求残余水分含量在6%以下。第24页，共43页，2023年，2月20日，星期日③包装：为阻止冻干食品吸潮，包装材料必须不透水。冻干食品是一种多孔性结构，容易进入空气。因此，经选择铝箔/PET/PP的复合材料，PVDC或EVOH则更好。另外，最好采用充气包装，则可保持产品的色香味，并延长保质期。第25页，共43页，2023年，2月20日，星期日五、在食品加工中的应用1、果蔬类对原料进行挑选、清洗、漂烫、杀菌、添加辅料等,然后进行冷冻干燥。如:苹果、香蕉、桃、梨、菠萝等水果脆片以及芦笋、菠菜、芋头、西兰花、荷兰花、南瓜、葱、蒜、黄花菜、胡萝卜、蘑菇等脱水蔬菜。目前此类加工的工厂在国内占大多数。第26页，共43页，2023年，2月20日，星期日2、水产、肉类生产此类产品,需进行肉类分切、去骨、剔筋腱、清洗、漂烫煮熟、冷却冷冻、切丁、切片、抗氧化处理,水产类主要为去壳、去皮、头、清洗、消毒或漂烫、抗氧化处理,然后再冷冻干燥。如:牛肉丁(片)、猪肉丁片)、羊肉丁(片)、虾仁、牡蛎、鱼等等,这些主要为方便食品做调味配料用。第27页，共43页，2023年，2月20日，星期日3、调味品、汤料类调味品需将原料清洗、浸泡、打碎、发酵、调整等,汤料一般要先把青菜等小配料清洗、漂烫、成汤、调配、铺盘,然后冷冻干燥。如蛋花汤、番茄调料汤、酱油等。目前,日本对此类产品需求量很大。第28页，共43页，2023年，2月20日，星期日4、固体饮料类

此类产品生产要经过提取、过滤、分离、浓缩,然后冷冻干燥处理,得到溶解性好,色、香、味尽可能维持原味的固体饮品。如:速溶茶、速溶咖啡、速溶草本植物提取物等。第29页，共43页，2023年，2月20日，星期日5、牛初乳牛初乳为奶牛分娩后72小时内的牛乳,含有丰富的免疫球蛋白(IgG),IgG随放置时间的延长,其含量越来越低,所以要迅速进行干燥,由于温度高会使IgG迅速失活,所以一般先将牛初乳冷却在9℃以下,然后脱脂、分离、杀菌处理,再进行冷冻干燥,能够最大限度地保存IgG的活性。第30页，共43页，2023年，2月20日，星期日6、方便食品类

随着生活节奏的加快,方便食品越来越受到人们的青眯。利用冷冻干燥技术生产的方便面、米、粉丝等,以其复水性好,不需油炸的优势,消费人群逐渐增多。第31页，共43页，2023年，2月20日，星期日7、香精类由于香精中易挥发成分多,而且香气成分最易挥发,所以香精生产企业利用冷冻干燥技术使高温对精油挥发及破坏降低到最少,而且低温冷冻状态下香气散发很少,故要得到高品质的固体香精,冷冻干燥已成香精的主要干燥方法之一。第32页，共43页，2023年，2月20日，星期日第三节冷冻粉碎技术一、定义冷冻粉碎是利用冷冻与粉碎相结合的工艺，使物料在冻结状态下进行粉碎制成粒状或粉状物。第33页，共43页，2023年，2月20日，星期日二、冷冻粉碎的工艺特点

1、可以粉碎常温下难以粉碎的物料2、可以制成比常温粉粒体流动性更好、粒度分散更均匀的产品3、不会发生常温粉碎时因发热、氧化等造成的变质现象4、粉碎时不会发生其他溢出、粉尘爆炸、噪声等5、特别适应于油份、香味成分高的，且在常温中难以粉碎的食品。第34页，共43页，2023年，2月20日，星期日三、冷冻粉碎的原理

食品冷冻粉碎主要由快速冻结和粉碎两个重要环节组成。食品快速冻结可使食品力学性质发生变化，更容易破碎。大多数物质结构是随温度而变化的，各类食品也不例外，当温度降至-20℃—-196℃时，食品的结构失去延展性，弹性降低，变得很脆，很容易被粉碎，这就是食品冷冻粉碎的基本原理。第35页，共43页，2023年，2月20日，星期日四、在食品工业上的应用（一）工艺流程原料→低温粉碎机→液氮箱冻结微粉体→真空供给机→连续冷冻干燥机加热器（供给升华热)真空出粉机→冷凝槽机械升压机旋转式真空泵→↖↘↗↓加热器↓（解冰）↓水→第36页，共43页，2023年，2月20日，星期日（二）食品用粉碎机的选择

粉碎力粉碎机特点用途冲击剪切锤式粉碎机盘式粉碎机适于中硬或纤维质物料的中细碎，产生粉碎热玉米、大豆、谷物、地瓜、地瓜子、油料榨饼、砂糖、干蔬菜、可可、香辛料、干酵母第37页，共43页，2023年，2月20日，星期日粉碎力粉碎机特点用途冲击剪切胶体磨（湿法）软质物料的超微粉碎乳制品、奶油、巧克力、油脂制品挤压剪切辊磨机(光辊或齿辊）齿形不同