第四章 冷冻处理技术原理

第四章冷冻技术保藏原理

与食品冷冻工艺第一节冷冻技术保藏原理第二节食品冷冻过程第三节食品冷冻方法及设备第四节食品冻藏第五节食品的解冻方法及设备0°10°36.5°60°72°100°BoilingPoint

沸点PasteurisingTemperature

巴氏灭菌温度Freezer

冷冻Fridge冷藏箱BodyTemperature

体温Temperaturezones温度范围SAFETY安全温度

SAFETY安全温度

DANGER危险温度第一节冷冻技术保藏原理一、低温与微生物的控制（一）低温与微生物的关系降低温度能减缓微生物生长和繁殖的速度和酶活性，这就是冷藏和冻结冷藏的依据。当温度降低到微生物最低生长温度时，它们就停止生长并出现死亡。值得注意的是，低温可以减缓微生物的生长和活力，并可使部分细菌死亡，但死亡速度比在高温下缓慢得多。仅依靠冷是不能使食品杀菌。不同微生物对低温的敏感性不同，许多嗜冷菌和嗜温菌的最低生长温度低于0℃，有的可达-8℃。表4.1几种微生物的最低生长温度长期处在低温中的微生物能产生新的适应性，这是长期低温培育中自然选育后形成了能适应低温的菌种。这种微生物对低温的适应性可以从微生物生长时出现的滞后期缩短的情况加以判断滞后期是微生物接种培养后观察到有生长现象时所需的时间。为此，长期处于冻结状态的食品解冻过程中，残存的微生物常会快速恢复生长。表4-2微生物生长的适应性（二）低温导致微生物活力减弱和死亡的原因1微生物代谢失调微生物的生长繁殖是酶活动下物质代谢的结果。温度下降，酶的活性将随之下降，使得物质代谢过程中各种生化减缓，因而微生物的生长繁殖就逐渐减慢。在正常情况下，微生物细胞内各种生化反应总是相互协调一致。但各种生化反应的温度系数Q10各不相同，因而降温时这些反应将按照各自的温度系数减慢，破坏了各种反应原来的协调一致性，影响了微生物的生活机能。温度降得愈低，失调程度也愈大，从而破坏了微生物细胞内的新陈代谢，以致它们生活机能受到了抑制甚至达到完全终止的程度。（二）低温导致微生物活力减弱和死亡的原因2、细胞内原生质稠度增加一方面，温度下降时微生物细胞内原生质粘度增加，胶体吸水性下降，蛋白质分散度改变，并且最后还导致了不可逆性蛋白质凝固，从而破坏了生物性物质代谢的正常运行，对细胞造成了严重损害。另一方面，冷却时介质中冰晶体的形成就会促使细胞内原生质或胶体脱水，胶体内电解质浓度的增加常会促使蛋白质变性。微生物细胞失去了水分就失去了活动要素，于是它的代谢机能就受到抑制。（二）低温导致微生物活力减弱和死亡的原因3、冰晶体引起的机械伤害细胞内外冰晶体的形成和增大还会使微生物细胞遭受到机械性破坏。一般冰晶体越大，细胞膜越易破裂，从而造成细胞死亡；冰晶体越小，细胞膜损伤小。（三）影响微生物低温致死的因素低温冷却和贮存的微生物并不一定完全死亡，决定于：

1、温度高低☞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时对微生物的威胁性最大，一般为-1～-12℃,尤以-2～-5℃为最甚，此时微生物的活动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℃时就缓慢得多表4.3不同温度和贮藏期的冻鱼中细菌含量

（三）影响微生物低温致死的因素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。这是因为

▶缓冻时一般食品温度长时间处于-1～

-12℃（特别在-2～-5℃），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，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。（三）影响微生物低温致死的因素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。☞当微生物细胞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。（三）影响微生物低温致死的因素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、脂肪对微生物则有保护作用。

☞冻结或冰冻介质最易促使微生物死亡。对0℃下尚能生长的微生物也是这样。

☞

-8～

-12℃温度下，因介质内有大量水分转变成冰晶体，对微生物的破坏作用特别显著。

☞在温度更低的冻结或冰冻介质中(-18～-20℃)微生物的死亡速度却显著地缓慢（三）影响微生物低温致死的因素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。炭疽菌在-68℃；温度下的CO2中冻结，再在水中解冻，反复连续二次，结果仍未失去毒性。（四）冻制食品中病原菌控制

1、病原菌的耐低温性冻制食品并非无菌，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，从而可能传播疾病。因此病原菌的控制是一个重要问题。

嗜冷致病菌(Psychrotrophicpathogens):L.Monocytogenes(单核细胞增生李斯特菌);Y.enterocolitica(小肠结肠炎耶尔森氏菌);C.botulinumtype(肉毒梭状芽孢杆菌)

☞首先特别注意的是肉毒杆菌。肉毒杆菌及其毒素对低温有很强的抵抗力。在-16℃温度中肉毒杆菌能保持生命达一年之久，其毒素毒力在-79℃温度中可保持2个月，在20℃温度下生长并产生毒素，但在10℃以下就不能生长活动。因此，冻制食品即使有肉毒杆菌存在，若贮藏在-18℃以下，不会产生毒素。GrowthofS.Typhimuriumatdifferenttemperatures

不同温度下鼠伤寒沙门氏菌的生长Time(Days)天数012345678901234525°20°15°10°Temperaturerangeforgrowthofpathogens致病菌生长的温度范围Temperature°C

Min.

Opt.

Max.Salmonella沙门氏菌 5 35-37 47Campylobacter弯曲杆菌 30 42 47E.coli大肠杆菌 10 37 48S.aureus金黄色葡萄球菌 6.5 37-40 48C.botulinum(proteolytic) 10 50肉毒梭状芽孢杆菌（蛋白质水解型）C.botulinum(non-proteolytic) 3.3 25–37肉毒梭状芽孢杆菌（非蛋白质水解型）B.Cereus蜡状芽孢杆菌 4 30-35 48-50

Temperature°CMin.Opt.Max.Penicilliumverrucosum疣孢青霉

02031Aspergillusochraceus 赫曲霉

82837

Aspergillusflavus黄曲霉

10 3242Fusariummoniliforme串珠镰孢霉

3 2537Temperaturerangeforgrowoftoxigenicmoulds产毒素霉菌生长的温度范围（四）冻制食品中病原菌控制能产生肠毒素的葡萄球菌也常会在冻制蔬菜中出现。它们对冷冻的抵抗力比一般细菌强。有人曾将伤寒沙门氏菌和冰淇淋配料混和而后冻结，并贮存于-40℃的硬化室内，观察它的残菌量，所得试验结果见表4.4。（四）冻制食品中病原菌控制2、冻制食品中病原菌如伤害菌等的控制目前主要还是：

☞杜绝各个生产环节中一切可能的污染源，☞不让带菌者和患病者参加生产，尽可能减少生产过程中的人工处理。☞对消费者食用冻制食品最大的保险就是有关卫生部门对食品原料处理以及加工、分配和贮藏中的卫生措施始终不渝地进行严格的监督。当然，食品冻结前的加工处理必须符合安全卫生的要求仍是重要的因素。总结

☞

10℃以上大多数腐败菌能迅速繁殖生长。

☞

0℃时微生物繁殖速度与室温时相比非常缓慢，故成为短时期贮藏食品耐常用的贮温。

☞某些食品中毒菌和病原菌在温度降低至3℃前仍能缓慢地生长。

☞嗜冷菌仍能在-10～-5℃温暖范围内缓慢地生长，而且不会产生毒素和导致疾病，不过它们即使处于-4℃以下，却仍有导致食品腐败变质的可能。

☞

-7～-10℃时只有少数霉菌尚能生长，而所有细菌和酵母几乎都停止了生长。

☞如食品温度低于-10℃，微生物不再有明显的生长，并与之相反，活菌数将逐渐缓慢地下降，但达不到无菌的程度。因此，食品低温保藏时菌数虽也下降，和高温热处理相比并不相同，因它本身并非为有效的杀菌措施，低温的作用主要是延缓或阻止食品腐败变质。

为此，-10～-12℃则成为冻制食品能长期贮藏时的控制微生物生长的安全贮藏温度。

酶的活动控制：一般只有温度降低到-20～-30℃时才有可能完全停止。

对寄生虫的控制:-18℃，至少要保持24～48h，才能杀死寄生虫。工业生产实践证明-18℃以下的温度是冻制食品冻藏时最适宜的安全贮藏温度。在此温度下还有利于保持食品色泽、减少干缩量和运输中保冷。二、低温与酶的活性控制

大多数酶活性化学反应的Q10

值为2～

3。这就是说温度每下降10℃，酶活性就会削弱1/2～

1/3。图表明了温度与蔗糖酶活性的关系，由此可知，大多数酶仍能继续活动，和适宜温度时相比，它的活性就会有所减弱。二、低温与酶的活性控制低温对酶活性并不起完全的抑制作用，酶仍能保持部分活性，因而，酶催化作用实际上也未停止，在长期的冷藏过程中，酶的作用仍可使食品变质。例如，胰蛋白酶在-30℃下仍然有微弱的活性，脂肪分解酶在-20℃下仍能引起脂肪水解。一般来说，如将温度维持在-18℃以下，酶的活性才会受到很大程度的抑制。因此，商业上一般将冻制食品放于-18℃下冻藏，对于多数冻制食品可贮藏数周至数月。当冻制食品解冻时，保持着活性的酶将重新活跃起来，加速食品的变质。为了将冷冻、冻藏和解冻过程中食品的不良变化降低到最低程度，食品在冻制前常经短时间预煮（热烫）灭酶，再行冻制。无论是微生物还是酶以及其它因素引起的食品变质，在低温环境中，可以减弱它们的作用，延缓变质速率，但低温并不能完全抑制它们的作用，为此，冻制食品在长期冷藏过程中，其质量是不断下降的。第二节食品冷冻工艺一、冷冻食品的定义和分类1冷冻（RefrigerationandFreezing）即食品制冷过程中各阶段的总称，包括：

▶物料由室温冷至冰点以上的过程称“冷却”（Cooling）

▶物料在室温以下，冰点以上温度范围中维持较长时间以达到保藏目的的过程称“冷藏”(ColdStorage)▶物料由冰点以上温度冷至冰点以下温度而不结冰过程和现象称“过冷”(SupercoolingorUndercooling）；▶物料温度由冰点以上冷至冰点以下并形成冰结晶的过程称“冻结”（Freezing）▶冻结物料在冰点以下维持较长时间以达到保藏目的的过程称“冻藏”（FreezeStorage）。ABCDFGIHJK0℃时间h-1℃-5℃2冷冻食品（RefrigeratedandFrozenFoods）冷冻食品这一名称包括:（1）冷却食品（ColdFoods）即食品所冷却到的低温没有引起食品结构结冰（冰点以上的低温）；（2）冻结食品（FrozenFoods）即食品冷却到的低温引起组成中可冻结水大部分转化成冰，如-18℃。冷却食品属食品贮藏范畴，冻结食品是属于加工的范畴。

现代的“冷冻食品”的概念倾向于指冻结食品，

即所谓冷冻食品是指采用新鲜原料，迅速经过适当的前处理，急速冷冻，妥善包装，而于-18℃以下的连续低温下冻藏或送抵消费地点的加工食品。3分类冷冻食品可按原料种类和品温进行分类。（1）按品温可分为五类☞速冻食品(quickfrozenFoods)：冷冻速度v≥5～

20cm/h，冻后品温应达到0℉或18℃以下，如速冻蔬菜☞冻结食品(FrozenFoods)：冻结后品温在-1℃以下，一般要求在-8℃～

-12℃，如冷库中冻肉的品温☞半冻结食品(Semi-FrozenFoods)：品温在-2～

-3℃☞冷却食品(ChilledFoods)：品温在-1～

1℃☞预冷食品(ColdFoods)：品温在1～

5.4℃（2）按原料不同进行分类冷冻水产品；冷冻肉制品；冷冻家禽；冷冻蛋品；速冻水果蔬菜；冷冻调理食品二、食品冷冻技术的发展食品冷冻是食品保藏方法之一，食品冷冻业是当今世界上发展最快的工业之一。自从人工制冷法——制冷机直接用于食品保藏以来（1828年英国），从冷冻技术上有许多重大发展主要表现在四个方面：1、冷冻食品的形式：整体大包装→加工分割处理或小型单体形式→小包装2、冻结方式：管架式→吹风式→连续式（隧道）→流态式→平板式→低温盐水循环式冻结器→制冷剂直接浸渍和直接喷淋式深冷装置，使冻结的温度更加均匀，冻结速度大大提高，生产效率也更加提高。二、食品冷冻技术的发展3、作为冷源的制冷装置也有新的突破，如利用液氮、液态二氧化碳直接喷淋冻结，实现了超低温冻结（CryogenicFreezing）4、冷链建设：食品冷藏链(ColdChain）是指易腐食品在生产、贮藏、运输、销售、直至消费前的各个环节中始终处于规定的低温环境下，以保证食品质量、减少食品损耗的一项系统工程。美国Arsdel

等人，自1948年至1958年，长达10年研究，总结冻结食品的品温变化与品质保持时间的关系，即冻结食品的T.T.T概念（Time、Temperature、Tolerance；时间、温度和品质容许限度的影响（TTT)。研究热点问题三、食品冻结规律食品冻结是食品冻藏前的必经阶段，冻结技术对冻藏品质量及其耐藏性有相当的影响。食品的冻结或冻制就是运用现代冻结技术(包括设备和工艺)在尽可能短的时间内，将食品温度降低到它的冻结点(即冰点)以下预期的冻藏温度，使它所含的全部或大部分水分，随着食品内部热量的外散而形成冰晶体，以减少生命活动和生化变化所必需的液态水分，并便于运用更低的贮藏温度，抑制微生物活动和高度减缓食品的生化变化，从而保证食品在冷藏过程中的稳定性。此外，冻结技术也常用于特殊食品的制造如冰淇淋、冷冻脱水食品，及食品水分的分离和浓缩如浓缩果汁等。1.食品冻结点众所周知，水的冰点是0℃，而水中溶入糖、盐一类非挥发性物质时，冰点（freezingpoint)就会下降。根据拉乌尔（Raoult)法则：冰点下降与其溶质的摩尔浓度有关，每增加1mol/L的溶质，冰点下降1.86℃。食品的冰点低于纯水：食品一般都是由动植物来源的原料制成，动植物原料则是由大量细胞构成，在细胞中含有大量有机物质和无机物质，有些还溶有气体。在加工过程中，大部分食品，特别是预制食品，还要添加盐类、糖类、油脂等等辅料，使食品体系更为复杂。因此，食品的冻结点低于纯水的冰点。不同食品的冰点不同：当然由于水分和溶有固形物的种类及其数量各有差异，食品的冻结点也不一样。如肉类-1.7～-2.2℃，鱼-1.0～-2.2℃，蛋-0.56℃，葡萄-2.5～-3.9℃，花生-8.3℃。这些食品在同一冻结条件下冻结时，时间就会不同。一些食品的冻结点和水分含量品种冻结点/℃水分含量%品种冻结点/℃水分含量%牛肉-0.6~-1.771.6葡萄-2.281.5猪肉-2.860苹果-287.5鱼肉-0.6~-270~85桔子-2.288.1蛋清-0.4589香蕉-3.475.5蛋黄-0.6549.5青豆-1.173.4干酪-855菠菜-0.56~-0.990.22.食品冻结规律和水分冻结量牛肉薄片的冻结曲线1）食品冻结规律食品中水的冻结包括两个过程：降温和结晶；纯水冻结，冰点是固定不变的，食品中的水分冻结点是不断下降。少量未冻结的高浓度的高浓度溶液只有温度降低到低共熔点时，才会全部凝结成固体。食品的低共熔点大约为-55~-65℃左右，冻藏温度一般仅-18℃左右，故冻藏食品中的水分实际上并未完全凝结固化。(2)食品冻结过程放热量A冻结前冷却时的放热量:从初温t0至冻结点tp，主要放出显热，降温速度快。Q1=C0（t0-tp）其中C0

温度高于冻结点时的食品比热；B冻结时形成冰晶体的放热量：一般食品从冻结点下降至中心温度-5℃。主要放出潜热，降温速度慢。

Q2=Wωγ冰

W：水分总量；ω最终冻结食品温度时水分冻结率；

γ冰：水分形成冰晶体时放出的潜热（334.72kj·kg-1）C冻结食品降温时的放热量：一般是-5℃~-18℃。Q3=Ci（t冻-t终）其中Ci

冻结食品的比热冷耗量Q=（Q1+Q2+Q3+Q门（人员进出）

+Q灯光及其他电器

+Q货架和包装

+Q生化热和其它）×安全系数2）水分冻结率（frozenwaterratio)

指食品冻结时它的水分转化成冰晶体的形成量，也就是一定温度时形成的冰晶体重量与在同一温度时食品内所含水分和冰晶体的总重量之比（即冰晶体重量占食品中水分总含量的比例）。近似式:tp:食品的冻结点，t：冷冻食品的温度大部分食品中心温度从-1℃降至-5℃，有近80%的水分冻结成冰，此温度范围称为 “最大冰晶生成带”（zoneofmaximumicecrystalformation)3）食品冷冻中的玻璃化转变

（1）玻璃态、高弹态和粘流态的概念玻璃态：即无定形聚合物在较低的温度下，分子热运动能量很低，而分子链和链段均处于被冻结状态，这时的聚合物所表现出的力学性质与玻璃相似，故称这种状态为玻璃态或玻璃化。其外观像固体具有一定的形状和体积，但结构又与液体相同，即分子间的排列为近程有序而远程无序，所以它实际上是一种“过冷液体”(又名无定形体或无定形基质)，只是由于黏度太大，不易觉察出流动而已。橡胶态：随着温度升高至某一温度时，链段运动受到激发，但整个分子链仍处于冻结状态。在受到外力作用时，无定形聚合物表现出很大形变，外力解除后，形变可以恢复。这种状态称为高弹态，又称橡胶态。黏流态：温度继续升高，不仅链段可以运动，整个分子链都可以运动，无定形聚合物表现出黏性流动的状态，即黏流态。玻璃态、高弹态和黏流态表现为无定形聚合物的三种力学状态。（2）食品玻璃态与保藏食品在玻璃态下，造成食品品质变化的一切受扩散控制的反应速率均十分缓慢，甚至不发生反应。因此食品采用玻璃化保藏，可以最大限度地保存其原有的色、香、味、形以及营养成分。其原因是：在此状态下，分子热运动能量很低，只有较小的运动单元，如侧基、支链和链节能够运动，而分子链和链段均处于被冻结状态，在此情况下，分子流动阻力较大，从而使体系具有较大的黏度(约为1014pa·s)，以致整个体系中的分子扩散速率很小。（3）玻璃化转变温度玻璃化转变温度：

是指非晶态聚合物(包括晶态聚合物中的非晶部分)从玻璃态到橡胶态或从橡胶态到玻璃态的转变，此时链段的微布朗运动在冷却时被冻结或在升温时被解冻，其特征温度称为玻璃化转变温度，用Tg，表示。当T<Tg，体系所处的状态为玻璃态，链段基本上处于“冻结”状态，只有较小的运动单元，如侧基、支链和链节能够运动，高分子链不能实现构象的转变。当T>Tg时，体系所处的状态为橡胶态，此时可能出现整个聚合物链的平动，体系黏度急剧降低，自由体积由于热膨胀系数的增大而显著增大，各种受分子扩散运动控制的变化反应加快。（3）玻璃化转变温度在“食品聚合物科学”理论中，根据食品含水量的多少，玻璃化转变温度有两种定义：对于低水分食品(水的质量分数w<20％)，其玻璃化转变温度一般大于0℃，定义为Tg；对于高水分或中等水分食品(水的质量分数W>20％)，玻璃化转变温度指最大冻结浓缩溶液发生玻璃化转变时的温度，定义为T'g。（4）玻璃化形成的动力因素对一定的物质，玻璃态的形成主要取决于动力学因素，即冷却速率的大小，只要冷却速率足够快，且达到足够低的温度，几乎所有材料都能从液体过冷到玻璃态的固体，这里，“足够低”指的是必须冷却到T<Tg；“足够快”的意思是，在冷却过程中，迅速通过Tg<T<Tm。的结晶区而不发生晶化。3.冻结速度1)冻结速度快或慢的划分：目前还未统一。现通用的方法有按时间和距离两种划分方法。

(1)按时间划分:食品中心温度从-1℃降至-5℃所需时间在30min以内，属快速冻结，30min以上属慢速冻结；

(2)按距离划分，单位时间内-5℃

冻结层从食品表面向内推进的距离：快速冻结：v≥5~20cm/h;中速冻结：v=1~5cm/h;缓慢冻结：V=0.1~1cm/h国际制冷学会对冻结速度的定义：

V=L/tL：食品表面与中心间的最短距离（cm）；

t：食品中心温度降至比冻结点低10℃所需时间（h）冻结速度表达方式：界面位移速度和冰晶体形成速度冻结方式冻结速度cm·h-1冷冻库0.2送风冻结器0.2~2悬浮冻结器5~10液氮冻结器10~100不同冻结方式的冻结速度2）冻结速度与冰晶分布的关系冻结通过0~5℃的时间/Min冰结晶冰层推进速度I水移动速度W位置形状大小（直径×长度μ）数量数秒胞内针状1~5×5~10无数I》W1.5胞内杆状0~20×20~500多数I>W40胞内外柱状50~100×1000少数I<W90胞内外块粒50~200×200少数I《W龙须菜的冻结速度与冰晶大小的关系冻结方法冻结温度（℃）冻结速度cm/h冰晶（μ）厚宽长液氮-19610~1000.5~50.5~55~15干冰+乙醇-8010左右6.118.229.2盐水-186左右9.112.829.7平板-402~487.6163.0320.0空气-180.08~0.2324.4544.0920.02）冻结速度与冰晶分布的关系2）冻结速度与冰晶分布的关系2）冻结速度与冰晶分布的关系4冻结时间计算LχχPλλdχdχ冻冻未冻dQdQT∞T∞ααTsTs4冻结时间计算

经dt时间后冻结层向内推进dx距离，其放出的热量dQ为：qi:食品的冻结潜热;ρ：食品密度A：食品表面积此热量经过厚度为x的冻结层，在表面以对流换热传至冷却介质热量：LχχPλλdχdχ冻冻未冻dQdQT∞T∞ααTsTs热推动力热阻考虑到食品降温至冻结点有显热放出，则以焓差替代潜热，则冻结时间的通用表达式对于不同形状的食品，引入形状系数P和R，就获得冻结时间的通用表达式影响冻结时间的因素及缩短其途径影响冻结时间的因素（1）产品的大小和形状（厚度）（2）冷却介质的温度（3）产品的冻结点和终温（4）产品的表面放热系数和产品的导热率（5）产品的热焓变化缩短冻结时间的有效途径：（1）减小食品厚度；（2）降低介质的温度；（3）增加食品的表面积。1）食品冷冻过程中的物理特性变化：A食品中水的冻结过程中食品中的水分冻结点是不断下降；B

食品的比热下降：水的比热：Cw=4.184kj·kg-1·K-1,冰的比热：Ci=4.184kj·kg-1·K-1,食品固体物的比热约为水的1/2-1/3；C冻结食品导热系数增加：冰的导热系数是水的四倍；食品的导热系数与脂肪含量，肌纤维方向有关，脂肪含量高则导热系数小，热流平行肌纤维导热系数大，垂直的小。D体积增加

1ml水在4.4℃时重1g，此时密度最大,0℃时重0.9999g，冰重0.9168g,0℃时，冰的体积比水增大约9%；冰的温度每下降1℃，其体积收缩0.01%-0.005%，二者相比，膨胀比收缩大的多，所以含水分多的食品冻结时体积会膨胀。5冻结及冻结速度对冻制品质量的影响5冻结对冻制品质量的影响2）食品组织结构变化组织破坏，引起食品软化、汁液流失等，其原因是：

A机械性损伤：细胞外冰晶体的挤压；

B细胞的崩解：细胞内液泡内的水分冻结，产生冻结膨压

C气体膨胀：组织细胞中的水分冻结，其中的气体游离，体积增大，对细胞产生损伤5冻结对冻制品质量的影响3）化学变化A蛋白质变性：-水分冻结使蛋白质脱水，冰晶体挤压，使蛋白质形变，结构破坏，（冻结速度越慢，越严重；-细胞中水分冻结，溶液浓缩，盐浓度增加，使蛋白质发生盐析变性；-脂肪分解产生醛酮类物质，使蛋白质变性变性蛋白持水性下降，解冻后汁液流失，风味下降。B变色和退色：酶促褐变，美拉德反应，花色苷酶水解，肌红蛋白与空气中的氧作用变色等；C淀粉的老化：淀粉在-1-1℃，老化速度最快。第三节食品的冻结方法与设备一、食品的冻结方法按冷却介质与食品的接触状况分（1）间接冻结：静止空气冻结、送风冻结、鼓风冻结和平板接触冻结（2）直接冻结：冰盐混合物冻结、液氮冻结、液态二氧化碳冻结二、冻结装置1静止空气冻结器

特点：冻结速度慢：自然对流（0.03~0.12m/s)和接触传导；时间长，食品易腐败；成本低2、送风冻结装置风速：1~3m/s；3鼓风冻结装置（3~5m/s)螺旋式传送带式：单向直走式螺旋式悬浮式冻结（6~8m/s)IQF流化速冻机4、平板接触冻结器具有占地小、安装及操作极为方便的特点，是一种高效节能的加工设备鱼片、鱼糜、虾、贝类等水产品及肉类小包装食品6~8cm厚的食品，2~4h5、直接冻结装置第四节冻制食品冻藏一、食品冻藏时的变化冻结食品在-18℃以下的低温冷藏室内贮藏，由于食品中90%以上的水分已冻结，酶与微生物的作用受到抑制，食品可较长时间贮藏。但是在冻藏过程中，由于冻藏温度的波动，冻藏期又较长，在空气中氧的作用下还会缓慢发生一系列变化，使冻结食品的品质有所下降。一、食品冻藏时的变化（一）冰结晶的变化及控制1冰结晶的成长：刚生产出来的冻结食品，它的冰结晶的大小不是全部均匀一致。在冻藏过程中，微细的冰结晶会逐渐减少、消失，而大的冰结晶逐渐成长，变得更大，食品中整个冰结晶数目也大大减少，这种现象称为冰结晶的成长，同时由于冻藏时间很长，可使冰结晶充分长成。刚生产出来的冻结食品的内部存在有三相：大小不同的冰结晶-------固相残留的未冻结的水溶液------液相水蒸气-------气相它们之间的饱和水蒸气压有下述关系：P液体>P水；P气>P冰；P小冰>P大冰2．重结晶现象：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。由于温度的波动使得食品表面的温度高于食品中心部位的温度，从而表面的水蒸气压高于中心部位的水蒸气压，在蒸汽压差的作用下，水蒸气从表面向中心扩散，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结晶变成缓慢冻结时的大冰结晶，给细胞组织造成破坏。采用快速冻结方法的冻结食品。当储蓄过程中有温度变化时，细胞间隙中的冰结晶成长就要更为明显。

3．防止冰结晶的成长和重结晶措施：①采用降温快速冻结方式，让食品中90%水分在冻结过程中来不及移动，就形成极微细大小均匀的冰晶。同时冻结温度低，提高了食品的冻结率，使食品中的残留的液相水少，从而减少冻结贮藏中冰结晶的长大。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：由于冻结食品表面与冻藏室之间的温差，使得冻结食品表面的冰晶升华，造成水分损失，从而使冻结食品表面出现干燥现象，并造成重量损失，即俗称干耗。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）对于某一种食品而言，β、F是一定的，W主要由水蒸汽压差决定。2．冻结烧freezerburn：由于干耗的不断进行，食品表面的冰晶升华向内延伸，达到深部冰晶升华，这样不仅使冻结食品脱水减重，造成重量损失，而且由于冰晶升华后的地方成为微细空穴，大大增加了冻结食品与空气接触面积。在氧的作用下，食品中的脂肪氧化酸败，表面变黄褐，使食品外观损坏，风味、营养变差，称为冻结烧。冻结烧部分的食品含水量非常低，接近2％～3％，断面呈海绵状，蛋白质严重变性，食品质量严重下降。3防止干耗和冻结烧措施：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。同时，隔绝空气与冻结食品的接触或加入抗氧化剂，有利于防止冻结烧的发生。（三）变色1．制冷剂泄漏时会造成食品的变色。2．脂肪氧化的变色。脂肪含量高的食品会导致风味降低，甚至发粘，发出异味。3．蔬菜的变色。过氧化酶的氧化而变色，以及叶绿素的变化而变色。可通过适当烫漂处理。4．红色肉的变色。如金枪鱼、肌红蛋白被氧化造成的。低温冻藏（-35~-40℃）防止发生。5．鱼肉的绿变。肉鲜度降低时，产生的H2S与血液中血红蛋白、肌肉中肌红蛋白生成绿色的硫血红蛋白和硫肌红蛋白所致。故冻前要保鲜好，能降低此现象。6．虾的黑变。主要原因是多酚氧化酶使酪氨酸产生黑色素所致。可冻前破坏多酚氧化酶或加抗氧化剂以防止。7．其他褐变。Maillard

反应。（四）液汁损失冻结食品解冻时，内部冰结晶融化成水，不能被肉吸收而成液汁流出的现象。原因：肉质组织在冻结过程中产生冰结晶及冻藏过程中冰结晶成长所受到的机械损伤。二、食品的冻藏温度对于冻结食品来说，冻藏温度越低，贮藏期越长，品质保持也越好，但更低的温度对设备要求高，且用电高等，经济上不划算。故冻结食品在什么温度下最经济值得考虑。根据T.T.T.研究成果，认为-18℃对大部分冻结食品来说是最经济的冻藏温度。但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PPP和TTT（一）PPP和TTT概念1P.P.P:是指原料（product）冻结及冻结前后的处理（processing）及包装（package）三方面的条件。2T.T.T:

指冻结食品的冷藏温度变化和冻结时间与食品耐藏性之间的关系。冻藏食品温和冻藏、运输所历经的时间制约着食品的耐藏性（Time、TemperatureandtoTerence）。以冻结状态流通的食品，它的品质主要取决于四个因素。（1）原料的固有品质（product)（2）冻结及冻结前后的处理(processing)（3）包装（Package）（4）产品在流通过程中所经历的温度和时间。

三、冻结食品的PPP和TTT如果把冷冻食品的品质分为两个阶段即初期阶段（冻结加工结束时）和最终品质（到消费者手中时），则P.P.P决定冷冻食品的初期品质，T.T.T决定冷冻食品的最终品质。由T.T.T概念可知：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。

T.T.T概念还告诉我们，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，与经历的顺序无关。1236912182436-30-20-10℃moths多脂肪鱼和炸鸡少脂肪鱼四季豆草莓（二）T.T.T曲线对冻结食品在流通过程中的变化，国内外通常采用感官鉴定的方法进行评价（色、香、味、品质、形状）。根据大量实验资料，主要是通过感官鉴定可知：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。Q10小于1不适用。1236912182436-30-20-10℃moths多脂肪鱼和炸鸡少脂肪鱼四季豆草莓（三）HQL&PSL-18℃-40℃-29℃-12℃-7℃流通温度对照温度感官评鉴HQLHQLHQLHQLPSLPSLPSLPSLPSL（四）T.T.T的计算1T.T.T的计算方法

冻结食品从生产出来，到达消费者手上，温度经常会发生变化，这对冻结食品的品质会带来很大的影响，因此如何知道冻结食品在流通过程中的品质变化，在实用上很重要。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1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。冻藏食品流通期的温度及经过的天数阶段温度℃每天品质降低率%天数/d总下降量生产者手中-300.23150？运输-250.272？批发商-240.2860？送货中-200.401？零售商-180.4814？搬运-91.91/6？消费者-120.9114？从T.T.T概念可知，冻结食品的品质保证与品温有直接关系。品温越低，品质降低就越慢，故冻结食品从生产出来后，为了使品质不降低，一直持续到消费者手上，故必须从生产到消费所有环节都维持低温。冷冻食品刚生产出来时，如在包装上印有出厂日期，这实际无多大意义。冷冻食品的品质，在更大程度上是取决于冻品所经历的温度及其变化。出厂时期短，并不能保证冻品的质量一定好。若放在不适宜温度下流通，冻品质量很快下降，甚至失去食用价值。（四）TTT计算例外1．乳状食品或胶状食品，如冰淇淋。温度升高，冰淇淋会融化或软化，温度降低，它又再变硬。这种反复如果频繁的话，就会产生大的冰结晶，原来滑溜滑的舌触感就会变粗糙，失去商品的价值，此时仅用T.T.T计算是不能判断出食品的质量的。2．冻藏室内，冻结食品直接与空气接触。当冻藏室中温度波动大且频繁的话，那么冻结食品的冰结晶成长，表面冰晶升华，干耗特别严重。不仅质量减少，而且质量恶化，比用T.T.T计算所得质量降低率损失更大。3．商店冷藏柜中的冷冻食品，由于光照的影响，使冻品干燥和变色，与存放在暗的冷库中冻品相比，品质劣化程度严重，这也比T.T.T计算值判定质量降低量大。4．冻品温度波动次数少，但在-10以上温度保存，且长时间的话，那么实际质量的降低也比T.T.T计算求得值大得多。5腌制肉的品温在-5~-40，随温度降低，实用冷藏期缩短，可能是盐浓度增加促进脂肪氧化。

但对大多数食品而言，用T.T.T理论计算冻品在流通领域中的质量变化仍适用。（五）冷冻食品的保鲜原则13C原则：规定保鲜时应做到冷却（Chilling）、清洁（Clean）、小心（Care）。23P原则：产品质量取决于原料（Products）、加工工艺（Processing）、包装（Package）。33T原则：产品最终质量还取决于在冷藏链中流通的时间（Time）、温度条件（Temperature）、产品耐藏性（Tolerance）。这些原则中，3T原则运用得最普遍，因为3T原则的重要成果，是明确了冷冻食品的品温必须在-18℃以下。在这个温度下，大部分冷冻食品在一年的贮藏期之内，不会失去原有的品质，正因如此，使冷冻食品业在世界范围内迅速发展。第五节食品的解冻方法及设备

一、解冻过程

解冻是使