第二章 食品的冷却

τ —— 冷却食品需要的时间，h
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部分食品的比焓值（kJ/kg）
食品 温度 （℃） 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 牛肉 各类 禽类 261.5 264.8 268.2 271.1 274.4 277.8 280.7 284.1 287.4 290.4 293.7 297.1 300 303.4 306.7 310.1 313 316.4 319.7 322.6 326 329.3 肉类 羊 肉 猪 肉 副产 品 292.9 296.2 300.6 303.4 306.7 310.5 313.8 317.2 321 324.3 327.7 331.4 334.8 338.1 341.9 345.3 349 350.4 356.2 359.5 362.9 366.6 去骨 牛肉 272.8 276.1 279.5 282.8 286.2 289.5 292.9 296.2 299.6 302.9 236.3 309.6 313 315.9 319.3 322.6 326 329.3 332.7 336 339.7 342.7 炼制 少脂 鱼 多脂 鱼 鱼 片 蛋 黄 纯牛 奶 奶 油 奶油 297.9 301.3 305 308.4 312.2 315.5 318.9 322.6 326 329.8 331.1 336.5 340.2 343.6 346.9 360.7 354.1 357.8 361.2 365 368.3 371.7 280.3 283.7 287 290.4 293.7 297.1 300.8 304.2 307.5 310.9 314.3 317.6 321.4 324.7 328.1 331.4 334.8 338.1 341.5 345.3 348.6 352 315.1 318.4 322.2 326 329.3 333.1 336.9 340.6 344 347.8 351.5 355.3 358.7 362.4 366.2 369.6 373.3 377.1 380.9 384.2 388 391.8 295 298 302.1 305.5 308.8 312.2 315.9 319.3 322.6 326 329.3 333.1 396.5 339.8 343.2 346.5 350.3 —— —— —— —— —— 354.5 358 362.4 366.6 370.4 374.6 378.8 382.5 386.7 390.9 394.7 398.9 402.7 406.8 410.6 414.8 418.6 422.8 426.5 430.7 434.5 438.7 125.7 129 134.1 138.7 144.1 149.6 155.4 161.3 166.8 172.2 117.7 182.7 187.7 192.3 196.5 200.7 204.9 208.7 212.4 215.8 219.1 222.9 81.3 858 90.1 95.1 100.6 106.4 112.3 118.6 124.9 130.3 136.2 141.2 146.2 150.8 155.4 159.6 163.8 167.6 171 174.3 177.7 181.4 奶油 冰淇 淋 258.1 261.6 264.8 268.2 271.5 274.9 278.2 281.6 284.9 288.3 291.6 295 298.3 301.7 305 308.4 311.4 315.1 318.4 321.8 325.1 328.5 牛奶 冰淇 淋 267.3 270.7 274.4 277.8 281.1 284.5 287.9 291.2 294.6 297.9 301.3 304.6 308 311.3 314.7 318 321.4 325.1 328.5 331.9 335.2 338.6 葡萄 杏子 樱桃 268.6 271.9 275.7 279.1 282.8 286.2 289.9 293.3 297.1 300.4 304.2 307.5 311.3 315.1 318.4 321.8 325.6 328.9 332.7 336 339.8 343.2 水果 及其 他 浆果 305.9 309.6 313.4 317.2 371 324.7 328.5 332.3 336.5 339.8 343.6 347.4 151.1 354.9 358.7 362.4 366.2 370 373.8 377.5 381.3 385.1 水果 及糖 浆 浆果 279.5 282.8 286.6 289.9 293.7 297.1 300.8 304.2 308 313.4 315.1 318.4 322 325.6 329.3 332.7 336.5 339.8 343.6 344.4 350.7 354.1 加糖 的浆 果 211.2 214.1 217.5 220.4 223.7 226.7 230 233 236.3 239.2 242.6 245.5 248.9 251.8 255.2 258.1 261.5 264.4 267.3 270.7 273.6 277
Q
τ
∝
F V
说明：食品与周围介质的热交换速度和食品的几何形状有关，表面积大且体积小的食 品更易于冷却，例如球状食品
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食品的实际形状可视为与球状、圆柱状、平板状等任一种标推几何形状相似。如某些截
τ 面接近于圆形的鱼类，可视为圆柱形：白条肉和扁形的色类可视平板状；苹果可视作球
形等 食品与周围冷却介质之间的温度差，对热交换的速度有决定性影响且成正比，温度差越 大，热交换就进行得越强烈 冷却介质的表面传热系数对热交换速度有重要意义。不同的冷却介质其表面传热系数也 不相同。以空气和盐水两种介质相比，空气的表面传热系数较盐水为小，因而，空气作 为冷却介质时，热交换的速度较以盐水为介质时慢些 当冷却介质呈静止状态时，热交换只能以传导和辐射形式进行。当介质流动时，除了热 传导和辐射外，还要以对流形式传递热量，因而就加速了热交换过程。介质的流动速度 越大，热交换的速度也就越快 例如，当食品主要以空气作为冷却介质冷却时，空气在冷间内循环，室内温度保持在食 品冻结温度以上约1~2℃左右。当空气温度为0℃，空气循环不强时，冷却猪肉需36h， 如温度降至-2℃，加强了空气循环，冷却时间就可以缩短至16h
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2.2 食品在冷却中的热量传递
食品冷却过程也就是食品与周围介质进行热交换的过程，即食品将本身的热量传给周 围的冷却介质，从而使食品的温度降低 这个热交换过程较复杂，通过传导、辐射及对流来实现 热交换的速度与食品的热导率、形状、散热面积、食品和介质之间的温度差以及介质 的性质、流动速度等因素有关 食品冷却过程的热交换速度与食品本身的热导率成正比。食品的热导率越大，在单位 时间内由温度较高的食品中心向温度较低的表而传导的热量也就越多，因而食品冷却 或冻结得就越快。各种食品的化学组成不同，其导热性也不相同。水比脂肪的热导率 大些，因此，含水多、含脂肪少的食品传热速度就快；反之，就慢 当食品与周围介质进行热交换时，食品的散热表面积的大小与热交换的速度有直接关 系。散热表面积越大，单位时间内食品与周围介质之间交换的热量也就越多，因而食 品冷却或冻结就越快
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2、植物性食品的冷却
由于是冷加工的第一步，所以对果蔬的冷却也称为预冷（pre-cooling） 预冷是指食品从初始温度（25~30℃左右）迅速降至所需要的冷藏温度（0～15℃）的 过程。预冷是迅速排除田间热，抑制其呼吸作用，保持水果蔬菜的鲜度，延长储藏期 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 衰老是植物成熟后整个植物、器官直至细胞都死亡的过程，延长保质期和货架期是采 后生理研究的最终目的 货架期（shelf life）是指在标准规定的条件下产品不变质的时间 延长保质期的方法有很多，主要有 阻止生理过程的恶化（如低温储藏、气调储藏） 中止生理过程以保存组织（如冻结、干燥）
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1、动物性食品的冷却
牲畜刚死时，其肌肉有弹性，几小时后肌肉发僵。在僵硬前肌肉很柔软，肌肉蛋白质 的保水性能很高，肌纤维在刚死时呈松弛状态 在机体内自体分解酶与氧化酶之间发生不断的斗争：自体分解酶（糖解酶、ATP-酶、 组织蛋白酶）引起活细胞组分的破坏，而氧化酶限制这种破坏 在生命停止之后，细胞没有氧的供给时，则自体分解酶就占优势而首先作用于肉内的 碳水化合物，使肝糖转变为葡萄糖，再分解为乳酸 刚宰后牲畜的胴体, 由于肌肉组织内糖酵解酶的作用而发生理化性质的变化，在外观上 即表现为尸僵（或死后强直）（rigor mortis） 尸僵开始的时间因季节气候而不同，在夏季于宰后起约1～2h 便开始发生，冬季则须 3～4h 以后才开始。常自头部的肌肉（尤其咬肌）先发硬，而后向后传布于全身。其机 理系由于肌肉里面的糖变成乳酸，酸使肌纤维变硬和缩短 尸僵时肌肉中的ATP 消失，磷肌酸被分解，组织硬化。同时肌肉纤维的伸展性和收缩 性也消失
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死后僵直和成熟是与牲畜的品种、个性、年龄、死前死后处理、温度、分割与剔骨时 间等因素有关，它们将影响到僵直开始和持续的时间、纤维收缩程度、糖酵解的强度 和速度等等。在这些因素中温度是最重要的 屠宰后在冷却条件下，牛肉大约5~24小时达到正常的充分僵直，猪肉7~8小时，羊羔大 约10小时，肉鸡3~4小时。屠宰后如不冷却，达到充分僵直的时间要短得多 如在屠宰后最初几小时内将鲜肉进行烹饪加工，其肉味不美而且粗韧，肉汤则浑浊而 缺乏风味。相反，同样的肉在宰后于适当温度中经过相当时间后，则肉变成柔嫩多汁 而味美，肉汤透明而风味佳适，且被胃蛋白酶的可消化程度增高，此种肉就称为成熟 肉，经过程序则叫做成熟或后熟（softening and mortem） 肉的僵硬是由于组织内糖酵解酶在发挥作用，使糖原转变为葡萄糖，葡萄糖分解而生 成乳酸。在胴体充分僵硬后，由于结缔组织的松散以及组织固有酶的作用，肉逐渐变 软，保水性提高，风味变佳，这个过程称为肉的成熟。成熟的肉食用价值最高 为了保证肉的成熟，同时不受微生物的侵袭，必须在低温下完成肉的成熟过程
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在肉成熟后，由于在不合理的条件下保藏，使肉长时间保持高温，致肉里的组织蛋白 酶活性增强而发生组织蛋白的强烈分解，并放出硫化氢和其它不良的挥发性物质，这 个过程称为肉的自溶（autolysis） 常见于未经充分冷却而堆叠的胴体或肉块，尤其是肥大猪的胴体 严重自溶的肉, 可见其肥膘层带污绿色，系由于硫化氢或硫醇等血红蛋白结合，形成硫 血红蛋白之故 自溶阶段的肉的特征是：肌肉暗淡无光泽，呈褐红色、灰红色或灰绿色，具强酸气 味，H2S 阳性，同时产生酸性酵解 酸性酵解是由产酸的微生物所引起, 并以在肉中形成酸性酵解产物为特征。酸性发酵可 暂时地抑制腐败细菌的生长，但不能够抵抗霉菌，所以会出现霉菌和酵母菌的生长和 霉解。酸性发酵肉的特征：肌肉淡白或灰白色，弹性有些软化，发出不愉快的臭气， 呈强酸性反应（pH5.4～5.6） 自溶阶段始于成熟后期，是质量开始下降阶段。特点是蛋白质和氨基酸进一步分解， 腐败微生物也大量繁殖，烹调后肉的鲜味、香味明显消失，自溶阶段的肉不可食用
α —— 食品与周围介质的表面传热系数，W/(m2·℃) ；
பைடு நூலகம்
τ —— 热交换过程的时间，h；
t1 —— 食品某一时刻的温度，是定性温度，℃； t2 —— 冷却介质的温度，℃；
注 意 ： 左 面 的 公 式 不 能 作 为 计 算 使 用 ， 只 能 定
Q
τ
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—— 食品与周围介质的热交换速度；kJ/(kg · h)
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2.2.1 食品热交换的基本概念
食品热交换的基本公式
F Q = ατ (t1 − t 2 ) m
或
Q
τ
=
F α (t1 − t 2 ) m
(2-1)
式中：Q —— 1kg食品在冷却时所放出的热量，W； F —— 食品的散热表面积，m2； m —— 食品的质量，kg；
性 说 明 食 品 热 交 换 进 行 的 程 度
(2-2)
Ql —— 食品冷却过程中，从高温降到低温所放出的热量， kJ； Q2 —— 果蔬食品冷却过程中放出的呼吸热量， kJ； Q3 —— 屠宰后肉类食品冷却过程中放出的生化反应热量，kJ
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对于新鲜果蔬食品式 (2-2)为
Q0 = Q1 + Q2
= G (h1 − h2 ) + G ⋅ q1 + q2 ⋅τ 2
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一般来讲，果蔬在采摘后如不及时预冷，前5h是其腐烂、变质进而失去商品价值最快 的时间段 西洋梨采摘两天后冷却水分损失5%，三天后冷却水分要损失10%；草莓采后冷却延迟 两小时，其可食用性从93%降到80%，冷却延迟六小时，维生素C、蔗糖、果糖、葡萄 糖等大量损失；芦笋冷却延迟四小时距离切面5cm处的剪切力从2.1N增加到2.8N，冷却 延迟20小时剪切力成倍增加；甘蓝和红树莓在品质下降前最大冷却延迟分别是6小时和 2小时；苹果具有较长的货架期和较低的呼吸速率，在3.3℃下可贮藏7.5个月，为了防 止苹果硬度和酸度的变化，应该在采后三天内冷却 预冷概念是由Powell及其合作者在1904年提出的，即预冷是使果蔬蓄存的田间热得以尽 快去除的过程，在整个果蔬保鲜冷链中起着极为重要的作用。因此，采摘后在尽可能 短的时间内能够去除田间热是预冷技术的特点
(2-2-1)
式中：G —— 被冷却食品的重量，kg； h1 —— 被冷却新鲜果蔬食品进入冷却间初始温度时的焓值，kJ/kg； h2 —— 被冷却新鲜果蔬食品进入冷却间内终止降温时的焓值，kJ/kg； ql —— 被冷却新鲜果蔬冷却初始温度时的呼吸热量，kg/(kg·h)； q2 —— 被冷却新鲜果蔬冷却终止温度时的呼吸热量，kg/(kg·h)；
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2.2.2 食品冷却时的耗冷量
高温食品进入冷却间后、就不断向它周围的低温介质散发热量，直至它被冷却到和周围 介质相同的温度为止。冷却过程中食品的散热量常称之为冷耗量。食品在冷却过程中的 冷耗量可以按照下式计算
Q0 = Q1 + Q2 + Q3
式中：Q0 —— 食品冷却过程中的总散热量即总冷耗量，kJ；
由上式可看出，食品与周围介质的热交换速度和食品的散热表面积的大小成正比，而 且还和食品的散热表面积与食品质量的比值 F/m 有关。F/m 的数值越大，Q/τ 的数值 也越大，说明食品的冷却时间越短
由于
F F = m Vρ
式中：V —— 食品的体积，m3；
ρ —— 食品的密度，kg/m3。
对一种物质来说，密度是一个常数。所以有
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进入自溶阶段的肉进一步恶化达到腐败（rancidity） 肉的腐败主要是由于被一定数量的腐败细菌污染，肉的保存温度又适合于细菌的生长 繁殖而引起 腐败性败坏系由于细菌性酶的作用所致的蛋白质分解，伴有硫化氢、氨及硫醇的释 出，在冷藏新鲜肉上占优势的腐败细菌系革兰氏阴性细菌，腌制肉的败坏常由于革兰 氏阳性细菌、酵母及霉菌生长的结果 新鲜肉的陈腐通常伴有瘦肉表面的发暗，系由于肌红蛋白被氧化成为正铁肌红蛋白之 故 肉的表面败坏时常可以观察到，但有时败坏来源于肌肉组织的深层，这种深层败坏常 见于对猪牛胴体的处理不当。从刀口而进入循环系统，再转入于肌肉组织内。另一种 可能包括栖居于组织的微生物所引起的败坏
第二章 食品的冷却
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2.1 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 对于肉类原料，冷却过程并同时伴随着成熟过程，肉类原料成熟过程的进行使其柔 软，增加风味物质的生成，提高肉类原料的香气、滋味，提高肌肉组织的持水性、弹 性，并使其更易于人体消化吸收。同时，在肉类食品冷却时会在肉体表面形成一层干 燥膜，抑制微生物生长繁殖，减缓肉体内部水分蒸发 果蔬的成熟和采摘期多在炎热高温的夏、秋季节进行，采摘后的果蔬蓄存大量的田间 热量，这些田间热促进呼吸作用的增强．消耗大量有机物质，同时放出热量，加剧了 微生物的繁殖和营养成分的消耗破坏，导致果蔬的衰老与死亡，降低了经济价值。因 此，在果蔬采摘后，如何尽快消除田间热和控制呼吸强度是保鲜的关键步骤