果蔬速冻加工

冷冻食品与冷却食品

冷冻食品又称冻结食品，是冻结后在低于冻结点的温度保藏的食品；

速冻食品：是指将食品原料经预处理后，采用快速冻结的方法使之冻结，并在适宜低温下（-18 ～-20℃）进行贮存；

冷却食品不需要冻结，是将食品的温度降到接近冻结点，并在此温度下保藏的食品。

冷冻食品的特点

易保藏，易运输和贮藏，营养、方便、卫生、经济，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。

第一节速冻原理

一、冻藏机理

（一）低温抑制了微生物的活动

到抑制微生物生长和促使部分微生物死亡的作用。但在低温下，其死亡速度比在高温下要缓慢得多。低温只是阻止微生物繁殖，不能彻底杀死微生物，一旦温度升高，微生物的繁殖也逐渐恢复。

原因：

微生物代谢失调

细胞内原生质稠度增加：蛋白质变性

冰晶体引起的机械伤害

降温速度对微生物的影响

冻结前：降温越迅速，微生物的死亡率越高

冻结点以下：缓冻将导致剩余微生物的大量死亡

速冻对微生物的致死效果较差

（二）低温抑制了酶活性

导致褐变、变味、软化等。

未冻结的水分在-18℃以上时仍有不少数量存在，这就为酶提供了活动条件；而且有些酶在温度低至73.3℃时仍有一定程度的活性。

解冻时，酶活性会骤然增强——冻结前：烫漂或添加护色剂

要抑制酶的活性及各种生物化学反应，需要低于18℃。

（三）低温抑制了非酶引起的氧化变质

各种非酶促化学反应的速度，都会因温度下降而降低。

二、食品的冻结

（一）冷冻时水的物理特性

1、水的冻结包括两个过程：降温与结晶

2、物质的比热[单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量（或降低1℃释放的热量）] 水的比热是4.18 kJ/kg.℃，冰的比热是2.09 kJ/kg.℃

3、含水量多的果蔬冻品，体积在冻结后会膨大

冻结膨胀压

水结成冰后，冰的体积比水增大约9%，冰在温度每下降1℃时，其体积则会收缩0.01～0.005%，二者相比，膨胀比收缩大。

冻结时，表面的水首先结冰，然后冰层逐渐向内伸展。当内部水分因冻结而膨胀时，会受到外部冻结了的冰层的阻碍，因而产生内压，这就是所谓“冻结膨胀压”；如果外层冰体受不了过大的内压时，就会破裂。

（二）冻结点与冻结率

1.冻结点：冰晶开始出现的温度

Raoult稀溶液定律（拉乌尔第二法则）：Δ T f=K f b B K f为与溶剂有关的常数，水为1.86。即质量摩尔浓度每增加1 mol/kg，冻结点就会下降1.86℃。因此食品物料要降到0℃以下才产生冰晶。

2.冻结率：冻结终了时食品内水分的冻结量（%），又称结冰率。

K=100（1－T D/T F）

T D：冻结点温度

T F：冻结终了温度

三、冻结速度与产品质量

（一）冻结速度

1. 定量法

速冻的定量表达：以时间划分或以推进距离划分两种方法。

食品中心温度从-1℃降到-5℃所需的时间：在3~30 min内，快速冻结，超过30 min，慢速冻结

按推进距离：以-5℃的冻结层在单位时间内从食品表面向内部推进的距离为标准：缓慢冻结：V=0.1~1 cm/h 中速冻结：V=1~5 cm/h 快速冻结：V=5~20 cm/h 国际制冷学会的冻结速度定义：食品表面与中心点间的最短距离，与食品表面达到0℃后至食品中心温度降到比食品冻结点低10℃所需时间之比。

2. 定性法

速冻的定性表达：外界的温度降与细胞组织内的温度降不等，即内外有较大的温差；

慢冻是指外界的温度降与细胞组织内的温度降基本上保持等速。

速冻是指以最快的冻结速度通过食品的最大冰晶生成带（-1～-5 ℃）的冻结过程。（二）冻结速度与冰晶

冻结速度快，食品组织内冰层推进速度大于水移动速度，冰晶的分布接近天然食品中液态水的分布情况，冰晶数量极多，呈针状结晶体。

冻结速度慢，细胞外溶液浓度较低，冰晶首先在细胞外产生，而此时细胞内的水分是液相。在蒸汽压差作用下，细胞内的水向细胞外移动，形成较大的冰晶，且分布不均匀。除蒸汽压差外，因蛋白质变性，其持水能力降低，细胞膜的透水性增强而使水分转移作用加强，从而产生更多更大的冰晶大颗粒。

1.最大冰晶生成带

指-1~ -5℃的温度范围，大部分食品在此温度范围内约80%的水分形成冰晶。

速冻形成的冰结晶多且细小均匀，水分从细胞内向细胞外的转移少，不至于对细胞造成机械损伤。冷冻中未被破坏的细胞组织，在适当解冻后水分能保持在原来的位置，并发挥原有的作用，有利于保持食品原有的营养价值和品质。

缓冻形成的较大冰结晶会刺伤细胞，破坏组织结构，解冻后汁液流失严重，影响食品的价值，甚至不能食用。

2.冻结曲线

冷冻曲线的三个阶段：

初始阶段：从初温到冰点

中间阶段：此阶段大部分水分陆续结成冰

终了阶段：从大部分水结成冰到预设的冻结终温度

晶核是冰晶体形成和增长的基础，结冰必须先有晶核的存在。晶核可以是自发形成的，也可以是外加的，其他的物质也能起到晶核的作用，但是它要具有与晶核表面相同的形态，才能使水分子有序地在其表面排列结合。

3.冻结时间

缩短冻结时间应从这三方面加以考虑：

•减小食品厚度

•增大放热系数（采用强制循环，采用液体介质等）

•降低冷冻温度

4、食品在冻结过程中的变化

（1）体积变化约增加6%

（2）干耗（食品冻结过程中，因食品中水分从表面蒸发或升化，造成食品质量减少）：：冻结室内的空气未达到水蒸气的饱和状态，其蒸汽压力小于饱和水蒸汽压力，而食品含水量较高，其表面层接近饱和水蒸气压——蒸气压差

蒸气压差，表面积越大，则冻结食品的干耗越大。冻结室中的空气温度和风速也有影响。（3）机械损伤

冻结速度越快，形成的冰晶体就越细小、均匀，而不至于刺伤组织细胞造成机械伤。

缓慢冻结形成的较大的冰晶体会刺伤细胞，破坏组织结构，对产品质量影响较大。

（4）盐析作用引起的蛋白质变性

5.优质速冻食品应具备以下五个要素

(1)冻结要在-18～-30℃的温度下进行，并在20min内完成冻结。

(2)速冻后的食品中心温度要达到-18℃以下。

(3)速冻食品内水分形成无数针状小冰晶，其直径应小于100 μm。

(4)冰晶体分布与原料中液态水分的分布相近，不损伤细胞组织。

(5)当食品解冻时，冰晶体融化的水分能迅速被细胞吸收而不产生汁液流失。

四、食品的低温玻璃化加工与保存

惯将熔化物质在冷却过程中不发生结晶的无机物质称为玻璃，后来逐渐将其他非晶态均称为玻璃态。

冻结食品处于橡胶态，则基质中物理、化学变化等变得十分活跃，这些反应过程减小了贮藏稳定性，降低了食品的质量

冻结食品处于玻璃态，一切受扩散控制的松弛过程将极大地被抑制，使得食品在较长的贮藏时间内处于稳定状态，且质量很少或不发生变化

冷冻保护剂辅助玻璃化冷冻

加入多糖类物质可以提高Tg’

第二节速冻方法与设备

按生产过程的特性分，冻结系统可分为批量式、半连续式和连续式三类。

一、直接接触冻结法

1、空气冻结法（用空气作为载冷剂，与食品换热。）

流态化冻结的主要优点：换热效果好，冻结速度快；冻品脱水损失少，冻品质量高

；可实现单体快速冻结，冻品相互不黏结；可进行连续化冻结生产

2．低温液体冻结法

与低温液体直接接触，食品在与低温液体换热后，迅速降温冻结。有喷淋法、浸渍法，或者两种方法同时使用，直接接触，所以对低温液体有一定的限制。

常用的载冷剂有盐水、糖溶液和丙三醇溶液

二、间接接触冻结法

是把食品放在由制冷剂(或载冷剂)冷却的板、盘、带或其他冷壁上，与冷壁直接接触，但与制冷剂(或载冷剂)间接接触。