食品冷冻工艺学

人体组织：糖、脂肪、蛋白质、维生素、水、无机盐、矿物质供给热量调节生理机能每克蛋白质能为人体提供16.7kJ的热量，人体每日所需热能的10％~15％应来自蛋白质蛋白质组成：它主要由碳、氢、氧、氮四种元素构成，一部分蛋白质还含有硫、磷、锌、铁、碘和铜等氨基酸：是构成蛋白质的基本单位（必需氨基酸和非必需氨基酸）必需氨基酸亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸蛋白质的分类：按分子的形状分：球蛋白、纤维蛋白等按人的需求分：完全蛋白质：蛋白质中含有各种必需氨基酸，且比例合理。奶、蛋、鱼、肉中的蛋白质和大豆中的大豆蛋白质不完全蛋白质：蛋白质中缺少一种或几种必需氨基酸，或必需氨基酸间比例失调半完全蛋白质：这种蛋白质虽然种类齐全，但所含的必需氨基酸的数量与人体所需的数量有一定的差距。可维持生命，但不能促进生长发育。半完全蛋白质中数量相对不足的氨基酸称为限制氨基酸按结构分：简单蛋白质和结合蛋白质蛋白质来源：动物性食品和植物性食品比例：鱼肉类的蛋白质含量在15~20％，贝类10~20％，豆类20~40％蛋白质的特性：1、等电点。pH值一定时蛋白质分子内部酸性基团和碱性基团的解离度相等。蛋白质的两性解离性质使其成为人体及动物体中重要的缓冲溶液。并可利用此性质在某pH条件下，对不同蛋白质进行电泳，以达到分离纯化的目的2、凝胶与膨润3、蛋白质的变性（蛋白质变性的因素：热、冻结、干燥、酸、碱、有机溶剂（如乙醇、丙酮）、光、高压、剧烈振荡，超声波等）加工对蛋白质的影响₋食品冷加工时会造成蛋白质变性，从而改变食物原有的各种性状。冷冻加工造成变性的原因主要是出于蛋白质质点分散密度的变化所引起的。冰的形成使蛋白质结合水逐渐减少，而冰晶体积的膨胀，会挤压蛋白质质点，致使蛋白质质点凝集，发生变性，沉淀。所以冰结晶的速度和蛋白质变性程度有很大关系，若慢慢降温，会形成较大的冰晶，对食品原组织破坏较大，若快速冷冻则多形成细小结晶，对食品质量影响较小脂肪是向人体提供热能的主要来源之一，平均每克脂肪在体内彻底氧化所放出的热能为38kJ脂溶性维生素A、D、E、K不溶于水，只有溶解在脂肪中才能被人体吸收美拉德反应在食品的贮藏或加工过程中，还原糖（主要是葡萄糖）同游离氨基酸或蛋白质分子中的游离氨基等含氨基化合物发生羰氨反应影响美拉德反应降低水分含量、降温维生素E可用作抗氧化剂变质因素：生物因素、化学因素、物理因素影响微生物低温下活性降低的因素1、温度：温度愈低对微生物的抑制愈显著，在冻结点以下温度愈低水分活性愈低，其对微生物的抑制作用愈明显2、降温速率：在冻结点之上，降温速率愈快，微生物适应性较差；水分开始冻结后，降温的速率会影响水分形成冰结晶的大小，降温的速率慢，形成的冰结晶大，对微生物细胞的损伤大3、水分存在状态：结合水多，水分不易冻结，形成的冰结晶小且少，对细胞的损伤小；反之，游离水分多，形成的冰结晶大，对细胞的损伤大4、食品的成分：食品的成分也会影响微生物低温下的活性，pH值愈低，对微生物的抑制加强。食品中一定浓度的糖、盐、蛋白质、脂肪等对微生物有保护作用，使温度对微生物的影响减弱。但当这些可溶性物质的浓度提高时，其本身就有一定的抑菌作用低温抑制微生物生长繁殖的原因：温度降低时，微生物的生长速率降低，当温度降低到-10℃时，大多数微生物会停止繁殖，部分出现死亡，只有少数微生物可缓慢生长，低温导致微生物体内代谢酶的活力下降，各种生化反应速率下降；低温还导致微生物细胞内的原生质体浓度增加，黏度增加，影响新陈代谢；低温导致微生物细胞内外的水分冻结形成冰结晶，冰结晶会对微生物细胞产生机械刺伤，而且由于部分水分的结晶也会导致生物细胞内的原生质体浓度增加，使其中的部分蛋白质变性，而引起细胞丧失活性，这种现象对于含水量大的营养细胞在缓慢冻结条件下容易发生食品冷却的目的食品冷却的目的就是快速排出食品内部的热量，使食品温度降低到冰点以上附近（一般为0～8℃），从而抑制食品中微生物的活动和繁殖，抑制食品中酶的分解作用，使食品的良好品质及新鲜度得以很好地保持，延长食品的保藏保质期果蔬的预冷预冷是迅速排出田间热、抑制其呼吸作用，保持果蔬的鲜度，延长储存期的有效措施；预冷可减少果蔬水分蒸发，可以降低微生物体内各种酶系统的活性，从而抑制微生物活动，减少腐烂发生，并在一定程度上抑制已形成的浸染组织的进一步发展，较好地保持果蔬的鲜度食品冷却计算中的两个准则数毕渥数Bi傅里叶数FoBi0.1时，食品内部的温度分布与空间坐标有关，内部导热可以忽略不计，此时在计算食品冷却时间时可以采用集总参数法人们研究食品冷却主要关注什么问题食品冷却时间（重要）热量损失能量消耗水分的蒸发和干耗的形成在空气介质中冷却无包装或无保护膜的食品，食品在冷却过程中向外散发热量的同时，还向外蒸发水分，造成食品的失水干耗。对于采用能透过水蒸气包装材料包装的食品，这种食品失水干耗将会不同程度地发生当减重达到5%时，会发生凋萎现象。未成熟的果实比成熟的果实水分蒸发量大食品冷却方法和装置真空冷却、差压式冷却、通风冷却、冷水冷却、碎冰冷却真空预冷优点是：对于体表面积比较大的叶菜，冷却速度非常快，也很均匀真空预冷缺点是：对于体积与表面积之比较小的果菜、根菜，冷却效果不太理想真空预冷装置自身没有保冷能力，多数还需有冷藏库进行配套设备初投资相对较高将食品中所含的水分大部分转变成冰的过程，称为食品的冻结食品冻结的原理就是将食品的温度降低到其冻结点以下，使微生物无法进行生命活动、生物化学反应速度减慢，达到食品能在低温下长期贮藏的目的水果、蔬菜等植物性食品也可用冻结的方法加工成速冻水果、速冻蔬菜，并在-18℃以下贮藏，其贮藏期可达1年以上食品冰晶开始出现的温度为食品的冻结点食品冻结过程，首先是含溶质较少的低浓度部分水分冻结，并使溶质向非冻结区扩散，造成未冻结区的浓度随之升高，使未冻结区的冻结点不断下降。随着食品温度的继续下降，食品中冻结区域不断扩大，但仍有少量未冻结区存在；随着温度降低水不断地转化为冰结晶，冻结点也随之降低，只有在食品温度下降到-55～-65℃之间时，食品中的水分才会几乎全部冻结，此时溶液中的溶质、水（溶剂）达到共同固化，这一状态点被称为低共熔点目前冻结后的食品中心温度一般在–15℃左右。这时食品内含有的水分只是大部分冻结。在此温度下，食品内水分冻结量占总水量的百分比就叫做冻结率由于食品所含的水分中均溶解有不同的盐类，盐量越多，其冻结点也越低过冷现象是使液体产生冰结晶的先决条件从物质分子结构上来看，液体是介于气体和固体之间的。气体分子运动是混乱的，彼此各不相关。而在固体中，分子是按一定的规律排列的，彼此之间有着相互的关联。当温度升高时，液体分子运动加速，使它的结构与气体接近；当温度降低时，液体分子运动减慢，其结构则趋向于结晶体。当液体温度降低至冻结点时，液体相与结晶相处于平衡状态。要使液体变为结晶体，就必须破坏这种平衡状态，也就是使液体温度降至稍低子冻结点的温度，造成液体的过冷。在冻结过程中，温度的下降可分为三个阶段第一阶段：食品的温度迅速冷却下降，曲线较陡，放出热量为显热，直到降低至冻结温度为止第二阶段：即冰结晶形成阶段，曲线平坦，近于水平。这阶段的食品温度达到了从冻结点~-5℃左右，水相变为冰，同时放出相变热（潜热）。这时食品内部的80％以上水分都已冻结成冰。在冰结晶形成时所放出的潜热相当大，通过最大冰结晶生成带时，如果食品热量不能大量及时导出，造成食品温度下降减缓，曲线平坦，需要较长的时间通过冰结晶的最大生成带第三阶段：表明冻结后的食品从冻结点温度继续下降冻结到规定的最终温度，使食品内部没结冰的水继续结冰，但结冰量要比第二阶段少，所以放出的热量主要是显热。在第三阶段中，开始时温度下降比较迅速，以后随着食品与周围介质之间温度差的缩小，降温速度即不断减慢，而且较第一阶段慢，所以曲线由陡变缓影响食品冻结速率的因素冷却介质的温度：在相同条件下，冷却介质温度越低，冻结速度越快对流换热系数：即空气或流体的流动速度，流速越快，冻结速度越快食品成分：食品中含水量高，冻结速度快。脂肪和空气含量高，冻结速度慢食品规格：食品的形状、大小、薄厚是影响的主要因素。在其它条件不变情况下，冻结时间和食品的厚度平方成正比。食品在冻结时的变化体积膨胀、产生内压；比热容的下降；导热系数的提高；体液流失和干耗；盐析作用食品愈厚，含水量愈高，表面温度下降愈快，冻结时越容易发生龟裂。水的导热系数0.6W/m’k，冰2.21W/m.k干耗发生的原因：冻结室内的空气未达到水蒸气的饱和状态，其蒸气压小于饱和蒸气压，而食品表面含水量较高，其表面层接近饱和水蒸气压。在蒸气压差的作用下食品表面水分向空气中蒸发，表面层水分蒸发后，内层水分在扩散作用下向表面层移动。而冻结室内的空气连续不断地经过蒸发器，空气中的水蒸气凝结在蒸发器表面，减湿后的空气又处于不饱和状态，所以冻结过程中食品的干耗在不断进行应用冷冻技术生产冷冻食品，其最大特点是要求在比较短的时间内使食品的中心温度降至-18℃，即以较快的速度通过最大冰晶生成区，使细胞间的游离水和细胞内的游离水能同时生成无数细小的晶体；解冻时，冰晶融化的水分能迅速被细胞吸收，而不产生汁液流失，从而最大限度地保持了天然食品原有的新鲜度、色泽、风味和营养成分冻结装置有多种类型，依冷却方式可分为：空气式、接触式、浸渍式、液化气体式食品温度上升时，结冰率降低，必然有相应数量的冰结晶融化成水。首先融化的是蒸气压较大的小冰晶。待到食品温度重新降低时，又有相应数量的水结成冰，这些冰往往是附着在大冰晶上，使大冰晶进一步长大，可见冻藏温度的波动促进了冰晶的成长。可见温度的波动使冰结晶长大在冷藏期间，往往由于温度的波动使冰结晶长大；冷藏时间越长，温度波动次数越多，融解、冻结的次数就越多，这就使小冰晶越来越多地长成大冰晶体食品在冷冻加工和冷冻贮藏中均会发生不同程度的干耗，使食品重量减轻，质量下降；干耗是食品冷冻加工和冷冻贮藏中的主要问题之一，是由食品中水分蒸发或升华造成的结果，其程度主要与食品表面和环境空气的水蒸气压差的大小有关降低冻结食品的干耗的途径减少外界热量的传入、选用大的冻藏间、减少库内空气温度与冷却排管之间温差、减少冻藏食品与空气接触的面积、提高冻藏间的装载率、合理地减低冻藏温度合理安排冻藏食品存放位置、保持冷库建筑结构的良好状态冻伤——冻结烧肉类食品在冻藏时的干耗，使冻结食品的表面层发生冰晶升华，长时间后干耗向食品内部推进，使得深部冰晶升华，冰晶升华后留存的细微空穴增加了食品与空气的接触。在氧的作用下，食品中的脂肪氧化酸败，表面发生黄褐变，使食品的外观损坏，食味、风味、质地、营养价值都变差，这种现象称为冻结烧减少冻伤的措施包括减少冻藏间的外来热源及温度波动，降低空气流速、改变食品物料的大小、形状、堆放形式和数量，采取适当的包装等防止冻结烧措施降低储藏温度、维持储藏温度、采用抗氧化剂、外加包装HACCP包含的基本程序进行一次危害分析、识别关键控制点(CCP)、建立临界极限(CL)、监控关键控制点、决定适当的校正性活动、建立验证规程以确保系统的运行、维持准确的记录保持冻藏食品的条件1.用新鲜优质的食品原谅，进行一定的前期处理加工。2.用快速冻结方式生产。3.冻结温度在-18℃以下，并保持在该温度下贮藏运输销售。4.产品应该带有包装，符合安全卫生标准。镀冰衣：在产品表面冻结一层薄沙冰冷库内温度非常关键（95%~98%低温高湿）库内空气流速：无包装0.05m/s~0.15m/s有包装0.2~0.3由于冰的导热率和热扩散率较水的大，因此冻结时的传热较解冻时快；解冻过程中，外表面的冰先融化，而结冻时外表面先结冰液滴损失冻结食品解陈时，食品中的冰结晶融化成水，如果不能回复到原细胞中去，不能被肌肉组织吸收，这些水分就变成液汁向外流出解冻装置的要求性能方面：解冻速度快；操作成本低食品品质方面：汁液流失少；不变色；脂肪不发生酸化；蛋白质不变性�卫生方面：容易清洗；没有微生物污染；没有异物混入；解冻后食品温度在5℃以下解冻的方法与装置空气解冻