1、 6-1 凍結速率的表示法凍結速率的表示法 6-2 食品的凍結過程食品的凍結過程 6-3 食品凍結熱負荷食品凍結熱負荷 6-4 食品凍結時間食品凍結時間 6-5 食品的凍藏與解凍食品的凍藏與解凍 6-6 食品凍結與凍藏工藝食品凍結與凍藏工藝 6-7 解凍解凍第六章第六章 食品凍結與凍藏食品凍結與凍藏6-1 凍結速率的表示法凍結速率的表示法一、定量法一、定量法1 熱中心降溫速率：熱中心降溫速率： 熱中心：指降溫過程中食品內部溫度最熱中心：指降溫過程中食品內部溫度最高的點。高的點。 通過最大冰晶生成帶通過最大冰晶生成帶(1C 5C)的時間：的時間：30min 慢慢速凍結速凍結 2 冰鋒前進速率冰鋒

2、前進速率 Plank提出，以提出，以5C作為結冰鋒面，作為結冰鋒面，測量從食品表面向內部移動的速率。測量從食品表面向內部移動的速率。 快速凍結：快速凍結：V5-20cm/h 中速凍結：中速凍結： V1-5cm/h 慢速凍結：慢速凍結： V0.1-1cm/h20世紀70年代，國際制冷學會食品凍結速率應為：Vf=L/tL-食品表面與熱中心最短距離；t-表面達0C至熱中心達初始凍結溫度以下5K或10K所需的時間。使用過程中的二個影響因素：1熱電偶與熱中心的偏差 2食品初溫二、定性法 以低溫生物學觀點劃分。速凍指外界的溫度降與細胞組織內的溫度降保持不定值；慢凍指外界的溫度降與細胞組織內的溫度降基本上保

3、持等速。三、生產中的凍結裝置慢凍(slow freezing)：在通風房內，對散放大體積材料的凍結。凍結速率為快凍或深凍(quick- or deep-freezing)：在鼓風式或板式凍結裝置中凍結零售包裝食品。凍結速率為速凍或單體快速凍結(rapid freezing or individual quick freezing, IQF)：在流化床上對單粒小食品快凍。凍結速率為；超速凍(ultra rapid freezing)：采用低溫液體噴淋或浸沒凍結。凍結速率為。02 . cm h053. cm h510cm h10100cm h6-2 食品的凍結過程食品的凍結過程A-B：冷卻階段B-

4、C：水分結晶階段C-D：進一步降溫C 1 食品的凍結曲線2 食品的冰點：降溫時開始析出冰晶的溫度。3 結冰率：食品處于低于其冰點的某一溫度時，已結冰的水分量與食品總水分量的比值。4 最大冰晶生成帶：溫度降到5C 時。80%的水已結冰，除去結合水后，只剩下少量水分，因此，食品凍結時絕大部分水分是在1C 5C這一溫度帶中形成的，稱為最大冰晶生產帶。5 冰晶對食品質量的影響1冰晶對食品細胞的機械損傷作用2凍結引起蛋白質變性：結晶，濃溶液，鹽析作用3對食品分子空間結構的破壞作用：肌細胞外產生大冰晶，肌細胞內的肌原纖維被擠壓，集結成束，并因冰晶生成時蛋白質分子間失去結合水，肌原纖維蛋白質互相靠近，蛋白質

5、的反應基互相結合形成各種交聯，因而發生凝聚。6-3 食品凍結熱負荷食品凍結熱負荷 是食品在凍結過程中放的熱量，也是凍結食品所消耗的冷量，是凍結裝置制冷設備熱負荷的主要構成部分，是設計和選擇凍結裝置的重要依據。一、凍結結束時的平均溫度等于凍結結束后在絕熱條件下，食品各點溫度達到一致時的溫度。由于食品種類、種類、外形、成分分布等不同，凍結結束時平均溫度很難測得，比較簡單的方法是取表面溫度與中心溫度的算術平均值. 大平板： 長圓柱： 球：二、凍結熱負荷1 非生機食品的凍結熱負荷： 未凍 (a) 由高于冰點的初溫冷卻至冰點放出的熱量3TT2Tscf2TTTscf5T3T2Tscf)(01BcttGcQ

6、2scfTTT(b) 水結冰放出的潛熱(c)冰冷卻至凍結結束平均溫度放出的熱量(d)干物質從冰點冷卻至終溫放出的熱量(e)未凍結水分從冰點冷卻至終溫放出的熱量(f)傳質引起的熱負荷 GwmhQ 2)(3fBBttGwmcQ)()1 (4fBgttcwGQ)()1 (5fBsttcmGwQGQ1686654321QQQQQQQ生機凍結過程凍結結束Q非生機2 生機食品的凍結熱負荷：生機食品的凍結熱負荷： q為呼吸熱為呼吸熱簡單計算：冰點以上的顯熱量；冰點上的相變潛熱量和簡單計算：冰點以上的顯熱量；冰點上的相變潛熱量和冰點以下的顯熱量等三部分組成。冰點以下的顯熱量等三部分組成。食品從初始溫度降至冰點

7、溫度時放出的顯熱食品從初始溫度降至冰點溫度時放出的顯熱 食品中的水凍結時放出的潛熱食品中的水凍結時放出的潛熱 冰點溫度以下至最終平均凍結溫度放出的顯熱冰點溫度以下至最終平均凍結溫度放出的顯熱 q=q1+q2+q3三、焓值計算法三、焓值計算法工程計算中，通常利用食品的焓值圖表查取食品工程計算中，通常利用食品的焓值圖表查取食品在初溫和終溫時的焓值表在初溫和終溫時的焓值表37，圖，圖34，33 qQQ非生機生機)zciiGQ（qc TToi1()qf w hww2qc TTiif3() 含水量(wt%)比熱容 KJ/(kgK) 溫度 / 40 30 20 18 16 14 12 10 9 8 7 6

8、 5 4 3 2 1 01. 蔬菜 去皮蘆筍92.63.98焓h /KJ/kg0194045505561697377839099108123155243381 未凍水 /(%)567810121517202958100胡蘿卜 焓h /KJ/kg0214651576472818794102111124166218357361 未凍水 /(%)78911141517182024293753100黃瓜95.44.02焓h /KJ/kg018394347515764677074798593104125184390 未凍水 /(%)511142037100洋蔥85.53.81焓h /KJ/kg02350

9、556271819197105115125141163196263349353 未凍水 /(%)5810121416181920232631384971100菠菜90.23.90焓h /KJ/kg0194044495460667074798694108117145224371 未凍水 /(%)6791113161928531002. 水果 草莓89.33.94焓h /KJ/kg0204449546067768188951021141271501913183676-4 食品的凍結時間食品的凍結時間一、普朗克公式1913）：假設：1凍前溫度均勻，且等于其初始凍結溫度；2凍結過程中初始凍結溫度不變；

10、 3熱導率等于凍結時的熱導率；4只計算水的相變潛熱量，忽略凍結前后放出的顯熱量；5冷卻介質與食品表面的對流傳熱系數不變經過t后，每側凍結層厚度為x，在dt內推進dx，那么dQ先通過x厚的凍結層，再在表面以對流換熱方式傳給冷卻介質： AdxhdQdtAxA1TTdQi4TT2ht2i解得：dtTTkdQi)(xk11對直徑為D的長圓柱和球狀食品：通式P、R為形狀系數,L 食品的特征尺寸/m； 大平板:厚度；長圓柱和球狀:D (與冷卻的不同，2倍）大平板：P=1/2,R=1/8；長圓柱：P=1/4,R=1/16；球：P=1/6,R=1/24相同材料和特征尺寸，凍結時間大平板是長圓柱的2倍，球的3倍

11、對方形或長方形食品，設abc, 定義L=c, 1=a/c, 2=b/c, 根據1, 2值，由圖6-2或表6-1查P,R若帶有包裝材料，那么：4DDTT4ht2i2iRLPLTThtpp2i1PLRLTTht4TT2ht2i4DDTT6ht2i二、普朗克公式的修正公式1無量綱修正式一）：由Cleland,Earle(1979)完成，包含了顯熱量的影響，通用性強。形狀系數P, R f(Bi,Ste,Pk)大平板，長圓柱，球Ste,Pk分別是凍后和凍前顯熱占凍結潛熱的比例條件：含水率：77%，初始溫度 90% v=35m/s三、果蔬三、果蔬凍結與冷卻的區別：凍結與冷卻的區別：1種類、組織成分、成熟度

12、等導致對低種類、組織成分、成熟度等導致對低溫的承受能力溫的承受能力 的差別；的差別；2細胞易受損傷；細胞易受損傷；3采后即凍，失去了后熟的作用過程；采后即凍，失去了后熟的作用過程；4） 凍前進行漂燙，加糖、酸處理。凍前進行漂燙，加糖、酸處理。豌豆的速凍標準豌豆的速凍標準GB/T8865-88 速凍豌豆速凍豌豆本標準適用于以豌豆(青豆)為原料生產的速凍豌豆1 原料要求1.1 豆粒鮮嫩飽滿,鮮綠,色澤一致。1.2 豆粒清潔，無蟲蛀、病害、斑痕、銹斑、黃皮、老豆、癟豆。1.3 衛生要求2 產品分類2.1 速凍豌豆分為優級品、一級品、二級品。3 質量要求3.1 感官指標3.1.1 結凍狀態感官指標3.

13、1.2 解凍狀態，優級品、一級品、二級品具有本品應有的風味，無 異味。4 檢驗規則與方法4.1 檢驗規則4.1.1 同產地、同批次、同等級、同規格的豌豆作為一批檢驗批次。4.1.2 每批次需隨機抽樣，待檢樣品應在隨機抽樣的數量中取1 3kg。4.1.3 凡檢驗樣品時，必須在凍結狀態下迅速進行。4.1.4 凡檢驗單與貨物不符，等級混淆不清時，應由生產單位整理 后再進行抽檢。4.2 檢驗方法4.2.1 色澤、形態檢驗4.2.2 雜質檢驗4.2.3 風味口感檢驗 4.2.3.1 解凍稱取混合后樣品150g放入1.5L0.5%沸騰的食鹽水溶液中強 火加熱5s后取出，濾去水分，放置5min后，待品嘗。

14、4.2.3.2 檢驗品嘗解凍后的食品，評價其風味。5 包裝、標志、運輸、貯藏運輸、貯藏按照國家GB886388的有關規定執行。GB/T886388速凍食品技術規程速凍食品技術規程 2速凍2.1冷卻后的食品應立即速凍。2.2 食品在凍結時應以最快的速度通過食品的最大冰晶 區(大部分食品是1 5C)。2.3 食品凍結終了溫度應是18C。2.4 速凍加工后的食品在運送到冷藏庫時，應采取有效 的措施，使溫升保持在最低限度。2.5 包裝速凍食品應在溫度能受控制的環境中進行。 凍結食品在利用前一定要經過解凍。解凍是使凍結品融解恢復到凍前的新鮮狀態；另外冷凍食品食用前的煮熟也屬于解凍。由于凍結食品自然放置下

15、亦會融解，所以解凍易被人們忽視。質量好的凍結品如何使其在解凍時質量不會下降，以保證食品工業穩定地得到高質量的原料，就必須重視解凍方法處了解解凍對食品質量的影響。6-7 解解 凍凍4解凍：凍結食品的溫度回升至凍結點以上的過程，是凍結的逆過程。4凍制食品的解凍就是使食品內冰晶體狀態的水分轉化為液態，同時恢復食品原有狀態和特性的工藝過程。4解凍時必須盡最大努力保存加工時必要的品質，使品質的變化或數量上的損耗都減少到最小的程度。4解凍溫度曲線。4與凍結過程相類似，-5-1是冰晶最大融解帶，也應盡快通過，以免食品品質的過度下降。4解凍介質的溫度不宜太高，一般不超過1015 。4解凍是凍結時食品中形成的冰

16、晶還原融解成水，所以可視為凍結的逆過程。和凍結過程恰好相反，解凍速度隨著解凍的進行而逐漸下降。解凍所需時間比凍結長。如圖1所示。4希望能快速通過最大冰晶生成帶。過去曾有快速凍結、緩慢解凍的見解。其理由是細胞間隙中冰融化的水需要一定時間才被細胞吸收，后來由低溫顯微鏡觀察，細胞吸水過程里極快的，所以目前已傾向快速解凍。4解凍終溫由解凍食品的用途決定。用作加工原解凍終溫由解凍食品的用途決定。用作加工原料的凍品，半解凍即中心料的凍品，半解凍即中心-5-5C C就可以了，此就可以了，此時液汁流失少，解凍介質的溫度不宜過高，以時液汁流失少，解凍介質的溫度不宜過高，以不超過不超過10-1510-15C C為

17、宜。為宜。4為防止解凍食品質量變化最好實現均一解凍，為防止解凍食品質量變化最好實現均一解凍，這就要求解凍品薄些，表面積大些。這就要求解凍品薄些，表面積大些。4解凍時常出現的問題：汁液流失主要），微解凍時常出現的問題：汁液流失主要），微生物繁殖，酶促或非酶促等不良生化反應生物繁殖，酶促或非酶促等不良生化反應空氣水真空接觸外部加熱低頻電流高頻、微波內部加熱電和空氣微波和液氮電和水二段解凍組合解凍解解凍凍裝裝置置圖2 能控制溫度、濕度并有送鳳的解凍裝置。在風速m/s左右，氣溫05C的加濕空氣下解凍，解凍時間14 15小時。該裝置在每小時解凍噸食品時，風機功率7.5Kw，風量600m3/min圖3壓力

18、升高壓力升高,其冰點降其冰點降低低加壓和流動空氣結加壓和流動空氣結合：鐵制的容器通入合：鐵制的容器通入壓縮空氣。壓力為壓縮空氣。壓力為23kg/cm3，容器內，容器內溫度溫度1520C 解凍金槍魚等紅色解凍金槍魚等紅色不會出現褪色或褐變不會出現褪色或褐變情況情況缺陷：處理能力低缺陷：處理能力低，投資大，投資大圖4水解凍裝置4靜水式解凍4最簡單，凍品置于裝滿水的水槽式容器中，一段時間內，凍品會吸收水中的熱量而解凍，根據凍品的數量控制好水量。4特點：解凍時間長，但設備簡單，操作方便，費用低廉。4低溫流水解凍 空載時槽內水流速15m/min,每5分鐘螺旋槳換向運轉一次。水溫經常保持512C ，解凍時

19、間只需80 90分鐘。圖5圖6圖7在真空狀態下水在低溫時就沸騰，沸騰時形成水蒸汽氣遇到更低溫度的凍品時就在其表面凝結成水珠。蒸汽凝結成水珠時放出凝結熱，這部分熱量被凍品吸收，使冷凍品溫度升高而解凍。比空氣法效率提高23倍，時間顯著縮短，品質提高缺陷：裝置成本高，運行費用高，解凍成本高4該裝置與平板凍結裝置相似。板與凍該裝置與平板凍結裝置相似。板與凍品導熱。板與板之間放食品，用上下品導熱。板與板之間放食品，用上下兩板將食品壓緊，板內通兩板將食品壓緊，板內通20-4020-40C C的的流動水。日本用作解凍流動水。日本用作解凍7.5cm7.5cm厚，厚，1010公斤重的魚糜舵專用設備。從初溫公斤重

20、的魚糜舵專用設備。從初溫- -2020C C解凍到中心解凍到中心 -5-5C C、表面、表面8 8 C C后，僅后，僅2020分鐘。分鐘。內部加熱解凍裝置內部加熱解凍裝置以空氣和水作為介質來解凍以空氣和水作為介質來解凍是把熱量從冷凍品表面導人其內是把熱量從冷凍品表面導人其內部而進行解凍。這種方法在解凍部而進行解凍。這種方法在解凍速度方面有限制。要進一步提高速度方面有限制。要進一步提高解凍速度就需在熱傳導之外去考解凍速度就需在熱傳導之外去考慮。利用電阻、加熱、超聲波、慮。利用電阻、加熱、超聲波、紅外輻射等內部加熱的方式。解紅外輻射等內部加熱的方式。解凍速度要快得多。凍速度要快得多。電阻加熱是使用

21、每秒50Hz或60Hz的一般頻率去進行發熱。 電流通過冷凍食品時發熱，起初電阻大，電流小，其后隨液態水的增加，電阻減小，電流增大，凍品被解凍。比空氣和水快23倍，消耗電能少，運轉費用低。缺陷：只能解凍表面平滑的塊狀冷凍品，塊內部解凍不均勻，只有密貼部分才能通過電流，有過熱現象。圖8頻率每秒83000MHz，發熱能力會比其他的方法大得多，此時凍品的發熱在表面和內部同時進行。發熱原理：在高頻變化的電磁場中使極性分子不斷改變排列方向，分子間進行旋轉、振動，相互碰撞和摩擦，產生熱量。發熱量和頻率成正比。圖9通常把150MHz稱為高頻，3003000MHz稱為微波。實際上不能從3003000MHz任意取

22、其頻率。因為此頻帶內包括了廣播、通訊雷達用的頻率。所以國際上用的頻率只有915MHz和2450MHz兩個波帶。圖10 從加熱角度來看，微波解凍實際上是使凍物料整體加熱升溫，溫度由深凍溫度（-19-22 C 以下回升到接近冰點溫度0-4 C左右）。因此，微波解凍確切地說應為微波回溫。微波解凍具有凍物料整體回溫、 回溫溫度梯度小，即溫度均勻性好且需時間短，以及溫升速率易控制等特點。這些特點使凍物料解凍達到較理想狀態。（1凍物料能整體加熱回溫，減少了凍品的解凍層之間溫度不均勻性，不存在如常規法解凍時凍品出現再結晶現象；（2解凍過程所需時間短，細菌等微生物不易繁殖生長；（3微波加熱無熱慣性。凍物料溫升

23、速率由微波輸出功率大小，或者說微波供能速率控制，相互具有同步性。微波解凍的最終溫度一般選擇在-2-4 C為宜，此時凍品無滴水，也能用刀切割加工。否則既浪費能量，還會降低產品質量和產量。微波回溫工藝遵循既能供給物料足夠能量回溫，又可使能源供給速率與凍品吸收能量速率相平衡的原則；并且在工藝設計中特別注意因物料對微波吸收具有選擇性影響的問題。為避免事故，微波回溫工藝中將嚴格控制供能速率和監測反饋。實際解凍45cm 厚的凍物料，在2450MHz工作頻率時只需不足3分鐘時間。可見微波解凍速度之快。目前在美國、日本以及英、法、德和瑞典等歐洲國家已廣泛應用微波隧道式工業微波加熱設備回溫整塊凍魚、凍肉和冷凍水

24、果如櫻桃、草莓）、果汁、可可等。國內肉類、禽類、魚類、蛋品、水果加工廠文完全可以選用915MHz或2450MHz頻率，輸出功率為幾十千瓦到上百千瓦，工作狀態為批式或連續式微波解凍設備，使微波設備成為加工廠縮短解凍時間，提高產品品質，減少加工損耗的一種新的解凍設備。組合解凍組合解凍4單獨使用空氣、水和電進行解凍，因它們各自存在一些缺點。加采取組合型解凍則采用各自優點而避免各自的缺點。這種設備大體上都是以電解凍為軸心，再加以空氣或水。、電和空氣組合解凍、電和空氣組合解凍在微波解凍裝置上再裝以冷風，此在微波解凍裝置上再裝以冷風，此冷風是防止微波所產生的部分過熱。冷風是防止微波所產生的部分過熱。先由電加熱到能達到廚刀切入的程先由電加熱到能達到廚刀切入的程度即停止電加熱，繼之以冷風解凍。度即停止電加熱，繼之以冷風解凍。這樣不致引起部分過熱，并能避免這樣不致引起部分過熱，并能避免品溫不均勻。品溫不均勻。二、電和水組合解凍冷凍品在完全凍結時電流很難通過它的內部。在電阻解凍前先采用空氣或水把凍品表面稍融化，然后進行電解 凍 ， 可 縮 短 解 凍 時 間 、 節 約 用 電 。 如 解 凍3825.53.8cm的凍鯡魚，單用電阻型解凍需70分鐘，耗電0.074Kw.h/kg，若先用流水浸漬15分鐘再用電解凍則僅僅需16分鐘，全部時間31分鐘，耗電0.031k