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Android-第四章食品冷冻
这是一张食品工艺学第四章食品冷冻思维导图，细分讲解了相关专业知识，供同学们进行学习和使用。
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第四章食品冷冻
概述
冷却食品温度
0-8℃
冷冻食品和冻结食品
-1℃以下
冷冻和冷却食品的特点
营养、方便、卫生、经济
易保藏，广泛用于肉、禽、水产、乳、蛋、 蔬菜和水果等易腐食品的生产、运输和贮藏
市场需求量大，在发达国家占有重要的地位， 在发展中国家发展迅速
风味、组织结构、营养价值等更接近新鲜状态 稳定性高
低温保藏食品的历史
我国冷冻冷藏食品行业发展
20世纪70年代 因外贸需要起步
80年代家用冰柜、冷藏柜的 使用，冷冻冷藏食品的发展
90年代冷链初步形成 企业和产量增大，需求增多
第一节食品冷冻保藏原理
食品变质的主要原因
微生物
酶
物理化学作用
一、低温对反应速度的影响
Q₁₀
温度系数Q₁₀表示温度每升高10℃时反应速度所增加的倍数。
温度系数越高，低温保藏的效果就越显著
二、低温对微生物的影响
(一）低温与微生物的关系
大多数食物的致毒性微生物类和粪便污染性菌都属于嗜温菌类。 粪便污染菌类可用作微生物(卫生检验)指示剂。
通常食物致毒性菌在温度低于5℃的环境中即不易生长，而且不产生毒素； 毒素一旦产生后，是不能用降低温度使之失去活性的。
能在冷藏期间繁殖的大多数微生物属于嗜冷性菌类，在0℃以下环境中的活动有 蛋白水解酶、脂解酶和醇类发酵酶等的催化反应
大多数动物性食品的嗜冷菌主要是好氧性的， 结合气调包装或真空包装的冷却贮存可显著地延长贮藏期。
大多数蔬菜上的嗜冷菌为细菌和霉菌，而水果上主要是霉菌和酵母。
长期处于低温中的微生物能产生新的适应性
（二）低温导致微生物活性降低或死亡的原因
酶活下降，物质代谢减缓
温度下降破坏了各种反应的协调一致性，影响了微 生物的生活机能
微生物细胞内原生质黏度增加，胶体吸水性下 降，蛋白质分散度改变，正常代谢被破坏
冰晶体的形成会使细胞内脱水，溶质浓度增加，造成促 使蛋白质变性；同时冰晶体会造成细胞的机械性损伤
(三） 影响微生物低温致死的因素
1. 温度
• 冰点以上：有部分能适应低温的微生物和嗜冷的菌逐 渐增长，最终也导致食品变质。 • -12至-2℃，尤其-5至-2℃（冻结温度）：此时微生 物的活动就会受到抑制或几乎全部死亡。 • -20至-25℃：酶反应停止，延缓胶体变性，微生物 的死亡比-8至-12℃时缓慢 • 当温度急剧下降到-20至-30℃时，所有生化变化和 胶体变性几乎停顿，微生物细胞能长时间保持生命力
2. 降温速度
• 冻结前，降温越快，微生物的死亡率越大 • 冻结时，缓冻将导致大量微生物死亡（冰晶较大），而速冻则相反 （冰晶较小）。
3. 结合状态和过冷状态
• 急剧冷却时，如果水分能迅速转化成过冷状态， 避免结晶形成固态玻璃体， 就有可能避免因 介质内水分结冰所遭受的破坏作用。 • 微生物细胞内原生质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，有利 于保持细胞内胶体稳定性，如芽孢。
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
5. 贮藏期
• 低温贮藏时微生物一般总是随着贮存期的增加而 有所减少； • 但贮藏温度越低，减少的量越少，有时甚至没有 减少 • 贮藏初期微生物减少的量最大，其后死亡率下降。 • 酸性食品中微生物死亡率高于低酸性食品。
6. 交替冻结和解冻
• 理论上讲会加速微生物的死亡，但实际效果并不显著。 • 会造成食品质量劣变，一般不会使用。
三、低温对酶的影响
低温无法对酶产生完全抑制作用，酶仍然可以保持部分活性。 比如，脂肪酶在-29℃时仍可以催化产生游离脂肪酸。
温度越低和贮藏期越长的规律并不是对所有原料都适用：有些 原料会产生生理性伤害，如马铃薯、香蕉、黄瓜等。
可以先用热烫彻底去除酶活性，然后再进行冷冻。
第二节食品的冷却和保藏
一、食品的冷却
一、冷却方法
接触冰冷却
定义
冰和食品直接接触，熔冰可吸取 食品中的热量，同时保持表面湿润。
适用范围
冷却鱼类、叶类蔬菜和水果，午餐肉加工
影响速率因素
① 食品种类和大小 ② 原始温度 ③ 冰块大小 ④ 冰块与食品比例
空气冷却法
定义
冷空气作为冷却介质流经食品时 吸取其热量，促使其降温
适用范围
适用：大部分食品，预冷果蔬、肉及其制品、 蛋品、油脂制品、乳制品及糖果等
注意
使食品回温后仍能恢复原有的生命力
影响速率因素
① 空气温度 ② 相对湿度 ③ 流速
图示
要求
不透蒸汽包装
相对湿度无影响
潮湿包装
预冷室内相对湿度会上升， 只有当表面水分蒸发完毕后， 室内的相对湿度才会下降
未包装
应加速空气流动和食品冷却， 促使温度快速降低，避免水分蒸发过多
冷水冷却
定义
通过低温水将需要冷却的食品冷却到指定温度的方法
适用范围
①冷水喷淋冷却禽类、鱼类、水果蔬菜 ②热交换器冷却流体食品如果汁、牛奶
特点
①冷却速度快，液体具有较高的热容量和放热系数； ②避免干耗；需要的空间减少，成品质量较好； ③盐水的冷却效率高于碎冰
真空冷却
定义
水在低压下蒸发吸取汽化潜热
适用范围
表面积大的食品，如叶类蔬菜、蘑菇、土豆丁等，流体食品有 牛奶、豆奶、加工食品等
特点
目前是所有冷却方法中最迅速的
二、冷耗量
定义
冷却过程中食品的散热量
公式
若无热源
Q=mc(T初-T终）
以宰后胴体肌肉散热为例
Q=m[c(T初-T终）+0.6276* t]
以果蔬呼吸散热为例
Q=m[c(T初-T终）+QH* t]
冷耗量随时间变化率 ——压缩机功率匹配
公式
（1+2+3）kJ/时间 h=压缩机功率
1. 冷却初期
冷却率因素=平均每小时冷却率/冷却初期每小时热负荷量 （校正）
2. 冷冻贮藏期
无需校正
3. 冷却、冻结或冻藏整个过程
需增加5-10%的冷负荷量，即安全系数
二、食品的冷藏
（一）影响冷藏的因素 （三）不良反应的控制
1.冷藏温度
措施
应严格控制冷藏室温度
温度越接近原料的冻结温度，贮藏期越长（香蕉、瓜类、马铃薯等在临 界温度下有冷害的除外）
冷害
温度在冻结点之上但低于某一界限时， 果蔬的正常生理机能收到障碍，失去平衡的现象
避免温度波动造成水分冷凝在食物表面，导致发霉
2.空气相对湿度
若湿度过高，食品表面就会有水分冷凝，易发霉易腐烂
若湿度过低，则食品因水分迅速蒸发而发生萎蔫
3.空气流速
空气流速越大，食品水分蒸发率越高
措施
包装食品不受空气相对湿度和空气流速的影响
可通过在水果表面涂石蜡防止水分蒸发
为了保证贮藏室内温度均匀，应保持最低速度的空气循环
4.食品原料的种类
贮藏期内已失去生命力的食材
抑制所有能导致食品腐败的微生物和酶的作用
如宰后胴体僵直过程受温度影响
动物死后，肉变得紧张
僵直过程中会释放热量 污染微生物生长的隐患
贮藏期内仍保持原有生命力的食材
①推迟成熟时间，保持其新鲜度 ②保持最低的生命力，以自身免疫力防止微生物的侵袭
如新鲜蔬果
呼吸速率高的部分贮藏期相对短
在储藏过程中会出现“呼吸峰”
5.空气成分
利用活性炭过滤网等去除循环冷空气中的异味
提高CO2含量，降低O2含量可抑制蔬果的呼吸作用
（二）食品冷藏时的变化
水分蒸发
生化作用
呼吸作用
水果、蔬菜呼吸作用和后熟作用仍能继续进行，体内所含成分也不断发生变化
蛋白酶降解蛋白
肉类在低温下缓慢地进行成熟作用（肉的解僵），一般可以在0至-1℃下 进行，此过程使得肉类变得柔软，变具有特殊的鲜香风味
如熟成牛肉
脂类变化
淀粉老化
糊化淀粉分子在接近0℃的低温范围内又自动 排列成序，形成致密的高度晶化的不溶性淀粉分子
微生物增值
寒冷收缩
（四）冷藏食品回热 “冷却的逆过程”
过程
冷却食品回温过程中，空 气中水分会在食品表面上 冷凝
冷凝水会凝结在食品表面， 当温度升高的时候，微生物 则开始生长，污染食品
露点VS食品表面温度
露点＜食品表面温度，无冷凝水
第三节低温气调贮藏
定义
通过控制气体比例达到储藏保鲜目的的包装技术
原理
通过适当降低环境空气中的O2分压和提高CO2分压，使果 蔬产品和微生物的代谢活动受到抑制而延长贮藏时间
一般情况下
O2 降低到10%，CO2 升高到10-15%
常见三种气调贮藏
① 改良气体贮藏（包装）如MAS或MAP ② 控制气体贮藏如充入CO2、N2和O2 ③ 真空包装 如VP
保藏效果
气调贮藏对果蔬的保藏效果
温度、O2、CO2交互作用
温度、O2 、CO2对每种作物都有一个最佳 组合。此组合随品种、产地、采收成熟度、 贮藏中的不同阶段等不同而不同
大部分水果和蔬菜对低O2和高CO2浓度存在着 忍受极限。 这种耐受极限随着作物生长条件、 成熟度、贮藏阶段和贮藏条 件的不同而不同。
蔬果对低O2、高CO2的忍耐度
低O2伤害
由于乙醇、乙醛等无 氧呼吸产物累计，带来表皮组织 凹陷坏死、果肉软化变色、后熟 受阻
高CO2伤害
TCA循环受到抑制， 琥珀酸累积，导致蔬果表皮或内 部组织发生褐变、坍塌、脱水， 甚至出现空腔
气调贮藏对其他制品的保藏效果
MAP包装常见于新鲜的鱼、肉类、加工食品等，高 浓度CO2 能杀灭昆虫和抑制好氧微生物
一般来说，需氧微生物对CO2很敏感，CO2抑菌作 用受到CO2的浓度、最初污染细菌的总数和菌龄、 贮藏温度以及被包装产品类型的影响
CO2对细菌的影响机制
① 改变了细胞膜的通透性，影 响营养物质的运输 ② 抑制细胞内酶活性 ③ 穿透进入细胞内，导致内环 境pH下降，造成不利于微 生物生长的环境
MAP包装—“包装塌扁”现象
常见于于高湿/高脂食品，如海产品、肉类和家禽 • 塌扁是由于CO2被溶解导致 • 塌扁会造成包装内滴汁现象的加剧：CO2溶解于新鲜肌肉的表面，造成 肌肉中的pH下降，持水能力下降。 • 用N2 代替CO2可以防止包装塌瘪
肉色变化原理
①真空包装中，由于O2含量过低， 肌红蛋白氧化不完全，肉呈现暗红 色，品相变差。 ②高O2会促进需氧菌的生长；也会 引起高脂鱼类的氧化酸败。
MAS中的病原菌控制
虽然腐败菌被抑制，食品感官上正常，但致病菌可能未被抑制，肉 毒素可能已经存在。
目前针对鱼类MAS产品中，肉毒素与感官腐败症状出现先后顺序的 研究有很多。但结果很难比较
综上所述，应采用栅栏技术，即辐照与MAS、化学处理与MAS结合 等对MAS鱼类食品进行复合处理，保证其货架期和安全性
第四节食品的冷冻和冻藏
冷冻
将常温食品的温度下降到冷冻状态的过程，是食品冷冻贮藏前的 必经阶段；也用于冷冻干燥、冰淇淋制作、冷冻浓缩等加工工艺
冻藏
食品冻结后，在保持食品冻结状态的温度下贮藏的方法，常用的 贮藏温度为-12～-23℃，而以-18℃为 最适用
优点
可长期贮藏、食用方便、口味新鲜
一、食品的冻结
1. 食品的冻结点
2. 食品的冻结规律
低共熔点：几种组分构成的混合物，当达到最大冻结度时的温度
食品的最低共熔点温度为-55至-65℃
冻藏温度为-18℃，所以冻藏食品种的水分并未完全凝固
冻结过程中温度与时间的关系
3. 食品的冻结速度
按时间划分
食品中心从-1℃降到-5℃所需时间，在30min 之内为快速， 超过即为慢速
按距离划分
单位时间-5℃的冻结层从食品表面伸向内部的距离， 时间以小 时为单位，距离以厘米为单位，冻结速度V的单位为cm/h
快速冻结时，V>5～20cm/h 中速冻结时，V=1~5cm/h 缓慢冻结时，V=0.1~1cm/h
根据这种划分，快速冻结厚度或直径在10cm的食品， 中心温度至少在1小时内降到-5℃中
影响冻结速度因素
食品成分的导热性
食品的形状
传热介质的与食品温差，放热系数（流速），与食品接触程度等
4. 冻结速度与冰晶分布的关系
大多数冰晶体都是在 -5至-1℃温度区间形成
5.冻结前对原料的要求
蔬菜水果
原料要新鲜，要选择适合冷冻的品种
充分清洗原料表面尘土、昆虫等杂质
热烫：钝化内源酶，去除表面农药，杀死表面微生 物，提高色泽等
热烫要注意的事项
灭活对象酶包括：氧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、脂肪氧合酶等， 以最耐热的酶为目标
过氧化物酶与食品风味间的关系还不甚明确，若以其作为热烫灭活对 象，有可能造成食品过热
过热会对食品的结构、营养成分、感官造成负面影响
可通过降低pH同时加入NaCl、Na2SO3的方式提高热烫效率，并护色
对于不适合加热的水果，加入低浓度糖浆、柠檬酸、 抗坏血酸等
肉制品
国内大部分冻肉都是在屠宰清理后直接预冷，冻 制而成
对于西方国家，牛肉须先冷藏进行嫩化处理
屠宰后12～24小时内冻结的肉比屠宰后立即冻结 的肉具有更好的嫩度；超过24小时冻结，肉嫩度 无明显改善，但贮藏期反而缩短
二、食品冻结冷耗量与冷冻时间预测
（一）冷耗量计算
计算参考冷藏部分
要涵盖冷却放热、冰晶结晶热、 人员进出、升华热等等方面
最后乘以安全系数
（二）冷冻时间预测
限制条件
由于冷冻过程非单纯传热过程，在此过程中食品热物理性质 不断发生变化, 而且冻结过程还受初始条件、传热边界条件、 食品形状多样性和不规则性等的影响，所以冷冻时间预测相对较难
一般解决方法
建立模型、参数等
PLANK 方程
前提
显热忽略不计
特点
提出了引入食品形状系数的冻结时间计算式
缺陷
只考虑了冰点相变的潜热
显热
物体在加热或冷却过程中，温度升高或降低而不改变其原有相态 所需吸收或放出的热量
Nagoaka 改进方程
三、冻结对食品品质的影响
食品物性变化
比热容下降
导热系数增加
热扩散系数增加
密度降低
冻结对溶液内溶质重新分布的影响
纯溶剂冻结，剩下的溶液溶质浓度升高
冷冻浓缩的危害性
纯溶剂冻结，剩下的溶液溶质浓度升高
蛋白质盐析变性
pH下降导致蛋白质凝固
胶体悬浮液平衡被打破，稳定性下降
气体过饱和最后从溶液中挤出
溶质的浓度增加引起组织脱水，解冻后这种转移的水分难以全部恢复， 组织也难以恢复原有的饱满度
冰晶体对食品的危害性
① 在冻藏过程中，细微的冰晶体会逐渐减少、消失，而大的冰晶体逐渐成 长，这种现象称为冰晶体成长
② 冰晶体成长对食品的品质带来很大的影响
细胞机械损伤
蛋白质变性
解冻后汁液流失增加
食品风味和营养价值下降
速冻与缓冻
速冻的主要优点
① 形成的冰晶体颗粒小 ② 冻结时间越短，允许溶质重新排列的时间变短 ③ 浓缩的溶质和食品组织、胶体以及各种成分相互接触的时间也显著缩短 ④ 最大程度抑制微生物活动
四、食品的冻结方法
分类
1. 按速度分：缓冻与冷冻 2. 冷冻介质：静止空气，鼓风；喷淋或者浸渍 3. 热交换方式：对流；直接接触，间接接触 4. 压力：常压或高压冷冻
（一）鼓风冻结
定义
利用连续不断的低温空气高速 流动，促使食品快速散热，以 达到迅速冻结的要求
特点
① 空气温度-29至-46℃ ② 强制空气流速5至15m/s ③ 一般采用逆向冷冻
优点
用途多面性（适用于具有不规则形状、 不同大小和不易变形的食品物料）
缺点
速度较慢且需不断除霜； 风速提高需要大幅度提高动力来支持； 会造成食品表面脱水； 需要的空间大
（二）接触冻结
定义
物料与用制冷剂或低温介质冷却的 金属冷冻盘与接触，从而使食品冷 冻的方法
特点
用于分割肉、鱼片、虾等食品； 金属板可静置，也可上下移动； 可将食品加工成平面的形状； 没有鼓风冻结通用，但冷冻速度快
（三）喷淋或者浸渍冻结
定义
散态或包装食品和低温介质或超低温制冷剂直接接触下进行冻结的方法
分类
浸渍冷冻：制品表面与冷冻介质直接紧密接触，冷冻介质常用盐水 （鱼类）、糖液和甘油（水果）、丙二醇溶液
喷雾冷冻：将具有低沸点、温度极低的制冷剂喷洒在未包装或者仅薄 层包装的制品表面
•制冷剂通常采用CO2或液氮 •制冷剂发生相态变化时将热量带走
第五节冻制品的包装和贮藏
一、包装
优点
能抵御弱酸、不漏液、 不透水蒸气
二、贮藏
目的
尽一切可能阻止食品中各种质量变化，以达到长期贮藏
影响因素
温度、相对湿度、空气流速、食品原料
要点
运输和储藏过程中，温度要保持在-18℃以下，避免温度波动
三、冻藏过程中食品质量的变化
（一）玻璃态与冷冻食品稳定性的关系
即使温度低于玻璃化转变温度，未冻结水分依然具有流动性
维生素C氧化与酶水解反应，与体系玻璃态有关系
（二）干耗
定义
在冷却、冻结和冷冻贮藏过程中因温差引起食品表面的冰晶升华 而产生的重量损失
措施
1. 防止外界热量传入，提高冷库外围结构的隔热效果 2. 对食品进行包装
（三）变色
举例
① 脂肪组织因氧化而黄变 ② 肉类因肌红蛋白的氧化而褐变 ③ 果蔬的酶促褐变 ④ 虾的酪氨酸氧化黑变 ⑤ 鱼肉的绿变 ⑥ 红色鱼皮因类胡萝卜素氧化而褪色 ⑦ 美拉德反应
措施
低温化（降低化学变化速率）、热烫、抗氧化剂、包冰衣等
四、冷冻食品的解冻
定义
使食品内冰晶体状态的水分转化为液态，同时恢复食品原有状态和特 性的工艺过程称为解冻
解冻危害
物理损伤
组织细胞和纤维 受到冰晶体损害
大分子被破坏
淀粉、蛋白质等 大分子的物化性质改变
生化变化
pH值、组织结 构发生变化
大分子分解
保水性较强的有 机物质分解成简 单的物质
（一）液汁损失（Drip loss）
1. 分为抵触液汁和压出液汁。 2. 冻结食品解冻时冰晶体融化成水，如果不能 回到细胞中，则会以液汁的形式流出，造成 损失。 3. 液汁损失危害：使食品风味、营养价值变差， 并造成质量损失。
（二）对解冻的影响因素
1. 冻结速度
缓慢冻结的食品经过长期冻藏后，在解冻时会有大量的水分析出。
2. 冻藏温度
温度波动造成冰晶生长
3. 动物组织宰后的成熟度（pH）
蛋白的等电点为5.4，越接近等电点，汁液损失越大
4. 食品自身特征的影响
• 水果最易受到冻结损伤 • 动物组织更不易受到冻结和解冻伤害 • 解冻时汁液损伤：鱼> 禽 > 肉
5. 解冻速度
• 缓慢解冻，汁液损失少 • 缓慢解冻也存在着浓缩危害、微 生物繁殖、品质下降等风险
（三）食品解冻的方法
1. 空气加热法
缺点： ➢ 空气的导热性较低 ➢ 在干燥环境缓慢解冻时，热空气带走食品表面水分，损耗较大 ➢ 在湿润的环境解冻时，冷凝水会造成表面发粘，腐败 ➢ 真空解冻过程中释放的气体使鲜鱼破裂（如鲱，鲭的背部裂开）
2. 水或盐水解冻法
可能导致风味和外观方面的质量损失
➢食品内有色物质被浸出，食品色泽变浅 ➢食品浸胀，含水量增加使得食品质量增加
3.在加热金属面上的解冻法
装置与平板冻结装置相似，板间放置冻品，板内通入20至40℃的流动水。 间歇式操作，费时费工；但能耗低，设备费用低
4.内部加热式解冻（快速解冻）
➢微波解冻：比较昂贵，并由于热量被表面吸收，会导致局部过热问题以 及表面煮热的危险。 ➢电加热解冻：尽管更昂贵，但解冻时间仅为空气或真空解冻的20%。研 究还不充分 ➢声频解冻：利用超声波，穿透性差、局部过热以及高耗能，在合理频率 和功率条件下进行操作 ➢高压解冻（冷冻）：对食品质构影响较小
高压冷冻（200-400 MPa）优点： 1. 高压下避免了由于水结冰体积 膨胀对食物结构的影响 2. 效率高 3. 形成的冰晶细小、分布均匀