新疆大学生命科学与技术学院食品技术原理教学讲义 第四节食品的冻结及冻藏 熟练掌握冻结的概念和食品冻结理论：熟练掌握冻结率的估算方法，尤其掌 握“最大冰结晶生成带”的定义、温度范围、与食品品质的关系：了解冻结速 度与结晶分布情况，熟练掌握冻结速度与结晶分布的关系，速冻的意义及在实 际生产中的应用：掌握食品冻藏技术管理及在冻藏中的变化，掌握重结晶及干耗 的定义、危害、防止办法。熟悉冻藏食品的贮存期概念并要求会使用T.T.T 理论计算和推断食品的商品价值。了解冻藏方法与设备。 冻结食品含义包括4个方面：(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。 一、食品冻结过程的基本规律 (一)冻结点和低共熔点 l、冻结点(Freezing point) 是指一定压力下液态物质由液态转向固态的温度点。即冰晶开始出现的温度。 冻结点的高低，不仅受水分含量的影响，而且受溶解食品成分的水分状态的影 响。根据拉乌尔(Raoult)法则，冻结点的降低，与其物质的浓度成正比，每增 加1moL.L溶质，冻结点下降1.860c。一般植物性食品，果品、蔬菜的冻结点 大多为-0.6~-3.80c。 2、低共熔点 溶液或食品物料冻结时在初始冻结点开始冻结，随着冻结过程的进行，水分不断 地转化为冰结晶，冻结点也随之降低，这样直至所有的水分都冻结，此时溶液中 的溶质、水（溶剂）达到共同固化，这一状态点被称为低共熔点或冰盐冻结点。 花质量分数/% College of Life Sciences Technology,Xinjiang University,Urumqi 830046.China
新疆大学生命科学与技术学院食品技术原理教学讲义 College of Life Sciences & Technology, Xinjiang University， Urumqi 830046，China 1 第四节 食品的冻结及冻藏 熟练掌握冻结的概念和食品冻结理论；熟练掌握冻结率的估算方法，尤其掌 握“最大冰结晶生成带” 的定义、温度范围、与食品品质的关系；了解冻结速 度与结晶分布情况 ，熟练掌握冻结速度与结晶分布的关系 ，速冻的意义及在实 际生产中的应用；掌握食品冻藏技术管理及在冻藏中的变化，掌握重结晶及干耗 的定义、危害、防止办法。 熟悉冻藏食品的贮存期概念并要求会使用 T.T.T 理论计算和推断食品的商品价值。了解冻藏方法与设备。 冻结食品含义包括 4 个方面：（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-18O C 以下；（4）有适宜的包装并在冷链下运销。 一、食品冻结过程的基本规律 （一）冻结点和低共熔点 1、 冻结点（Freezing point） 是指一定压力下液态物质由液态转向固态的温度点。即冰晶开始出现的温度。 冻结点的高低，不仅受水分含量的影响，而且受溶解食品成分的水分状态的影 响。根据拉乌尔（Raoult）法则，冻结点的降低，与其物质的浓度成正比，每增 加 1mol.L-1 溶质，冻结点下降 1.86OC。一般植物性食品，果品、蔬菜的冻结点 大多为-0.6～-3.8OC。 2、 低共熔点 溶液或食品物料冻结时在初始冻结点开始冻结，随着冻结过程的进行，水分不断 地转化为冰结晶，冻结点也随之降低，这样直至所有的水分都冻结，此时溶液中 的溶质、水（溶剂）达到共同固化，这一状态点被称为低共熔点或冰盐冻结点
新疆大学生命科学与技术学院食品技术原理教学讲义 (二)冻结过程和冻结曲线1、冻结过程 是指食品物料降温到完全冻结的整个过程。 溶液或液态食品开始冻结时，理论上只有纯溶剂在它外层周围冻结，并形 成脱盐（或较纯）的冰结品，这就相应提高了冻结层附近的溶质浓度，这样就会 在尚未冻结的溶液内产生浓度差和渗透压差。 因此，在浓度差的作用下，溶质就会向溶液中部扩散，而溶剂则在渗透压力 差的作用下，逐渐向冻结层附近溶液浓度较高的方向转移。这样，随着冻结过程 的进行，溶液或液态食品内不断地进行着扩散渗透平衡。随着溶液温度的不断下 降，未冻结层内的溶质浓度不断增加。又因为扩散作用是在溶液或液态食品开始 冻结后才发生，冻结层分界面的位移速度（产)必然大于溶质的扩散速度 这样，溶质在冻结溶液内的重新分布或分层化，完全取决于冻结层分界面的 位移速度和溶质的扩散速度的对比关系。冻结层分界面的位移速度越快，冻结溶 液内的溶质分布就越均匀，然而在冻结引起扩散的情况下，即使冻结层分界面高 速度地位移，也难以使冻结溶液内的溶质达到完全均匀的分布。冻结层分界面的 位移速度越慢，冻结溶液内的溶质分布就越不均匀，同样，即使冻结层分界面非 常缓慢地位移，也很难使最初形成的冰晶体达到完全脱盐（或无溶质）的程度。 由于上述规律，在冷冻浓缩果汁一类的液态食品时，就很难从果汁中分离出纯水， 因此在冷冻浓缩过程中果汁的损耗量就比较大。 2、冻结曲线 是描述冻结过程中食品物料的温度随时间变化的曲线。 时国/m College of Life Sciences&Technology,Xinjiang University,Urumqi3046.China 2
新疆大学生命科学与技术学院食品技术原理教学讲义 College of Life Sciences & Technology, Xinjiang University， Urumqi 830046，China 2 （二）冻结过程和冻结曲线 1、 冻结过程 是指食品物料降温到完全冻结的整个过程。 溶液或液态食品开始冻结时，理论上只有纯溶剂在它外层周围冻结，并形 成脱盐（或较纯）的冰结晶，这就相应提高了冻结层附近的溶质浓度，这样就会 在尚未冻结的溶液内产生浓度差和渗透压差。 因此，在浓度差的作用下，溶质就会向溶液中部扩散，而溶剂则在渗透压力 差的作用下，逐渐向冻结层附近溶液浓度较高的方向转移。这样，随着冻结过程 的进行，溶液或液态食品内不断地进行着扩散渗透平衡。随着溶液温度的不断下 降，未冻结层内的溶质浓度不断增加。又因为扩散作用是在溶液或液态食品开始 冻结后才发生，冻结层分界面的位移速度（ dt dxd ）必然大于溶质的扩散速度 （ dt dxr ）。 这样，溶质在冻结溶液内的重新分布或分层化，完全取决于冻结层分界面的 位移速度和溶质的扩散速度的对比关系。冻结层分界面的位移速度越快，冻结溶 液内的溶质分布就越均匀，然而在冻结引起扩散的情况下，即使冻结层分界面高 速度地位移，也难以使冻结溶液内的溶质达到完全均匀的分布。冻结层分界面的 位移速度越慢，冻结溶液内的溶质分布就越不均匀，同样，即使冻结层分界面非 常缓慢地位移，也很难使最初形成的冰晶体达到完全脱盐（或无溶质）的程度。 由于上述规律，在冷冻浓缩果汁一类的液态食品时，就很难从果汁中分离出纯水， 因此在冷冻浓缩过程中果汁的损耗量就比较大。 2、 冻结曲线 是描述冻结过程中食品物料的温度随时间变化的曲线
新疆大学生命科学与技术学院食品技术原理教学讲义 降温过程中开始形成结晶的温度或开始回升的最低温度称为过冷临界温度或 过冷温度。贪、肉、鱼-4一-50C;牛奶-5一-60C,蛋类-11~-130℃ 冻结曲线与冰晶最大生成带•冻结曲线分为三个阶段： ·第一阶段：食品温度从初温降到食品的冻结点 ·第二阶段：食品的温度从食品的冻结点降低到-50C左右 ·第三阶段：食品的温度从-5℃左右继续下降至终温 冻结曲线平坦段的长短与传热介质的传热快慢关系很大。（三）结晶条件和结 晶曲线1、结晶条件 ·过冷现象是水中有冰结晶的先决条件。水在降温过程中开始形成稳定性品核 时的温度或在开始回升的最低温度称为过冷临界温度或过冷温度。食品的低共熔 点为-55~-650c ·2、结晶曲线 ·两种现象：一是晶核的形成，一是以晶核为中心的晶体的成长。（四）冻结水 0= m+mz 量和冰结晶最大生成带 水分冻结量是指一定温度下，冰品体的重量占食品中水分含量的比例。冰结品 最大生成带：一1-一50℃ (五)冻结速率 冻结速率(Freezing velocity)是指食品物料内某点的温度下降速度或冰锋的 的前进速度。 1、时间一温度法 用热中心温度从-1℃降低到-5℃这一温度范围的时间来表示冻结速率，若通过此 温度区间的时间少于30min,称为快速冻结：大于30min,称为缓慢冻结。 2、冰峰前进速率 是指单位时间内-5℃的冻结层从食品表面伸向内部的距离，单位cm·h-1。 3、国际冷冻协会定义 食品表面与中心温度点间的最短距离(60)与食品表面达到0℃后食品中心温 College of Life Sciences&Technology,Xinjiang University,Urumqi804.China
新疆大学生命科学与技术学院食品技术原理教学讲义 College of Life Sciences & Technology, Xinjiang University， Urumqi 830046，China 3 降温过程中开始形成结晶的温度或开始回升的最低温度称为过冷临界温度或 过冷温度。禽、肉、鱼 -4～-5OC；牛奶-5～-6OC；蛋类-11～-13OC 冻结曲线与冰晶最大生成带•冻结曲线分为三个阶段： •第一阶段：食品温度从初温降到食品的冻结点 •第二阶段：食品的温度从食品的冻结点降低到-5OC 左右 •第三阶段：食品的温度从-5OC 左右继续下降至终温 冻结曲线平坦段的长短与传热介质的传热快慢关系很大。（三）结晶条件和结 晶曲线•1、结晶条件 •过冷现象是水中有冰结晶的先决条件。水在降温过程中开始形成稳定性晶核 时的温度或在开始回升的最低温度称为过冷临界温度或过冷温度。食品的低共熔 点为-55～-65OC •2、结晶曲线 •两种现象：一是晶核的形成，一是以晶核为中心的晶体的成长。（四）冻结水 量和冰结晶最大生成带 水分冻结量是指一定温度下，冰晶体的重量占食品中水分含量的比例。冰结晶 最大生成带：—1- —5 0C （五）冻结速率 冻结速率（Freezing velocity）是指食品物料内某点的温度下降速度或冰锋的 的前进速度。 1、 时间—温度法 用热中心温度从-1℃降低到-5℃这一温度范围的时间来表示冻结速率。若通过此 温度区间的时间少于 30min，称为快速冻结；大于 30min，称为缓慢冻结。 2、冰峰前进速率 是指单位时间内-5℃的冻结层从食品表面伸向内部的距离，单位 cm·h-1。 3、国际冷冻协会定义 食品表面与中心温度点间的最短距离（δ0）与食品表面达到 0℃后食品中心温 2 1 2 m m m = +
新疆大学生命科学与技术学院食品技术原理牧学讲义 度降至比食品冰点（开始冻结温度）低10℃所需时间（τ0）之比，该比值就是 冻结速度(v),单位cm·h-l。 4、其它方法 食品的冻结速度对这些从食品组织细胞内向细胞外转移的水分影响大。冻结 速度快，则食品组织细胞内向细胞外转移的水分少，能使细胞内那些尚处于原来 状态的汁液迅速形成冰结晶。反之，冻结速度慢，则食品组织细胞内向细胞外转 移的水分多，这样不仅形成的冰结晶颗粒大，而且也造成细胞内的溶液的浓缩。 冻结食品物料的外观形态，包括冻结界面（连续或不连续）、冰结晶的大小 尺寸和冰结晶的位置等也可以反映冻结速率。 缓慢冻结时，冰结品大多在细胞的间隙内形成，冰晶量少而粗大：快速冻结时， 冰结晶大多在细胞内形成，冰晶量多而细小。 问： 1、食品解冻时，哪一种情况形成汁液流失？ 2、冷冻浓缩果汁一类的液态食品时，很难从果汁中分离出纯水？ 3、冻结速度慢，造成细胞内的溶液的浓缩。浓缩导致哪些危害？ 4、快速冻结的优点？（六）冻结膨胀 龟裂 冻结时，表面的水首先结冰，然后冰层逐渐向内伸展。当内部水分因冻结而 膨胀时，会受到外部冻结了的冰层的阻碍，因而产生内压，这就是所谓“冻结膨 胀压”。8.53Ma,当内压超过外层承受极限时，冻品便发生龟裂现象。 一般地，食品厚度大，含水率高，表面温度下降快时，易产生龟裂。 (七)冻结速度与结晶分布的关系 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。 界面位移速度就是食品内未冻结层和冻结层间的分界面在单位时间内从物体表 面向中心位移的距离。 冻结过程中均质薄片食品内界面位移速度的计算式表示如下： 因此，平均界面位移速度就是冻结层厚度（仪米）和形成X米冻结层厚度时间（τ） 的此值即X/T 冻结过程中冻结层达到物体中心时，物体冻结层内未冻结水分仍然将随着温度继 续下降而进一步形成冰品体，即该点上水分冻结量仍然将随温度下降而增加。 由于界面位移速度并未将物体内任何点上直至物体中心的水分冻结的全过程包 括在内，因而用界面位移速度表示的冻结速度并不完善.为此，建立了用“冰晶体 College of Life Sciences&Technology,Xinjiang University,Urumqi80046.China
新疆大学生命科学与技术学院食品技术原理教学讲义 College of Life Sciences & Technology, Xinjiang University， Urumqi 830046，China 4 度降至比食品冰点（开始冻结温度）低 10℃所需时间（τ0）之比，该比值就是 冻结速度（v），单位 cm·h-1。 4、其它方法 食品的冻结速度对这些从食品组织细胞内向细胞外转移的水分影响大。冻结 速度快，则食品组织细胞内向细胞外转移的水分少，能使细胞内那些尚处于原来 状态的汁液迅速形成冰结晶。反之，冻结速度慢，则食品组织细胞内向细胞外转 移的水分多，这样不仅形成的冰结晶颗粒大，而且也造成细胞内的溶液的浓缩。 冻结食品物料的外观形态，包括冻结界面（连续或不连续）、冰结晶的大小 尺寸和冰结晶的位置等也可以反映冻结速率。 缓慢冻结时，冰结晶大多在细胞的间隙内形成，冰晶量少而粗大；快速冻结时， 冰结晶大多在细胞内形成，冰晶量多而细小。 问： 1、食品解冻时，哪一种情况形成汁液流失？ 2、冷冻浓缩果汁一类的液态食品时，很难从果汁中分离出纯水？ 3、冻结速度慢，造成细胞内的溶液的浓缩。浓缩导致哪些危害？ 4、快速冻结的优点？（六）冻结膨胀 龟裂 冻结时，表面的水首先结冰，然后冰层逐渐向内伸展。当内部水分因冻结而 膨胀时，会受到外部冻结了的冰层的阻碍，因而产生内压，这就是所谓“冻结膨 胀压”。8.53Mpa，当内压超过外层承受极限时，冻品便发生龟裂现象。 一般地，食品厚度大，含水率高，表面温度下降快时，易产生龟裂。 （七）冻结速度与结晶分布的关系 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. 界面位移速度就是食品内未冻结层和冻结层间的分界面在单位时间内从物体表 面向中心位移的距离. 冻结过程中均质薄片食品内界面位移速度的计算式表示如下: 因此,平均界面位移速度就是冻结层厚度(X 米)和形成 X 米冻结层厚度时间(τ) 的此值,即 X/τ. 冻结过程中冻结层达到物体中心时,物体冻结层内未冻结水分仍然将随着温度继 续下降而进一步形成冰晶体,即该点上水分冻结量仍然将随温度下降而增加. 由于界面位移速度并未将物体内任何点上直至物体中心的水分冻结的全过程包 括在内,因而用界面位移速度表示的冻结速度并不完善.为此,建立了用"冰晶体
新疆大学生命科学与技术学院食品技术原理教学讲义 的形成速度“来表示冻结速度的概念。 冰晶体的形成速度 “冰晶体的形成速度“就是在物体任何单位容积内或任意点上单位时间内的水分 冻结量，即.冻结物体在最终温度的时的水分冻结量(。终)和物体降温到同 最终温度时所需要时间的比值()就是平均冰晶体的形成速度. 物体温度下降愈低，冰品体形成量愈益减少，即冰晶体的形成速度愈益减慢. 冻结过程中物体表面降温比深层迅速，因而物体表面上冰晶体形成的速度也比较 迅速，物体中心是冰品体形成速度最缓慢的一点. 各种冻结器的冻结速度： 通风的冷库，0.2cm/h; 送风冻结器，0.5^3cm/h: 流态化冻结器，5^10cm/h 夜氮冻结器，10100Cmh 对冻结速度有影响的因素：食品冻结速度取决于传热温差和热阻 热阻取决于空气流速，食品厚度，系统几何特性，以及食品成分等因素，它和冻 结速度成反比 食品成分的导热性愈强，冻结速度愈快. 食品和制冷剂间温差愈大，包装和块片壮食品厚度愈薄，冷空气或制冷剂循环加 速，食品的冷却介质间紧密接触程度愈高，以及制冷剂冷效应或吸热力愈大，则冻 结速度愈迅速，这就是在任何冻结系统设计中经常使用的依据。 食品的陈结速度对冰晶体的大小，形状，数量和分布状况影响很大（表1-1-13，表 1-1-14) 动植物组织的水分存在于细胞和细胞间隙，或呈结合状态，或呈游离状态 在冻结过程中，当温度降低到食品的冻结点时，那些和亲水胶体结合较弱或存在 于低浓度溶液中的部分水分，主要是处于细胞间隙内的水分，就会首先形成冰品 体，这样，冰晶体附近的溶液浓度增加，与细胞内的汁液形成渗透压力差：同时由 于水结成冰，体积膨胀，对细胞会产生挤压作用：再者由于细胞内的汁液的蒸汽压 大于冰品体的蒸汽压，使得细胞内的水分不断地向细胞外转移，并聚积在细胞间 隙内的冰晶体的周围.这样存在于细胞间隙内的冰晶体就不断地增大 冰晶分布特点： 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，呈针状细小结晶体。 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。 College of Life Sciences Technology,Xinjiang University,Urumgi 830046.China
新疆大学生命科学与技术学院食品技术原理教学讲义 College of Life Sciences & Technology, Xinjiang University， Urumqi 830046，China 5 的形成速度"来表示冻结速度的概念. 冰晶体的形成速度 "冰晶体的形成速度"就是在物体任何单位容积内或任意点上单位时间内的水分 冻结量,即 .冻结物体在最终温度的时的水分冻结量(ω 终)和物体降温到同一 最终温度时所需要时间的比值( )就是平均冰晶体的形成速度. 物体温度下降愈低,冰晶体形成量愈益减少,即冰晶体的形成速度愈益减慢. 冻结过程中物体表面降温比深层迅速,因而物体表面上冰晶体形成的速度也比较 迅速.物体中心是冰晶体形成速度最缓慢的一点. 各种冻结器的冻结速度: 通风的冷库,0.2 cm/h; 送风冻结器,0.5~3 cm/h; 流态化冻结器,5~10 cm/h; 液氮冻结器,10~100 cm/h. 对冻结速度有影响的因素:食品冻结速度取决于传热温差和热阻. 热阻取决于空气流速,食品厚度,系统几何特性,以及食品成分等因素,它和冻 结速度成反比. 食品成分的导热性愈强,冻结速度愈快. 食品和制冷剂间温差愈大,包装和块片壮食品厚度愈薄,冷空气或制冷剂循环加 速,食品的冷却介质间紧密接触程度愈高,以及制冷剂冷效应或吸热力愈大,则冻 结速度愈迅速,这就是在任何冻结系统设计中经常使用的依据. 食品的冻结速度对冰晶体的大小,形状,数量和分布状况影响很大(表 1-1-13,表 1-1-14). 动植物组织的水分存在于细胞和细胞间隙,或呈结合状态,或呈游离状态. 在冻结过程中,当温度降低到食品的冻结点时,那些和亲水胶体结合较弱或存在 于低浓度溶液中的部分水分,主要是处于细胞间隙内的水分,就会首先形成冰晶 体.这样,冰晶体附近的溶液浓度增加,与细胞内的汁液形成渗透压力差;同时由 于水结成冰,体积膨胀,对细胞会产生挤压作用;再者由于细胞内的汁液的蒸汽压 大于冰晶体的蒸汽压，使得细胞内的水分不断地向细胞外转移,并聚积在细胞间 隙内的冰晶体的周围.这样存在于细胞间隙内的冰晶体就不断地增大. 冰晶分布特点： 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，呈针状细小结晶体。 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