食品冷藏与冷冻技术综述综述

食品冷冻与冷藏技术综述

——食品冷冻的加工分析

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【摘要】: 食品冷冻加工的目的是尽可能保持食品原有的品质特性，改善和提高食品的品质特性，满足人们的不同需求，提高食品的利用价值和经济价值。食品生产商必须从原材料、生产过程、产品配方、包装运输等方面来保证并提高冷冻产品的品质。在众多环一节中，把好原材料关是生产高质量产品的前提；其次有效地控制并优化生产工艺和工序有助于减少对食品的破坏和降低生产成本；再者使用食品添加剂也是提高加工产品的质量的有效方法，有利于改善食品品质和色、香、味和型等；同时高新技术及先进设备发展也给食品质量的改善带来了新的机遇和挑战；最后加强低温食品的物流管理也是必不可少的环节。速冻方便食品正以其营养、美味、方便和品种丰富的优势而越来越受到国内外广大消费者的青睐，更因其稳定的冷藏货架期寿命而得天独厚地成为了弘扬中华传统饮食文化的代言人。也正如此，速冻方便食品的加工面临着传统工艺与工业化生产、传统风味保持与苛刻的安全卫生法规以及薄利与高成本等方面的矛盾与困惑。设法跨越这个槛势在必行，而本文就将邀请读者一起思考和探讨解决速冻方便食品加工中各项困惑的有效途径---依靠科学的风险分析原理，对速冻方便食品的生产加工体系进行全面地风险评估，识别出危害；对显著危害制定合理、可行和经济的风险管理措施；并对其运行状况作出客观的风险评价。当然，根据内外部因素的不断变化，风险分析过程也应不断地回顾和确认，风险分析结果也必然因此而得到适时适当的动态调整。

【关键词】：食品冷冻玻璃化

食品冷冻是一项复杂的物理加工技术。从物理学角度，传热和传质过程是影响食品质量的主要因素，但是不忽视冷链流通中的微生物作用和各种生化反应。理解这些平行且相互联系的过程对于冷冻过程的控制和最优化是必要的。

冷冻过程的强化是改善冷冻食品品质的主要因素，以此可以达到缩短加工周期和优化产品质量的目的。在冷冻产品与冷却介质间，传热系数是影响强化冷冻的主要因素之一冷冻时间的预测对食品冷冻加工的设计至关重要，因为食品材料的冷冻时间决定了食品在冷冻设备内的保留时间和工厂的加工产量。预

测模型也有助于建立冷冻条件的变化（比如产品尺寸、分布及产品的初始温度等）对冷冻时间影响的关系，还可以确立加工因素与产品的特性的关系。

首先说一下动态分散介质的强化冷冻理论，冷冻时间的模拟1941 年Plank 最早对无限大平板状食品模型的冻结时间进行了理论分析。在进行理论分析时，作了以下假设：

①被冻结食品的初始温度均匀一致，并且冷却介质的温度不变

②食品内的传热以导热为主，食品表面的放热系数均匀一致且为常量；

③冻结过程中食品的热学物理性质不变；

④食品有一个确定的结冰温度点；

⑤被冻结食品的温度在整个冻结过程均为同一温度，食品的结冰温度；

⑥冻结过程为稳定的传热过程；

⑦食品水分在冻结前全部为液态。

得出的结论是：静止空气冷冻向吹风冷冻的发展虽然提高了冻结速率但直接增加了能耗，而冷冻过程的优化即意味着提高热交换效率和减少能耗。

接下来是可食性膜的分析：过去的35 年中，大量的研究表明可食性膜(edible coatings and films)能够有效地阻止食品的品质损失，延长食品的货架期。可食性膜是指通过包裹、浸渍、涂布、喷洒而覆盖在冷冻食品表面或多组分食品内部界面上的一层以天然可食性物质为原料通过不同分子间相互作用而形成的具有多孔网络结构的保护膜。可食性膜具有以下特点：

①明显的阻水性，可延缓食品中水和油及其它成分的迁移和扩散；

②可选择的透气性和抗渗透能力，阻止食品中风味物质的挥发；

③较好的物理机械性能，可提高食品表面机械强度使其易于加工处理；

④可以作为食品色、香、味、营养强化和抗氧化物质等的载体；

⑤可与被包装食品一起食用，对食品和环境无污染。

冷冻食品在消费之前，必定经过加工、贮藏和运输等过程，因此膜必须具有耐温度波动和转运应力变化的特性。可食性膜一般按原料大体可分为以下四类：多糖类可食性膜、蛋白质类可食性膜、脂类可食性膜和复合型可食性膜。

第三我要讲一下玻璃化的转变

玻璃化转变的基本理论：1.当一种成分从液态冷却到其熔点温度以下，在大多数情况下，形成的固体结构既可能是晶体结构也可能是无定形结构，取决于冷却速率。当冷却速率较低时，有“足够长的时间”使分子形成较为稳定的晶体结构，相反如果速率太快即所谓的激冷(quenching)，无论分子具有何种结构，分子几乎都是处于“冻结”状态，在这个过程中捕获其它分子尤其是水分子形成无定形结构。

很明显，系统自然倾向于从无定形结构向晶体结构转化，这一过程所需的时间与分子的流动性有关。水分本身在自然状态不会发生这一过程，只有在高压状态、高度激冷(hyper quenching)或汽相沉淀(vapor deposition)等条件下可以形成无定形的固体水。冰晶周围剩余的未冻溶液随温度下降，浓度不断升高（称为不可冻水），此时的溶液达到最大冻结浓缩状态，浓度较高，它以非晶态基质的形式包围在冰晶周围，最终形成镶嵌着冰晶的玻璃体。一般将基质在低于玻璃化转化温度时所处的状态称为玻璃态，将基质在高于玻璃化转变温度时所

处的状态称为橡胶态。

实验分析得出玻璃化转变温度的影响因素：

(1)水的增塑性对Tg 的影响：水的Tg 极低，为-135℃。自由体积理论认为水是“活动的增强者” ，它增加了体系的自由体积，降低了体系的黏度。在没有其它外界因素的影响下，水分含量是影响食品体系玻璃化转变温度的主要因素。

(2)分子链的平均长度影响：玻璃化转变和Tg 的另外一个重要因素是分子链的平均长度。一般来说，平均分子量越大，分子结构越坚固，越不易变形；分子自由体积越小，体系赫度越高。从而Tg 也越高。但当分子量超过某一临界值（临界分子量）时，Tg 不再依赖于分子量，而是趋向于一个常数。

(3)食品组分与Tg 的定量关系通过改变基质的配方来改变基质的Tg。考虑多种组分和添加剂的影响以及了解物质的多态性是非常必需的，因为每种构象对整个结构的Tg 会产生不同的影响，并且影响分子构象的内因或外因如pH 也将影响整个结构的Tg。

那么玻璃化在冷冻食品中有什么应用呢？

1.冷冻食品的玻璃化转变如果食品的贮藏温度低于Tg ，食品内任何一种变化的速率将急剧减小，此时产品事实上处于稳定的玻璃态，分子活动仅限于振动和变旋态。

2.食品基质的复杂性糖以无定形结构或晶体形式存在，具有增塑效应。无定形结构的糖类导致基质具有更高的Tg，但是考虑合理的结晶速率是否满足贮藏条件是很重要的，因为这对降低Tg 值（使之低于设计值）和提高结晶速率有着重要的影响。一般认为，食品中的蛋白质的玻璃化转变温度都相对较高，不会对食品的加工及贮藏过程产生影响。

3.冷冻过程中可以通过添加蔗糖、葡聚糖、多肽、抗冻蛋白或甘油等抗冻剂来防止重结晶现象，其具体保护机制仍不清楚。显然，任何种能够增加了Tg 的抗冻剂都能够降低体系的重结晶速率。这些现象有一个共同点：都受水分和其它分子的活动性的影响。新陈代谢速度通常与物质的扩散有关，反过来与黏度高度相关。

最后说一下抗冻剂。冷冻保护剂或抗冻剂(cryoprotectant)是指能够改善冷冻食品在冷冻一解冻循环中的品质并延长其货架期的化合物。这类物质既可由人为地在食品配方或加工过程中添加，也可由在食品基质中衍生的生活有机体自然产生。

一、蛋白质表面溶质排除效应相容性物质可分为两类：第一类与蛋白质的相互作用由溶液的特性严格限定一蛋白质缓慢地与溶剂发生化学作用，这一类相容物质通常起稳定作用，因为蛋白质一溶剂的界面增加并逐步伸展(on unfolding)；

第二类与蛋白质的相互作用由蛋白质表面的化学本质决定，因此必须了解在天然和变性状态时相互作用的本质以确定被天然蛋白质排除的相容性物质是否是稳定剂。

总之有效地控制并优化生产工艺和工序有助于减少对食品的破坏和降低生产成本；再者使用食品添加剂也是提高加工产品的质量的有效方法，有利于改善食品品质。