食品工艺学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,食品工艺学,第四章 食品的冷冻保藏,第四章 食品的冷冻保藏,参考书目,概述,思考题,第一节 食品低温保藏的基本原理,第二节 食品的冷却,第三节 食品的冻结,第四节 食品的回热与解冻,参考书目,食品工艺学（上册）,食品工业制冷技术,食品冷冻工艺学,肉类食品工艺学,水产品冷藏加工,冷藏和冻藏工程技术,各种食品类、制冷类的期刊,概述,冷冻食品和冷却食品,冷冻和冷却食品的特点,低温保藏食品的历史,冷冻食品和冷却食品,冷冻食品又称冻结食品，是冻结后在低于冻结点的温度保藏的食品,冷却食品不需要冻结，是将食品的温度降到接近冻结点，并在此温度下保藏的食品,冷冻食品和冷却食品可按原料及消费形式分为果蔬类、水产类、肉禽蛋类、调理方便食品类这四大类。,冷冻和冷却食品的特点,易保藏，广泛用于肉、禽、水产、乳、蛋、蔬菜和水果等易腐食品的生产、运输和贮藏,营养、方便、卫生、经济,市场需求量大，在发达国家占有重要的地位，在发展中国家发展迅速,低温保藏食品的历史,公元前一千多年，我国就有利用天然冰雪来贮藏食品的记载。,冻结食品的产生起源于19世纪上半叶冷冻机的发明。,1834年，Jacob Perkins（英）发明了以乙醚为介质的,压缩式冷冻机,。,1860年，Carre（法）发明以氨为介质，以,水为吸收剂的吸收式冷冻机,。,1872年，David Boyle（美）和Carl Von Linde（德）分别发明了以,氨为介质的压缩式冷冻机,，当时主要用于制冰。,1877年，Charles Tellier（法）将氨-水吸收式冷冻机用于冷冻阿根廷的牛肉和新西兰的羊肉并运输到法国，这是食品冷冻的,首次商业,应用，也是冷冻食品的首度问世。,20世纪初，美国建立了冻结食品厂。,20世纪30年代，出现带包装的冷冻食品。,二战的军需，极大地促进了美国冻结食品业的发展。,战后，冷冻技术和配套设备不断改进，出现预制冷冻制品、耐热复合塑料薄膜包装袋和高质快速解冻复原加热设备，冷冻食品业成为方便食品和快餐业的支柱行业。,20世纪60年代，发达国家构成完整的冷藏链。冷冻食品进入超市。,冷冻食品的品种迅猛增加。冷冻加工技术从整体冻结向小块或颗粒冻结发展。,我国在20世纪70年代，因外贸需要冷冻蔬菜，冷冻食品开始起步。,80年代，家用冰箱和微波炉的普及，销售用冰柜和冷藏柜的使用，推动了冷冻冷藏食品的发展；出现冷冻面点。,90年代，冷链初步形成；品种增加，风味特色产品和各种菜式；生产企业和产量大幅度增加。,erkins的乙醚压缩制冷机,压缩机,吸气管,排气管,冷凝器,膨胀阀,蒸发器,水,制冰箱,蒸汽吸收式冷冻机,蒸汽压缩式冷冻机原理,冷凝器,蒸发器,高压高温区,低压低温区,膨胀阀,压缩机,等温等压,等压,等熵,等焓,第一节 食品低温保藏的基本原理,概述,低温对微生物的影响,低温对酶活性的影响,低温对非酶作用的影响,概述,食品原料有动物性和植物性之分。,食品的化学成分复杂且易变。,食品因腐烂变质造成的损失惊人。,引起食品腐烂变质的三个主要因素。,一、低温对微生物的影响,微生物对食品的破坏作用。,微生物在食品中生长的主要条件：,液态水分,pH值,营养物,温度,分类,最低温度举例,低温的作用,降温速度,微生物类型,温度,最低,最适,最高,嗜冷微生物,-75,1520,2530,嗜温微生物,1015,3040,4050,嗜热微生物,3045,5060,7580,微生物按生长温度分类,部分微生物生长和产生毒素的最低温度,微生物,最低生长温度,产毒素最低温度,食物中毒性微生物,肉毒杆菌A,10.0,10.0,肉毒杆菌B,肉毒杆菌C,-,肉毒杆菌D,3.0,3.0,梭状荚膜产气杆菌,1520,-,金黄色葡萄球菌,6.7,6.7,沙门氏杆菌,6.7,不产外毒素,粪便指示剂微生物,埃希氏大肠杆菌,35,产气杆菌,0,大肠杆菌类,35,肠球菌,0,低温对微生物的作用,低温可起到抑制微生物生长和促使部分微生物死亡的作用。但在低温下，其死亡速度比在高温下要缓慢得多。,一般认为，低温只是阻止微生物繁殖，不能彻底杀死微生物，一旦温度升高，微生物的繁殖也逐渐恢复。,降温速度对微生物的影响,冻结前，降温越迅速，微生物的死亡率越高；,冻结点以下，缓冻将导致剩余微生物的大量死亡，而速冻对微生物的致死效果较差。,二、低温对酶活性的影响,酶作用的效果因原料而异,酶活性随温度的下降而降低,一般的冷藏和冻藏不能完全抑制酶的活性,三、低温对非酶因素的影响,各种非酶促化学反应的速度，都会因温度下降而降低,第二节 食品的冷却,一、,冷却的目的,二、,冷却的方法,三、,冷却过程的冷耗量,四、,冷却速度与冷却时间（自学）,五、,气调贮藏,六、冷藏中的变化及技术管理,一、冷却的目的,植物性食品的冷藏保鲜,肉类冻结前的预冷,分割肉的冷藏销售,水产品的冷藏保鲜,鱼肌肉组织在自溶作用时主要的生化反应：,（C,6,H,10,O,5,）,n,+ nH,2,O 2n（C,3,H,6,O3） + 58.061 cal,肌酸P + ADP ATP + 肌酸,ATP ADP + Pi + 7000 cal,这些反应产生的大量热量可使鱼体温度上升210，如不及时冷却，就会促进酶的分解作用和微生物的繁殖。,二、冷却的方法,（一）,固体物料的冷却,（二）,液体物料的冷却,（三）,其它冷却方法,（一）、固体物料的冷却,1.,冷风冷却,2.,冷水冷却,3.,碎冰冷却,4.,真空冷却,各种冷却方法的适用,1、冷风冷却,用于果蔬类的高温库房,肉类的冷风冷却装置,隧道式冷却装置,冷风机的各种进出风类型,冷风冷却系统示意图（15）,冷藏运输,高温库房,冷风机的各种进出风类型,：,冷风冷却系统示意图,冷藏运输：,2、冷水冷却,浸入式,喷雾式,淋水式,优缺点,3、碎冰冷却,特点,冰的种类,操作要点,适用,4、真空冷却,原理,构造示意,操作,特点（,生菜冷却曲线,）,（二）液体食品物料的冷却,特点间接冷却,冷却介质,冷却器：间歇式、连续式,（三）、其它冷却方法,接触冷却,辐射冷却,低温学接触冷却,三、冷却过程的冷耗量,食品冷却过程中总的冷耗量，即由制冷装置所带走的总热负荷Q,T,：,Q,T,=Q,F,+Q,V,Q,F,：,冷却食品的冷耗量,；,Q,V,：,其它各种冷耗量,，,其它各种冷耗量Q,V,如外界传入的热量，外界空气进入造成的水蒸气结霜潜热，风机、泵、传送带电机及照明灯产生的热量等。,食品的冷耗量Q,F,Q,F,=Q,S,+Q,L,+Q,C,+Q,P,+Q,W,Q,S,：,食品的显热,；,Q,L,：脂肪的凝固潜热；,Q,C,：生化反应热；,Q,P,：包装物冷耗量；,Q,W,：水蒸气结霜潜热,；,食品的显热,Q,S,=GC,O,（T,I,T,F,）,G：食品重量；,C,O,：食品的平均比热；,T,I,：冷却食品的初温；,T,F,：冷却食品的终温。,四、冷却速度与冷却时间,自学。,理论基础：传热。,方式：按照食品的形状和冷却装置的形式，分别研究平板状食品、圆柱状食品和球状食品的传热过程，从而计算食品的冷却速度和冷却时间。,五、气调贮藏,0.,发展史、定义及机理,1、气调贮藏的生理基础,2、气调贮藏方法,0. 发展史、定义及机理,发展史：参见冷藏和冻藏工程技术,定义：食品原料在不同于周围大气（21% O,2,、0.03% CO,2,）的环境中贮藏。通常与冷藏结合使用。,用途：延长季节性易腐烂食品原料的贮藏期。,机理：采用低温和改变气体成分的技术，延迟生鲜食品原料的自然成熟过程。,1、气调贮藏的生理基础,降低呼吸强度，推迟呼吸高峰；,抑制乙烯的生成，延长贮藏期；,控制真菌的生长繁殖；,若氧气过少，会产生厌氧呼吸；二氧化碳过多，会使原料中毒。,2、气调贮藏方法,自然降氧法（MA）,快速降氧法（CA）,混合降氧法,包装贮藏法,自然降氧法（,Modified Atmosphere Storage）,果蔬原料贮藏于密封的冷藏库中（,气调库,），果蔬本身的呼吸作用使库内的氧量减少，二氧化碳量增加。,用吸入空气来维持一定的氧浓度。,用气体洗涤器来除去过多的二氧化碳。,碱式，让气体通过45%的NaOH；,水式，让气体通过低温的流动水；,干式，让气体通过消石灰填充柱。,快速降氧法,（Controlled Atmosphere Storage）,在气体发生器中用燃烧C,3,H,8,的方法来制取低O,2,高CO,2,的气体；,将气体通入冷藏库中；,库中常保持负压。,待藏原料入库时，即处于最适贮藏气体氛围，特别适用于不耐藏但经济价值高的原料，如草莓。,吸附器7、10通过阀门6、8，轮流工作与再生。,丙烷通过阀13进入发生器。,混合降氧法,先用快速降氧法将冷藏库内的氧气降低到一定程度；,原料入库，利用自然降氧法使氧的含量进一步降低。,既可控制易腐原料的初期快速腐烂，又降低生产成本。,包装贮藏法,生理包装,：将原料放进聚乙烯套袋，并密封。利用原料的呼吸作用和气体透过袋壁的活动，维持适宜的气体氛围。,硅气窗包装,：用带有硅橡胶的厚质袋包装原料，并密封。因气体的交换只通过硅窗进行，所以改变硅窗的面积，就可以维持不同的气体氛围。,六、冷藏中的变化及技术管理,0. 简述,1、冷藏时的变化,2、冷藏技术管理,0. 简述,由于原料性质不同，组成成分不同，冷藏前的加工工艺不同，食品在冷藏时所发生的变化也不尽相同。,除了肉类在冷藏过程中的成熟作用外，其它所有变化均会使食品的品质下降。,采取一定的措施可以减缓变化速度（控制温度和湿度，采用合适的包装，采用冷藏结合气调储藏等）。,1、冷藏时的变化,水分蒸发,冷害,串味,生理作用,脂类变化,淀粉老化,微生物增殖,（1）水分蒸发,食品在冷却时及冷藏中，因为温湿度差而发生表面水分蒸发。,水分蒸发不仅造成重量损失（俗称干耗），而且使果蔬类食品失去新鲜饱满的外观。,减重达到5%时，水果、蔬菜会出现明显的凋萎现象。,肉类食品因水分蒸发而发生表面收缩硬化，形成干燥皮膜，肉色也有变化。,鸡蛋因水分蒸发而造成气室增大。,一些果蔬的水分蒸发特性,冷却及贮藏中食肉胴体的干耗,（1）水分蒸发,水果蔬菜的水分蒸发特性,水分蒸发特性,水果蔬菜的种类,A型,(蒸发量小),苹果、橘子、柿子、梨、西瓜、葡萄(欧洲种)、马铃薯、洋葱,B型,(蒸发量中等),白桃、李子、无花果、番茄、甜瓜、莴苣、萝卜,C型,(蒸发量大),樱桃、杨梅、龙须菜、葡萄(美国种)、叶菜类、蘑菇,冷却及贮藏中食肉胴体的干耗,(=1，=80%90%，=0.2 m/s),时间,牛(%),小牛(%),羊(%),猪(%),12小时,2.0,2.0,2.0,1.0,24小时,2.5,2.5,2.5,2.0,36小时,3.0,3.0,3.0,2.5,48小时,3.5,3.5,3.5,3.0,8天,4.0,4.0,4.5,4.0,14天,4.5,4.6,5.0,5.0,在冷藏时，果蔬的品温虽然在冻结点以上，但当贮藏温度低于某一温度界限时，果蔬的正常生理机能受到障碍，称为冷害。,冷害的各种症状,见后页表,。,（2）冷害,虽然在外观上没有症状，但冷藏后再放至常温中，就丧失了正常的促进成熟作用的能力，这也是冷害的一种。,需要在低于界限温度的环境中放置一段时间，才会出现冷害。,（2）冷害,表4-6水果蔬菜冷害的界限温度和症状,种类,界限温度(),症状,种类,界限温度(),症状,香蕉,11.7-13.8,果皮变黑,马铃薯,4.4,发甜、褐变,西瓜,4.4,凹斑、风味异常,番茄(熟),7.2-10,软化、腐烂,黄瓜,7.2,凹斑、水浸状斑点腐败,番茄(生),12.3-13.9,催熟果颜色,茄子,7.2,表皮变色、腐败,不好、腐烂,（3）,串味,具有强烈气味的食品与其它的食品放在一起进行冷却和贮藏，这些易挥发的气味就会被吸附在其它的食品上。甚至存放过有强烈气味的食品（如洋葱）的库房中再贮藏其它的食品时，仍会有串味现象发生。,（4）,生化作用,水果、蔬菜在收获后仍是有生命的活体。在冷藏过程中，果蔬的呼吸作用和后熟作用仍在继续进行，机体内所含的成分也不断发生变化。,淀粉、糖、酸间的比例，果胶物质的变化，维生素C的减少等。,肉类在冷藏中的成熟作用。,（5）脂类的变化,冷却贮藏过程中，食品中所含的油脂会发生水解，脂肪酸氧化、聚合等复杂的变化，使得食品的风味变差，味道恶化，出现变色、酸败、发粘等现象。这种变化进行得非常严重时，俗称为“油烧”。,（6）淀粉老化,微晶形式存在的（20%直链/80%支链）普通淀粉（,-淀粉）,较高温度下（食品加工）,糊化,在水中溶胀形成均匀糊状溶液 （,-淀粉）,接近0的低温范围中,自动排列成序,形成致密的高度晶化的不溶性淀粉分子,化/,老化,。,老化的淀粉不易为淀粉酶作用，,所以也不易被人体消化吸收。,（6）淀粉老化,含水量为多少最易老化？,含水量3060%最易老化。,什么条件下淀粉不易老化？,A。含水量在10%以下的干燥状态,B。大量水中,（6）淀粉老化,淀粉老化作用的最适温度是：24。,例如面包在冷却贮藏时淀粉迅速老化，松软的质感不复存在；土豆在冷藏陈列柜中贮存时，也会有淀粉老化现象发生。,（6）淀粉老化,什么温度不发生老化？,当贮存温度,低于-20或高于60时,，均不会发生淀粉老化的现象。因为低于-20时，淀粉分子间的水分急速冻结，形成的冰结晶阻碍了淀粉分子间的相互靠近而不能形成氢键。,（6）淀粉老化,（7）微生物增殖,2、冷藏技术管理,冷藏温度,冷藏间相对湿度,冷藏间空气流速,贮藏温度,冷藏温度应根据具体的原料来确定。,冷藏温度越接近原料的冻结温度，贮藏期越长（香蕉、瓜类、马铃薯等在临界温度下有冷害的除外）。,应严格控制冷藏室温度。温度波动会使空气中的水分冷凝在食品表面，导致发霉。,空气相对湿度,若湿度过高，食品表面就会有水分冷凝，不仅容易发霉也容易腐烂。,若湿度过低，则食品因水分迅速蒸发而发生萎蔫。,冷藏时适宜的湿度：,水果，85-90%,蔬菜，90-95%,坚果，70%,干燥制品， 50%,空气流速,为了保证贮藏室内温度均匀，应保持最低速度的空气循环。,空气流速越大，食品水分蒸发率越高。,带包装的食品不受空气相对湿度和空气流速的影响。,第三节 食品的冻结,一、,冻结点与冻结率,二、,冻结曲线,三、,冻结时放出的热量,四、,冻结速度,五、,冻结时间,六、,冻结方法简介,七、,冻结与冻藏时的变化及技术管理,思考题,课堂练习,一、冻结点与冻结率,冻结点：冰晶开始出现的温度,食品冻结的实质是其中水分的冻结,食品中的水分并非纯水,Raoult稀溶液定律：T,f,=K,f,b,B,，K,f,为与溶剂有关的常数，水为1.86。即质量摩尔浓度每增加1 mol/kg，冻结点就会下降1.86。因此食品物料要降到0以下才产生冰晶。,一、冻结点与冻结率,温度-60左右，食品内水分全部冻结。,在-18 -30时，食品中绝大部分水分已冻结，能够达到冻藏的要求。低温冷库的贮藏温度一般为-18 -25。,冻结率：冻结终了时食品内水分的冻结量（%），又称结冰率,K=100（1T,D,/T,F,）,T,D,和T,F,分别为食品的冻结点及其冻结终了温度,一、冻结点与冻结率,一、,冻结点与冻结率,二、冻结曲线,冻结曲线,表示了冻结过程中温度随时间的变化。,过冷现象，过冷临界温度。,冷冻曲线的三个阶段：,初始阶段，从初温到冰点，,中间阶段，此阶段大部分水分陆续结成冰，,终了阶段，从大部分水结成冰到预设的冻结终温。,二、冻结曲线,二、冻结曲线,上图显示冻结期间不同深度食品层温度均随时间的变化（属于非稳态传热）,二、冻结曲线,图中多条曲线表示食品不同深度处温度随冻结时间的变化。在任一时刻食品表面的温度始终最低，越接近中心层温度越高。显示出在不同的深度，温度下降的速度是不同的。,二、冻结曲线,冷冻曲线平坦段的长短与冷却介质的导热性有关。在冷冻操作中，采用导热快的冷却介质，可以缩短中间阶段的曲线平坦段。图中显示，在盐水中冻结曲线的平坦段要明显短于在空气中。,二、冻结曲线,三、冻结时放出的热量,冻结终温,热量的三个组成部分,：,冷却时的热量,q,c,形成冰时放出的热量,q,i,自冰点至冻结终温时放出的热量,q,e,三、冻结时放出的热量,单位质量食品的总热量：,q,=,q,c,+,q,i,+,q,e,G kg,食品冻结时的总热量：,Q=Gq,或用焓差法表示：,Q=G（i,2,-,i,1,）,i,1,及,i,2,分别为食品初始和终了状态时的焓值,在冻结过程中，若食品某一部位的温度高于冰点，而其他部位低于冰点，则上述三部分放出热量同时存在；若食品任何部位的温度均处于冰点，则冻结时只有后二部分热量放出；若食品任何部位的温度都在冰点以下，则所放出的热量仅是第三部分。,三、冻结时放出的热量,冻结时三部分热量不相等，以水变为冰时放出的热量为最大，第二部分的降热过程是制冷机负荷最高的过程(,图示,)。,冻结时总热量的大小与食品中含水量密切有关，含水量大的食品其总热量亦大。,三、冻结时放出的热量,四、冻结速度,1. 速冻的定性表达：,外界的温度降与细胞组织内的温度降不等，即内外有较大的温差；而慢冻是指外界的温度降与细胞组织内的温度降基本上保持等速。,2. 速冻的定量表达：,以时间划分和,以推进距离划分两种方法。,四、冻结速度,(1)按时间：,食品中心温度从-1降到-5所需的时间，,在330 min内，快速冻结，,在30120 min内，中速冻结，,超过120 min，慢速冻结。,四、冻结速度,(2)按推进距离：,以-5的冻结层在单位时间内从食品表面向内部推进的距离为标准：,缓慢冻结 V=0.11 cm/h，,中速冻结 V=15 cm/h，,快速冻结 V=515 cm/h，,超速冻结 V15 cm/h。,四、冻结速度,3.国际制冷学会的冻结速度定义：,食品表面与中心点间的最短距离，与食品表面达到0后至食品中心温度降到比食品冻结点低10所需时间之比。,四、冻结速度,v =,食品表面与中心点的最短距离,表面0,到中心比冻结点低10,所需时间,四、冻结速度,例如：食品中心与表面的最短距离为10 cm，食品冻结点为-2，其中心降到比冻结点低10即-12时所需时间为15 h，其冻结速度为V=10/15=0.67 cm/h。,根据这一定义，食品中心温度的计算值随食品冻结点不同而改变。如冻结点-1时中心温度计算值需达到-11，冻结点-3时其值为-13。,4. 各种冻结器的冻结速度：,通风的冷库，0.2 cm/h,送风冻结器，0.53 cm/h,流态化冻结器，510 cm/h,液氮冻结器，10100 cm/h,四、冻结速度,5. 冻结速度与冰晶,冻结速度快，食品组织内冰层推进速度大于水移动速度，冰晶的分布接近天然食品中液态水的分布情况，冰晶数量极多，呈针状结晶体。,四、冻结速度,冻结速度慢，细胞外溶液浓度较低，冰晶首先在细胞外产生，而此时细胞内的水分是液相。在蒸汽压差作用下，细胞内的水向细胞外移动，形成较大的冰晶，且分布不均匀。除蒸汽压差外，因蛋白质变性，其持水能力降低，细胞膜的透水性增强而使水分转移作用加强，从而产生更多更大的冰晶大颗粒。,四、冻结速度,四、冻结速度,6. 最大冰晶生成带(,图示,)：,指-1 -5的温度范围，大部分食品在此温度范围内约80%的水分形成冰晶。,研究表明，食品冻结应以最快的速度通过最大冰晶生成带。,四、冻结速度,7. 冻结速度对食品品质影响,速冻形成的冰结晶多且细小均匀，水分从细胞内向细胞外的转移少，不至于对细胞造成机械损伤。冷冻中未被破坏的细胞组织，在适当解冻后水分能保持在原来的位置，并发挥原有的作用，有利于保持食品原有的营养价值和品质。,缓冻形成的较大冰结晶会刺伤细胞，破坏组织结构，解冻后汁液流失严重，影响食品的价值，甚至不能食用。,四、冻结速度,五、冻结时间,1. 平板冻结 (,图示,)。,(1) 因冻结产生的热量,对于厚度为d,x,，表面积为,F,的冻层，冻结时应放出的热量d,Q,为：,d,Q,=,F,.d,x,.,.,q,i,F,：平板面积（m,2,) ；,：食品密度（kg/m,3,）；,q,i,：冻结潜热（kJ/kg）,（2）由温差引起的热量传递,在（,T,P,T,）温差作用下，经厚度,x,的冻层在d,t,时间内传至冷却介质的热量为：,d,Q,=,KF,T.dt,式中，K=1/（1/,+x/,）,T=T,P,T,五、冻结时间,五、冻结时间,（3）平板冻结时间的计算式,由于d,Q,=d,Q,，确定边界条件后进行积分可得平板状食品的冻结时间计算式：,式中，L、x-厚度（m），,t-冻结时间（h），,-食品表面放热系数（kJ/m,2,h），,-已冻结食品的导热系数（kJ/mh）,2. 圆柱状及球状食品的冻结时间同理，圆柱状及球状食品的冻结时间计算式分别为：,式中，,d,分别为圆柱及球的直径。,圆柱状,球状,五、冻结时间,3. 通用冻结时间计算式（普朗克方式） 将上述公式引入适当的系数就能得到适用于三种几何形状的通用计算式：,式中，,P和R为被冻物的几何形状参数,。,五、冻结时间,普朗克方程的局限性,只考虑了形成冰时放出潜热的时间，而未考虑从物品初温到冻结点的时间,计算式推导中冻结区内导热系数,值为常数，实际上随着冻层温度降低，冻结水量增加，冻层内导热系数在不断变化,假定传热情况在两侧温度不变的稳定条件下进行，而实际冻结中两侧温差往往会发生变化,五、冻结时间,4. 国际制冷学会推荐的冷冻时间计算公式为改进精度，把普朗克方程中的,q,i,用食品初温和终温时的焓差,i,代替，即为：,焓差值,i可查有关手册。,五、冻结时间,4. 缩短冻结时间的途径,从上式看，对于一种确定的食品及其加工工艺，其,i，和T,p,（T=T,p,-T）都可看作常数，而x，和T是可以改变的。因此，缩短冻结时间就应从这三方面加以考虑：,减小食品厚度，,增大放热系数（采用强制循环，采用液体介质等），,降低冷冻温度。,五、冻结时间,设表面平坦厚度为,L,的物料，预冷到0后置于介质温度为,T,的环境中，其温度降到冰点T,P,时开始冻结。经时间t后冻结层离表面的距离为,x,。又经dt时间后冻层向内推进d,x,。,L,T,T,P,平板冻结的图示,五、冻结时间,如何获取几何形状参数P、R？,三种几何体的 P、R形状参数,方块状/长方块状食品的P、R值图,方块状/长方块状食品的P、R值表,三种几何体的 P、R形状参数,平板,圆柱,球状,P,1/2,1/4,1/16,R,1/8,1/16,1/24,方块状/长方块状食品的P、R值图,设长方形的,长边为a （45）,次长边为b（30）,短边为c （15）,计算:,1,=b/c （2）,2,=a/c （3）,根据计算值从右图查P值 （0.27）,和R值 （0.077）,R,P,六、冻结方法,1.冻结器分类,(按生产方式）,2.,有规律间断与半连续式的区别,3.冻结方式的三种基本类型,1. 冻结系统的操作方式分类（按生产过程特性）,批量式冻结器：先装载一批产品，然后冻结一个周期，冻结完毕后，设备停止运转并卸货。,半连续式冻结器：将批量式冻结器的一个较大的批量分成几个较小的批量，在同一个冻结器内进行相对连续的处理。,连续式冻结器：产品连续地或有规律间断地通过冻结器，采用机械化而且经常是全自动化的系统。连续式冻结器：产品连续地或有规律间断地通过冻结器，采用机械化而且经常是全自动化的系统。,六、冻结方法,2.有规律间断与半连续式的区别：,一次装运产品的数量,有规律间断时是一袋、一纸盒或一盘，,半连续式则是含许多袋、盘、纸盒的一辆车或一个货架,装货与等待的时间,有规律间断往往只有几秒钟，不影响流水线的运行，,而半连续式则需要较长的时间，形成明显的中断 。,六、冻结方法,3.冻结方式的三种基本类型(产品除热方式）,吹风冻结,表面接触冻结,低温冻结,组合方式（如先经过低温处理，然后经机械制冷装置完成冻结过程）。,六、冻结方法,吹风冻结,吹风式冻结装置用空气作为传热介质。,早期的装置,:,一个带有冷风机及制冷系统的冷库。,现在有了各种水平的冻结设备。,可分为批量式（,冷库,，,固定的吹风隧道,，,带推车的吹风隧道,）和连续式（,直线式,、,螺旋式,和,流化床式,冻结器）,六、冻结方法,1）冷库,2）固定的吹风隧道,3）带推车的吹风隧道,4）直线式冻结器,4）直线式冻结器,5）螺旋式冻结器,风机,蒸发器,制冷盘管,螺旋输送带,转筒,垂直气流螺旋速冻装置,6）,流化床冻结器（盘式,）,金属表面接触冻结,原理：产品与金属表面接触进行热交换，金属表面则由制冷剂的蒸发或载冷剂的吸热来进行冷却。,优点：传热效果好；不需配置风机。,局限性：只适用于规则形状产品的冻结。,类型：,带式,，,板式,和,筒式,。,六、冻结方法,六、冻结方法,1）钢带冻结器,结构原理：,（图,1,）,(,图,2,),适用：未包装的鱼片、咖啡提取物、熟土豆泥、汉堡牛排、各种调味汁和蔬菜泥。,主要要优点：连续运行；便于清洗和保持卫生；能分段控制温度（如对于咖啡提取物,),；干耗较少。,产品只是一面接触金属表面,食品层应当薄一些,(,常控制在,2025 mm),喷淋盐水,(,氯化钙或丙二醇,),的温度通常为,-35-40,冻结时间约为,30 min,2）平板冻结器：广泛用于形状为扁平状且厚度也有限制的小包装水产品和肉类制品。,3）圆筒冻结器：,通常用于冻结液体食品，产品在圆筒的内表面或外表面冻结，并被连续地刮除，因而具有强烈的热交换和很高的冻结速度。,回转圆筒冻结器,用于浓缩葡萄汁的圆筒冻结器,冰淇淋凝冻器,回转圆筒冻结装置,上图为适用于虾仁等水产品单体快速冻结（IQF）的新型连续回转式冻结装置。,虾仁的进料温度为10，出料温度为 -18时，冻结时间约为1520 min。,用于浓缩葡萄汁的圆筒冻结器,（属于冷却浓缩冻结装置）,低温冻结,低温冻结采用,液氮,或,液态二氧化碳,作为制冷剂，,常用于：1）小批量生产，2）新产品开发，3）季节性生产，和4）临时的超负荷状况。,相对较低的温度可以使产品快速冻结，对保证产品质量和降低干耗都是十分有利的；但设备投资和运行费用较高。,低温冻结设备则可以是箱式，直线式，螺旋式或浸液式。,通常为直线型，-195的液氮在产品出口端直接接触产品，产生的低温蒸汽向物料进口端流动，变暖的气体（约-4.5）排放到大气中。,液氮冻结器,液体二氧化碳冻结器,：与液氮冻结器基本相仿，但二氧化碳的沸点为-79，如果直接排放，运行成本比液氮冻结器更大，因此也有可回收二氧化碳的装置。,同时采用吹风冻结的二氧化碳冻结系统,七、冻结与冻藏中的变化及技术管理,冻结时，因为冰晶体的形成，食品的物理性质发生了变化，并进而影响到食品的其它性质。,因为冻藏的时间长，其间发生的一系列变化会显著影响到食品的品质。,1、冻结与冻藏中的变化,2、冻藏技术管理,1、冻结与冻藏中的变化,体积膨胀，内压增加,比热下降,导热系数增大,溶质重新分布,溶液浓缩,冰晶体成长,滴落液,干耗,脂肪氧化,变色,（1）体积膨胀与内压增加,4.4,时，水的密度,=1 g/ml,；,0,时，水的密度,= 0.9999 g /ml,，冰的密度,=0.9168 g/ml,。即,0,时冰比水的体积增加约,9%,。,冰的温度每下降,1,，其体积约收缩,0.010.005%,。,膨胀比收缩大得多，故水分含量越多，食品冻结时体积膨胀越明显。,（1）体积膨胀与内压增加,冻结时表面水分首先成冰，然后冰层逐渐向内部延伸。当内部水分因冻结而膨胀时受到外部冻结层的阻碍，就产生内压，又称为冻结膨胀压。根据理论计算，冻结膨胀压可达到,8.5 MPa,。,（1）体积膨胀与内压增加,当食品外层承受不了冻结膨胀压时，便通过破裂的方式来释放，造成食品的龟裂现象。一般认为食品厚度大、含水率高和表面温度下降极快时易产生龟裂。,（1）体积膨胀与内压增加,结晶后体积的膨胀使液相中溶解的气体从液体中分离出来，加剧了体积膨胀现象，亦加大了食品内部压力。,（2）比热下降,水和冰的比热分别为,4.2 kJ/kg.,和,2.1 kJ/kg.,，即冰的比热仅是水的,1/2,。,食品的比热随含水量而异，含水量多的食品比热大，含脂量多则比热小。,（2）比热下降,食品比热的近似计算式：,在冰点以上时，,c,=,w,+0.2,b,；,冰点以下时，,c,=0.5,w,+0.2,b,。,式中，,w,为食品含水率（,%,）；,b,为食品固形物含量（,%,）。,（3）导热系数增大,水为,2.1 kJ/m.h.,，冰为,8.4 kJ/m.h.,，冰的导热系数是水的,4,倍。在冷冻时冰层向内部逐渐推进，使导热系数提高，从而加快了冷冻过程。,导热系数还受到其它成分，尤其是含脂量的影响，因脂肪是热的不良导体，含脂量大时食品的导热系数就小。,（3）导热系数增大,导热系数还受食品构型的影响，当热流方向与肌纤维平行时大，垂直时则小。,（4）溶质重新分布,食品冻结时，理论上只是纯溶剂冻结成冰晶体，冻结层附近溶质的浓度相应提高，从而在尚未冻结的溶液内产生了浓度差和渗透压差，并使溶质向溶液中部位移。,（4）溶质重新分布,冻结界面位移速度越快，溶质分布越均匀，然而在冻结推动扩散的情况下，即使冻结层分界面高速位移，也难于促使冻结溶液内溶质达到完全均匀分布的境地。而缓慢的位移也很难使最初形成的冰晶体内达到完全脱盐的程度,这就是果汁冷冻浓缩过程中果汁损耗量比较大的原因。,（5）液体浓缩,溶质结晶析出，如冰淇淋中乳糖因浓度增加而结晶，产品具有沙砾感,蛋白质在高浓度的溶液中因盐析而变性,酸性溶液的,pH,值因浓缩而下降到蛋白质的等电点以下，导致蛋白质凝固,（5）液体浓缩,改变胶体悬浮液中阴、阳离子的平衡，从而破坏胶体体系,气体因浓缩而过饱和，并从溶液中逸出,引起组织脱水，解冻后水分难以全部恢复，组织也难以恢复原有的饱满度,（6）冰晶体成长,经冻结后，食品内部的冰晶体大小并不均匀一致。在冻藏过程中，细微的冰晶体逐渐减小、消失，而大冰晶体逐渐长得更大，食品中冰晶体的数目也大为减少，这种现象称为冰晶体成长。,（6）冰晶体成长,冰晶体成长给食品的品质带来很大的影响。,果蔬肉类的组织细胞受到机械损伤，蛋白质变性，解冻后汁液流失增加，造成食品风味和营养价值的下降。,冰淇淋，冷冻面团等制品质构的严重劣化。,（7）滴落液（drip）,动物性食品经冷冻,/,解冻后，不能被肌肉组织重新吸收回到原来状态而流失的水。,滴落液造成水分和营养成分的损失。,原因：冻结对组织细胞的损伤。,（7）滴落液（drip）,影响滴落液量的因素：,含水量，,新鲜度，,处理过程，,切分程度。,（8）干耗,在冷却、冻结和冷冻贮藏过程中因温差引起食品表面的水分蒸发而产生的重量损失。,干耗量与制冷装置的性能有密切的关系，性能优良的仅有,0.51 %,，而性能不佳的装置干耗可达,57 %,。,（8）干耗,干耗可造成很大的经济损失，如按出肉率,40 kg/,头，,250,工作日,/,年计，日处理,2000,头猪的肉联厂，干耗以,3 %,计算，年损失肉重量达,600 T,，相当于,15000,头猪。,（9）脂肪氧化,含较多不饱和脂肪酸的脂肪组织在空气中易被氧化。,水产类最不稳定，禽类次之，畜类最稳定。畜类中，猪脂肪最不稳定。,氧化变质的最初表现是产生不正常的气味，表面出现黄色斑点；随着氧化的继续，脂肪整体发黄，发出强烈的酸味，并可能产生有毒物质（丙二醛）。,（10）变色,脂肪组织因氧化而黄变,肉类因肌红蛋白的氧化而褐变,果蔬的酶促褐变,虾的酪氨酸氧化黑变,红色鱼皮因类胡萝卜素氧化而褪色,2、冻藏技术管理,冻藏温度（正确选择、恒定）,冻藏间相对湿度（95%）,冻藏间空气流速（自然循环）,堆垛密度（越紧密越好）,包装或保护层（涂冰）,减少人员出入和电灯开启,用臭氧消除库内异味（26 mg/m,3,）,思考题,速冻的定义，速冻与缓冻的优缺点,影响冻结速度的因素,最大冰晶生成带的概念,食品冻结有哪些方法？,课堂练习：词汇解释,冷藏,，,冻藏,冷链,真空冷却,气调贮藏，,生理包装法,，,硅窗包装法,冻结点，,冻结率,，过冷，,冻结曲线,最大冰晶生成带,速冻,，,缓冻,冷害，,干耗,，,滴落液,第四节 食品的回热与解冻,回热与解冻的定义,一、,回热,二、,解冻,回热与解冻的定义,回热：冷藏食品的温度回升至常温的过程，是冷却的逆过程。,解冻：冻结食品的温度回升至冻结点以上的过程，是冻结的逆过程。,一、回热,目的：防止食品在出库后因为表面水分凝结而遭受污染及变质。,回热处理时的控制原则：与食品表面接触的空气的露点应始终低于食品表面温度。回热空气应连续或分阶段进行除湿和加热（参见P.174图）。,回热处理的空气相对湿度不能低，以尽可能减少回热时食品的干耗。,小批量且立即要处理的物料可不用回热。,二、解冻,1.解冻、原则及对食品影响,2.,解冻温度曲线,3. 解冻方法,1.解冻、原则及对食品影响,冻制食品的解冻就是使食品内冰晶体状态的水分转化为液态，同时恢复食品原有状态和特性的工艺过程。,解冻时必须尽最大努力保存加工时必要的品质，使品质的变化或数量上的损耗都减少到最小的程度。,食品的质地、稠度、色泽以及汁液流失为食品解冻中最常出现的质量问题。,2. 解冻温度曲线,解冻曲线与冻结曲线呈大致对称的形状,。,由于冰的导热系数远大于水的导热系数，随着解冻过程的进行，向深层传热的速度越来越慢，解冻速度也随之减慢。,与冻结过程相类似，-5-1是冰晶最大融解带，也应尽快通过，以免食品品质的过度下降。,解冻介质的温度不宜太高，一般不超过1015 。,3.各 种 解 冻 方 法,(1)、空气解冻,由空气将热量传给冻品，使冻品升温、解冻。,间歇式解冻：冷却器和加温器可以调节温度，有加湿器调节湿度，采用风速为,1 m/s,、温度为,0-5 ,的加湿空气，解冻时间约,1415 h,。,图示,连续式解冻：有调温调湿装置，解冻量达,1 t/h,；设备占地面积大。,(1)、空气解冻,加压解冻：通入压力为,(23)10,5,Pa,、温度为,1520 ,的空气，因为压力升高，食品的冻结点降低，缩短了解冻时间，食品质量较好。,气液接触式：经过处理的洁净低温高湿空气与冻品接触后，水蒸气即在表面凝结成水，放出潜热使冻品解冻。无表面干燥或失重。,调温调湿解冻装置,（2）、水解冻,：,特点：水的传热系数大，可缩短解冻时间。,适用：带皮或有薄膜包装的食品。,静水解冻：解冻终温较低。,流水解冻：水流定时换向流动。,图示,喷淋水解冻：卫生质量较好。,盐水解冻：盐水浓度,23%,，可防止某些海鱼的鱼皮褪色。,碎冰解冻：用于大型鱼类，防止已解冻部分腐败变质,水蒸气解冻：用减压控制水在,1520,沸腾，水蒸气在温度更低的冻品表面冷凝并放出热量。,低温流水解冻装置,（3）接触式解冻,装置与平板食冻结装置相似，板间放置冻品，油压系统控制板,间距,，板内通入2040的流动水。间歇式操作，费时费工；但能耗低，设备费用低。,（4）内部加热式解冻,电阻解冻：利用食品具有的导电性，通过,5060Hz,的交流电，产生热能,Q=I,2,R,。适用于薄层、内实的食品。,高频解冻：利用,50MHz,电流的电磁场极性的高速变化，驱动食品内的极性分子作高速运动，产生热量，用于解冻。,微波解冻：机理同高频解冻，使用的电流中心频率为,915MHz,和,2450MHz,。,图示,（5）、组合式解冻,以电解冻为核心，再结合空气或水解冻。,微波、空气解冻：在微波解冻装置中加上冷风装置，可防止微波所产生的局部过热现象。,水、电阻解冻：先用水解冻，增加食品的导电性，降低耗电量。,微波、液氮解冻：用喷淋液氮来消除微波解冻过程中食品的过热现象。,图示,思考题,冻藏和冷藏的概念,冷冻保藏的基本原理,低温对微生物、酶和其它因素的影响,食品冷却方法及其优缺点,气调贮藏的概念、条件、方法,食品冷藏过程中的变化,