(工艺技术)第六章冷冻工艺学冻结

平板状食品2
半径为R的圆柱状食品，它的圆周面都一样的被冷却。圆柱状食品的冷却与平板状食品不同的是，它内部的传热面积与半径R成正比，其他均相同。
圆柱状食品
球状食品
半径为R的球状食品，它的表面都一样的被冷却。球状食品的冷却与平板状食品不同的是，它内部的传热面积与半径R成正比，其他均相同。
食品的冷却时间
冷却方法
美拉德反应
焦糖化反应
抗坏血酸氧化
抗坏血酸
氧化
脱氢抗坏血酸
氨基酸
美拉德反应
红褐色产物
抗坏血酸
缺氧
酸性条件
糠醛
聚合
褐色物质
＋
★
温度
范特霍夫(Vant Hoff)规则
即温度每升高10℃，化学反应的速度增加2~4倍。
Q10=υ(t+10)/υt
（temperature coefficient）
反应速度常数与绝对温度成指数关系
低氧化还原电势（Eh）
添加防腐剂（Pres）
竞争性菌群
辐照
德国肉类研究中心Leistnrer（1976）提出的
障碍因子
栅栏效应
从微生物学角度考虑，栅栏效应（hurdle effect）是指在保藏食品的数个栅栏因子中，它们单独或相互作用，形成特有的防止食品腐败变质的“栅栏”（hurdle），使存在于食品中的微生物不能逾越这些“栅栏”。
3.1低温对微生物的影响
60~80
55~75
40~45
嗜热微生物
（thermophile）
40~50
25~40
10~15
嗜温微生物
（mesophile）
20~40
10~20
-10~5
嗜冷微生物
(psychrophile)
举例
最高温度
最适温度
最低温度
类群
微生物的适应生长温度（℃）
温泉、堆肥中微生物
腐败菌、病原菌
这是因为商业化冷冻的农产品是在成熟度和营养价值最高时候采收，直接送到最近的冷冻工厂立即处理而得以保存其营养成分。
第二节食品冷冻保藏原理
新鲜的食品在常温下存放，由于附着在食品表面的微生物作用和食品内所含酶的作用，使食品的色、香、味和营养价值降低，如果久放，能促使食品腐败或变质，以致完全不能食用，这种变化叫做食品变质。
食品防腐可利用的栅栏因子很多，但就每一类食品而言，起重要作用的因子可能只有几个，因通过科学分析和经验积累，准确地把握其中的关键因子。
研究的思路
对于一种稳定性高、保藏性好的食品，AW、pH值、t、Pres等栅栏因子的联合或复杂的交互作用，对抑制微生物生长、繁殖、产毒起着关键的作用，任何单一因子都不足以抑制微生物的危害。
★
酶的作用
多聚半乳糖醛酸酶：催化果胶中多聚半乳糖醛酸残基之间的糖苷键水解，导致组织软化
酯氧合酶：催化脂肪氧化，导致臭味和异味产生
果胶甲酯酶：催化果胶中半乳糖醛酸酯的脱酯作用，可导致组织硬化
抗坏血酸酶：催化抗坏血酸氧化，导致营养素的损失
叶绿素酶：催化叶绿醇环从叶绿素中移去，导致绿色的丢失
酶的作用
★
非酶作用
速冻汤圆
国内速冻食品存在的问题
产品品种亟待增加
中国，150多个品种
美国，速冻食品多达2700多种
日本的速冻食品据说有3100多种
质量、风味有待提高
慢冻食品
粘连现象
购买者购买的首要原因是因为方便，至于对于产品口味的评价，只有9％的购买者表示“好吃”或“很好吃”。
打折促销
包装有待升级
塑料袋包装已不符合当今世界食品包装潮流，纸盒包装是新的发展趋势。
环境温度
物料形状
食品的冷却速度就是食品温度下降的速度，由于食品内各部位的温度不一样，所以食品温度的下降速度只能以食品平均温度的下降速度来表示。
物料内部温度
表面温度θs
中心温度θc
表面与中心之间的温度差θm
平均温度ˉθ
食品内部温度的分布是向上方凸的曲线，离表面越近，温度梯度越大，因此冷却速度也越大。从图2-3中可看出，表面温度θs下降的速度最快，中心温度θc下降最慢，特别是冷却的开始阶段，食品中心部位的温度下降得特别缓慢。
水和冷库中的微生物
微生物对于低温的敏感性较差。绝大多数微生物处于最低生长温度时，新陈代谢已减弱到极低的程度，呈休眠状态。
进一步降温，就会导致微生物的死亡，不过在低温下，它们的死亡速度比在高温下缓慢得多。
低温对微生物影响的一般情况
低温对微生物影响的特殊情况
少数微生物能在一定的低温范围还可以缓慢生长。温度在6℃时几乎能阻止所有食物中病原菌的生长，但有一些嗜冷菌尚能缓慢生长。
速冻食品
从1995年起，我国速冻食品的年产量每年以20％的幅度递增，成为90年代发展最快的食品加工业，速冻食品年产量接近1000万吨。近年来，我国现有各类速冻食品生产厂家近2000家，年销售额达100亿元。
20世纪70年代初
速冻蔬菜
20世纪80年代初
速冻点心
速冻调理食品
20世纪90年代初
速冻饺子
速冻馄饨
故降低食品的环境温度，就能降低食品中化学反应速度，延缓食品的质量变化，延长储藏寿命。
温度系数
2.栅栏技术
2.1栅栏技术的提出
变质食品
食品
加工、储运、销售和消费
低温保藏、罐藏、浓缩保藏、化学保藏、发酵保藏、辐照保藏
栅栏因子（hurdle factor）
高温处理（F）
低温冷藏（t）
降低水分活度（AW）
酸化（pH值）
冷冻工艺学
我国古代的冷藏技术
战国时期——铜冰鉴
1977年于湖北随县曾侯乙墓出土一件冰酒器。
汉朝——人们已经掌握了用地窖来贮藏天然冰的技术。
大富人家，地下有冰室，室有数井，井深十五丈，用于藏冰及石墨。由此可见，在一千七百多年前的三国时代，利用天然冰雪来降温和保藏食品的规模已经相当可观，这在当时世界上是首屈一指的。
低温保藏对食品贮藏的影响
第三节食品冷藏工艺技术
食品的冷却
食品的冷藏
食品在冷藏过程中的质量变化
食品冷藏工艺
食品的冷却和冷藏
冷却
是冷藏的必要前处理，其本质上是一种热交换的过程，冷却的最终温度在冰点以上。
冷藏
是冷却后的食品在冷藏温度(常在冰点以上)下保持食品品质的一个储藏方法。
3.1食品的冷却
冷却的目的
冷却速度和冷却时间
这种食品即是稳定和安全的。
栅栏效应的例子
理想化栅栏效应模式
较为实际型栅栏效应模式
初始菌数低的食品栅栏效应模式
初始菌数多或营养丰富的食品栅栏效应模式
栅栏效应的例子
栅栏效应的例子
经过热处理而又杀菌不完全的食品栅栏效应模式
栅栏顺序作用模式
栅栏效应的例子
栅栏协同作用模式
栅栏效应是食品保藏性的根本所在
栅栏效应揭示了食品保藏的基本原理
3.2低温对酶活性的影响
食品中的许多反应都是在酶的催化下进行的，而酶的活性(即催化能力)和温度有密切关系。大多数酶的适宜活动温度为30~50℃。随着温度的升高或降低，酶的活性均下降。
温度系数Q10
温度系数Q10可衡量因温度而发生变化的酶的活性：
Q10=K2/K1
K2为温度增加到T+10K时酶活性所导致的化学反应率。
当食品厚度很小时，冷却速度与对流放热系数K成正比，而与导热系数λ无关。在这种情况下，对流放热速度K是影响冷却速度的主要因素，因此增大冷却介质的流动速度，提高K的数值就可以增大冷却速度，缩短冷却时间。
平板状食品1
当食品厚度很厚时，冷却速度与导热系数λ成正比，而与对流放热系数A无关。在这种情况下，导热的快慢是决定冷却速度的关键，企图通过增大空气流速来加快冷却速度是困难的，只有减小食品的厚度来增大冷却速度。
（Biblioteka Baidu艺技术）第六章冷冻工艺学冻结
第四章食品的低温保藏
绪论
掌握食品低温保藏的原理
掌握食品冷却与冷藏方法及其质量控制
掌握食品冻结与冻藏方法及其质量控制
了解食品解冻过程、方法及其质量控制
第一节绪论
我国古代的冷藏技术
制冷技术的发展历史
国内外冷冻食品的发展现状
食品冷藏与冻结技术的发展
是一门使用人工制冷技术来降低温度以保藏食品和加工食品的科学，即它是专门研究如何使用低温条件来达到最佳地保藏食品和加工食品的方法，以使各种食品达到最大保鲜程度。
国内外冷冻食品的发展现状
中国
1891年在上海制造人造冰
1915~1916年，上海、南京、汉口等地先后建成了由外国资本经营的冻蛋、冻肉、冻家禽厂。
到1933年，这类冷库增加到30~35座。
20世纪60年代和80年代两个重要的发展阶段
制冷
自1999年起，全国连锁超市中销售的食品日用品中，速冻食品销售额均名列第一。
冷却方法
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，使食品温度在尽可能短的时间内(一般为几小时)降低到冰点以上，从而能及时地抑制食品中微生物的生长繁殖和生化反应速度，保持食品的良好品质及新鲜度，延长食品的储藏期。
食品冷却一般是在食品的产地进行
产地
加工车间
冷藏库
市场
低温环境
保持食品原有品质
阻止微生物的繁殖
唐朝之后——天然冰雪作为冷源已经被广泛利用
《马可·波罗行记》
13世纪
明代运河两岸修建冰库
清代光绪年间，北京已专设冰窖
我国北方某些地方仍有采用。
制冷技术的发展历史
1834年英国人Jacob Perhking发明了以乙醚为冷媒的压缩式冷冻机，他是世界上第一部实用的冷冻机。
1860年法国人发明以氨为制冷剂，以水为吸收剂的压缩式冷冻机。
美国用于速冻食品包装的纸盒内外表层都涂有一种可耐249摄氏度高温的塑料膜，这种包装可在微波炉和普通烤箱中加热，其成本也较低。
美国
人均年消费冷冻食品
2000年已达63.6kg
世界第一位
日本
韩国
台湾省
l0kg以上
英、法、德等欧盟国家
20~40kg
如何理解冷冻食品比新鲜食品更新鲜，冷冻被认为是保存食物的最佳方式
1872年美国人David、Boyle与德国人Carl Von Lnde分别单独发明以氨为冷媒的压缩式冷冻机。这些冷冻机当时为制冰机使用，代替天然冷源。
1877~1878年法国人Charles Tellier为解决把牛羊肉从新西兰和阿根廷等国运回法国，开始用氨吸收式冷冻机。
1930年以来，在家用冰箱上，大量使用无毒、无味的氟利昂制冷剂，它不像氨气那样有爆炸的危险。但氟利昂易破坏臭氧层，所以又推出了溴化锂、含氢氟烃等冷媒。
采摘后
24h冷却
96h后冷却
0℃下储藏5周
不腐烂
梨
30%的梨腐烂
甜玉米糖分贮藏过程中的丧失情况
冷却速度和冷却时间
食品在冷却过程中，内部热量传递（Q）依傅里叶定律：
Q= -λFgradT
gradT为温度梯度(K·m-1)；
λ为导热系数(W·m-1·K-1)；
F为导热面积(m2)。
食品的冷却速度
物料内部温度
Q10为温度每增加10K时因酶活性变化所增加的化学反应率；
K1为温度T时酶活性所导致的化学反应率；
几种水果呼吸速率的温度系数Q10
部分蔬菜呼吸速率的温度系数Q10
低温对酶活性影响的情况
酶活性在冷冻、冷藏中虽有显著下降，但并不说明酶完全失活，即低温对酶并不起完全的抑制作用，在长期冷藏中，酶的作用仍可使食品变质。
3.3低温对其他变质因素的影响
氧化作用、生理作用、蒸发作用、机械损害、低温冷害等。
无论是细菌、霉菌、酵母菌等微生物引起的食品变质，还是由酶引起的变质以及其他因素引起的变质，在低温的环境下，可以延缓、减弱它们的作用，但低温并不能完全抑制它们的作用，即使在冻结点以下的低温，食品进行长期储藏，其质量仍然有所下降。
1.引起食品腐败变质的主要因素
生物学因素
化学因素
其他因素
微生物
酶的作用
非酶作用
氧化作用
温度
水分
光
乙烯
外源污染物
物理因素
害虫和啮齿动物
害虫对于食品储藏的危害性很大
某些食品储藏损耗加大的直接原因
由于害虫的繁殖、迁移，以及他们所遗弃的排泄物、皮壳和尸体等还会严重污染食品，使食品丧失商品价值。
目前对食品危害性大的害虫有甲虫类、蛾类、蟑螂类和螨类。
栅栏技术的应用
用于食品加工和保藏中的微生物控制
用于食品加工、保藏中的工艺改造
新产品开发
3.食品低温保藏原理
微生物繁殖和酶的活动都与温度有关，随着温度降低，特别是食品在冻结时，生成的冰晶体使微生物细胞受到破坏，使微生物丧失活力不能繁殖，甚至死亡；同时酶反应受到严重抑制，失去催化能力，甚至被破坏。其他反应如呼吸作用、氧化等也随温度的降低而显著减慢。因此，食品就可在低温条件下长期储藏而不会腐败变质。
20世纪70年代，出现了液态氮和液态二氧化碳作为冷媒的制冷技术，它可以直接喷洒在食品的表面，不仅可以急冷，而且可以进行深冷，如果用液氮利用得到-196℃的低温。
食品冷藏与冻结技术的发展
冷冻食品的形式不断得到改进
冻结方式的改进
冷源的制冷装置也有新的突破
对于各种食品的冷冻、冷藏、运输、销售等各个环节的温度条件有了进一步的认识
空气冷却法
冷水冷却法
碎冰冷却法
真空冷却法
利用强制流动的低温冷空气流过食品表面使食品的温度下降的一种冷却方法。
空气冷却法
方法
空气
冷却
冰块或机械制冷
风道
吹出
冷却间或冷藏间
热量
降温
循环
冷空气
冷风机
食品
五种不同吸吹风形式的冷风机
冷风机
肉类冷风冷却装置
冷风冷却系统示意图
循环
吊钩
风道