第二章食品低溫保藏

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tanghaoguo@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(nèi)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(zhì)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(zhì)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(zhì)。引起食品腐敗變質(zhì)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(zhì)，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(nèi)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（10oC以下，其下限為4～-2oC）

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-18oC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（0oC以上）和凍結物冷藏（-18oC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~-2oC）和微凍冷藏（-3oC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(zhì)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(nèi)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φ的關系。例如：環(huán)境溫度ta=20℃、相對濕度φ=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品種冷卻方法肉禽蛋魚水果蔬菜真空冷卻差壓式冷卻通風冷卻冷水冷卻碎冰冷卻表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(zhì)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(nèi)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(cè)，并鋪上蓋布，使高、低壓端形成2～4kPa壓差，利用這個壓差，使-5～10℃的冷風，以0.3～0.5m／s的速度通過箱體上開設的通風孔，順利地在箱體內(nèi)流動，用此冷風進行冷卻圖2-4強制通風式與差壓式冷卻的比較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0～3℃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(zhì)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，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(nèi)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(zhì)，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(zhì)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?？焖賰鼋Y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（cm／h）。

快速凍結v≥5～20cm／h

中速凍結v≥1～5cm／h

慢速凍結v＝0.1～lcm／h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(diào)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2-9螺旋凍結裝置（單螺旋式結構）1—蒸發(fā)器2—軸流風機3—轉(zhuǎn)筒4—隔熱外殼5—出凍口6—變頻調(diào)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(zhuǎn)筒2—下降轉(zhuǎn)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)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5～6倍）、凍品脫水損失少、凍品質(zhì)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LN2／LCO2速凍裝置

還有一種液氮噴淋與空氣鼓風相結合的凍結裝置，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物理量密度/kg·m-3比熱容/kJ·(kg·K)-1熱導率/W·(m·K)-1熱擴散率/m2·s-1冰9172.1202.2411.5×10-7水999.874.21770.5611.33×10-7表2-20℃水和冰的某些熱物理性質(zhì)

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(zhì)主要受兩方面的影響一是食品凍結前的質(zhì)量二是冷藏和解凍過程對食品質(zhì)量的影響目前已有的解凍方法，大致的分類見表6-14序號空氣解凍法水解凍法電解凍法其它解凍法1靜止空氣解凍（低溫微風型空氣解凍）靜水浸漬解凍紅外輻射解凍接觸傳熱解凍2流動空氣解凍低溫流水浸漬解凍高頻解凍高壓解凍3高濕度空氣解凍水噴淋解凍微波解凍4加壓空氣解凍水浸漬和噴淋結合解凍低頻解凍5水蒸氣減壓解凍高壓靜電解凍表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(nèi)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(zhì)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(nèi)，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(nèi)4～5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(nèi)進行，用0～5℃、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１m/s左右的速度流過凍品，解凍時間一般14～24h，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(nèi)空氣溫度相近，充分加濕，空氣濕度可達98％以上，空氣溫度可在-3～20℃范圍調(diào)節(jié)，并以2.5～3.0m／s的風速在室內(nèi)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(nèi)，通入壓縮空氣，壓力一般為0.2～0.3MPa，容器內(nèi)溫度為15～20℃，空氣流速為1～1.5m/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(zhì)，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30～60min）、解凍后品質(zhì)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(zhì)進行解凍，熱量是從冷凍食品表面導入的，而電解凍屬于內(nèi)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(zhì)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(zhì)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2～25m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（1～50MHz）高頻波的穿透深度是微波的5～14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(zhuǎn)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(zhì)產(chǎn)生熱量所用電源為50～60Hz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(nèi)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(zhì)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(nèi)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(zhì)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(zhì)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5～10℃升華干燥又稱為一次干