第2章食品的冷藏原理

第二章

食品的低溫保藏低溫保藏食品的歷史公元前一千多年，我國(guó)就有利用天然冰雪來貯藏食品的記載。凍結(jié)食品的產(chǎn)生起源于19世紀(jì)上半葉冷凍機(jī)的發(fā)明。1834年，JacobPerkins（英）發(fā)明了以乙醚為介質(zhì)的壓縮式冷凍機(jī)。1860年，Carre（法）發(fā)明以氨為介質(zhì)，以水為吸收劑的吸收式冷凍機(jī)。1872年，DavidBoyle（美）和CarlVonLinde（德）分別發(fā)明了以氨為介質(zhì)的壓縮式冷凍機(jī)，當(dāng)時(shí)主要用于制冰。1877年，CharlesTellier（法）將氨-水吸收式冷凍機(jī)用于冷凍阿根廷的牛肉和新西蘭的羊肉并運(yùn)輸?shù)椒▏?guó)，這是食品冷凍的首次商業(yè)應(yīng)用，也是冷凍食品的首度問世。20世紀(jì)初，美國(guó)建立了凍結(jié)食品廠。20世紀(jì)30年代，出現(xiàn)帶包裝的冷凍食品。二戰(zhàn)的軍需，極大地促進(jìn)了美國(guó)凍結(jié)食品業(yè)的發(fā)展。戰(zhàn)后，冷凍技術(shù)和配套設(shè)備不斷改進(jìn)，冷凍食品業(yè)成為方便食品和快餐業(yè)的支柱行業(yè)。20世紀(jì)60年代，發(fā)達(dá)國(guó)家構(gòu)成完整的冷藏鏈。冷凍食品進(jìn)入超市。冷凍食品的品種迅猛增加。冷凍加工技術(shù)從整體凍結(jié)向小塊或顆粒凍結(jié)發(fā)展。我國(guó)在20世紀(jì)70年代，因外貿(mào)需要冷凍蔬菜，冷凍食品開始起步。80年代，家用冰箱和微波爐的普及，銷售用冰柜和冷藏柜的使用，推動(dòng)了冷凍冷藏食品的發(fā)展；出現(xiàn)冷凍面點(diǎn)。90年代，冷鏈初步形成；品種增加，風(fēng)味特色產(chǎn)品和各種菜式；生產(chǎn)企業(yè)和產(chǎn)量大幅度增加。第一節(jié)食品低溫保藏原理概述低溫對(duì)微生物的影響低溫對(duì)酶活性的影響低溫對(duì)非酶作用的影響概述食品原料有動(dòng)物性和植物性之分。食品的化學(xué)成分復(fù)雜且易變。食品因腐爛變質(zhì)造成的損失驚人。引起食品腐爛變質(zhì)的三個(gè)主要因素。一、低溫對(duì)微生物的影響

任何微生物都有一定正常生長(zhǎng)和繁殖的溫度范圍。溫度越低，它們的活動(dòng)能力也越弱。8

溫度下降，酶活性隨之下降，物質(zhì)代謝減緩，微生物的生長(zhǎng)繁殖就隨之減慢。由于各種生化反應(yīng)的溫度系數(shù)不同，降溫破壞了原來的協(xié)調(diào)一致性，影響微生物的生活機(jī)能。影響微生物低溫致死的因素1.溫度冰點(diǎn)以上：微生物仍然具有一定的生長(zhǎng)繁殖能力，雖然只有部分能適應(yīng)低溫的微生物和嗜冷菌逐漸增長(zhǎng)，但最后也會(huì)導(dǎo)致食品變質(zhì)。9

-8～-12℃，尤其-2～-5℃（凍結(jié)溫度）,微生物的活動(dòng)會(huì)受到抑制或幾乎全部死亡。當(dāng)溫度急劇下降到-20～-30℃時(shí)，所有生化變化和膠體變性幾乎完全處于停頓狀態(tài).影響微生物低溫致死的因素2.降溫速度凍結(jié)前，降溫越快，微生物的死亡率越大。

在迅速降溫過程中，微生物細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝所需的各種生化反應(yīng)的協(xié)調(diào)一致性被迅速破壞。凍結(jié)時(shí)，緩凍將導(dǎo)致大量微生物死亡，而速凍則相反。103.結(jié)合狀態(tài)和過冷狀態(tài)急速冷卻時(shí)，如果水分能迅速轉(zhuǎn)化成過冷狀態(tài)，避免結(jié)晶形成固態(tài)玻璃體，就有可能避免因介質(zhì)內(nèi)水分結(jié)冰所遭受的破壞作用。微生物細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)含有大量結(jié)合水分時(shí)，介質(zhì)極易進(jìn)入過冷狀態(tài)，不再形成冰晶體，有利于保持細(xì)胞內(nèi)膠體穩(wěn)定性。4.介質(zhì)高水分和低pH值的介質(zhì)會(huì)加速微生物的死亡，而糖、鹽、蛋白質(zhì)、膠體、脂肪對(duì)微生物則有保護(hù)作用。5.貯存期低溫貯藏時(shí)微生物一般隨貯存期的增長(zhǎng)而減少；但貯藏溫度越低，減少量越少，有時(shí)甚至沒減少。貯藏初期微生物減少量最大，其后死亡率下降。二、低溫對(duì)酶的影響11k(t+10)、kt分別表示在(t+10)℃和t℃時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)。溫度系數(shù)Q10衡量酶的活性隨溫度的變化。多數(shù)酶活性化學(xué)反應(yīng)的Q10值在2-3。意義：溫度下降10k,酶活性減弱1/2-1/3。0-10℃溫度變化對(duì)呼吸速率影響較大。P47二、低溫對(duì)酶的影響低溫可抑制酶的活性，但不使其完全失活。故凍制品解凍后酶將重新活躍，使食品變質(zhì)。通常采用預(yù)煮，破壞酶活性，然后再凍制。12三、低溫對(duì)非酶因素的影響各種非酶促化學(xué)反應(yīng)的速度，都會(huì)因溫度下降而降低。13第二節(jié)食品的冷卻冷卻是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，利用低溫介質(zhì)降低食品溫度的一種熱交換過程。冷藏是將、經(jīng)過冷卻的食品在稍高于冰點(diǎn)的溫度下貯藏的方法。植物性食品的冷藏保鮮分割肉的冷藏銷售水產(chǎn)品的冷藏保鮮14一、食品的冷卻冷卻目的：轉(zhuǎn)移生化反應(yīng)熱；阻止微生物繁殖；抑制酶的活性和呼吸作用；為后續(xù)加工提供合適的溫度條件。15二、冷卻方法a.空氣冷卻法利用低溫冷空氣流過食品表面降低食品溫度的方法。可控參數(shù)：空氣的溫度、相對(duì)濕度和流速。冷風(fēng)冷卻系統(tǒng)示意圖二、冷卻方法特點(diǎn)冷卻過程易控制；可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化作業(yè)；易引起水分蒸發(fā)產(chǎn)生干耗。例：冷鮮肉宰殺→降溫至18～20℃→排酸→冷藏鏈90min內(nèi)4℃24h二、冷卻方法b.冷水冷卻法浸漬式：浸沒在冷水中，不停地?cái)嚢枥渌岣邆鳠崴俣群途鶆蛐?。噴淋式：食品在傳送帶上，冷卻水從上方噴淋而下二、冷卻方法特點(diǎn)冷卻速度快而均勻；無干耗；可連續(xù)化作業(yè)，所需空間??；易引起微生物污染。適用范圍家禽、水產(chǎn)、部分果蔬、罐頭食品c.碎冰冷卻法利用冰塊融化吸收相變熱，降低食品的溫度的方法。特點(diǎn)簡(jiǎn)便易行；冷卻后品溫≥0℃；可避免干耗；過程控制困難。適用范圍水產(chǎn)品、某些果蔬。二、冷卻方法d.真空冷卻法降低環(huán)境壓力，促使食品表面水分蒸發(fā)而降溫的方法。特點(diǎn)冷卻迅速，品質(zhì)好；可以處理散裝食品；設(shè)備投資大，運(yùn)行成本高。e.熱交換器冷卻法二、冷卻方法二、冷卻方法22三、食品的冷藏1、空氣冷藏法

a.冷藏的方法自然空氣冷藏法：利用自然的低溫空氣儲(chǔ)藏食品。機(jī)械空氣冷藏法：制冷劑機(jī)械冷藏法冷藏——經(jīng)過冷卻的食品在稍高于冰點(diǎn)的溫度下貯藏的方法。b.蒸汽壓縮式制冷機(jī)原理制冷原理圖常溫高壓液態(tài)高溫高壓氣態(tài)冷藏庫(kù)蒸發(fā)器壓縮機(jī)冷凝器儲(chǔ)液器膨脹閥低溫低壓氣液混合氣態(tài)P↑，T↑T↓P↓，T↓T↑c(diǎn).影響空氣冷藏效果的因素貯藏溫度以稍高于食品的凍結(jié)點(diǎn)溫度為佳?？諝獾南鄬?duì)濕度相對(duì)濕度維持在適當(dāng)?shù)乃剑瑫r(shí)考慮溫度的影響?？諝獾牧魉僭谟行мD(zhuǎn)移生化反應(yīng)熱和均勻溫度的前提下，氣流速度越低越好。（一般不超過0.3－0.7m/s)c.冷藏工藝參數(shù)的選擇與控制通風(fēng)換氣自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)；空氣清潔無污染，溫度與庫(kù)溫相近。包裝普通包裝、真空包裝、充氣包裝；安全、穩(wěn)固、方便堆垛。產(chǎn)品的相容性分庫(kù)存放，合理堆放。第三章食品的低溫保藏技術(shù)2、氣調(diào)冷藏法a.定義在冷藏的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)貯藏環(huán)境氣體，以適應(yīng)食品貯藏要求的方法。正常情況下的空氣成分：氮?dú)?8.08%、氧氣20.96%、氬氣0.92、二氧化碳0.04%2、氣調(diào)冷藏法以果蔬的呼吸作用為例

C6H12O6+6O2==6CO2+6H2O+2817kJC6H12O6==2CO2+2C2H5OH+117kJ有氧呼吸維持生命消耗養(yǎng)分加速衰老措施T↓、O2↓、CO2↑無氧呼吸腐爛必須尋找平衡點(diǎn)！必須尋找平衡點(diǎn)！必須尋找平衡點(diǎn)！b.原理在一定的封閉體系內(nèi)，采用低溫和改變氣體成分的技術(shù)，抑制微生物的活動(dòng)，延緩食品劣變的生理生化過程。適用范圍果蔬、肉禽、焙烤類食品等c.特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)降低呼吸強(qiáng)度，延緩果蔬的后熟；減輕果蔬的冷害，減少損耗；保持色澤、風(fēng)味、和原有形態(tài)，減少營(yíng)養(yǎng)成分的損失；抑制好氧菌的生長(zhǎng)繁殖，防止老鼠和昆蟲的危害；利于推行綠色保藏。c.特點(diǎn)缺點(diǎn)適用品種又限，不同品種需單獨(dú)存放；投資成本較高。一次氣調(diào)法（ModifiedAtmosphereStorage）連續(xù)氣調(diào)法（ControlledAtmosphereStorage）3、氣調(diào)方法自然降氧法（MA貯藏）聚乙烯薄膜包裝法、硅窗法?？焖俳笛醴ǎ–A貯藏）氣調(diào)冷藏庫(kù)、置換氣調(diào)法。混合降氧法垛封法減壓保藏法涂膜保鮮法電子保鮮法自然降氧法果蔬原料貯藏于密封的冷藏庫(kù)中（氣調(diào)庫(kù)），果蔬本身的呼吸作用使庫(kù)內(nèi)的氧量減少，二氧化碳量增加。人工調(diào)節(jié)維持一定的氧分壓。用氣體洗滌器來除去過多的二氧化碳。堿式，讓氣體通過4-5%的NaOH；水式，讓氣體通過低溫的流動(dòng)水；干式，讓氣體通過消石灰填充柱。快速降氧法

短時(shí)間內(nèi)將二氧化碳和氧氣的比例調(diào)節(jié)到適宜比例，并保持調(diào)整不變。兩種方式：在氣體發(fā)生器中用燃燒的方法來制取低O2高CO2的氣體，將氣體通入冷藏庫(kù)中。用制氮機(jī)直接對(duì)儲(chǔ)藏室沖入氮?dú)?，造成低氧環(huán)境。待藏原料入庫(kù)時(shí)，即處于最適貯藏氣體氛圍，特別適用于不耐藏但經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的原料，如草莓。混合降氧法先用快速降氧法將冷藏庫(kù)內(nèi)的氧氣降低到一定程度；原料入庫(kù)，利用自然降氧法使氧的含量進(jìn)一步降低。既可控制易腐原料的初期快速腐爛，又降低生產(chǎn)成本。減壓降氧法對(duì)儲(chǔ)藏室抽真空，形成部分真空，室內(nèi)空氣各組分的分壓相應(yīng)下降，達(dá)到調(diào)節(jié)氣體成分含量。氣調(diào)冷藏工藝果蔬產(chǎn)品種類、品種不同而氣調(diào)工藝各有不同。第三章食品的低溫保藏技術(shù)氣調(diào)冷藏庫(kù)氣調(diào)冷藏庫(kù)模式圖51.氣密門2.CO2吸收裝置3.加熱裝置4.冷氣出口5.冷風(fēng)管6.呼吸袋7.氣體分析裝置8.冷風(fēng)機(jī)9.制氮機(jī)或催化燃燒裝置10.空氣凈化器在短時(shí)間內(nèi)，將密閉體系內(nèi)的O2和CO2的含量調(diào)節(jié)到適宜的比例，并經(jīng)常調(diào)節(jié)保持不變。食品在冷藏過程重點(diǎn)質(zhì)量變化水分蒸發(fā)（干耗）冷害后熟串味肉的成熟寒冷收縮脂肪氧化38第三節(jié)食品的凍結(jié)

食品的凍結(jié)就是指將食品的溫度降低到食品凍結(jié)點(diǎn)以下的某一預(yù)定溫度（一般要求食品的中心溫度達(dá)到-18℃或以下），使食品中的大部分水分凍結(jié)成冰晶體。39一、食品的冰點(diǎn)（一）冰點(diǎn)1、冰點(diǎn)（凍結(jié)點(diǎn))：冰晶開始出現(xiàn)的溫度。一般食品的凍結(jié)點(diǎn)為-0.6～－3.8℃。食品的凍結(jié)點(diǎn)較純水低。40結(jié)冰包括：晶核的形成：少數(shù)水分子有規(guī)則的結(jié)合在一起，形成結(jié)晶的核心。冰晶體的增長(zhǎng)：周圍水分子不斷地結(jié)合到晶核上面去，形成大冰晶體。

41二、凍結(jié)過程與凍結(jié)曲線凍結(jié)曲線表示凍結(jié)過程中溫度隨時(shí)間的變化過程。冷凍曲線的三個(gè)階段：初始階段：從初溫到冰點(diǎn)，這時(shí)食品放出的熱量是顯熱，此熱量與全部放出的熱量比較，其值較小，所以降溫速度快，凍結(jié)曲線較陡。中間階段：食品的溫度從食品的凍結(jié)點(diǎn)降低至其中心溫度為-5℃左右，這時(shí)食品中的大部分水結(jié)成冰，放出大量的潛熱。食品在該階段的降溫速度慢，凍結(jié)曲線平坦。（時(shí)間短，凍結(jié)產(chǎn)品質(zhì)量好）終了階段：從大部分水結(jié)成冰到預(yù)設(shè)的凍結(jié)終溫。-5℃--18℃4243溫度\℃凍結(jié)時(shí)間/h凍結(jié)溫度曲線和凍結(jié)水分量4445最大冰晶生成區(qū)：大部分食品中心溫度從-1℃降至-5℃時(shí)，近80%水分可凍結(jié)成冰。這種大量形成冰結(jié)晶的溫度范圍稱為最大冰晶生成區(qū)?？焖偻ㄟ^此區(qū)域，保證凍品的質(zhì)量。溫度-60℃左右，食品內(nèi)水分全部?jī)鼋Y(jié)，此溫度稱為共晶點(diǎn)。凍結(jié)率：在凍結(jié)點(diǎn)與共晶點(diǎn)之間的任意溫度下，食品內(nèi)水分的凍結(jié)比例（%），又稱結(jié)冰率，其近似值可用下式計(jì)算：ω=100（1－tp/t）×100%

tp和t分別為食品的凍結(jié)點(diǎn)及其凍結(jié)終了溫度。三、凍結(jié)速度與凍結(jié)時(shí)間速凍的表達(dá)：以食品中心溫度下降的時(shí)間劃分和凍結(jié)層延伸的距離劃分兩種方法。46按時(shí)間：食品中心溫度從-1℃降到-5℃所需的時(shí)間在3-30min內(nèi)，快速凍結(jié)，在30-120min內(nèi)，中速凍結(jié)，超過120min，慢速凍結(jié)。47按推進(jìn)距離：以單位時(shí)間內(nèi)-5℃的凍結(jié)層從食品表面向內(nèi)部延伸的距離為標(biāo)準(zhǔn)：緩慢凍結(jié)V=0.1-1cm/h，中速凍結(jié)V=1-5cm/h，快速凍結(jié)V≥5-20cm/h，國(guó)際制冷學(xué)會(huì)（IIC）的凍結(jié)速度定義：食品表面與中心點(diǎn)間的最短距離，與食品表面達(dá)到0℃后至食品中心溫度降到比食品凍結(jié)點(diǎn)低10℃所需時(shí)間之比。各種凍結(jié)器的凍結(jié)速度：通風(fēng)的冷庫(kù)，0.2cm/h送風(fēng)凍結(jié)器，0.5-3cm/h流態(tài)化凍結(jié)器，5-10cm/h液氮凍結(jié)器，10-100cm/h48凍結(jié)時(shí)間

影響凍結(jié)時(shí)間的因素：大小、形狀初、終溫度冷卻介質(zhì)溫度產(chǎn)品傳熱系數(shù)、熱導(dǎo)率、熱焓等49凍結(jié)對(duì)凍品質(zhì)量的影響體積膨脹，內(nèi)壓增加比熱下降導(dǎo)熱系數(shù)增大溶質(zhì)重新分布溶液濃縮冰晶體成長(zhǎng)冷耗及干耗脂肪氧化變色50食品凍結(jié)時(shí)的干耗食品凍結(jié)時(shí)的干耗：在冷卻、凍結(jié)和冷凍貯藏過程中因溫差引起食品表面的水分蒸發(fā)而產(chǎn)生的重量損失。干耗量與制冷裝置的性能有密切關(guān)系，性能優(yōu)良的僅有0.5～1%，而性能不佳的裝置干耗可達(dá)5～

7%。干耗可造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，如按出肉率40kg/頭，250工作日/年計(jì)，日處理2000頭豬的肉聯(lián)廠，干耗以3%計(jì)算，年損失肉重量達(dá)600T，相當(dāng)于15000頭豬。51二、凍結(jié)方法按生產(chǎn)過程的特性分，凍結(jié)系統(tǒng)可分為批量式、半連續(xù)式和連續(xù)式三類。按使用的冷凍介質(zhì)與食品的接觸狀況，可分為：

間接凍結(jié)：吹風(fēng)凍結(jié)；金屬表面接觸凍結(jié)。

直接凍結(jié)：冰鹽混合物凍結(jié)；液氮及液態(tài)二氧化碳凍結(jié)52（一）間接凍結(jié)1、低溫靜置空氣凍結(jié)用空氣作為凍結(jié)介質(zhì)，是早期的凍結(jié)方式。效果差，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。目前在小冷庫(kù)應(yīng)用。2、送風(fēng)凍結(jié)、強(qiáng)風(fēng)凍結(jié)注意原料表面風(fēng)速均勻。53541）靜置空氣凍結(jié)裝置552）隧道式563）傳送帶式574）螺旋式凍結(jié)器586）懸浮式凍結(jié)器

3、金屬表面接觸凍結(jié)產(chǎn)品與金屬表面接觸進(jìn)行熱交換，金屬表面則由制冷劑的蒸發(fā)或載冷劑的吸熱來進(jìn)行冷卻。按照結(jié)構(gòu)形式，金屬表面接觸凍結(jié)裝置可分為三種主要類型：帶式，板式和筒式。59601）鋼帶凍結(jié)器2）平板凍結(jié)器61623）圓筒凍結(jié)器（二）直接凍結(jié)

1、低溫液體凍結(jié)用高濃度低溫鹽水浸漬原料，原料與冷媒接觸，傳熱系數(shù)高，熱交換強(qiáng)烈，故速凍快，但鹽水很咸，只適應(yīng)于水產(chǎn)品，不能用于果蔬制品。

2、超低溫液體凍結(jié)采用液氮(-196℃)或液態(tài)二氧化碳(-79℃)作為制冷劑。低溫可以使產(chǎn)品快速凍結(jié)，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低干耗都是十分有利的；但設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用較高。低溫凍結(jié)設(shè)備則可以是箱式，直線式，螺旋式或浸液式。63

液氮凍結(jié)器：通常為直線型