《冷冻冷藏工艺》PPT课件.ppt

冷藏冷冻工艺学,1,食品冷冻冷藏工艺学,冷藏冷冻工艺学,2,参考书目及资料,食品冷藏学食品工艺学导论食品冷冻工艺与设备食品工艺学中、外食品相关期刊中、外相关食品网站,冷藏冷冻工艺学,3,本章内容,第一节：概述第二节：食品的冷藏原理第三节：食品的冷却 第四节：食品的冻结 第五节：食品的冻藏 第六节：解 冻第七节：冷冻食品品质质量管理第八节：HACCP在冷冻食品生产中的应用,冷藏冷冻工艺学,4,本章的重点和难点,食品冷藏的原理食品冷却过程中的热量传递食品冷却速度与时间食品冷却、冻结、冻藏时的变化冻结速度与结晶分布情况冻结时间的计算冻结食品的T.T.T.概念及计算方法,冷藏冷冻工艺学,5,第一节 概述,1.冷冻工艺学的定义和内容2.食品冷冻工艺学的发展过程3.食品冷冻工艺学的发展趋势4.我国冷冻食品工业的现状和发展趋势,冷藏冷冻工艺学,6,1.冷冻工艺学的定义和内容,冷冻工艺学是一门使用人工制冷技术来降低温度以保藏食品和加工食品的科学，即它是专门研究如何使用低温条件来达到最佳地保藏食品和加工食品的方法，以使各种食品达到最大保鲜程度。,定义:,冷藏冷冻工艺学,7,冷冻工艺学研究的内容：,食品冷冻工艺学包括以下三个方面的内容：食品冷却和冷藏的方法。食品在冷却、冷藏过程中的变化。解冻技术和解冻过程中食品的变化。,back,冷藏冷冻工艺学,8,2.食品冷冻工艺学的发展过程,(1)公元前1000多年前，天然冰雪贮藏食品(2)19世纪上半纪，由于新冷源冷冻机的出现，人工冷源开始取代天然冷源(3)19世纪来至今，用冷冻机直接冻结食品和冷藏食品(4)食品的冷藏如今已发展成一门科学技术了,back,冷藏冷冻工艺学,9,3.食品冷冻工艺学的发展趋势,现在食品冷冻技术的发展体现在三个方面：(1)制冷装置的变化,(2)食品在冷藏过程中的变化的研究，越来越受到重视,(3)解冻方式对食品冷冻质量的影响的研究,总之，食品冷冻工艺，目前正处在一个围绕提高食品质量和提高效率为中心的迅速发展中。,back,冷藏冷冻工艺学,10,4、我国冷冻食品工业的现状和发展趋势,世界权威咨询机构Access Asia曾出版了一份有关中国冷冻食品市场的报告。报告分析了19962002年中国冷冻食品市场的发展状况，并对截至2007年的市场趋势进行了预测。,冷藏冷冻工艺学,11,报告显示:,2002年中国销售的冷冻食品总价值达401亿元人民币（约合48亿美元），比1996年增长了90。中国冷冻食品市场上所占份额最大，发展最迅速的一个类别当属预制食品，其次为冷冻蔬菜，再次为冷冻红肉、禽肉和鱼类。,报告预测:到2007年，中国市场冷冻食品销售总额将达到554亿元人民币，比2002年增长38。,冷藏冷冻工艺学,12,4、我国冷冻食品工业的现状和发展趋势,（1）中国冷冻食品工业的现状,（2）中国冷冻食品工业迅速发展的主要原因,（3）中国冷冻食品工业发展过程中存在的主要问题,（4）中国冷冻食品工业的发展趋势,冷藏冷冻工艺学,13,（1）中国冷冻食品工业的现状,中国冷冻食品的起步较晚。,国内冷冻食品发展较快的有沪、京、津等大城市和沿海开放城市。,近年来，国内冷冻食品中发展较快的产品是速冻蔬菜和冷冻调理食品。,冷藏冷冻工艺学,14,（2）中国冷冻食品工业迅速发展的主要原因,国内经济持续高速发展 国民收入大幅度增加 国内冷藏链的建立和微波炉的普及 餐饮业采用速冻调理食品 国际市场对冷冻食品的需求量日益增长 冷冻食品的优越性,冷藏冷冻工艺学,15,（3）中国冷冻食品工业发展过程中存在的主要问题,宏观调控乏力，管理混乱企业规模偏小，经济效益不高生产手段落后，产品质量参差不齐科技投入不足，新产品开发跟不上市场需求冷链还有待于进一步建立和完善,冷藏冷冻工艺学,16,（4）中国冷冻食品工业的发展趋势,美国是世界上冷冻食品最发达的国家，1997 年美国冷冻食品的产值达655.5 亿美无，产量达1700万吨,年人均占有量65 kg。,1995 年欧共体13 国的冷冻食品总产量逾1000 万吨,年人均消费量达25kg。,冷藏冷冻工艺学,17,日本是亚洲冷冻食品最发达的国家，1996 年年人均消费量达16.7 kg。,从20 世纪90 年代后,国内冷冻食品已有了持续高速的发展,但与发达国家相比，国内冷冻食品的年人均占有量仍较低。,随着国民可自由支配收入的继续增加，国内冷冻食品工业将继续向前发展。,冷藏冷冻工艺学,18,（4）中国冷冻食品工业的发展趋势,国家将加强宏观调控和监督 优胜劣汰，涌现公认的名牌 产学研相结合，开发新产品 高新技术在冷冻食品工业中的应用 改进冷冻食品的包装，减少白色污染 冷冻食品加工设备和速冻装置的国产化 进一步加强冷链的建设,冷藏冷冻工艺学,19,思考题：,食品冷冻工艺学研究的内容食品冷冻技术的发展体现在那几个方面了解我国食品冷冻工业的现状和发展趋势,冷藏冷冻工艺学,20,第二节 食品的原料特性及冷藏加工原理,冷藏冷冻工艺学,21,本节内容,食品的化学成分食品的变质食品冷藏的原理,冷藏冷冻工艺学,22,本节的重点与难点,引起食品变质的原因食品冷藏的原理,冷藏冷冻工艺学,23,一、食品的化学成分,1.蛋白质：分子结构；基本性质2.糖类：组成；分类：单糖、二糖、多糖3.脂类：高级脂肪酸等油脂和类脂（磷脂、固醇）4.维生素：脂溶性：Vit.A、D、E、K 水溶性：Vit.B、C,冷藏冷冻工艺学,24,5.酶：酶促反应是食品腐败变质的重要原因之一。影响酶作用因素：酶浓度:底物浓度:温度:pH:金属离子等6.矿物质,冷藏冷冻工艺学,25,7.水：食品中水分含量的质量百分数不能直接反映食品贮藏的安全条件。只有水分活度才能直接反映食品的贮藏条件。,食品中的水用水分活度A表示：A=P/P0 P：食品中呈溶液状态的水的蒸汽压。P0：纯水的蒸汽压。,冷藏冷冻工艺学,26,二 食品的变质,（一）概念：新鲜食品在常温下(20)存放，由于随着在食品表面的微生物作用和食品内所含酶以及某些非酶原因的作用，使食品的色、香、味和营养价值降低，直至食品腐败或变质，以致完全不能食用，这种变化即是食品的变质。,冷藏冷冻工艺学,27,(二）影响食品变质的原因：,1.由微生物作用引起的变质：在食品变质的原因中，微生物往往是最主要的原因。引起食品腐败或变质的微生物有细菌、酵母和霉菌。其中以细菌引起的变质最为显著。微生物对食品的破坏作用与食品的种类、成分及贮藏环境有关。,冷藏冷冻工艺学,28,影响微生物生长繁殖的因素,(1)水分：人们通常采取降低食品的水分或降低环境湿度达到抑制或杀死微生物而保藏食品。(2)温度：(3)营养物：(4)pH值：(5)放射线和化学药品等，有杀菌或抑菌作用,冷藏冷冻工艺学,29,温度对微生物生长繁殖的影响,各种微生物都只能在一定温度范围生长,一般情况下，低温只是阻止微生物繁殖，不能杀死微生物。,一般来说，细菌对低温的耐力较差。,冻结食品对微生物的低温致死作用，主要是由于生化过程不正常所引起的；同时在低温下，细胞中的类脂物变硬，减弱原生质的渗透作用；此外，降温使细胞的原生质凝固；再者由于低温，水结成冰，所生成的冰晶对细胞有致命的影响。,因此用低温来保藏食品，必须维持足够的低温，以抑制微生物作用，使它失去分解食品的能力，达到低温贮藏的目的。,冷藏冷冻工艺学,30,2.由酶的作用引起的变质,无论是动物性食品或植物性食品，其本身都含有酶。各种生化反应，均需在酶的参与下进行。酶反应的速度随食品的性质而不同酶的作用具有专一性酶的活性与温度有关,低温贮藏的温度要根据酶的品种和食品种类而定一般要 求在-20低温下贮藏，含有不饱和脂肪酸的多脂类食品则要在-25-30 低温中贮藏，达到抑酶和防止氧化。,冷藏冷冻工艺学,31,3.由非酶引起的变质,引起食品变质的化学反应大多由于酶的作用，但也有一些不与酶直接有关。如：油脂的酸败，是由于油脂氧化引起的 VC的氧化脱氢 番茄色素和胡萝卜素双键的氧化等,冷藏冷冻工艺学,32,无论是何种原因（微生物、酶、非酶）引起的变质，在低温的环境下，可以延缓，减弱它们。但低温不能完全抑制它们的作用，即使在冻结点以下的低温。食品进行长期贮藏，其质量仍有所下降。,冷藏冷冻工艺学,33,三：食品的冷藏原理,防止食品的腐败，对动物性食品来说，主要是降低温度抑制微生物的活动和生化反应；对植物性食品来说，主要是保持恰当的低温（因品种的不同而异），使植物体不致产生冻害又控制其呼吸作用。从而达到保持好食品质量的效果。,冷藏冷冻工艺学,34,思考题：,食品变质影响食品变质的原因如何防止食品的变质能直接反映食品的贮藏条件的食品中的水分用什么表示？,冷藏冷冻工艺学,35,第三节 食品的冷却,冷藏冷冻工艺学,36,本节内容,食品冷却的目的及冷却、冻结的温度范围食品在冷却过程中的热量传递食品冷却的速度与时间食品冷却时变化,冷藏冷冻工艺学,37,本节重点与难点,食品冷却过程中的热量传递食品冷却的速度与时间食品冷却时的变化,冷藏冷冻工艺学,38,一、食品冷却的目的及冷却冻结的温度范围,（一）冷却的定义 冷却是将食品的品温降低到接近食品的冰点，但不冻结的一种冷加工的方法，是延长食品保藏期的一种广泛采用的方法。有些冻结食品在冻前也要进行冷却。,（二）食品冷却的作用（目的）（三）食品冷却和冻结的温度范围,冷藏冷冻工艺学,39,（二）食品冷却的作用（目的）,1.对动物性食品（鱼类、肉类）有利于抑制分解蛋白质的酶的作用，有利于抑制细菌的生长繁殖，快冷甚至能使部分细菌骤冷休克死亡。2.肉类的冷藏，使肉在低温下成熟，使肉的色泽、风味、柔软度变好，提高肉类的商品价值，牛肉尤其如此。,冷藏冷冻工艺学,40,3.冷却肉与冻结肉相比，由于不存在冰晶的物理变化，有利于防止冻结肉冰晶物理变化中造成的肉质变化，蛋白质变性。4.有利于排除植物性食品的呼吸热和田间热，延长植物性食品的贮藏期，但要防止冻害（温度过低）影响植物性食品的生理机能。,back,冷藏冷冻工艺学,41,（三）食品冷却和冻结的温度范围,食品冷却的温度范围上限是15，下限是04。在此温度范围，T.T.T.概念只适用于鱼肉或肉类，但不适用于植物性食品。故冷却食品要根据种类、性质、贮藏期的不同，选择各自合适的贮藏温度。冻结食品的品温在12以下是普通冻结，在18以下是深温冻结，冻结食品一般符合T.T.T.概念。目前冻结食品的品温有下降的趋势，如多脂肪鱼类冻结温度为30。,冷藏冷冻工艺学,42,二、食品在冷却过程中的热量传递,（一）食品表面失去的热量（二）食品内部的热量传递（三）食品表面热量传递（四）食品内部温度降低,冷藏冷冻工艺学,43,（一）食品表面失去的热量,食品表面失去的热量是通过食品表面与冷却介质之间的对流换热传递的。单位时间内从食品表面传递给冷却介质的热量Qt（kcal/h）可用下式表示：Qt=F(tr-ts)(1),式中：对流放热系数（kcal/m2h）F：食品冷却的表面积（m2）tr：食品表面的温度（）ts：冷却介质的温度（）,对流放热系数的值是随流体的种类而不同，一般是液体比气体大得多；流速越大，则值也显著增大。见下表,冷藏冷冻工艺学,44,流体性质对的影响,back,冷藏冷冻工艺学,45,（二）食品内部的热量传递,QcF,式中：导热系数（kcal/m2h）F：热传导面积（m2）t1、t2：两个面各自的温度（）l：两个面之间的距离,食品内部的热量传递是以热传导方式进行。食品内部有两个不同的温度面，各自为t1和t2，热量从温度高的一面向低的一面传递。单位时间内以热传导方式传递的热量QC（kcal/h）用下式表示：,t1-t2,l,F,冷藏冷冻工艺学,46,式中=tg用温度梯度来表示。,一般食品内部温度分布可用曲线ApB来表示。断面P的温度梯度是通过p点作曲线ApB的切线来表示，其值tg=()P。在断面P处，从温度高的一方向温度低的一方传导的热量可用下式表示：QC=F()P=F tg（3）,B,p,P,A,x,t,p,tg,t,冷藏冷冻工艺学,47,值的影响因素,其中（导热系数）值随食品种类不同而不同，主要与食品中的含水量和含脂肪量有关。另冻结状态值比未冻结状态值显著增加。,冷藏冷冻工艺学,48,（三）食品表面热量传递,在冷却过程中，食品表面以对流换热方式传递给冷却介质的热量Q t，就是从食品内部通过热传导方式传递给表面的热量QC，故（1）式与（3）式相等，即：,F(tstr)=F tg tg=(tstr)（4）,冷藏冷冻工艺学,49,（四）食品内部温度降低,如左图所示是食品内部一个传热面积为F(m2),厚度为x(m)的长方体，其温度分布曲线为MN。A面的温度梯度为tgA，B面的温度梯度为tgB，热量从长方体的右边通过A面传入,B面传出。A面进入的热量QA=F tgA，B面传出热量QB=F tgB。从温度分布曲线可看出tgB tgA。即传出长方体的热量大于传入长方体的热量，其差为：Q=QB-QA=F(tgB-tgA)（5）,冷藏冷冻工艺学,50,长方体因失去热量而温度降低。其温度降低用平均温度 的下降速度来表示。一个重量为W kg食品，比热为C kcal/kg。平均温 度从 降低到。食品失去热量为：CW（）kcal。在上图中，长方体的体积为FX m3，比重r kg/m3，长方体从 降低到 失去的热量为：CrFX（）。长方体从单位时间内失去的热量可用下式表示：,冷藏冷冻工艺学,51,长方体所传出的热量即长方体单位时间内失去的热量即式（5）与式（6）相等，即：,CrFX,长方体平均温度下降的速度可用下式表示:,=F(tgB tgA),冷藏冷冻工艺学,52,三、食品冷却速度与时间,食品的冷却速度就是食品温度下降速度，用 表示。整个食品的冷却速度只能用平均温度 的下降速度来表示。上图中长方体的冷却速度v由下式表示：,食品内部温度的分布是向上方凸的曲线，离表面越近，温度梯度越大。因此冷却速度越快，相应中心冷却速度较慢。,冷藏冷冻工艺学,53,（一）平板状食品的冷却速度与时间,平板内通过热传导向表面传递的热量为QC,平板状食品冷却情况,QC=F tgs=mF,QC也等于食品表面通过对流换热向冷却介质传递的热量Qt，即：,冷藏冷冻工艺学,54,a平板状食品的厚度（m）t0平板状食品的初温（）tr冷却介质的温度（）Z冷却时间（h）k导温系数 常数，由 的值决定。,计算平板状食品冷却速度的近似公式：,冷藏冷冻工艺学,55,与 的关系理论上推算得到,值非常小时2,值非常大,冷藏冷冻工艺学,56,在一般情况下数值很小，所以,e,1,故，平板状食品冷却速度计算公式可以简化为下式：,（9）,冷藏冷冻工艺学,57,当 值非常小时，冷却速度 与放热系数成正比，与厚度a成反比。此时，增大冷却介质的流速，提高对流放热系数值，可减少冷却时间。当 值非常大时，冷却速度 仅与厚度a2成反比，与对流放热系数无关。此时，减小食品厚度，冷却时间可显著缩短。但增大，冷却时间几乎不变。,冷藏冷冻工艺学,58,平板状食品冷却时间的计算公式（9）,（9）,平板状食品冷却时间计算公式 可变为（10）：,（10）,冷藏冷冻工艺学,59,（二）园柱状食品的冷却时间计算公式,园柱状食品的半径半径r=a，其中u可由下式表示：,园柱状食品冷却时间又可由（11）式计算,（11）,冷藏冷冻工艺学,60,（三）球状食品的冷却时间,半径为R的球状食品的冷却时间计算公式与平板状食品的相同，但u的表示方式见右式：,（12）,因此，球状食品的冷却时间计算公式可由（12）式表示：,冷藏冷冻工艺学,61,四、食品冷却时变化,（一）水分蒸发：（二）冷害：（三）移臭（串味）：（四）生理作用：（五）成熟作用：（六）脂类变化：（七）淀粉老化：（八）微生物的增殖：（九）寒冷收缩：,冷藏冷冻工艺学,62,（一）水分蒸发：,食品在冷却过程中，表面水分蒸发，引起食品干耗和色降等变化。根据食品水分蒸发特点，控制适宜的湿度、风速和低温条件，以减少水分蒸发。,冷藏冷冻工艺学,63,（二）冷害：,当冷藏温度低于某一温度界限时，果蔬正常生理机能受到障碍，失去平衡，称为冷害。最明显症状是表皮出现软化斑点和心部变色。另有一些水果、蔬菜，在外观上看不出冷害的症状，但冷藏后再放到常温中，则丧失正常的促进成熟作用的能力，这也是冷害的一种。,冷藏冷冻工艺学,64,（三）移臭（串味）,具有强烈香或臭味的食品冷藏在一起发生串味，使食品原有风味发生变化。另外，冷库中还有一种特殊的臭味，俗称冷库臭，也会移给食品。,冷藏冷冻工艺学,65,（四）生理作用：,在冷藏过程中，果、蔬的呼吸作用，后熟作用仍然继续。鸡蛋在冷藏过程中，其蛋白质趋于碱性化。,冷藏冷冻工艺学,66,（五）成熟作用：,肉类在冷藏过程中，缓慢进行成熟作用，使肉变得柔嫩，并具有特殊的鲜香风味，且持水性有所回复，达到最佳的食用状态。但不能进行得过度，否则引起肉类品质下降。,冷藏冷冻工艺学,67,（六）脂类变化：,冷却过程中，食品中所含有的油脂会发生水解，脂肪酸的氧化、聚合等，同时使食品风味变差，味道恶化，出现变色、酸败、发粘等。,冷藏冷冻工艺学,68,（七）淀粉老化：,淀粉老化是指食品中以-淀粉形式存在的淀粉在接近0低温范围中，-淀粉分子自动排列成序，形成致密高度晶化的不溶性淀粉分子，迅速出现淀粉化的现象。淀粉老化的最适温度是24。当贮藏的温度高于60 或低于20，均不会发生淀粉的老化现象。,冷藏冷冻工艺学,69,（八）微生物的增殖：,食品在冷却过程中，微生物特别是低温细菌其繁殖和分解作用没有被充分抑制，只是速度变化慢，长时间冷藏会使食品发生腐败。,冷藏冷冻工艺学,70,（九）寒冷收缩：,宰后的牛肉在短时间内快速冷却，肌肉会发生显著收缩，以后即使经过成熟过程，肉质也不会十分软化。这种现象叫寒冷收缩。,冷藏冷冻工艺学,71,五、食品冷却的方法,食品冷却的方法常用的有冷风冷却、冷水冷却、碎冰冷却、真空冷却等。,冷却方法与适用范围,冷藏冷冻工艺学,72,（一）冷风冷却：,冷风冷却是利用流动的冷空气使冷却温度下降的冷却方法，它是一种使用范围较广的冷却方法。使用得最多的是水果、蔬菜在冷库的高温库房中的冷却贮藏。近年来，国外肉的冷却也较普遍使用，其还可以用来冷却禽、蛋、烹调食品。总之其可用于不能被水冷却的食品，其缺点是当室内温度较低时，被冷却的食品干耗较大。,冷藏冷冻工艺学,73,冷风冷却示意图,五种不同吸吹风形式的冷风机,冷藏冷冻工艺学,74,六种冷风冷却系统示意图,图1 肉类冷风冷却装置,图2 冷风冷却系统示意图,冷藏冷冻工艺学,75,六种冷风冷却系统示意图,图4 冷风冷却系统示意图（3）,冷藏冷冻工艺学,76,六种冷风冷却系统示意图,图5 冷风冷却系统示意（4）,图6 冷风冷却系统示意图（5）,冷藏冷冻工艺学,77,（二）冷水冷却：,冷水冷却是通过低温水把被冷却的食品冷却到指定温度的方法，特别适用于鲜度下降快的食品。其形式有：1浸渍式：2撒水式：3降水式：冷水冷却的特点：没有干耗，但对于禽类易造成带病菌交叉感染。,冷藏冷冻工艺学,78,（三）碎冰冷却：,特别适用于作鱼的冷却介质，可有效防止干耗。,1冰的分类：,2要求：为提高碎冰的冷却效果，冰要细碎，使冰与被冷却食品的接触面积大，冰融化的水要及时排出。,3.海上渔获物的冷却一般有加冰法（干法），水冰法（湿法）及冷海水法。,冷藏冷冻工艺学,79,（四）真空冷却：,真空冷却又叫减压冷却，它的原理是根据水分在不同的压力下有不同的沸点，水汽化时要吸收大量汽化热使食品本身的温度降低，达到快速冷却的目的。特点：1.冷却速度快。2.主要用于蔬菜的快速冷却。3.缺点是食品干耗大，能耗大。,冷藏冷冻工艺学,80,真空冷却装置示意图,1真空泵 2冷却器 3真空冷却槽 4膨胀阀 5冷凝器 6压缩机,冷藏冷冻工艺学,81,思考题：,食品冷却的作用？食品冷却的温度范围？影响平板状食品冷却时间的因素？冷害，寒冷收缩的概念及其特点？面包是否需要冷却保存并解释原因？掌握不同食品所适用的冷却方法？,冷藏冷冻工艺学,82,第四节 食 品 的 冻 结,冷藏冷冻工艺学,83,一、食品在冻结时的变化 二、冻结率 三、冻结速度与结晶分布情况 四、冻结温度曲线 五、冻结时所放出的热量 六、冻结时间 七、食品冻结装置,本章内容,冷藏冷冻工艺学,84,本节重点与难点,食品冻结时的变化冻结速度与冰晶分布的关系冻结的温度曲线及其在生产中的意义冻结时间计算和缩短冻结时间的途径,冷藏冷冻工艺学,85,一、食品在冻结时的变化,（一）、物理变化（二）、组织学变化（三）、化学变化（四）、生物和微生物变化,next,冷藏冷冻工艺学,86,（一）物理变化：,1体积膨胀和产生内压 2比热的变化3导热系数：4体液流失：产生的原因以及如何防止 5干耗：干耗的定义和影响因素,冷藏冷冻工艺学,87,（二）组织学变化,植物组织一般比动物组织冻结时损伤大。由于植物组织中有含水量大的液泡，且植物组织的细胞壁比动物组织的细胞膜厚，以及两者细胞中成分不同，使得在同样冻结条件下，冰晶的生成不一样，造成的损伤也不一样，且植物因冻结致死后氧化酶活性增强而出现褐变。植物性食品冻结前要烫漂以破坏酶的活性。,冷藏冷冻工艺学,88,（三）化学变化,1由于冻结造成蛋白质的变性。2变色,冷藏冷冻工艺学,89,（四）生物和微生物变化,寄生虫和昆虫冻结会死亡冻结能抑制细菌的生长发育，但是微生物产生的酶仍然有一定的活性。国际冷冻协会建议：为防止微生物的生长繁殖，冻结食品必须在-12以下贮藏；为防止酶及物理变化，冻结食品的冷藏温度必须低于-18。,冷藏冷冻工艺学,90,二、冻结率,食品在冻结点与共晶点之间的任意温度下，其水分冻结的比例称为冻结率（0），以质量分数表示。其近似值可由下式计算（称为Heiss式）:,冷藏冷冻工艺学,91,冻结率与温度,温度/,冻结率/,冷藏冷冻工艺学,92,三、冻结速度与结晶分布情况,（一）冻结速度（二）结晶条件：（三）冻结速度与冰晶分布的关系：,冷藏冷冻工艺学,93,（一）冻结速度,1时间划分：2距离划分：单位为：cm/h 当v520cm/h 快速冻结 v=15cm/h 中速冻结 v=0.11cm/h 缓慢冻结 3.国际冷冻协会规定：食品表面到中心温度点间的最短距离与食品表面温度达到0后食品中心温度降到比食品冰点低10所需时间之比，即为冻结速度v=cm/h,冷藏冷冻工艺学,94,（二）结晶条件：,当液体温度降到冻结点时，液相与结晶相处于平衡状态。而要使液体变为结晶体就必须破坏这种平衡状态，即必须使液相温度降至稍低于冻结点，造成液体过冷。故过冷是水中发生冰结晶的先决条件。冰结晶形成时，因结晶相变放出热量使水或水溶液的温度由过冷温度上升至冻结点温度。食品冻结中一般不会有稳定的过冷产生。,冷藏冷冻工艺学,95,冻结时食品中心温度的变化图,晶核形成、冰晶生长速度与过冷却度相关图,冷藏冷冻工艺学,96,（三）冻结速度与冰晶形状的关系,冷藏冷冻工艺学,97,冻结速度与冰晶分布的关系,1冻结速度快，细胞内、外几乎同时达到形成冰晶的温度条件，组织内冰层推进速度大于水移动速度、冰晶分布越接近天然食品中液态水的分布情况，且冰晶呈针状结晶体，数量多，冰晶小。2冻结速度慢，冰晶首先在细胞外的间隙中产生，而此时细胞内的水分仍以液相形式存在。在蒸汽压差的作用下，细胞内的水分透过细胞膜向细胞外的冰晶移动，使大部分水冻结于细胞间隙内，形成较大冰晶且分布不均匀。,冷藏冷冻工艺学,98,四、冻结温度曲线,（一）冻结温度曲线 1初阶段：从初温到冰点的过程。2中阶段：食品大部分水结成冰的过程。放出的热量最多（15）3终阶段：从成冰到终温的过程。,（二）、冻结温度曲线的意义（生产上的应用）1第一阶段在此温度范围内微生物和酶的作用不能抑制，故应迅速通过。2第二阶段食品从冰点降到中心温度-5时，通过时间短，在最大冰晶生成带中产生的不良影响就能避免。3从5到终温，要加速通过。因微生物和酶要在15以下才能被抑制。,冷藏冷冻工艺学,99,食品冻结过程中放出热量示意图,1冻结温度曲线 2冻结过程中放出的热量,温度/,冷藏冷冻工艺学,100,五、冻结时所放出的热量,一定质量（m）的食品，在冻结过程中放出的热量有三部分：1冷却时热量qc：食品从初温降至冰点所放出热量 qc=c1(t1-tp)kcal/kg c1：高于冰点的比热；t1：初温；tp：冰点温度。2形成冰时的热量（此部分热量最多）qi=Wr kcal/kg W：食品中的含水量kg/kg；：冻结率；r：水变成冰的潜热80kcal/kg。3自冰点至冻结终温放出热量：,冷藏冷冻工艺学,101,3自冰点至冻结终温放出热量：,qe=c2(tp-t2)kcal/kg c2：低于冰点的比热kcal/kg；t2：冻结终温；故放出的总热量为：Q=qc+qi+qe Q还可用焓差法表示：Q=m（i2-i1）kcal i1：食品初始状态的焓值kcal；i2：食品终了状态的焓值kcal。,冷藏冷冻工艺学,102,六、冻结时间,设表面平坦，厚度为l的物品，如左图预冷到0，置于介质为t的环境中，物品温度降到冰点 tp 时开始冻结，经过一段时间后，冻结层离表面已有x的距离。又经过dz 时间后，冻层向内推进dx距离。,冷藏冷冻工艺学,103,对冻层厚度为dx，表面积为F，其应放出热量dQ为：dQ=Frqidx(kcal)r：容重(kg/m3)；qi：形成冰时的热量kcal/kg。,此热量在tp与t的温差作用下，经厚度为x的冻层在dz时间内传给冷却介质，其传出热量为：dQ=Fktdz(kcal)t=tp t tp：物品冰点；t：冷却介质温度。,两者热交换的量相等 即：Fktdz=Frqidx,冷藏冷冻工艺学,104,将k带入上式,确定边界条件后积分,平板状食品的冻结时间计算式,即：,冷藏冷冻工艺学,105,园柱状食品冻结时间计算公式（d：圆柱直径）：,球状食品冻结时间计算公式（d：球体直径）:,冷藏冷冻工艺学,106,将上式引入适当系数后，就能得到适用于三种几何形状的通式：,板状食品：,园柱状食品：,球状食品：,冷藏冷冻工艺学,107,块状食品的P和R值图,P70图3-10,对于方块或长方块食品，在使用上述方程时，用P45图查出p和R值即可：,冷藏冷冻工艺学,108,对于方块或长方块食品，在使用上述方程时，用P45图查出p和R值即可：1=b/a;2=a/c a是方块食品最长边；c是方块食品最短边；b：cba的边。根据1和2的相交点可查得p和R值。,冷藏冷冻工艺学,109,冻结时间的热焓表达式,上述计算通式有局限性，但能满足实用要求。为改进精度把式中qi以i即食品初温和终温时的焓差来表示，则冻结时间计算式最后形式为：,t：tp-t tp：食品的冰点；t：冷却介质的温度。x：板状食品表示厚度,园柱或球状食品表直径(m）：食品表面放热系数 kcal/m2h：冻结食品导热系数kcal/m2hR和p：食品形状有关系数,z：食品冻结时间（h）i：食品初温与终温时的焓量 kcal/kgr：食品容重 kg/m3,冷藏冷冻工艺学,110,冻结时间的分类,公称冻结时间：食品各处温度相同都为0起，其中心点温度只下降到该点食品的冰点所需时间。有效冻结时间：即食品中心温度从开始的温度下降到所要求的冻结终温所需时间。,这里公式从公称时间推导，引入i作有效冻结时间计算，结果是有效冻结时间。,冷藏冷冻工艺学,111,（二）缩短冻结时间可选择的途径,缩短冻结时间可以从改x、t三方面来考虑。1减小冻品厚度 x 2降低冷冻介质温度 t 3增大传热面的放热系数 改变值可以增加风速，在冷盐水中浸渍冻结，平板冻结器中冻结等方法。,冷藏冷冻工艺学,112,七、食品冻结装置,冷藏冷冻工艺学,113,1静止空气冻结装置,低温静止空气冻结是最早使用的一种形式，靠空气自然对流及接触传导进行冻结。我国称之为管架式。特点：冻结时间长；劳动强度大；融霜及处理霜麻烦；装置周转率低；但结构简单，造价低，运行时电耗省。,冷藏冷冻工艺学,114,2半送风冻结装置,在静止空气冻结装置上装上风机，即为半送风冻结装置。特点：结构简单，冻结食品品质优于前者，造价比送风冻结低，但温度分布不均匀。,冷藏冷冻工艺学,115,3送风冻结装置,遂道式冻结装置 传送带式连续冻结装置 螺旋带式连续冻结装置 悬浮冻结装置,冷藏冷冻工艺学,116,4接触冻结装置,亦叫平板冻结装置。将食品放入平板（金属板），制冷剂或冷媒在通路内流动，关键使食品与平板紧贴，若有空隙则冻结速度明显下降。冻结时间随食品表面与平板间的放热系数和食品厚度而变。此装置有立式和卧式两种。特点：不需冷风，占空间小。单位面积生产率高。能源低。,冷藏冷冻工艺学,117,5浸渍冻结装置,其是指将物品直接和温度很低的冷媒接触，从而实现快速冻结的一种装置。冷媒有：食盐、乙二醇、酒精等。,冷藏冷冻工艺学,118,（二）直接冻结装置,1冰盐混合物冻结 2R12浸渍冻结装置 3液化气体冻结装置,冷藏冷冻工艺学,119,1冰盐混合物冻结,原理：冰内加入盐后其温度降低，温度降低程度视所加的盐量不同。但冰中所加的盐量不能超过冰盐混合物全重的22.4%或不超过冰重的29%。否则温度反而会上升，一般加盐量为水重的1520%。混合物搅拌要均匀，否则会形成大冰团。冰盐混合物温度的近似计算：冰盐混合物的温度：ti=-70 x x：盐量对冰量的百分比。冰盐混合物的冻结能力：q=80+ti(kcal/kg)冰盐混合物的比重：r=500+50 x(kg/m3),back,冷藏冷冻工艺学,120,2R12浸渍冻结装置,原理：R12在1个大气压下沸点为-29.8，当食品与R12接触，在-29.8下沸腾蒸发，R12与食盐水不同，有相变，故其以相变吸热，热交换极好。特点：热交换率高；无干耗，但由于其易渗入到食品中，许多国家禁止使用。适用：小虾、鱼片、小鸡、海产品、肉产品、水果、蔬菜。,back,冷藏冷冻工艺学,121,3液化气体冻结装置,使用经液化后的气体来冻食品，温度一般在73以下，液N2喷淋冻结装置 特点：冻结速度极快，在食品表面和中心产生极大的瞬时温差，造成食品龟裂，故过厚食品不宜使用此法。此法成本高。液态CO2喷淋冻结装置 特点：快速，无干耗、不发生氧化变色，但成本高。食品冻结总趋势是低温速冻，国外一般采用单体快速冻结（IQF）。,冷藏冷冻工艺学,122,思考题：,食品冻结时出现那些变化，原因是什么？食品的冻结速度和解冻速度是否相同，为什么？冻结速度与冰晶分布的关系？冻结温度曲线及其在生产中的意义？冻结时间计算及缩短冻结时间的途径？食品的冻结装置及其特点？,冷藏冷冻工艺学,123,第五节 食品的冻藏,冷藏冷冻工艺学,124,本节内容,食品冻藏时的变化食品冻藏温度冻结食品的概念,冷藏冷冻工艺学,125,本节重点与难点,冰结晶形成的原因，危害及防止措施干耗与冻结烧区别及防止措施概念及计算方法,冷藏冷冻工艺学,126,一、食品冻藏时的变化,冻结食品在18以下的低温冷藏室内贮藏，由于食品中90%以上的水分已冻结，酶与微生物的作用受到抑制，食品可较长时间贮藏，但是在冻藏过程中，由于冻藏温度的波动，冻藏期又较长，冰结晶是不稳定的，大小也不全部均匀一致，在空气中氧的作用下还会缓慢发生一系列变化，使冻结食品的品质有所下降。,冷藏冷冻工艺学,127,（一）冰结晶的成长,1冰结晶的成长概念：2冰结晶成长的危害：3冰结晶形成原因：4如何防止冰结晶的成长：,冷藏冷冻工艺学,128,2冰结晶成长的危害,细胞受到机械损伤；蛋白质变性；解冻后液汁流失增加；食品的风味和营养价值发生下降等。,back,冷藏冷冻工艺学,129,3冰结晶形成原因,其主要原因是由于蒸汽压差的存在。冰结晶周围的水或水蒸汽向冰晶移动，附着并冻结在冰结晶上面，使大的结晶越大，而小的结晶逐渐减少、消失。蒸汽压差的存在原因：冻结食品中残留的水溶液的蒸汽压差大于冰 结晶的水蒸汽压冰结晶中的粒子大小不同产生蒸汽压差。主要原因是冻结食品的表面与中心部位之间有温度差，从而产生蒸汽压差。,冷藏冷冻工艺学,130,4如何防止冰结晶的成长：,采用降温快速冻结方式。冻藏温度尽量低，少变动，特别是要避免高于18以上的温度变化。,冷藏冷冻工艺学,131,（二）、干耗与冻结烧,1干耗：简言之是由于食品表面的冰结晶直接升 华造成的。干耗水分量W=F（Pg-Pr）kg/h：升华率（kg/m2hmmHg）F：冻结食品表面积（m2）Pg：冻结食品表面的水蒸汽压差（mmHg）Pr：与食品接触的空气的水蒸汽压（mmHg）2.冻结烧,冷藏冷冻工艺学,132,2.冻结烧,由于干耗的不断进行，食品表面的冰晶升华向内延伸，达到深部冰晶升华，这样不仅使冻结食品脱水减重，造成重量损失，而且由于冰晶升华后的地方成为微细空穴，大大增加了冻结食品与空气接触面积。在氧的作用下，食品中的脂肪氧化酸败，表面变黄褐，使食品外观损坏，风味、营养变差，称为冻结烧。,冷藏冷冻工艺学,133,2如何防止干耗和冻结烧：,主要是防止外界热量的传入，提高冷库外围结构的隔热效果，隔绝空气与冻结食品的接触，加入抗氧化剂，对食品可采用加包装或镀冰衣的方法。,冷藏冷冻工艺学,134,（三）蛋白质的冻结变性,由于冻藏温度的波动和冰结晶的长大，会增加蛋白质变性的程度。冻藏温度低，蛋白质的冻结变性程度小蛋白质的种类不同，冻结变性的程度有很大的差异。脂肪的变性会促进蛋白质的变性水溶性无机盐会促进蛋白质的冻结变性磷酸盐、糖类、甘油可减少蛋白质的变性,冷藏冷冻工艺学,135,（四）脂类的变化,在脂酶和磷脂酶的作用下，水解为游离脂肪酸脂肪酸在空气中氧的作用下发生自动氧化而酸败脂类冻结变性产生有毒产物如丙二醛脂肪氧化产物与蛋白质冻结变性的产物相互作用产生油烧脂类氧化引起防止油烧的措施：采用镀冰衣、包装食品而隔绝与氧的接触降低产品的冻藏温度防止氨的泄漏使用抗氧化剂,冷藏冷冻工艺学,136,（五）变色,制冷剂泄漏时会造成食品变色脂肪的氧化变色蔬菜变色红色肉的变色鱼肉的绿变虾的黑变其他褐变,冷藏冷冻工艺学,137,二、食品的冻藏温度,对于冻结食品来说，冻藏温度越低，品质保持得越好，贮藏期也越长。冻结食品在什么温度下最经济值得考虑。根据T.T.T.研究成果，认为18对大部分冻结食品来说是最经济的冻藏温度。但为了提高某些食品的品质，近年来国际上冷库的冻藏温度逐渐趋于低温化，有利于防止干耗、多酚氧化酶的氧化等。,冷藏冷冻工艺学,138,三、冻结食品的概念,（一）冻结食品的概念（二）曲线（三）温度系数Q10（四）的计算方法,冷藏冷冻工艺学,139,（一）冻结食品的概念,美国Arsdel等人，总结冻结食品的品温变化与品质保持时间的关系，即冻结仪器的概念（Time、Temperature、Tolerance；时间、温度、食品的耐藏性）。,由概念可知：1、冻结食品的品质变化主要取决于温度，冻结食品的品温越低，优秀品质的保存时间越长。2、冻结食品在流通中因时间、温度的经历而引起的品质降低是累积和不可逆的，但与经历的顺序无关。,冷藏冷冻工艺学,140,（二）曲线,大多数冷冻食品的品质稳定性是随着食品温度的降低而呈指数关系地增大。在一定温度范围内，贮藏温度与实用冷藏期之间的关系曲线。这样的曲线叫曲线。,根据曲线的斜率可知道温度对冻结食品品质稳定性的影响，用温度系数Q10表示。,冷藏冷冻工艺学,141,冻结食品的曲线,1.多脂肪鱼和炸仔鸡2.少脂肪鱼3.四季豆和汤菜4.青豆和草莓5.木梅,冷藏冷冻工艺学,142,（三）温度系数Q10,Q10是温差10，品质降低的速度比，也就是温度降低10，冷冻食品品质保持的时间比原来延长的倍数。,Q10随食品的种类的不同而不同，在实用冷藏温度（15 25）的范围内，它的值是25。,对于大多数冻结食品来说都是符合概念的，其温度系数Q10几乎都在25之间，但也有Q10小于1的食品，对于Q10小于1这样的食品，理论则不适用。,冷藏冷冻工艺学,143,（四）的计算方法,我们把某个冻结食品在流通过程中所经历的温度和时间记录下来，根据曲线按顺序算出各阶段的品质下降，然而再确定冻结食品的品质，这种方法叫的计算方法。,根据曲线可知，一个冻结食品在某个温度的实用冷藏期