食品工藝學第四章.ppt

1、食品冷凍,第四章,一、概述,適當降溫，控制呼吸作用。,降低溫度，控制微生物繁殖。,冷凍食品和冷卻食品,冷凍食品又稱凍結(jié)食品，是凍結(jié)后在低于凍結(jié)點的溫度保藏的食品 冷卻食品不需要凍結(jié)，是將食品的溫度降到接近凍結(jié)點，并在此溫度下保藏的食品 冷凍食品和冷卻食品可按原料及消費形式分為果蔬類、水產(chǎn)類、肉禽蛋類、調(diào)理方便食品類這四大類。,冷凍和冷卻食品的特點,易保藏，廣泛用于肉、禽、水產(chǎn)、乳、蛋、蔬菜和水果等易腐食品的生產(chǎn)、運輸和貯藏 營養(yǎng)、方便、衛(wèi)生、經(jīng)濟 市場需求量大，在發(fā)達國家占有重要的地位，在發(fā)展中國家發(fā)展迅速,二、低溫保藏原理,降低溫度，可使食品中的微生物喪失活力,不能繁殖甚至死亡；酶的催化作用

2、受到抑制；化學反應的速度變慢。因此，低溫下食品可以較長時間的貯藏而不腐敗變質(zhì) 。,低溫導致微生物活力減弱和死亡的原因,微生物的生長繁殖是和活動下物質(zhì)代謝的結(jié)果。因此溫度下降，酶活性隨之下降，物質(zhì)代謝減緩，微生物的生長繁殖就隨之減慢。 在正常情況下，微生物細胞內(nèi)總生化變化是相互協(xié)調(diào)一致的。但降溫時，由于各種生化反應的溫度系數(shù)不同，破壞了各種反應原來的協(xié)調(diào)一致性，影響了微生物的生活機能。 溫度下降時，微生物細胞內(nèi)原生質(zhì)黏度增加，膠體吸水性下降，蛋白質(zhì)分散度改變，并且最后還可能導致了不可逆性蛋白質(zhì)變性，從而破壞正常代謝。 冷凍時介質(zhì)中冰晶體的形成會促使細胞內(nèi)原生質(zhì)或膠體脫水，使溶質(zhì)濃度增加促使蛋白質(zhì)

3、變性。 同時冰晶體的形成還會使細胞遭受機械性破壞。,低溫對微生物的影響,微生物對食品的破壞作用。 微生物在食品中生長的主要條件： 液態(tài)水分 pH值 營養(yǎng)物 溫度 分類 最低溫度舉例低溫的作用 降溫速度,微生物按生長溫度分類,低溫對微生物的作用,低溫可起到抑制微生物生長和促使部分微生物死亡的作用。但在低溫下，其死亡速度比在高溫下要緩慢得多。 一般認為，低溫只是阻止微生物繁殖，不能徹底殺死微生物，一旦溫度升高，微生物的繁殖也逐漸恢復。,降溫速度對微生物的影響,凍結(jié)前，降溫越迅速，微生物的死亡率越高； 凍結(jié)點以下，緩凍將導致剩余微生物的大量死亡，而速凍對微生物的致死效果較差。,低溫對酶活性的影響,酶

4、作用的效果因原料而異 酶活性隨溫度的下降而降低 一般的冷藏和凍藏不能完全抑制酶的活性 一般，溫度在-18以下，酶的活性受到顯著抑制，因此凍藏溫度以-18為較適宜。,低溫對非酶因素的影響,各種非酶促化學反應的速度，都會因溫度下降而降低,三、食品的冷卻和冷藏,食品冷藏的定義 食品的冷藏是指經(jīng)過冷卻的食品在稍高于食品冰點的溫度下貯藏的方法。,食品的冷卻,冷卻 的目的,轉(zhuǎn)移生化反應熱； 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。,冷卻在盡可能短的時間內(nèi)，利用低溫介質(zhì)降低食品溫度的一種熱交換過程。,冷卻方法,a.空氣冷卻法 利用低溫冷空氣降低食品溫度的方法。 可控參數(shù)：空

5、氣的溫度、相對濕度和流速。 特點 冷卻過程易控制； 可實現(xiàn)連續(xù)化作業(yè)； 易引起水分蒸發(fā)產(chǎn)生干耗。,冷風冷卻系統(tǒng)示意圖,例：冷鮮肉 宰殺 降溫至1820排酸冷藏鏈,90min內(nèi),4 24h,b.水冷法 浸漬式、噴淋式 特點 冷卻速度快而均勻； 無干耗； 可連續(xù)化作業(yè)，所需空間小； 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,冰水預冷機,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 簡便易行； 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。,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 冷卻迅速，品質(zhì)

6、好； 可以處理散裝食品； 設備投資大，運行成本高。 e.熱交換器冷卻法,冷藏時的變化,水分蒸發(fā) 冷害 串味 生理作用 脂類變化 淀粉老化 微生物增殖,（1）水分蒸發(fā),食品在冷卻時及冷藏中，因為溫濕度差而發(fā)生表面水分蒸發(fā)。 水分蒸發(fā)不僅造成重量損失（俗稱干耗），而且使果蔬類食品失去新鮮飽滿的外觀。 減重達到5%時，水果、蔬菜會出現(xiàn)明顯的凋萎現(xiàn)象。,肉類食品因水分蒸發(fā)而發(fā)生表面收縮硬化，形成干燥皮膜，肉色也有變化。 雞蛋因水分蒸發(fā)而造成氣室增大。 一些果蔬的水分蒸發(fā)特性 冷卻及貯藏中食肉胴體的干耗,（1）水分蒸發(fā),水果蔬菜的水分蒸發(fā)特性,冷卻及貯藏中食肉胴體的干耗 (=1，=80%90%，=0.2

7、 m/s),在冷藏時，果蔬的品溫雖然在凍結(jié)點以上，但當貯藏溫度低于某一溫度界限時，果蔬的正常生理機能受到障礙，稱為冷害。 冷害的各種癥狀見后頁表。,（2）冷害,雖然在外觀上沒有癥狀，但冷藏后再放至常溫中，就喪失了正常的促進成熟作用的能力，這也是冷害的一種。 需要在低于界限溫度的環(huán)境中放置一段時間，才會出現(xiàn)冷害。,（2）冷害,表4-6水果蔬菜冷害的界限溫度和癥狀,（3）串味,具有強烈氣味的食品與其它的食品放在一起進行冷卻和貯藏，這些易揮發(fā)的氣味就會被吸附在其它的食品上。甚至存放過有強烈氣味的食品（如洋蔥）的庫房中再貯藏其它的食品時，仍會有串味現(xiàn)象發(fā)生。,（4）生化作用,水果、蔬菜在收獲后仍是有生

8、命的活體。在冷藏過程中，果蔬的呼吸作用和后熟作用仍在繼續(xù)進行，機體內(nèi)所含的成分也不斷發(fā)生變化。（冷凍加速） 淀粉、糖、酸間的比例，果膠物質(zhì)的變化，維生素C的減少等。 肉類在冷藏中的成熟作用。,（5）脂類的變化,冷卻貯藏過程中，食品中所含的油脂會發(fā)生水解，脂肪酸氧化、聚合等復雜的變化，使得食品的風味變差，味道惡化，出現(xiàn)變色、酸敗、發(fā)粘等現(xiàn)象。這種變化進行得非常嚴重時，俗稱為“油燒”。,（6）淀粉老化,微晶形式存在的（20%直鏈/80%支鏈）普通淀粉（ -淀粉）,較高溫度下（食品加工）,糊化,在水中溶脹形成均勻糊狀溶液 （ -淀粉）,接近0的低溫范圍中,自動排列成序,形成致密的高度晶化的不溶性淀粉

9、分子,化/老化。,老化的淀粉不易為淀粉酶作用， 所以也不易被人體消化吸收。,（6）淀粉老化,含水量為多少最易老化？ 含水量3060%最易老化。 什么條件下淀粉不易老化？ A。含水量在10%以下的干燥狀態(tài) B。大量水中,（6）淀粉老化,淀粉老化作用的最適溫度是：24。 例如面包在冷卻貯藏時淀粉迅速老化，松軟的質(zhì)感不復存在；土豆在冷藏陳列柜中貯存時，也會有淀粉老化現(xiàn)象發(fā)生。,（6）淀粉老化,什么溫度不發(fā)生老化？ 當貯存溫度低于-20或高于60時，均不會發(fā)生淀粉老化的現(xiàn)象。因為低于-20時，淀粉分子間的水分急速凍結(jié)，形成的冰結(jié)晶阻礙了淀粉分子間的相互靠近而不能形成氫鍵。,（6）淀粉老化,（7）微生物

10、增殖,水果、蔬菜、肉類、魚類等在冷卻貯藏的溫度下微生物仍可生長繁殖。,影響冷藏效果的因素,貯藏溫度 以稍高于食品的凍結(jié)點溫度為佳。 空氣的相對濕度 相對濕度維持在適當?shù)乃?，同時考慮溫度的影響。 空氣的流速 在有效轉(zhuǎn)移生化反應熱和均勻溫度的前提下，氣流速度越低越好。（一般不超過0.30.7m/s),三、低溫氣調(diào)貯藏,氣調(diào)貯藏 通過適當降低環(huán)境空氣中的O2分壓和提高CO2分壓，使果蔬產(chǎn)品和微生物的代謝活動受到抑制而延長貯藏時間。,正常情況下的空氣成分： 氮氣78.08%、氧氣20.96%、氬氣0.92、二氧化碳0.04%,b.原理,以果蔬的呼吸作用為例 C6H12O6+6O2 = 6CO2+6H

11、2O+2817kJ C6H12O6=2CO2+2C2H5OH+117kJ,必須尋找平衡點！,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，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,優(yōu)點 降低呼吸強度，延緩果蔬的后熟； 減輕果蔬的冷害，減少損耗； 保持色澤、風味、和原有形態(tài)，減少營養(yǎng)成分的損失； 抑制好氧菌的生長繁殖，防止老鼠和昆蟲的危害； 利于推行綠色保藏。 缺點 適用品種有限，不同品種需單獨存放； 投資成本較高。,一次氣調(diào)法（Modified Atmosphere Storage） 連續(xù)氣調(diào)法（Controlled Atmos

12、phere Storage ）,d.分類,氣調(diào)方法,自然降氧法（MA貯藏） 聚乙烯薄膜包裝法、硅窗法。 快速降氧法（CA貯藏） 氣調(diào)冷藏庫、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,氣調(diào)冷藏庫,氣調(diào)冷藏庫模式圖,5,1.氣密門 2.CO2吸收裝置 3.加熱裝置 4.冷氣出口 5.冷風管 6.呼吸袋 7.氣體分析裝置 8.冷風機 9.制氮機或催化燃燒裝置 10.空氣凈化器,在短時間內(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。,利用硅橡膠對O2和CO2良好的透氣性和適當?shù)耐笟獗龋瑏碚{(diào)節(jié)袋內(nèi)的氣體成分。,氣體半透膜法 -硅窗法,硅窗薄膜封閉集

13、裝袋,垛封法,塑料薄膜垛封法示意圖,果蔬盛裝、碼垛、密封后，迅速降低氧氣濃度，再利用適當?shù)氖侄握{(diào)節(jié)垛內(nèi)氣體成分。,減壓保藏法,概念 將食品置于低壓、低溫的環(huán)境中，并不斷補給飽和的濕空氣，以延長食品保藏期的方法。 特點 可獲得貯藏所需的低氧環(huán)境； 可及時排除有害氣體； 低壓可抑制微生物的生長； 換氣成本低； 貯藏庫的建筑難度大； 產(chǎn)品的風味稍受影響。,涂膜保鮮法,定義： 將成膜物質(zhì)溶解后，以適當?shù)姆绞酵糠笥谑称繁砻?，?jīng)過干燥，食品的表面便被涂覆一層極薄的涂層。,涂膜方法： 浸涂法 刷涂法 噴涂法,噴涂法,水果噴蠟機,電子保鮮法,概念： 利用高壓放電，在貯藏果蔬的空間產(chǎn)生一定濃度的臭氧和負離子空氣

14、，來提高保鮮效果的方法。,方法 負離子空氣保鮮 臭氧保鮮,原理 負離子的作用可使酶鈍化； 臭氧具有強氧化能力，可殺菌、抑制酶活。,氣調(diào)冷藏工藝,主要技術(shù)參數(shù) 溫度 氣體組成 氣體指標的控制方式 雙高指標控制 ，氧和二氧化碳的濃度總和約為 21%。 雙低指標控制 ，氧和二氧化碳濃度總和小于 10% 。 氧單指標 ，大多數(shù)為 2% 。 多指標和變指標。,四、食品的凍結(jié)保藏,凍藏食品,調(diào)理食品類,主食類,速凍果蔬類,水產(chǎn)、肉類,1.基本概念 a.凍結(jié)點：冰晶開始出現(xiàn)的溫度,溫度-60左右，食品內(nèi)水分全部凍結(jié)。 在-18 -30時，食品中絕大部分水分已凍結(jié)，能夠達到凍藏的要求。低溫冷庫的貯藏溫度一般為

15、-18 -25。,b.凍結(jié)率：凍結(jié)終了時食品內(nèi)水分的凍結(jié)量（%），又稱結(jié)冰率 。 可以近似地表示為 K =100（1-td/ts） 式中 K食品凍結(jié)率， td食品凍結(jié)點， ts食品溫度， 食品的凍結(jié)率與溫度、食品的種類有關(guān)，溫度越低，食品凍結(jié)率越高，不同種類的食品即使在相同溫度下也有不同的凍結(jié)率。如表3-2所示。,c.低共熔點（共晶點） 在降溫過程中，食品組織內(nèi)溶液的濃度增加到一個恒定值，溶質(zhì)和水分同時結(jié)晶固化時的溫度。,凍結(jié)過程與凍結(jié)曲線,純水的凍結(jié)曲線,/min,T / ,-1,B,C,-5,-18,10,20,E,D,A,介質(zhì),純水,0,純水在冷凍降溫過程中，常出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，即溫度降到冰

16、點（0）以下，而后又上升到冰點時才開始結(jié)冰（圖3-1）。在過程AB中，水以釋放顯熱的方式降溫；當過冷到B點時，由于冰晶開始形成，釋放的相變潛熱使樣品的溫度迅速回升到0，即過程BC，在過程CD中，水在平衡的條件下，繼續(xù)析出冰晶，不斷釋放大量的固化潛熱。在此階段中，樣品溫度保持恒定的凍結(jié)溫度0；當全部的水被凍結(jié)后，固化的樣品才以較快速率降溫（DE段）。,晶核,如果水和冰同時存在于0下，保持溫度不變，它們就會處于平衡狀態(tài)而共存。如果在開始時只有水而無晶核存在的話，則需要在晶體增長之前先有晶核的形成，溫度必須降到冰點以下形成晶核，而后才有結(jié)冰和體積增長。晶核是冰晶體形成和增長的基礎，結(jié)冰必須先有晶核的

17、存在。晶核可以是自發(fā)形成的，也可以是外加的，其他的物質(zhì)也能起到晶核的作用，但是它要具有與晶核表面相同的形態(tài)，才能使水分子有序地在其表面排列結(jié)合。,水結(jié)成冰后，冰的體積比水增大約9，冰在溫度每下降1時，其體積則會收縮0.010.005%，二者相比，膨脹比收縮大。 凍結(jié)時，表面的水首先結(jié)冰，然后冰層逐漸向內(nèi)伸展。當內(nèi)部水分因凍結(jié)而膨脹時，會受到外部凍結(jié)了的冰層的阻礙，因而產(chǎn)生內(nèi)壓，這就是所謂“凍結(jié)膨脹壓”；如果外層冰體受不了過大的內(nèi)壓時，就會破裂。,凍結(jié)膨脹壓,凍結(jié)過程與凍結(jié)曲線,晶核形成 AS 過冷狀態(tài)； SB 釋放潛熱； 冰晶成長 BC 大部分水分形成冰晶； 達到終溫 CD 溶質(zhì)組分濃縮，凍結(jié)

18、溫度不斷下降。,a.食品的凍結(jié)曲線（一）,凍結(jié)溫度與水分凍結(jié)量的關(guān)系,達到終溫時，食品中的水分并未全部凍結(jié)。,冷卻階段() 最大冰晶生成階段() 品溫迅速降低階段(),b.食品的凍結(jié)曲線（二）,最大冰晶生成區(qū),凍結(jié)曲線與最大冰晶生成區(qū),大部分食品的中心溫度從-1降至-5時，近80%的水分可凍結(jié)成冰，此溫度范圍稱為最大冰晶生成區(qū)。,小結(jié),食品凍結(jié)規(guī)律 凍結(jié)從過冷點開始，凍結(jié)開始后溫度回升至冰點； 隨著水分凍結(jié)量增大，溶質(zhì)濃度增大，凍結(jié)溫度不斷下降； 要實現(xiàn)水分完全固化，必須達到低共熔點溫度。,凍結(jié)速度,定性表達 速凍:外界的溫度降與細胞組織內(nèi)的溫度降不等，即內(nèi)外有較大的溫差；而慢凍是指外界的溫度

19、降與細胞組織內(nèi)的溫度降基本上保持等速。,定量描述,以降溫的時間區(qū)分： 食品中心從-1降到-5所需的時間 在330 min內(nèi)，快速凍結(jié)， 在30120 min內(nèi)，中速凍結(jié)， 超過120 min，慢速凍結(jié)。,以距離與時間之比區(qū)分： 食品表面到中心溫度點的最短距離L與食品表面達到0后，至食品中心溫度降到比凍結(jié)點溫度低10所需的時間之比。,冷凍庫 0.2cm/h 慢速凍結(jié) 送風凍結(jié)器 0.52cm/h 中速凍結(jié) 懸浮凍結(jié)器 510cm/h 快速凍結(jié) 液氮凍結(jié)器 10100cm/h 快速凍結(jié),國際制冷協(xié)會對凍結(jié)速度的定義,凍結(jié)速度與冰晶的狀態(tài),緩慢凍結(jié) 凍結(jié)速度慢，細胞內(nèi)水分向細胞外冰晶轉(zhuǎn)移的時間長，結(jié)

20、果形成較大的冰晶體。 快速凍結(jié) 冰層向內(nèi)推進的速度大于細胞內(nèi)水分向外轉(zhuǎn)移的速度，因而形成無數(shù)細小的冰晶體。,凍結(jié)速度慢，由于細胞外溶液溫度低，冰晶首先在這里產(chǎn)生，而此時細胞內(nèi)的水分還以液相殘存著。同溫度下水的蒸汽壓總高于冰，在蒸汽壓作用下細胞內(nèi)的水向冰晶移動，形成較大的冰晶體且分布不均勻。 易造成細胞機械損傷和破裂，解凍后，食品流汁現(xiàn)象嚴重，質(zhì)地軟爛，質(zhì)量嚴重下降。,緩凍,速凍,不同凍結(jié)速度下的冰晶狀態(tài),凍結(jié)速度對冰晶體大小的影響,二、凍結(jié)對食品品質(zhì)的影響,(1)、凍結(jié)以及凍藏對食品品質(zhì)的影響 凍結(jié)食品會發(fā)生食品組織瓦解、質(zhì)地改變、乳狀液被破壞、蛋白質(zhì)變性等 因此，合理控制凍制對食品品質(zhì)的影響

21、是保證凍制食品品質(zhì)的重要條件 A、凍結(jié)對溶液內(nèi)溶質(zhì)重新分布的影響 B、濃縮的危害性 C、冰晶體對食品的危害性,凍結(jié)對食品品質(zhì)的影響,D、干耗 食品在冷卻、凍結(jié)、凍藏過程中都會產(chǎn)生干耗，但因凍藏時間最長，干耗問題更為突出。凍結(jié)食品的干耗主要是由于食品表面的冰結(jié)晶升華而造成的。 E、變色 F、液汁損失,(2)、速凍與緩凍 速凍食品的質(zhì)量總是高于緩凍食品 速凍的主要優(yōu)點 形成的冰晶體顆粒小，對細胞的破壞性也比較小 凍結(jié)時間越短，允許鹽分擴散和分離出水分以形成純冰的時間也隨之縮短 將食品溫度迅速降低到微生物生長活動溫度以下，就能及時阻止凍結(jié)時食品分解 所以應該盡可能快地通過-1-5最高冰晶體形成溫度帶

22、,（3）.重結(jié)晶 由于溫度的變化，食品反復解凍和再凍結(jié)，會導致水分的重結(jié)晶現(xiàn)象。通常當溫度升高時冷凍食品中細小的冰晶體首先熔化，冷凍時水分會結(jié)合到較大的冰晶體上，反復的解凍和再冷凍后，細小的冰晶體會減少乃至消失，較大冰晶體會變得更大，因此對食品細胞組織造成嚴重傷害，解凍后，流汁現(xiàn)象嚴重，產(chǎn)品質(zhì)量嚴重下降。 可見冷凍食品質(zhì)量下降的原因，不僅僅是緩凍，還有另外一個因素為重結(jié)晶，即使采用速凍方法得到的速凍食品，在貯藏過程中如果溫度波動大，同樣會因為重結(jié)晶現(xiàn)象造成產(chǎn)品質(zhì)量劣變。,凍結(jié)食品的解凍技術(shù),解凍時食品的變化 食品軟化；產(chǎn)生汁液流失；微生物的活動可能使食品腐敗變質(zhì)；表面水分蒸發(fā)，使氧化加速。 解凍速度 方法 生鮮解凍、煮熟解凍、電磁解凍、真空低溫解凍、組合解凍。,Thank You !,冷害 凍結(jié)食品的干耗現(xiàn)象 凍結(jié)點 凍結(jié)膨脹壓 食品在冷卻過程中，表面水分蒸發(fā)，引起食品干耗和色降等變化。 5.食品凍結(jié)的最經(jīng)濟有效的溫度是：C A、0 B、12 C、18 D、30 10. 凍結(jié)速度按距離劃分，中速凍結(jié)速度值為：B A、5-10cmh-1， B、1-5 cmh-1 ，C、0.1-1 cmh-1， D