06 第六章 食品的冷加工技术.ppt

第1页：食品加工学封面

课程名称

食品加工学（Food Processing）

第2页：第六章食品的冷加工技术

第六章 食品的冷加工技术：本章讲授食品的冷却、冷藏、冻结、冻藏与解冻技术，以及冷藏链与品质管理方法。

第3页：食品的冷却和冷藏

冷却

冷藏的必要前处理，本质上是一种热交换过程，冷却的最终温度在冰点以上。即食品的热量传递给温度低于食品的周围介质，食品温度降低到高于冻结温度的预定温度。

冷藏

冷却后的食品在冷藏温度（冰点以上）下保持食品品质的一种贮藏方法。

冷却与冷藏能抑制食品的生物化学变化和微生物的繁殖活动。

第4页：食品在冷却过程中的热量传递

食品在冷却过程中的热量传递：

1. 食品表面失去的热量
2. 食品内部热量的传递
3. 食品表面热量的传递
4. 食品内部温度的降低

第5页：食品冷却的目的

食品冷却的目的：

• 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，从而及时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，延长食品的贮藏期。
• 冷却速度及其最终冷却温度是抑制食品本身生化变化和微生物繁殖活动的决定因素。

第6页：食品的冷却速度与时间

食品的冷却速度与时间：按食品形状分别讨论。

1. 平板状食品
2. 圆柱状食品
3. 球状食品

第7页：冷却速度和冷却时间

• 食品在冷却过程中，内部热量传递依傅里叶定律可记为：Q = -λFgradT，式中 gradT 为温度梯度（K/m）；λ 为导热系数（W/(m·K)）；F 为导热面积（m²）。
• 食品的冷却速度是食品温度下降的速度，用（-∂T/∂τ）表示，一般以食品平均温度的下降速度来表示。

第8页：冷却方法1、冷风冷却

冷风冷却

利用被风机强制流动的冷空气使被冷却食品的温度下降的一种冷却方法，是使用范围较广的冷却方法，使用最多的是冷却水果、蔬菜。

第9页：冷却方法2、冷水冷却

冷水冷却

通过低温水把被冷却的食品冷却到指定温度的方法，可用于水果、蔬菜、家禽、水产品。

第10页：冷水冷却的方式

冷水冷却的方式：

浸渍式

被冷却食品直接在冷水中冷却，冷水被搅拌器不停地搅拌以使温度均匀。

散水式

用喷嘴把冷却的有压力的水呈散水状喷向食品，达到冷却目的。

降水式

被冷却的水果在传送带上移动，上部的水盘均匀地像降雨一样地降水，适用于大量处理。

散水式和降水式也总称喷淋式。

第11页：冷却方法3、碎冰冷却

碎冰冷却

碎冰与食品接触过程中，冰融化成水要吸收 334.53 kJ/kg 的相变潜热，使食品迅速冷却。

第12页：冷却方法4、真空冷却

真空冷却

又叫减压冷却，利用水的汽化热使食品降温（水变成水蒸气要吸收 2.49 kJ·kg^-1 的汽化热）。

• 一般冷却时间只需 10～20 min。
• 只要减少产品总质量的 1%，就能使叶菜温度下降 6℃。
• 缺点是食品干耗大、能耗大。

第13页：对某些食品适用的冷却工艺条件

对某些食品适用的冷却工艺条件：本页为图示页，源文件未提取表内参数，建议对照原图补充各类食品的冷却工艺条件。

第14页：食品的冷藏

食品的冷藏（cold storage）：

• 空气冷藏法
• 气调冷藏法

第15页：冷藏的条件和控制要素

• 冷藏过程中主要控制的工艺条件包括冷藏温度、空气的相对湿度和空气的流速等。
• 这些工艺条件因食品物料的种类、贮藏期的长短和有无包装而异。一般来说，贮藏期短，对相应冷藏的条件要求可以低一些。

第16页：食品的气调冷藏

气调冷藏法（Controlled Atmosphere，CA）

利用调整环境气体来延长食品寿命和货架寿命的方法，通常与低温并用，一般需调节贮藏环境中的氧、二氧化碳、氮气等的含量。

原理

在一定的封闭体系内，通过各种调节方式得到不同于正常大气组成的调节气体，以此来抑制食品本身引起食品劣变的生理生化过程或抑制作用于食品的微生物活动过程。

第17页：气调冷藏的特点

气调冷藏的特点：

• 抑制果蔬的后熟
• 减少果蔬损失
• 抑制果蔬的生理病害
• 抑制真菌的生长和繁殖
• 防止老鼠的危害和昆虫的生存

第18页：气调冷藏的方法

气调冷藏的方法：

• 自然降氧法（MA贮藏）
• 快速降氧法（CA贮藏）
• 混合降氧法
• 减压降氧法

第19页：气调贮藏的不足

气调贮藏的不足：

• 氧浓度过低或二氧化碳过高会引起果蔬发生异常代谢，使其腐烂或中毒
• 不同品种的果蔬应单独存放，因而需建多个库房
• 适于气调贮藏的果蔬品种有限
• 气调贮藏库投资较高

第20页：食品在冷藏过程中的质量变化

食品在冷藏过程中的质量变化：

• 干耗
• 冷害
• 后熟（有益变化）
• 移臭和串味
• 肉的成熟（有益变化）
• 寒冷收缩
• 脂肪的水解和氧化
• 其他变化

第21页：食品的冻结

食品的冻结：一般称冻结加工品为冻结食品或冷冻食品（frozen foods）。

冻结食品的四个要素：

1. 冻结前经过预处理
2. 用速冻法冻结
3. 冻结后产品中心温度达到 -18℃ 以下
4. 有适宜的包装并在冷链下运销

第22页：食品的冻结过程：食品的冰点

1、食品的冰点：

• 水的冰点是 0℃，而水中溶入糖、盐一类非挥发性物质时，冰点就会下降。
• 食品一般由动植物来源的原料制成，动植物原料由大量细胞构成，细胞中含有大量有机物质和无机物质，包括水、盐、糖及复杂的蛋白质、核糖核酸等，有些还溶有气体；加工过程中还要添加盐类、糖类、油脂等辅料，使食品体系更为复杂。因此食品的冻结点低于纯水的冰点。

第23页：食品的冻结点

食品的冻结点：由于水分和溶有固形物的种类及其数量各有差异，食品的冻结点也不一样。

这些食品在同一冻结条件下冻结时，时间就会不同。

第24页：食品冻结过程与冻结曲线

食品冻结过程与冻结曲线：

• 冻结时水的物理特性
• 冻结温度曲线与冻结率

第25页：冻结速度与冻结时间

冻结速度与冻结时间

a、冻结速度快慢的划分

目前还未统一，现通用的方法有按时间和距离两种划分方法：⑴按时间划分 ⑵按距离划分。

第26页：冻结速度的两种表达方式

b、冻结速度有两种不同的表达方式：界面位移速度和冰晶体形成速度。

1. 界面位移速度
2. 冰晶体的形成速度

一般讲冻结速度以快速为好，因鱼肉肌球蛋白在 -2～-3℃ 之间变性最大，淀粉的老化在 1～-1℃ 之间进行最快，所以必须快速通过 -1～-5℃ 温度区域。

第27页：影响冻结速度的因素

c、影响冻结速度的因素：

1. 食品成分
2. 非食品成分，如传热介质、食品厚度、放热系数（空气流速、搅拌）以及食品和冷却介质密切接触程度等

第28页：冻结速度与冰晶分布的关系

d、冻结速度与冰晶分布的关系：

1. 冻结速度快，组织内冰层推进速度大于水分移动速度时，冰晶分布越接近天然食品中液态水的分布情况，且冰晶的针状结晶体数量多。
2. 大多数食品是在温度降低到 -1℃ 以下才开始冻结，然而温度降低到 -46℃ 时，尚有部分高浓度的汁液仍未冻结。
3. 大多数冰晶体都是在 -1～-5℃ 间形成，这个温度区间称为最大冰晶体形成区。

第29页：冻结速度与结晶冰形状之间的关系

冻结速度与结晶冰形状之间的关系：当冰层推进速度大于水移动速度时，冰晶体小、数量多。

第30页：龙须菜的冻结速度与冰晶大小

龙须菜的冻结速度与冰晶大小的关系：冻结速度快冰晶小，冻结速度慢冰晶大。

第31页：冻结点与冻结过程

• 结冰包括晶核的形成（nucleation）和冰晶的增长（ice growth）两个过程。
• 冻结点（freezing point）：随着温度的降低，食品中冰晶开始出现时的温度，又称食品的冰点，因食品种类而异，一般为 -0.5～-2.5℃。
• 食品中的水分不是纯水，大多是含有有机盐或有机物的溶液，其冻结点较纯水低。
• 在缓慢冻结过程中，若溶液浓度逐渐增大，其冻结点还会下降。

第32页：冻结温度曲线

冻结温度曲线（freezing curve）

食品冻结时其温度随时间推移而变化的曲线（freezing time-temperature curve）。

冻结温度曲线大致可分为三个阶段：

1. 初温降至冻结点，曲线较陡
2. 通过最大冰结晶生成带，曲线较平坦
3. 残留水分冻结及已结冰部分继续降温至终温，曲线较第一阶段更陡

第33页：牛肉薄片的冻结曲线

冻结温度曲线：牛肉薄片的冻结曲线：本页为曲线图示页，源文件未提取坐标数据，建议对照原图补充温度与时间读数。

第34页：最大冰晶生成区与冻结率

最大冰晶生成区（zone of maximum ice crystal formation）

食品中心温度从 -1℃ 降至 -5℃ 时，近 80% 的水分可冻结成冰，此温度范围即称最大冰结晶生成带（crystallisation）。

冻结率（frozen water ratio）

食品中的水分冻结量，ω =（1 - t_p/t）× 100%，式中 ω 为冻结率（%），t_p 为食品的冻结点（℃），t 为冷冻食品的温度（℃）。

第35页：冻结温度

冻结温度（temperature of initial formation）

食品冻结过程中冷却介质的温度，一般推荐为 -23～-30℃ 以下。

第36页：冻结速度：时间划分

按时间划分

食品的热中心（降温过程中食品内部温度最高点，thermal center）温度从 -1℃ 下降至 -5℃ 所需的时间（即通过最大冰晶生成区的时间），在 30 min 以内属于快速冻结，超过 30 min 则属于慢速冻结。

一般认为，在 30 min 内通过 -1～-5℃ 的温度区域所冻结形成的冰晶，对食品组织影响最小，尤其是果蔬组织质地比较脆嫩，冻结速度应要求更快。由于食品的种类、形状和包装等情况不同，这种划分方法对某些食品并不十分可靠。

第37页：冻结速度：距离划分

按距离划分

单位时间内 -5℃ 的冻结层从食品表面伸延向内部的距离，单位 cm·h^-1，常称线性平均冻结速率。以此将冻结速度分为三类：快速冻结 V ≥ 5～20 cm·h^-1；中速冻结 V = 1～5 cm·h^-1；慢速冻结 V = 0.1～1 cm·h^-1。

原文快速冻结写作「V≥5～cm·h^-1」，上限数值缺失，按国际制冷学会定义与下页数据补为 5～20 cm·h^-1。

第38页：国际制冷学会的冻结速度定义

国际制冷学会对冻结速度的定义：食品表面与热中心温度点间的最短距离（L）与食品表面达到 0℃ 后食品热中心温度降至比食品冰点（开始冻结温度）低 10℃ 所需时间（t）之比，该比值就是冻结速率（V），单位 cm·h^-1。

V = L / t，式中 L 为食品表面与热中心温度点间的最短距离（cm）；t 为表面达 0℃ 后，食品热中心温度降至比冻结点低 10℃ 所需的时间（h）。

• 快速冻结：V ≥ 5～20 cm·h^-1
• 中速冻结：V ≥ 1～5 cm·h^-1
• 慢速冻结：V = 0.1～1 cm·h^-1

各种冻结装置性能不同，冻结速度差异很大。

第39页：冻结及冻结速度对冻品质量的影响

冻结及冻结速度对冻品质量的影响

冻结对食品组织结构的影响

机械性损伤；细胞的溃解；气体膨胀。

冻结对食品的化学影响

蛋白质变性；变色。

第40页：常用的食品冻结方法

常用的食品冻结方法：

• 空气冻结法：静止空气送风冻结、强风冻结（隧道式、传送带式、悬浮式）
• 平板冻结法
• 浸渍冻结法

第41页：空气冻结

空气冻结（Air blast freezing）

以空气为冷却介质冻结食品的方法。按空气的流动形式可分为自然对流和强制对流：前者冻结速度慢，工业生产中已很少采用；后者依靠风机增大风速，冻结速度快，生产上普遍采用。

第42页：平板冻结

平板冻结（Plate freezing，Contact freezing）

亦称「接触冻结」。食品置于两块金属平板之间，依靠导热来传递热量的冻结方法。因金属的热导率比空气的表面传热系数大数十倍，冻结速度快，主要适用于冻结块状（鱼盘）或规则形状的食品。

第43页：浸渍冻结

浸渍冻结（Immersion freezing）

食品浸入不冻液（盐水、乙二醇、丙二醇溶液或糖溶液）中进行冻结的方法。因液体的表面传热系数比空气的大好几十倍，冻结速度快，但不冻液须符合食品卫生要求。

第44页：液氮冻结

液氮冻结（Spray freezing）

食品直接与液态氮接触（喷淋或浸渍）进行快速冻结的方法。其特点是冻结速度极快、冻品质量高，但须注意防止食品的冻裂。

第45页：单体快速冻结（IQF）

单体快速冻结（IQF）

鱼虾、果蔬、调理食品经整理后保持分散小个体状的快速冻结工艺（Individual quick frozen）。

冻结按原料是集合体还是单个分离形式，可分为块状冻结和单体快速冻结。

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第52页：食品的冻藏：冻结食品的包装

食品的冻藏（Frozen storage）：冻结食品的包装

• 有效控制冻结食品水分由固体冰的状态蒸发而形成干燥状态
• 防止产品长期贮藏接触空气而氧化变色，便于运输、销售和食用
• 防止污染，保持产品卫生
• 速冻食品生产大多数采用先冻结后包装的方式

第53页：冻结食品的贮藏

• 速冻完成并包装好的冻品，要贮于 -18℃ 或更低温度的冷库内，且要求控制贮温稳定、少波动，不与其他有异味的食品混藏。
• 进行冷链全程监控，直至消费终端。

第54页：食品在冻藏过程中的质量变化

食品在冻藏过程中的质量变化：

• 冰晶的成长和重结晶
• 干耗
• 冻结烧
• 化学变化
• 汁液流失

第55页：冻结烧

冻结烧（Freezer burning）

食品在冻藏过程中因严重干耗而引起的脂肪氧化、表面黄褐变的现象。冻结食品发生干耗时食品表面的水分不断升华，内部的水分不能向表面补充，造成食品表面呈多孔状，从而增加了食品与空气中氧的接触面积，使食品脂肪、色素迅速氧化，造成食品变色、变味、脂肪酸败、芳香物质挥发、蛋白质变性和持水能力下降。

第56页：镀冰衣

镀冰衣（Glazing）

亦称包冰衣。冻结食品表面附着一层冰膜的工艺方法。单个速冻食品如冻虾仁、扇贝等表面往往镀有冰衣，可以减少干耗，使食品与空气中的氧气隔绝而延缓氧化，有利于保持冻品的品质。镀冰衣时可适当添加抗氧化剂或防腐剂，也可适当添加附着剂以增加冰衣对水产品的附着。

第57页：冻结食品的P.P.P.概念

冻结食品的 P.P.P. 概念：

• 产品原料的种类、成熟度和新鲜度（product of initial quality）
• 冻结加工的方法（processing method）
• 包装（package）

第58页：冻藏食品物料的贮藏期

• 冻藏食品的贮藏期与食品物料的种类、冻藏的温度有关。
• 作为商品销售的冻藏食品，其冻藏过程是在生产、运输、贮藏库、销售等冷链（Cold chain）环节中完成的。
• 不同环节的冻藏条件可能有所不同，其贮藏期要综合考虑各个环节的情况而确定。

第59页：冷藏链

冷藏链（Cold chain）

食品在贮藏、运输、批发、销售直至消费者的各个环节间建立的连续、稳定的低温流通体系。

冷链的概念是 1908 年法国和英国学者提出的。1948 年美国针对战后市场冷藏品品质低劣和必需加强管理的要求出发，用 10 年时间对各种食品在不同贮藏温度和贮藏时间内的品质变化状况，进行了 10 万个以上的采样测试和研究。

第60页：冷冻食品的贮藏温度、贮藏时间与允许限度

1958 年的研究报告中提出三点结论：

1. 各种不同食品，在不同贮藏温度下品质的下降与其贮藏时间之间存在着一定不变的关系。
2. 降低食品贮藏温度，可使食品品质的稳定度随之成指数关系增大。实用上保持稳定品质所需降低的温度应在 0℉（即 -18℃）以下。
3. 时间、温度对于品质带来的损失量在整个保藏期间是不断累积的和不可逆的，贮藏的时间和温度两者对品质的影响顺序与积累下来的品质损失总量无关。

由此提出了冷冻食品的贮藏温度、贮藏时间与允许限度的明确概念，并为国际冷藏行业所接受；同时提出为使多数食品保质期限达到 1 年，需把贮藏温度保持在 -18℃ 以下，以及应用时温限原理对于贮藏中品质变化的计算评价方法。

第61页：冻结食品的T-TT概念

T-TT（Time-Temperature Tolerance）

冷冻食品在生产、贮藏及流通各个环节中经历的时间（time）和经受的温度（temperature）对其品质的容许限度（tolerance）有决定性影响。

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第64页：T-TT的计算

• 设一个冷冻食品在某个贮藏温度下的实用冷藏期为 A，也就是说这个冷冻食品原来的品质是 100%，经过时间 A 后其品质降低至 0，那么在此温度下该冷冻食品每天的品质下降量为 B = 100 / A。
• 食品最终的品质下降为各个阶段品质下降的合计值。
• 该冷冻食品各个阶段的品质降低量等于各个温度下每天的品质降低率与此温度下所经历的天数相乘。

第65页：TTT的计算步骤

TTT 的计算步骤：

1. 首先了解冻藏食品在不同温度 T_i 下的品质保持时间（贮藏期）D_i
2. 然后计算在不同温度下食品物料在单位贮藏时间（如 1 天）所造成的品质下降程度 d_i = 1／D_i
3. 根据冻藏食品物料在冷冻链中不同环节停留的时间 t_i，确定冻藏食品物料在冷链各个环节中的品质变化（t_i × d_i）
4. 最后确定冻藏食品物料在整个冷链中的品质变化 ∑（t_i × d_i）

∑（t_i × d_i）= 1 是允许的贮藏期限。当 ∑（t_i × d_i）< 1 表示仍在允许的贮藏期限之内，当 ∑（t_i × d_i）> 1 表示已超出允许的贮藏期限。

第66页：某冷冻食品流通过程中的品质下降量

合计品质降低量 70.9% 小于 100%，说明该冷冻食品仍处在允许的贮藏期限之内。

第67页：冻结包装鳕鱼肉流通期中的品质下降量

原表总计栏标注「>1.0」，表示已超出允许的贮藏期限。

第68页：

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第70页：鳕鱼肉的品质评价结论

上表中鳕鱼肉的品质降低总量 D 为 1.532。D > 1，说明该冷冻鳕鱼肉商品价值已明显下降，不应再出售。

• 品温越低，优良品质保持时间越长
• 时间温度经历所引起的质量下降具有可加性，与顺序无关
• 有时不符，因受各种其他因素（温度频繁波动、光照）的影响

本页正文的品质降低总量写作 1.532，与上一页表格各阶段之和 1.352 不一致，疑似原文笔误，已保留原文数值，建议对照原课件核实。

第71页：不适宜应用T-TT计算法的食品

• T-TT 计算方法是根据一般冻结食品的温度、时间经历所引起的品质下降累积变大的原则加和计算，而未考虑品温上升时微生物入侵导致的品质下降、温度的频繁波动引起重结晶、干耗等造成质地与风味劣变，光线和热源易引起的包装袋内冷冻食品干燥和变色等，故实际冻藏中质量的下降量要比 T-TT 计算值大。
• 乳状或胶状的冷冻食品，温度波动次数多、幅度大的话，其质量的下降程度要比用 T-TT 计算方法所得结果大得多。
• 加盐及调味冷冻食品在冻藏中各种成分的作用比较复杂，应用时要慎重。

原文第二项写作「下降程度要比……所得结果低得多」，与上下文「实际下降量比计算值大」相矛盾，此处按语义更正为「大得多」。

第72页：T-TT理论的意义

• 尽管 T-TT 计算法不能适用于所有冷冻食品，而且近年也受到冷冻食品玻璃转化理论的挑战，但对于大多数冷冻食品，仍不失为推测品温、保藏时间与品质关系的有效方法。
• T-TT 理论是食品冷藏链的理论依据，用以衡量在冷链中食品的品质变化（允许的贮藏期），并可根据不同环节及条件下冻藏食品品质的下降情况，确定食品在整个冷链中的贮藏期限。

第73页：冷链的温度范围

冷链的温度范围应用于食品保藏，因食品种类、性质和适温范围而有所不同。如日本作出了以下三种规定：

1. 10～-2℃ 的低温（cooling）保藏，或称冷藏，用于尚保持生命和呼吸的蔬菜水果
2. 2～-2℃ 的冰温（chilling）保藏，用于一般死后的动植物食品的短期保藏
3. -18℃ 以下的冻结（frozen）贮藏，即冻藏，用于一切需要长期保藏的动植物食品

用于鱼类等鲜水产品冷链的主要是后两种规定的温度范围。

第74页：冷链的建立和实施需要具备的条件

冷链的建立和实施需要具备的条件：

• 从生产到消费的全部环节均需要有完善的低温贮藏运输设施，它包括海上生产第一线的冷藏运输设施，从产地到销地的中转冷库和车、船、飞机等运输条件，市场批发、零售到家庭的冷柜、冰箱等设备所形成的连续系统
• 需要建立和具备对上述环节中全部温度、时间和品质状况进行控制管理的制度和机构
• 充分应用时温限的原理对冷链的所有环节的品质进行有效的监测、控制和管理的方法

第75页：食品的解冻

食品的解冻

冻结食品温度回升，部分或全部冰晶融化的过程。

冻结食品在消费或加工前必须解冻，解冻状态可分为半解冻和完全解冻。

第76页：常用的解冻方法

常用的解冻方法：

• 空气解冻（air thawing）
• 水解冻（water thawing）
• 电解冻（静电解冻、高频解冻、低频解冻、微波解冻）
• 真空水蒸气凝结解冻（vacuum-steam thawing）

第77页：食品在解冻过程中的质量变化

汁液（液滴）流失（drip loss，extrude）

食品在冻结或冻藏过程中由于冰晶的作用，组织细胞受到的机械损伤，解冻时产生细胞质的流失现象。

第78页：解冻时汁液流失的影响因素

解冻时汁液流失的影响因素：

• 冻结的速度
• 冻藏的温度
• 生鲜食品的 pH 值
• 解冻的速度

造成汁液流失的原因还与食品的切分程度、冻结方式、冻藏条件以及解冻方式等有关。