冷冻食品的研究进展

冷冻食品的研究进展-----------《食品工艺学》课程论文学院：姓名：学号：《食品工艺学导论》课程论文1摘要：食品冷冻行业对食品品质，营养和安全方面关系重大，我国人日众多，对于农产品及肉类等食品需求量长期保持增长态势，食品冷冻行业发展势头良好。冷冻新技术研究不断推陈出新，但是相关的理论和技术还有待不断完善。新型冷冻技术要广泛应用于生产实际还需解决理论与实际问题。冷冻技术的发展异常迅速，在食品工业中的应用也越来越广泛，将其更好地应用于食品中成为当前研究者较为关注的课题。关键词：食品；冷冻；保藏1.冷冻保藏理论的研究冷冻保藏是要将保藏物降温到冰点以下，使水部分或全部成冻结状态，动物性食品常用此法来防止食品腐败，从而更好地维持食品的功能性质。食品的微观结构，甚至是纳米结构发生了微小的改变，都会引起食品的品质诸如风味、色泽、质构等功能特性发生很大的变化。1.1玻璃化转变理论玻璃化转变作为一个临界的状态，而处于此状态的水分子的活动是有规律的，对于冷冻食品也极为重要。玻璃态与超冷液体状态之间的转变是通过一个玻璃态转化温度范围发生的，当温度达到这一玻璃态转化温度时，玻璃态便会形成。尽管食品的玻璃化仅仅是基于部分结晶，但却是非常重要的。食品的低玻璃化转变温度和高吸湿性是导致成功地冷冻干燥后干燥和结晶过程中萎缩的主要原因。[1]有关冷冻过程中，食品物料的玻璃化转变的理论主要基于聚合物的玻璃化转变理论——热力学理论和自由体积理论。热力学理论认为玻璃化转变是一个非平衡的动力学过程，即玻璃化转变不同于结晶相变，玻璃态的形成主要取决于动力学因素。在食品冷冻过程中则取决于冷冻速率，冷却速率较慢时，液相中食品物料的析出速率低于或等于晶体的形成和生长速率，即可形成晶体;一旦冷却速率足够快，析出速率可以超过晶核形成和长大的速率，即可生成玻璃体。但是，也有理论认为理想玻璃化转变为具有平衡性质的二级相转变。自由体积理论则认为，固体或液体的体积包括两部分:一部分是分子己经占据的占有体积，另一部分为未被占据的自由体积，自由体积提供分子运动所需要的空间。[2]温度足够低时，自由体积冻结，分子运动性低，即到达所谓的玻璃态。1.2冷冻过程中冰晶理论水中溶剂会降低气压，在稀溶液中遵循拉乌尔定律。冰晶形成的条件是在相同的温度条件下，纯水中的气压比冰的气压要高。冷冻食品中的冰晶体可以作为一个关键因素。食品在冷冻过程中，它们内部的冰晶体的形成方式，会受到冰晶体尺寸大小的影响，进而影响整个产品的质量。当水的温度过冷到-39℃时，水分子就会聚集，并开始结晶，冰晶体的重结晶是冷冻食品在贮藏期间品质降低的主要原因之一。重结晶迁移存在这样一种趋势，即在一个多晶体系中，较大的冰晶体会逐渐生长，《食品工艺学导论》课程论文2而较小的冰晶体会逐渐消失。较小的冰晶体不能像较大的冰晶体一样有效地与它们表面的水分子结合，主要是因为较高的表面张力和较大的表面自由能的缘故。当温度高于-160℃时，这种临界的状态将由极小的微细晶体组成，此时晶体的平均直径约为400A，而且，伴有一种立方的或次立方的结构形成。[3]如此微小的晶体将会充满整个食品组织的间隙，从而有效地保持物质的物理结构。因而，食品的风味可以在很大程度上被保留。等质重结晶，是一个与重结晶相似的过程，也可能在一个简单的晶体中发生。对于一个表面粗糙的单独分离的晶体，具有较大的表面张力的表面部分不能与光滑的表面一样与表面水分子结合。结果是粗糙的表面变得光滑了。重结晶的成长是两个晶体在接触点共同生长成一个较大的晶体的过程。因为接触面有明显的高曲张力，而且不像其它部分那样稳定，最后，由于水分子运输到这一区域并形成颈状，而且最终导致长成了一个冰晶体。2.食品的冻结现象食品在冰点以上，只能作较短期间的保藏。以较长期间贮藏者，大都在-20℃以下。食品的冰点，是指食品中所含的水分开始形成冰晶的温度，一般都在0℃以下，但冻结至坚硬状态，则需要更低的温度，食品冰点的高低，与其中溶液部分的浓度有关，浓度越高的冰点越低，但与含水率无关。水溶液中，每1mol浓度的溶液，不论其为何种溶质，其冰点下降温度都是-1.86℃。有的食品虽然低于冰点温度也不结冰，这种现象称为过冷却，处于不稳定状态。在食品成分中之任何溶液，如以食盐水溶液为例，在低浓度时，温度降到0℃以下，即开始有冰晶形成。随着温度的不断降低，冰晶继续析出，而残余之食盐水浓度渐增，直至温度降至-21.2℃时，残余之食盐水浓度高达22.4%，此时继续降低温度则盐与水一起结成冰。-21.2℃称为食盐的共晶温度，而该浓度称共晶浓度。如浓度高于22.4%之盐水降低温度，在达到-21.2℃之前，食盐晶体不断析出，溶液之浓度逐渐降低，至-21.2℃时达到共晶浓度而盐与水一起结成冰。[4]动物肌肉中溶有Na、Ca、Mg、Fe等的盐类，其冻结受其共晶点的支配.这些盐类共晶温度约为-55℃，因此动物肌肉之全冻结温度当在-55℃以下。食品的结冰率达100%者，说明冻结温度已经低于共晶点。实际上一般冻结并未达到完全冻结。在生物体内，含有结合水，是非常难冻结的水分。但一般只要有80%左右的水分结成冰，在人的感觉上便认为已是冻结状态。3.我国保鲜技术的发展汉朝时人们就掌握了用地窖来储藏天然冰的技术。如东晋的陆翱所撰的((邺中记》中曾记载:“曹操在临漳县西南建冰井台藏冰”，曾记载:“有屋一百四十间，下有冰室，室有数井„井深十五丈，用于藏冰及石墨...。在以后的各个朝代冷藏技术不断的应用于生产生活的各《食品工艺学导论》课程论文3个方面并有记载，如:唐朝《齐民要术》中有农民用雪水拌种，以增强抗寒，抗病能力的注载;元朝《马可·波罗行记》用冰保存鲜肉及制造冰酪冷食的技术。明朝用冰保证蔬菜鲜果在低温下运输，保持其鲜嫩。到了清朝时期，在北京已经设置了专门用于冷鲜保藏的冰窖，以满足皇室的果蔬供应。我国现代制冷技术的开端是从19世纪从国外引进人造冰制造工艺开始。到了60年代以后，采用活塞式膨胀机的氢液化器，在国内各个实验室应用，为超导技术研究提供了基础。4.冷冻保藏技术发展概况冷冻保藏技术要将保藏的食品降温到冰点以下，使一部分或全部水分冻结，动物性食品常用这种方法。随着制冷设备的不断改进，冷冻保鲜技术得到了不断的发展，首先，冷藏食品的包装方式不断加以改善，由原始的整体包装和大包装逐渐转向小型化和单一化的包装形式，使食品的冷冻速度和冷冻质量得到了很大的提升。其次，在冷冻方式上也实现了突破，吹风式冻结、可连续冻结和流态化冻结等方式逐渐成为食品冷藏的主要方式，不仅使食品的冻结温度更加一致，同时还在很大程度上提高了食品冻结的效率。第三，制冷装置技术也不断得到提升，采用液态氧、二氧化碳、氟利昂对食品直接进行冷冻的装置使食品的冻结温度大幅度降低，并且冻结速度也有了很大进步。[5]尤其是近年来推出的环保冷酶一溴化锂冻结装置，更是给冷鲜保藏技术带来了新的动力。除此之外，伴随着冷藏技术的发展，逐渐形成了一体化的冷藏链，将食品冷冻—冷藏—运输—销售等环节有机的联系成一个整体，使冷藏食品的生产、流通和销售之间更加完整。5.冷冻保藏技术的方法5.1冰温技术冰温技术的研究主要以食品保鲜为中心，将食品贮藏在0℃以下至各自的冻结点范围内属于冰温贮藏。冰温技术具有如下特点：冰温贮藏不破坏细胞，而且能够提高水果、蔬菜的品质;利用冰温技术保鲜贮藏食品，比现有冷藏技术要延长保存期数倍以上;冰温贮藏减少有害微生物，在冰温状态下，大肠杆菌、葡萄球菌等有害微生物均无法存活;冰温贮藏不需要解冻，既避免解冻失水又节省了时间。[6]但是冰温技术也有它的不足之处:首先，由于各个食品的冰温带范围比较窄，所以在技术上要求很高，尤其是超冰温保鲜技术;其次，运行成本与投资较大，与普通冷库相比冰温库造价比较高，这使得冰温技术的广泛应用受到限制。在日本，冰温技术已经进入普及应用阶段，建立了相应的冰温冷藏链体系。冰温技术不仅围绕食品保鲜，而且逐渐发展到了动植物保鲜、微生物的休眠、生物内脏等活体组织的保存。其他一些国家对冰温技术的研究主要集中在保鲜产品的冷适应行为方面。一些研究人员则对表征稳定温度下细胞适应过程中所产生的各种现象的物理量进行了测量。天津商业大学《食品工艺学导论》课程论文4对冰温贮藏进行了试验研究，在大规模贮藏果蔬(香梨、猕猴桃、桃子)以及羊肉的冰温贮藏实验研究中证实了冰温贮藏的优异效果。[7]目前，冰温技术不仅在水果、蔬菜、水产品等产品的生产加工过程中得到广泛的应用，而且在医学领域也发挥着越来越重要的作用。如肝脏的保存和移植、血液的冰温保存等。就目前的发展状况可以预见，超冰温技术、冰温后熟、冰温干燥、冰温浓缩以及冰温技术的配套设备的研发等技术是将来冰温技术重点研究的领域。[8]中国果蔬生产产量大，产程长，因为地域广，温差明显，所以冰温技术有着广泛的应用前景;而基于食品品质安全提升的考虑，冰温技术的应用也会使食品更安全，且更有利于人们的身体健康，前景广阔。[9]5.2气调技术气调保鲜又称气调贮藏简称CA或气调冷藏法，是人为改变储藏库内的空气组成特别使CO2和O2的浓度，来冷藏水果、蔬菜、食品的方法。延长果蔬贮藏时间的关键是降低呼吸速率。气调贮藏正是将食品控制在适宜的温度下，改变冷藏环境中的气体成分，从而减少其体内物质的消耗，实现食品的保鲜，延缓果蔬衰老，延长贮藏期。[10]5.3被膜包裹冻结法CPF法具有较多的优点:食品冻结时形成的被膜可以抑制食品膨胀变形;限制冷却速度，形成的冰晶细微，不会产生大的冰晶;防止细胞破坏，产品可以自然解冻食用;食品组织口感好，没有老化现象。5.4超声冷冻技术UFT是利用超声波作用改善食品冷冻过程。其优势在于超声可以强化冷冻过程传热、促进食品冷冻过程的冰结晶、改善冷冻食品品质等方面。超声波作用引发的各种效应，能使边界层减薄，接触面积增大，传热阻滞减弱，有利于提高传热速率，强化传热过程圈。研究表明，超声波能促进冰结晶的成核和抑制晶体生长。5.5高压冷冻技术HPF利用压力的改变控制食品中水的相变行为，在高压条件(200一400MPa)下，将食品冷却到一定温度，此时水仍不结冰，然后迅速解除压力，在食品内部形成粒度小而均匀的冰晶体，而且冰晶体积不会膨胀，能够减少对食品组织内部的损伤，获得能保持原有食品品质的冷冻食品。[11]5.6冰核活性细菌冻结技术对生物冰核的研究领域正不断拓宽和深入，己从冰核细菌发展到冰核真菌，目前己报道了4属11个种冰核真菌，除3种为地衣真菌外，其余的8个种均属于镰刀菌属。利用冰核细菌辅助冷冻的优势在于:可以提高食品物料中水的冻结点，缩短冷冻时间，节省能源;促进《食品工艺学导论》课程论文5冰晶的生长，形成较大尺寸的冰晶，在降低冷冻操作成本的同时，使后续的冰晶与浓缩物料的分离变得容易;使食品物料在冰晶上的夹带损失降低，提高了冰晶纯度，减少固形物损失。在待冷冻食品物料中添加冰核细菌的冷冻技术在食品冷冻干燥和果汁冷冻浓缩中己有应用。5.7生物冷冻蛋白技术BFPT是在食品物料中直接添加胞外生物冷冻蛋白聚体。细菌胞外冷冻蛋白的活性比整个冰核细胞更高，可获得有序的纤维状薄片结构的冰晶体，有效改善了冷冻食品的质地和提高了冷冻效率。5.8即时冻结系统CAS冻结系统是由动磁场与静磁场组合，从壁面释放出微小的能量，使食品中的水分子呈细小且均一化状态，然后将食品从过冷却状态立即降温到一23℃以下而被冻结。由于最大限度抑制了冻晶膨胀，食品的细胞组织不被破坏，解冻后能回复到食品刚制作时的色、香、味和鲜度，且无液汁流失现象，口感和保水性都得到较好保持。5.9食品减压冷冻食品减压冷冻保藏是由真空冷却、低温保存和气体贮藏组成，它具有低温和低氧的特点，抑制了微生物生长和呼吸，减少了氧气和二氧化碳对食品的影响(损害)。因此，减压冷冻保藏不仅有快速冷冻、延长保藏时间和提高贮藏质量的优点，也延长了食品的货架期。6.结束语食品冷冻行业对食品品质，营养和安全方面关系重大，我国人日众多，对于农产品及肉类等食品需求量长期保持增长态势，食品冷冻行业发展势头良好。冷冻新技术研究不断推陈出新，但是相关的理论和技