第二章-食品低溫保藏

1、食品保藏原理 第二章 食品的低溫保藏 唐浩國 河科大食品學院 ,第一節(jié) 食品冷加工基礎 原理、條件 第二節(jié) 食品冷卻方法與裝置 方法、原理和裝置 第三節(jié) 食品凍結方法與裝置 方法、原理和裝置 第四節(jié) 食品解凍方法與裝置 方法、原理和裝置 第五節(jié) 食品真空冷凍干燥與裝置 方法、原理和裝置,本章的主要內容及重點,第一節(jié)食品冷加工基礎,食品冷加工的原理,食品的腐敗與變質 在常溫下貯藏時，新鮮的魚、肉、禽、蛋、果蔬等食品的色、香、味、外觀、形狀和營養(yǎng)成分都會發(fā)生變化，結果使食品的質量逐漸下降。如果貯存時間長，食品的成分就會發(fā)生分解變化，以致完全不能食用。食品的這種變化，稱為食品的腐敗與變質。,引起食品

2、腐敗變質的主要原因： 微生物和酶的作用 呼吸作用 化學作用 Ps：雖然這三種原因各有特點，但它們不是孤立存在的，而是相互影響的，并且有時是同時進行的。,食品的冷藏原理 食品腐敗變質，是由于微生物的生命活動和食品中的酶的作用 低溫下微生物的生長、繁殖就會減慢，酶的活性也會減弱，從而延長食品的貯藏期 低溫下微生物新陳代謝會被破壞 -18以下時，食品中90以上的水分形成冰晶，可以破壞微生物細胞，造成微生物死亡,活體食品（如果蔬等植物性食品） 冷卻的狀態(tài)下進行貯藏，避免發(fā)生冷害 死體食品（如禽、魚、畜等動物性食品） 在其凍結點以下的溫度保藏，且之前要預冷,Ps：低溫冷害是指當冷藏的溫度低于果蔬可以耐受

3、的限度時，果蔬的正常代謝活動受到破壞，使果蔬出現(xiàn)病變，果蔬表面出現(xiàn)斑點、內部變色（褐心）等,食品冷凍工藝 食品冷凍工藝主要指食品的冷卻、凍結、冷藏、解凍的方法，是利用低溫最佳保藏食品和加工食品的方法。 食品的冷卻（10C以下，其下限為4-2C） 冷卻是指將食品的溫度降低到某一指定的溫度，但不低于食品汁液的凍結點。（冷卻的動物性食品只能作短期貯藏） 食品的凍結（國際上推薦為-18C以下） 凍結是指將食品的溫度降低到食品汁液的凍結點以下，使食品中的水分大部分凍結成冰。（可進行食品的長期貯藏）,食品的冷藏 冷藏是指食品保持在冷卻或凍結終了溫度的條件下，將食品低溫貯藏一定時間。冷藏又可分為冷卻物冷藏（

4、0C以上）和凍結物冷藏 （-18C以下 ） 食品的解凍 解凍是指將凍結食品中的冰晶融化成水，恢復到凍結前的新鮮狀態(tài)。,Ps：近年來迅速崛起的兩種水產(chǎn)品冷加工新方法：冰溫冷藏（一般在-0.5-2C ）和微凍冷藏（-3C的空氣或食鹽水或冷海水）,食品冷藏條件 食品的冷藏要求，主要指冷藏時的最佳溫度和空氣中的相對濕度 此處的貯藏期是指保持該食品新鮮與高的商品質量而言的貯藏時間，而不是基于營養(yǎng)成分變化而言的 貯藏溫度是指長期貯藏的最佳溫度，它是指食品的溫度，而不是空氣的溫度 從冷間內取出食品時，必須注意防止水分凝結在低溫食品表面,當環(huán)境中空氣露點高于冷卻食品或包裝材料的表面溫度時，就會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，如

5、果食品表面溫度低于0時，就會出現(xiàn)結霜現(xiàn)象。,圖 2-1食品表面凝露溫度t1與環(huán)境中空氣溫度ta、相對濕度的關系。,例如：環(huán)境溫度ta=20、相對濕度=80%，這時食品從冷間取出時表面凝露溫度t1 =16.5。,BACK,第二節(jié) 食品的冷卻方法與裝置,食品冷卻的方法 冷卻是將食品的品溫降低到接近食品的冰點，但不發(fā)生凍結 食品的冷卻方法有真空冷卻、差壓式冷卻、通風冷卻、冷水冷卻、碎冰冷卻等，見表2-1,表 2-1冷卻方法與使用對象,食品冷卻的原理與設備 食品真空冷卻的原理與設備 空氣冷卻方式及其裝置 冷水冷卻及其設備 碎冰冷卻,BACK,圖2-2真空冷卻設備原理圖,真空冷卻設備原理圖,原理：根據(jù)水

6、在不同壓力下有不同的沸點 適用于：葉萊類，如白菜、甘藍、菠萊、韭菜、萊花、春菊，生萊等 優(yōu)點：冷卻速度快、冷卻均勻、品質高、保鮮期長、損耗小、干凈衛(wèi)生、操作方便等 不足：設備初次投資大，運行費用高，以及冷卻品種有限,Ps ：真空冷卻對表面水分容易蒸發(fā)的葉菜類可發(fā)揮較好的作用，但對難以蒸發(fā)水分就不能發(fā)揮作用了只能利用得利用后面介紹的空氣冷卻及冷水冷卻等。,2空氣冷卻方式及其裝置 冷藏間冷卻 這種冷卻主要以冷藏為目的，庫內制冷能力小，由自然對流或小風量風機送風，冷卻速度慢，但操作簡單，冷卻與冷藏同時進行。一般只限于蘋果，梨等產(chǎn)品，對易腐和成分變化快的水果、蔬菜不合適。 通風冷卻 又稱為空氣加壓式冷

7、卻。它與自然冷卻的區(qū)別，在于配置了較大風量、風壓的風機，所以又稱為強制通風冷卻方式。這種冷卻方式的冷卻速率較上述有所提高，但不及差壓式冷卻,差壓式冷卻,裝置圖 強制通風式與差壓式冷卻的比較 優(yōu)點：能耗小、冷卻速度快（相對于其他空氣冷卻方式）、冷卻均勻、可冷卻的品種多、易于由強制通風冷卻改建 缺點：食品干耗較大、貨物堆放（通風口要求對齊）麻煩、冷庫利用率低,圖 2-3差壓式冷卻裝置,將食品放在吸風口兩側，并鋪上蓋布，使高、低壓端形成24kPa壓差，利用這個壓差，使-510的冷風，以0.30.5ms的速度通過箱體上開設的通風孔，順利地在箱體內流動，用此冷風進行冷卻,圖 2-4 強制通風式與差壓式冷

8、卻的比較 a）強制通風式冷卻 b）差壓式冷卻 1通風機2箱體間設通風空隙3風從箱體外通過 4風從箱體上的孔中通過5差壓式空冷回風風道6蓋布,冷水冷卻及其設備 冷水冷卻是用03的低溫水作為冷媒，把被冷卻食品冷卻到要求溫度。水和空氣相比熱容量大，冷卻效果好。 冷水冷卻設備一般有三種型式 噴水式（又分為噴淋式和噴霧式） 浸漬式 混合式（噴水和浸漬） 優(yōu)點：冷卻速度較快，無干耗 不足：會因為水的污染而污染食品,圖 2-5噴水式冷水冷卻設備,碎冰冷卻 冰是一種很好的冷卻介質 主要用于魚的冷卻，此外它也可以用于水果、蔬菜等的冷卻 應使冰盡量細碎 可以用淡水冰，也可以用海水冰 用于魚保鮮，使魚濕潤、有光澤，

9、無干耗 但碎冰使用中易重新結塊，并且由于其不規(guī)則形狀，易對魚體造成損傷,第三節(jié)食品的凍結方法與裝置,食品的凍結方法,食品凍結是為了移去食品中的顯熱和潛熱，在規(guī)定的時間內將食品的溫度降低到凍結點以下，使食品中的可凍水分全部凍結成冰，從而可以長期貯藏食品的目的。 國際上推薦的凍結溫度一般為-18或-40 。,凍結的基本方式 鼓風式凍結（空氣作冷卻介質，目前應用最廣泛 ） 接觸式凍結（凍結速度快 ） 液化氣體噴淋凍結 沉浸式凍結,圖 2-6縱向強制空氣循環(huán)凍結法示意圖 1凍結室的隔熱外殼2冷風機3冷風機水盤4吊頂5門,圖 2-7半接觸式凍結法示意圖,液化氣體噴淋凍結 又稱為深冷凍結。這種凍結方法的主

10、要特點，是將液態(tài)氮或液態(tài)二氧化碳直接噴淋在食品表面進行急速凍結。用液氮或液態(tài)二氧化碳凍結食品時，其凍結速度很快，凍品質量也高，但要注意防止食品的凍裂。,沉浸式凍結 沉浸式凍結的主要特點是將被凍食品直接沉浸在不凍液（鹽水、乙二醇、丙二醇、酒精溶液或糖溶液）中進行凍結。由于液體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比空氣的大好幾十倍，故沉浸式凍結法的凍結速度快，但不凍液需要滿足食品衛(wèi)生要求。,快速凍結與慢速凍結 食品凍結速度的定義 ：食品表面至熱中心點的最短距離與食品表面溫度達到0后，食品熱中心點的溫度降至比凍結點低10所需時間之比，稱為該食品的凍結速度v（cmh）。 快速凍結v520 cmh 中速凍結v15 cmh 慢

11、速凍結v0.1l cmh,食品的凍結裝置,鼓風式凍結裝置,帶式（不銹鋼網(wǎng)帶或塑料帶）流態(tài)化凍結裝置 振動式流態(tài)凍結裝置 斜槽式（固定板式）流態(tài)凍結裝置,鋼帶連續(xù)式凍結裝置 氣流上下沖擊式凍結裝置 流態(tài)化凍結裝置,圖 2-8鋼帶連續(xù)式凍結裝置 1主動輪2不銹鋼傳送帶3隔熱外殼4空氣冷卻器 5從動輪6鋼帶清洗器7平板蒸發(fā)器8調速裝置,鋼帶連續(xù)式凍結裝置,為了提高凍結速度，在鋼帶的下面加設一塊鋁合金平板蒸發(fā)器(與鋼帶相緊貼) 另一種結構型式是用不凍液(常用氯化鈣水溶液)在鋼帶下面噴淋冷卻，代替平板蒸發(fā)器 由于網(wǎng)帶或鋼帶傳動的連續(xù)凍結裝置占地面積大，進一步研究開發(fā)出多層傳送帶的螺旋式凍結裝置,圖 2-

12、9螺旋凍結裝置（單螺旋式結構） 1蒸發(fā)器 2軸流風機 3轉筒 4隔熱外殼 5出凍口 6變頻調速裝置 7電器控制箱 8進凍口 9傳送帶清洗器,螺旋凍結裝置（單螺旋式結構）,圖 2-10雙螺旋式結構 1上升轉筒 2下降轉筒 3不銹鋼網(wǎng)帶（傳送帶） 4、7出凍鏈輪 5固定輪 6張緊輪,螺旋凍結裝置（雙螺旋式結構）,圖2-11 氣流上下沖擊式凍結裝置 1,4靜壓箱 2噴嘴 3不銹鋼網(wǎng)帶(傳送帶) 5蒸發(fā)器 6軸流風機,圖 1-12 帶式流態(tài)化凍結裝置,流態(tài)化單體速凍結裝置,流態(tài)化單體速凍結裝置示意圖 1圍護結構2傳動裝置3電控柜4速凍傳送網(wǎng)帶5均風板6蒸發(fā)器7風機8下水管,圖 2-13 往復振動式流態(tài)

13、凍結裝置 1布料振動器 2凍品槽 3出料擋板 4出凍口 5蒸發(fā)器 靜壓箱 7離心式風機 8隔熱箱體 9觀察臺,圖 2-14斜槽式（固定板式）流態(tài)凍結裝置示意圖,接觸式凍結裝置 平板凍結裝置是接觸式凍結方法中最典型的一種 平板凍結裝置按平板放置方向，分為臥式和立式,圖 2-15臥式平板凍結裝置示意圖,鋁合金平板凍結器,液氮噴淋凍結裝置 優(yōu)點：凍結設備簡單、操作方便、維修保養(yǎng)費用低、凍結裝置功率消耗很小、凍結速度快（約比平板凍結裝置快56倍）、凍品脫水損失少、凍品質量高 缺點：凍結成本高,圖 2-16 液氮噴淋凍結裝置示意圖,SSD系列LN2LCO2速凍裝置,還有一種液氮噴淋與空氣鼓風相結合的凍結

14、裝置，被凍食品先經(jīng)液氮噴淋，使其表層很快凍結，這樣可減少脫水損耗；然后再進入鼓風式凍結裝置，完成產(chǎn)品凍結過程。這樣的凍結裝置，可使凍結能力增大，液氮的消耗量也可減少。,BACK,第四節(jié) 食品的解凍方法與裝置,食品的解凍方法,凍結食品在消費或加工前必須解凍，視解凍后的用途來選擇解凍可分為半解凍（-3 至-5 ）和完全解凍 解凍過程雖然是凍結過程的逆過程，但解凍過程的溫度控制卻比凍結過程困難得多，也很難達到高的復溫速率,表 2-20水和冰的某些熱物理性質,由表可見，冰的比熱容只有水的一半，熱導率卻為水的4倍，導溫系數(shù)為水的8.6 倍。因此，凍結過程的傳熱條件要比融化過程好得多，在融化過程中，很難達

15、到高的復溫速率。,解凍是食品冷加工后不可缺少的環(huán)節(jié) 在解凍的終溫方面，作為加工原料的冷凍肉和冷凍水產(chǎn)品，只要求其解凍后適宜下一加工工序（如分割）的需要即可 解凍后，食品的品質主要受兩方面的影響 一是食品凍結前的質量 二是冷藏和解凍過程對食品質量的影響 目前已有的解凍方法，大致的分類見表6-14,表 2-3解凍方法的分類,其它分類方法： 如按照解凍速度不同，可以分為慢速解凍、快速解凍； 按照是否有熱源，分為加熱解凍、非熱解凍，或稱為外部加熱解凍，內部加熱解凍等,食品的解凍裝置,空氣解凍 以空氣為傳熱介質的解凍方法，它又分為以下幾種類型： 靜止空氣解凍（低溫微風型空氣解凍） 流動空氣解凍 高濕度空

16、氣解凍 加壓空氣解凍,靜止空氣解凍（低溫微風型空氣解凍） 它是將冷凍食品（如凍肉）放置在冷藏庫（通常庫溫控制在4左右）內，利用低溫空氣的自然對流來解凍。一般凍牛胴體在這樣的庫內45天可以完全解凍。,流動空氣解凍裝置 解凍一般也在冷藏庫內進行，用05、相對濕度90左右的濕空氣（可另加加濕器），利用冷風機使氣體以m/s左右的速度流過凍品，解凍時間一般1424h，可以全解凍也可以半解凍。,圖 2-17低溫加濕流動空氣解凍裝置,高濕度空氣解凍裝置 這是利用高速、高濕的空氣進行解凍的方法。 該方式采用高效率的空氣與水接觸裝置，讓循環(huán)空氣通過多層水膜，水溫與室內空氣溫度相近，充分加濕，空氣濕度可達98以上

17、，空氣溫度可在-320范圍調節(jié)，并以2.53.0ms的風速在室內循環(huán)。 這種解凍方法，使解凍過程中的干耗大大減少，而且可以防止解凍后凍品色澤變差,圖 2-18高濕度空氣解凍裝置,圖 2-19高濕度空氣解凍裝置原理圖 1解凍室2加濕塔3空氣凈化器4氣液接觸裝置 5換熱器6泵7風機8手推車,加壓空氣解凍 鐵制的筒形容器內，通入壓縮空氣，壓力一般為0.20.3MPa，容器內溫度為1520，空氣流速為11.5m/s 這種解凍方法的原理是：由于壓力升高，使凍品的冰點降低，冰的溶解熱和比熱容減小，而熱導率增加,水解凍 以水為傳熱介質，與空氣相比，有解凍速度快，無干耗等優(yōu)點 水浸漬解凍 水噴淋解凍 水浸漬和

18、噴淋相結合的解凍,水浸漬解凍 一種為低溫流水解凍（將解凍品浸沒于流動的低溫水中，使其解凍。解凍時間由水溫、水的流速決定 ） 另一種為靜水解凍（將解凍品浸沒于靜止水中進行解凍。其解凍速度與水溫、解凍品量和水量有關 ）,水噴淋解凍 利用噴淋水所具有的沖擊力來提高解凍速度 影響解凍速度的因素除噴淋沖擊力外，還有噴淋水量、噴琳水溫 噴淋解凍具有解凍快（塊狀魚解凍3060min）、解凍后品質較好，節(jié)省用水等優(yōu)點 但這種方法只適合于盤凍的小型魚類凍塊，不適用于大型魚類的解凍,圖 2-20噴淋解凍裝置的示意圖 1噴淋器2凍蝦塊3冰4蝦5移動盤 6水槽7水泵8進水口9滑道10加熱器,圖 2-21浸漬和噴淋組合

19、解凍裝置,水蒸氣減壓解凍 水蒸氣減壓解凍又稱為真空解凍 這種解凍方法適用的品種多 、解凍快、無解凍過熱等優(yōu)點 圖2-22是該種解凍裝置示意圖,圖 2-22水蒸氣減壓解凍裝置,電解凍 以空氣或水為傳熱介質進行解凍，熱量是從冷凍食品表面導入的，而電解凍屬于內部加熱 遠紅外解凍 高頻解凍 微波解凍 低頻解凍 高壓靜電解凍,BACK,遠紅外解凍 構成物質的分子總以自己的固有頻率在運動 當投射的紅外輻射頻率與分子固有頻率相等時，物質就具有最大的吸收紅外輻射的能力 根據(jù)肉類食品紅外吸收光譜的特點，投射到凍品表面波長225m的紅外輻射，促使凍品解凍 目前多用于家用遠紅外烤箱中食品解凍。,高頻解凍 原理：食品

20、中極性分子在高頻電場中高速反復振蕩，分子間不斷摩擦 高頻解凍使用的頻率，一般是10MHz左右（150MHz） 高頻波的穿透深度是微波的514倍，比微波解凍的速度還要快 不會發(fā)生如微波解凍那樣，使凍品局部過熱的現(xiàn)象,圖 2-23高頻解凍裝置原理圖,微波解凍 原理：與高頻解凍原理一樣 工業(yè)上用較小頻率的微波，只有2450MHz或915MHz兩個波帶 微波對食品的穿透深度較小 熱能轉化率較低,圖 2-24微波加熱解凍裝置示意圖,低頻解凍 原理：將凍品作為電阻，靠凍品的介電性質產(chǎn)生熱量 所用電源為5060Hz的交流電 加熱穿透深度不受凍品厚度的影響 凍品表面必須與上下電極緊密接觸,圖 2-25低頻解凍

21、裝置示意圖 1活動電極2固定電極 3自耦變壓器,高壓靜電解凍 是一種有開發(fā)應用前景的解凍新技術（日本已應用于肉類解凍） 將凍品放置于高壓電場中，電場設置在0-3的低溫環(huán)境中，以食品為負極，利用電場效應，使食品解凍 一個顯著優(yōu)點是內外解凍均勻,第五節(jié) 食品的真空冷凍干燥與裝置,食品真空冷凍干燥的原理和工藝,食品真空冷凍干燥的原理 食品真空冷凍干燥是種低溫、低壓下具有移動相變邊界的熱質傳輸過程 在凍結干燥過程中，為了提高干燥速度，在真空室內還裝有加熱系統(tǒng),Ps：凍結的方法一般有兩種：自動法和預凍法,食品真空冷凍干燥工藝 食品真空冷凍干燥工藝流程：原料凍干預處理冷凍干燥包裝貯藏等。其中凍結和干燥兩個過程是整個工藝的重點。 一般分為三個階段： 原料：選擇優(yōu)質的食品原料進行凍結干燥 凍干預處理 ：凍結前對食品進行必要的物理、化學處理 冷凍干燥 ：冷凍干燥階段包括凍結、升華干燥和解吸干燥,凍結 降溫速度和凍結終溫對冷凍干燥速度有很大影響 快速凍結可以獲得均勻致密的干制品，對食品分子的細胞膜和蛋白質破壞小。復水后食品彈性好、持水力強，但干燥過程中水蒸氣有較大的擴散阻力 凍結終溫常選擇比食品最大凍結濃度時的溫度低510,升華干燥 又稱為一次干燥，是利用升華的方法，去掉食品中的自由水； 在這個階段盡量使供給升華界面的熱量，等于升華所需的熱量，以