食品的低温保藏

食品工艺学之食品的低温保藏知识梳理，包括食品的低温保藏原理、食品的冷却和冷藏、食品的冻结、食品的冻藏等等。

食品的低温保藏

• 概述
  • 1.冷冻工艺学的定义和内容
    • 定义
    • 内容
  • 2.食品冷冻工艺学的发展过程
  • 3.食品冷冻工艺学的发展趋势
    • 两个中心：提高效率、提高质量
  • 4.我国冷冻食品工业的现状和发展趋势
• 1、食品的低温保藏原理
  • 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
  • 1.2低温对酶活性的影响
    • 酶作用的效果因原料而异
    • 酶活性随温度的下降而降低
    • 一般的冷藏和冻藏不能完全抑制酶的活性（胰蛋白酶，脂肪分解酶）
    • 温度常数
      • Q10：温度每增加10K时，因酶活性变化所增加的化学反应率。
      • K1：温度T时，酶活性所导致的化学反应率；
      • K2：温度T+10K时，酶活性所导致的化学反应率；
      • 大多数酶Q10在2~3范围内。
  • 1.3 低温对非酶因素的影响（下降）
    • 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
• 2、食品的冷却和冷藏
  • 2.1冷却
    • 温度：接近零点，在零点以上
    • 2.1.1冷却的目的（作用）
      • 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。
    • 2.1.2冷却速度和冷却时间
      • 内部热量传递 傅里叶定律Q= -λFgradT
        • gradT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)。
      • 平板状食品影响因素
        • 厚度很小
          • 增大冷却介质的流动速度，提高K（对流放热系数）值增大冷却速度，缩短冷却时间。
        • 厚度很厚
          • 减小食品的厚度来增大冷却速度
    • 2.1.3冷却方法
      • 空气冷却法
        • 果蔬、鲜蛋、乳品、肉类、家禽
      • 冷水冷却法
        • 鱼类、家禽（易变质的食品） 果蔬、包装食品 不适用于大部分食品
      • 碎冰冷却法
        • 鱼类
      • 真空冷却法
        • 主要叶类蔬菜的快速冷却
        • 菠菜、生菜、甜玉米
      • 适用范围
  • 2.2冷藏
    • 空气冷藏工艺
      • 冷藏温度
        • 冷库内空气温度
        • 食品物料的温度
      • 空气相对湿度
      • 空气流速
    • 空气冷藏法
      • 自然空气冷藏法、机械空气冷藏法
    • 气调冷藏法
      • 定义
        • 用途
          • 机理
            • 生理基础
      • 方法
        • 自然降氧法（MA）
        • 快速降氧法（CA）
        • 混合降氧法
        • 包装贮藏法
      • 优缺点
  • 2.3食品在冷藏过程中的质量变化
    • 水分蒸发、肉的后熟、脂肪的氧化
    • 冷害
      • 定义
        • 由于低温所造成的生理病害现象
      • 特点
        • 组织内部变褐和干缩
        • 外表出现凹陷斑纹
        • 不能正常成熟
        • 出现水渍状斑块
        • 产生异味
    • 寒冷收缩
      • 定义
        • 畜禽屠宰后在未出现僵直前快速冷却，肌肉发生显著收缩，即使经过成熟过程，肉质也不会十分软化
      • 特点
        • 宰后10h内，肉温降到8℃以下，容易发生寒冷收缩。
        • 当肉的pH值低于6时极易出现寒冷收缩。
        • 肉质变硬，嫩度差
        • 解冻后出现大量汁液流失
    • 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
      • 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。
    • 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。
    • 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。
• 3、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；
  • 食品冻结过程
    • 冰点
  • 3.1食品在冻结时的变化
    • （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
      • 蛋白质变性
        • 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；
      • 变色
        • 美拉德反应
        • 肌红蛋白氧化变色
    • （三）生物和微生物变化
      • 寄生虫和昆虫冻结死亡
      • 抑制细菌生长发育，但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 ℃。
  • 3.2冻结率
    • • ω-冻结率（%）
      • tp-食品的冻结点（℃）
      • t- 冷冻食品的温度 （℃）
  • 3.3冻结速度与结晶分布情况
    • 3.3.1冻结速度
    • 3.3.2结晶条件
    • 3.3.3冻结速度与冰晶分布的关系
      • 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。
  • 3.4冻结温度曲线
    • 阶段
      • 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。
    • 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。
  • 3.5冻结时所放出的热量
    • • 1．冷却时热量qc：食品从初温降至冰点所放出热量
      • 2．形成冰时的热量qi （此部分热量最多）
      • 3．自冰点至冻结终温放出热量qe
    • • i1：食品初始状态的焓值kcal
      • i2：食品终了状态的焓值kcal
  • 3.6冻结时间
    • 计算
      • • 板状食品p=1/2,R=1/8
        • 圆柱状食品p=1/4,R=1/16
        • 球状食品p=1/6,R=1/24
    • 分类
    • 缩短途径
      • 1．减小冻品厚度 x
      • 2．降低冷冻介质温度 t
      • 3．增大传热面的放热系数α
  • 3.7食品冻结装置
    • 间接冻结
      • 静止空气冻结
        • 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
      • 半送风冻结
        • 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。
      • 送风冻结
      • 接触冻结
        • 特点
          • 不需冷风，占空间小。
          • 单位面积生产率高。
          • 能源低
    • 直接冻结
      • 冰盐混合物冻结
        • 原理
      • R12浸渍冻结装置
        • 原理
        • 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
      • 液化气体冻结装置
        • 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。
• 4、食品的冻藏
  • 4.1食品冻藏时的变化
    • 冰结晶的成长
      • 1．冰结晶的成长概念；
      • 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；
        • 主要是由于蒸汽压差的存在
          • 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。
    • 干耗与冻结烧
      • 干耗
        • 冻结食品冻藏过程中因温度变化造成水蒸气压差，出现冰结晶的升华作用而引起表面出现干燥、质量减少。
      • 冻结烧
        • 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。
      • 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。
    • 蛋白质的冻结变性
    • 脂类的变化
      • 防止油烧的措施
    • 变色
  • 4.2食品冻藏温度
    • 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
  • 4.3冻结食品的T.T.T概念
    • 冻结食品的T.T.T概念
      • 总结冻结食品的品温变化与品质保持时间的关系 Time、Temperature、Tolerance
    • 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。
    • 温度系数Q10
      • 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。
    • T.T.T的计算方法
      • 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
• 5、解 冻
  • 解冻和冻结的关系
    • 解冻可视为冻结的逆过程;
    • 解冻时由于冰的导热系数是水的4倍，因此解冻速度随解冻的进行而逐渐下降，这与冻结过程恰好相反，解冻所需时间比冻结时间长。
  • 解冻方法
    • 解冻介质温度高于冻品的外部加热法、冻品内部加热的电解冻法、两者都采用的组合解冻法。
  • 1.外部加热解冻装置
    • （一）空气解冻装置
      • 原理
      • 分类
    • （二）水解冻装置
      • 原理
      • 分类
    • （三）真空水蒸气凝结解冻装置
      • 原理
      • 适用范围
      • 特点
        • 不产生过热 解冻时间短 能防止氧化 防止干耗 体液流失少
    • （四）接触解冻装置
  • 2.内部加热解冻装置
    • （一）低频电流解冻（电阻型）
      • 原理
      • 特点
    • （二）高频、微波解冻
      • 原理
      • 特点
  • 3.组合解冻
    • 电和空气组合解冻
    • 电和水组合解冻
    • 微波和液氮组合解冻
    • 二段解冻
  • 4.解冻过程中的质量变化
    • 汁液流失
      • 原因：由于冻结食品解冻时，冰晶融解产生的水分没有完全被组织吸收重新回到冻前状态，其中有一部分水分就从食品内部分离出来成为流失液。
      • 影响因素
        • 冻结速度（速冻/缓冻）
        • 冻藏温度
        • 生鲜食品的pH值(等电点)
        • 解冻速度
        • 解冻方式
        • 切分程度
    • 微生物繁殖
    • 酶促或非酶促变化