冷冻技术原理

（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
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(quick frozen Foods)：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
☞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
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
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。
理论上认为交替冻结和解冻将加速微生物的死亡，实际 上再效在果水并中不解显冻Байду номын сангаас，。反炭复疽连菌续在二次-6，8℃结；果温仍度未下失的去C毒O性2中。冻结，
（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。
☞ 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。
（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。
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。
蔗糖酶的活性（％）
120 100 80 60 40 20
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。
（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。
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。
些但反各应种将生按化照反各应自的的温温度度系系数数Q减10慢各，不破相坏同了，各因种而反降应温原时来这
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。
（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。
（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。
☞冻结食品(Frozen Foods)：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-Frozen Foods)：品温在-2 ～ -3℃
☞ 冷却食品(Chilled Foods)：品温在-1 ～ 1℃
☞ 预冷食品(Cold Foods)：品温在1 ～ 5.4℃
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。
A
B
0℃
F
-1℃ -5℃ C
D
K
J G H I 时间h
2 冷冻食品（Refrigerated and Frozen Foods）
冷冻食品这一名称包括:
（1） 冷却食品（Cold Foods）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（Frozen Foods）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℃。
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℃。
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
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。
嗜冷致病菌(Psychro trophic pathogens) : 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 . botulinum type (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。
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。
0 0 10 20 30 40 50 60 温度（℃）
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。
（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
▶ 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” (Supercooling or Undercooling）；
▶ 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”（Freeze Storage）。
☞ -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。
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。
（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
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 ～ 48 h， 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。
第二节 食品冷冻工艺
一、冷冻食品的定义和分类 1 冷冻（Refrigeration and Freezing） 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” (Cold Storage)