七章食品的低温处理和保藏.ppt

第七章 食品的低温处理和保藏,第一节 概述 食品的低温保藏，即降低食品温度，并维持低温水平或冻结状态，以延缓或阻止食品的腐败变质，达到食品的远途运输和短期或长期贮藏的目的的保藏方法。,利用低温来保藏食品是人类在实践中所获得的成就。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。人们很早就会利用天然冰来降低食品的温度，以延长食品的贮藏期。但用天然冰雪来保藏食品的方法受到地区和季节的限制，人们曾经千方百计地贮藏冰雪，来延长对天然冰雪的利用时间。利用天然冰雪保藏食品是一种原始的冷藏方法，天然冰的相对温度为0，对大多数食品来说，在此温度下无法达到长期贮藏的目的。,冻结食品的产生起源于19世纪上半叶冷冻机的发明。19世纪，美国人David，Boyle和德国人Carl von Linde 分别发明了以氨为制冷剂的压缩式冷冻机。从此人工冷源开始逐渐代替了天然冷源，使食品的冷冻，冷藏的技术手段发生了根本性的变革。,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。用冷冻机来直接冻结和冷藏食品有许多优越性，它不受冰融化的限制，可以长期保藏食品；能够根据食品的冻结和冷藏是的需要对温度进行调节和控制；省去了放冰的位置，因而大大增加了保藏食品的数量。因此将冷冻机直接用于食品冷冻的方法迅速得到推广。,尽管人工制冷技术的出现是19世纪的事情，食品冷冻技术进入商业化应用却是20世纪的事情。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，预制冷冻食品（Prepared frozen food）和欲调理食品（Precooked frozen food）的出现，高效率的解冻加热设备如微波炉的日益普及，使冷冻食品在国外已成为方便食品和快餐的重要支柱。,20世纪60年代，发达国家构成完整的冷藏链。许多冷藏库、冷藏车、冷藏船等相继出现，成为贮藏和运输易腐水平的重要手段。速冻技术和设备是不断改进，使大部分冷冻食品已能保持新鲜食品原有的风味和营养价值，受到消费者的欢迎。商场中的冷冻食品陈列柜和民用电冰箱的普及，使得冷冻食品在流通领域的质量得到充分的保证。冷冻食品进入超市，冷冻食品的品种迅猛增加。,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；90年代，由于人民生活水平的提高和受到外来食品的影响，速冻食品工业得到迅速发展。冷链初步形成；品种增加，产量大幅度增加。1995年速冻的产量达到240万吨左右，年增长速度为25%。我国速冻食品中的中式传统点心如肉包、豆沙包、小笼包、水饺、虾饺、汤圆、春卷、烧卖、八宝粥等占相当大的份额。,一、食品冷冻的目的,新鲜的食品在常温下（20左右）存放，由于附着在食品表面的微生物和食品内所含的酶的作用，使食品的色、香、味变差，营养价值降低。如果食品在常温下久放，就会腐败变质，以至完全不能食用。除了微生物和酶引起的变质外，还有非酶引起的变质，如油脂的氧化酸败等。低温能够抑制微生物的生长繁殖和食品中酶的活性，降低非酶因素引起的化学反应的速率，因而能够延长食品的保藏期限。,食品的低温保藏也称为食品的冷冻保藏，可分为两大类：一类是食品的冷藏贮藏，另一类是食品的冻结贮藏。前者（冷藏贮藏）是将食品的温度下降到食品的冻结点以上的某一合适温度，食品中的水分不结冰，达到使大多数食品短期贮藏和某些食品（如苹果，梨，蛋等）长期贮藏的目的。后者（冻结贮藏）是将食品的温度下降到食品中绝大部分的水形成冰晶，达到食品长期贮藏的目的。,食品的冷冻处理，还作为一种加工处理的手段。在低温下，食品的一些性质与常温下有所不同，因此可以利用其来作为如下的一些手段：1、使食品加工处理比较容易方便。如培烤食品软面团的成型，半冻结状态的肉的切片等。2、改善食品的性状，提高食品的价值。如用低温处理是牛肉、干酪、冰激凌成熟，用低温处理使清酒、啤酒、葡萄酒的发酵条件达到控制等。3、使原来食品的主要物理性状发生改变而成为一种新的产品。如用低温制作鱼排、冰激凌、冻豆腐、冻结干燥食品等。,二、食品冷冻的温度范围,如上所述，食品的冷冻保藏可分为两类，因此食品冷冻的温度范围也可分为两大类：食品冷藏的温度范围和食品冻结贮藏的温度范围。食品冷却贮藏的温度范围为-215。例如，苹果可以冷却到-1 并在-1 的冷藏室中贮藏。肉类可以冷却到-1.5的冷藏室中短期贮藏。而香蕉则必须在12的温度贮藏，否则就会发生生理病害，如果皮发黑，果心发硬。柠檬和番茄等也必须采用较高的冷藏温度。,食品冻结贮藏的温度范围为-12-30，食品冻结贮藏的温度越低，则食品的稳定性越好，贮藏期限也越长。但食品冻结贮藏一般是将食品尽可能地快速冻结，使其中心温度达到-15-18后，贮藏在-18-23的冻藏室中。多脂鱼和容易变色的鱼类宜放在-25或以下温度的冻藏室中贮藏。现在，欧美和日本等发达国家和地区为了提高冻结食品的质量，多趋向于采用-25-30的冻藏温度。冷藏室在食品厂中俗称高温库，而冷藏室在食品冷冻厂中俗称低温库。,以肉类为例，冷冻（包括解冻）的温度范围如图1-1-2所示。各阶段的含义如下：,（1）冷凉 肉体刚宰后的温度（40）借自然冷却降低至室温（约20）左右的过程，成之为冷凉（图中AB段）。（2）冷却 肉体温度由宰后温度或室温借人工制冷的方法降至略高于冰点温度（在工业上为040C）的过程，称之为冷却（图中ABC段）。（3）过冷 肉体温度由冰点下降至形成冰晶的临界温度而尚不冻结的现象称之为过冷现象。肉类过冷临界温度在-5-6（图中CD段）。,（4）冻结 肉体的温度由临界温度（如无过冷现象则为冰点以上温度）降至冰点以下温度（至低熔共晶点为止）并形成冰晶的过程，称之为冻结（图中EFG段）。（5）继续冻结 由任何冰点以下温度继续降至低熔共晶点的过程称之为继续冻结（FG段）。（6）继续冷却 肉体温度由低熔共晶点继续下降的过程，称之为继续冷却（GH段）。（7）冷藏 将肉体温度维持在恒定的某一冰点以上温度（一般指04）的保藏过程，称之为冷藏（图中BC段或C点）。,（8）冻藏 将肉体温度维持在恒定的某一冰点以下的温度（一般为-15-18）的保藏过程称之为冷藏（图中为EFGH段）。（9）解冻 将肉体温度由冰点以下温度提高到冰点以上的温度，并使冰结晶融化为水的过程，称之为解冻（图中IJ段）。（10）回热 肉体温度由冰点以上温度开始升温至室温以下的过程称之为回热（图中JK段）。,三、冷冻食品的特点易保藏，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。缺点：需要一个冷冻链，温度波动大对品质影响 大。温度波动：部分溶解：微生物生长繁殖。部分溶解：冷冻后又结晶。冰晶体 为晶核致使冰晶体越来越大，机械破 坏。,四、低温保藏的类别及适应性,（一）类别 1.冷却冷藏（保藏期不长）：就是在低温并且在食品冰点以上不使食品冻结的地方保藏食品。2.冻结冷藏（冻藏）：就是在冰点以下，使食品冻结的保藏方法。一般温度在（-23-35 C）,(二)原料特性及低温保藏技术应用1.植物性原料：植物性原料一般采用低温冷却冷藏。蔬菜、水果采摘后，继续进行着生命活动，主要是呼吸作用由于脱离了养料的供应，所以只消耗自身营养，向品质劣化方向发展。要防止劣化，必须抑制呼吸作用，可采用降低温度方法。但当温度降得过低就会发生生理上的低温障碍。,根据低温障碍感受性把果蔬分为以下几类：a 感受性高：只轻度一次冻结就受到障碍的。如：黄瓜、西红柿、茄子、莴苣、香蕉、李子.b 感受性中：轻度地冻结一二次，不受障碍影响的。如：菠菜、菜花、洋葱、胡萝卜、萝卜、苹果。c 感受性低：反复冻结也不受影响的。如：卷心菜。,影响呼吸的因素：a 温度：生理临界温度以上,温度波动影响很大，波动1-5度，糖分损失30-50%.b机械伤：伤处呼吸强度升高。c 大气组分：CO2/O2达到一定比例；下降到达2.55%（生理临界需氧量），呼吸中止。,2、动物性原料,动物性食品不同于植物性食品，它死亡之后主要发生如下的变化：,1）肉的成熟 刚刚屠宰后的动物的肉是柔软的，并具有很高的持水性，经过一段时间的放置，肉质变得粗糙，持水性也大为降低。继续延长放置的时间，则粗糙的肉又变成柔软的肉，持水性也有所恢复，而且风味也有极大的改善。肉的这种变化过程，称之为肉的成熟。在肉的成熟过程中因糖原分解生成乳酸，使肉pH降低，故肉的成熟亦称为排酸。,肉的成熟实际上是在动物体死亡后，体内继续进行着的生命活动作用的结果，它包括着系列的生物化学变化和物理化学变化，由于这种变化，肉类变得柔软，并具有特殊的鲜香风味。肉的成熟过程肉的成熟大致可分为三个阶段，即僵直前期、僵直期、解僵期(僵直后期)。,(1)僵直前期在此阶段，肌肉组织是柔软的，但是由于血液循环停止，肌肉组织供氧不足，糖原不能再完全氧化成二氧化碳和水，而是通过糖酵解生成乳酸。与此同时，肌肉组织中的三磷酸腺苷(ATP)和磷酸肌酸含量下降。随着乳酸的生成和积累，畜禽肌肉组织的pH由原来刚屠宰时的正常生理值7.07.4，逐渐降低到屠宰后的酸性极限值5.45.6。到此pH时，般糖原已耗尽。当pH降至5.4后，由于糖酵解酶被钝化的原因，即使仍有糖原也不能再被分解。,（2）僵直期随着糖酵解作用的进行，肌肉pH降低，当达到肌原纤维主要蛋白质肌球蛋白的等电点时，因酸变性而凝固，导致肌肉硬度增加。此外，由于肌动球蛋白的收缩而导致肌纤维缩短和变粗，肌肉失去伸展性变得僵硬。在僵直期，肉的持水性差，风味低劣，不宜作为肉制品的原料。僵直状态的持续时间(僵直期)与动物的种类、宰前状态等因素有关。禽肉的僵直期远短于畜肉。,（3）解僵期解僵期是肉类成熟过程的后期阶段。在僵直期形成的乳酸、磷酸积聚到一定程度后，导致组织蛋白酶的活化而使肌肉纤维 发生酸性溶解，并分解成氨基酸等具有芳香、鲜味的肉浸出物，肌肉间的结缔组织也因酸的作用而膨胀、软化，从而导致肌肉组织重新回软。在僵直期形成的IMP经磷酸酶作用后变为肌苷，肌苷进一步被核苷水解酶作用而生成次黄嘌呤，使肉的香味增加。随着僵直的解除，肉的持水性逐渐回升。,2）肉的腐败肉类因受外界因素作用而产生大量的人体所不需要的物质时，称为肉类的腐败，它包括蛋白质的腐败、脂肪的酸败和糖的发酵几种作用。导致肉类腐败的因素肉类的腐败是肉类成熟过程的继续。动物宰后，由于血液循环的停止，吞噬细胞的作用亦即停止，这就使得细菌有可能繁殖和传播到整个组织中。健康动物的血液和肌肉通常是无菌的，肉类的腐败，实际上是由外界感染的微生物在其表面繁殖所致。此表面微生物沿血管进入肉的内层，进而深入到肌肉组织，产生许多对人体有害甚至使人中毒的代谢产物。,许多微生物优先利用糖类作为其生长的能源。好气性微生物在肉表面生长，通常把糖完全氧化成二氧化碳和水。如果氧的供应受阻或因其他原因氧化不完全时，则会有定程度的有机酸积累，肉的酸味由此而来。微生物对脂肪可进行两类酶促反应，一类是由其所分泌的脂肪酶分解脂肪，产生游离的脂肪酸和甘油，另一类则是由氧化酶通过一氧化作用，氧化脂肪酸。这些反应的某些产物常被认为是酸败气味和滋味的来源。但是，肉和肉制品中严重的酸败问题不是由微生物所引起，而是空气中的氧在光线、温度以及金属离子作用下氧化的结果。,有许多微生物不能作用于蛋白质，但能对游离氨基酸及低肽起作用，它们可将氨基酸氧化脱氨，生成氨和相应的酮酸。另一途径则是使氨基酸脱去羧基，生成相应的胺。此外，有些微生物尚可使某些氨基酸分解，生成吲哚、甲基吲哚、甲胺和硫化氢等。在蛋白质、氨基酸的分解代谢产物中，酪胺、尸胺、腐胺、组胺和吲哚等对人体有毒，而吲哚、甲基吲哚、甲胺、硫化氢等则具恶臭，是肉类腐败臭味之所在。,保持生鲜冷却冷藏短期贮藏，如经无菌特殊处理，可达23天，所以一般冻结冷藏。从动物死亡呼吸停止尸僵前期蛋白质裂解尸僵后期进行冻结。肉有一熟化过程，产生许多风味物质。,第二节 低温防腐的基本原理,一、低温对酶活性的影响酶是生物机体组织内的一种具有催化特性的特殊蛋白质。酶的活性与温度有关，在一定的温度范围内（040），酶的活性随温度上升而增大，但是酶也是一种蛋白质，其本身也会因温度过高而变性，失去其催化特性。,在酶促反应中，这两个相反的影响是同时存在的，因此在某一温度时，酶促反应速度最大，这个温度就称为酶的最适温度。大多数酶是最适温度为3040。当温度超过酶的最适温度时，酶的活性就开始受到破坏。当温度达到8090时，几乎所有的酶的活性都遭受到破坏。酶的活性因温度而发生的变化常用温度系数Q10来衡量：,Q10=K2/K1 式中 K1温度为t时酶促反应的化学 速率常数 K2温度为t+10 时酶促反应 是化学反应速率常数,在一定的温度范围内，大多数酶的Q10值为23，也就是说温度每下降10，酶的活性就会削弱至原来的1/21/3。低温并不会破坏酶的活性，但可以在一定程度上抑制酶的活性。温度越低，对酶的活性的抑制作用越强。,例如将食品的温度维持在-18以下，食品中酶的活性就会受到很大程度上的抑制，从而有效的延缓了食品的腐败变质的发生。然而，酶在低温下往往仍有部分活性，因而其催化作用仍在非常缓慢地进行。例如蛋白酶在-30下仍有微弱的活性，脂肪水解酶在-20仍能引起脂肪的缓慢水解。特别应该引起注意的是，食品在解冻是酶的活性将会重新活跃起来，加速食品的变质。,为了将食品在冻结，冻藏和解冻过程中由于酶活性而引起的不良变化降低到最低 程度，食品常经过短时间热烫（或预煮），预先将酶的活性钝化，然后在冻结。热烫处理的程度应控制在恰好能够破坏食品中各种酶的活性。由于过氧化物酶是最耐热的酶，当过氧化物失活时，可以保证所以其他酶也受到破坏，因此常采用检验食品中过氧化物酶的残余活性的方法，来确定食品热烫处理的工艺条件。,二、低温对微生物的影响,（一）低温和微生物的关系任何微生物都有一定的正常生长繁殖的温度范围，温度越低，它们的活动能力也越弱。温度降低到微生物的最低生长温度时，微生物就会停止生长。许多嗜温菌和嗜冷菌的最低生长温度低于0，有的甚至可低达-8，如荧光杆菌的最低生长温度为-8.9。温度降至微生物的最低生长温度以下，就会导致微生物死亡。不过在低温下，微生物的死亡速度比在高温下缓慢的多。,冻结或冰冻介质容易促使微生物死亡，冻结导致大量的水分转变成冰晶体，对微生物有较大的破坏作用。例如微生物在-8的冰冻介质中死亡速率比在-8过冷介质中的死亡速率明显快得多，见图113。,（二）低温导致微生物活力降低和 死亡的原因,低温导致微生物活力降低的原因:温度下降，微生物细胞内的酶的活性随下降，使得物质代谢过程中各种生化反应速度减慢，因而微生物的生长繁殖速度也随之减慢。在正常情况下，微生物细胞内各种生化反应总是协调一致的。但在降温时，各种生化反应按照各自的温度系数（Q10）减慢，破坏了各种生化反应的协调一致性，从而破坏了微生物细胞内的新陈代谢。,低温导致微生物死亡的原因:温度下降时，微生物细胞内的原生质粘度增加，胶体吸水性下降，蛋白质分散度改变，并且最后还会导致不可逆的蛋白质凝固，破坏其物质代谢的正常运行，对细胞造成严重的损害。食品冻结时，冰晶体的形成会使得微生物细胞内的原生质或胶体脱水，细胞内溶质浓度的增加常会促使蛋白质变性；同时冰晶体的形成还会使微生物细胞受到机械性的破坏。,食品冷却贮藏的温度可阻止某些微生物的生长，并大大减缓其他微生物的生长速度。因此，与常温下相比，冷却贮藏可延长食品的贮藏期。而食品的冻结贮藏的温度则可抑制所以微生物的生长。,（三）影响微生物低温致死的因素,1、温度的高低温度在冰点左右或冰点以上，部分能适应低温的微生物会逐渐生长繁殖（见表1-1-1），最后也会导致食品变质。这是冷却贮藏的食品不耐久藏的原因。,冻结温度对微生物的威胁性很大，尤其是-2-5的温度对微生物的威胁性最大。但是温度下降到-20-25时，微生物的死亡速度反而缓慢的多（见表1-1-2）。因为温度低至-20-25时，微生物细胞内的生化反应几乎完全停止，胶质体的变性也十分缓慢。,2降温速度在冻结温度以上时，降温越快，微生物的死亡率也越大。这是因为在迅速降温过程中，微生物细胞内的新陈代谢所需的各种生化反应的协调一致性迅速破坏。,食品冻结时的情况恰恰相反，缓冻会导致大量微生物死亡，而速冻则相反。因为缓冻时形成量少粒大的冰晶体，不仅对微生物细胞产生机械性破坏作用，还促使蛋白质变性。速冻时食品在对细胞威胁性最大的-2-5的温度范围内停留的时间甚短，而且温度会迅速下降到-18以下，能及时终止微生物细胞内酶的反应和延缓胶质体的变性，故微生物的死亡率较低。一般来说，食品速冻过程中的微生物的死亡率仅为原菌数的50%左右。,3结合水分和过冷状态细菌的芽孢和霉菌的孢子中水分含量较低，其中结合水的含量较高，在降温时较易进入过冷状态，而不形成冰晶体，这就有利于保持细胞内胶质体的稳定性，使其不易死亡。,4介质高水分和低PH的介质会加速微生物的死亡，而糖、盐、蛋白质、脂肪等对微生物有保持作用。,5贮藏期冻结贮藏时微生物的数量一般总是随着贮藏期的增加而减少，但贮藏温度越低，减少的量越少。低温对微生物的影响可用图1-1-4概括的加以表示。,大多数食物中毒菌在10以上能迅速生长繁殖，某些食物中毒菌和病原菌在温度降低至3前仍能缓慢的生长繁殖。嗜冷菌在0-10温度范围内仍能缓慢的生长。食品温度低于-10，微生物停止生长并逐渐死亡，但达不到无菌的程度。,大多数食物中毒菌在10以上能迅速生长繁殖，某些食物中毒菌和病原菌在温度降低至3前仍能缓慢的生长繁殖。嗜冷菌在0-10温度范围内仍能缓慢的生长。食品温度低于-10，微生物停止生长并逐渐死亡，但达不到无菌的程度。食品的冻结贮藏时，微生物数量虽也会下降，但和高温热处理具有本质的区别，因为低温并不是有效的杀菌措施，而是抑制其生长繁殖的有效措施。,温度为0，微生物的生长繁殖速度与室温相比已很缓慢，因此0成为食品短期贮藏常用的温度。温度为-10时，几乎所有的微生物已停止生长，因此-10-12成为冻结食品能长期贮藏的安全温度。而酶的活性，一般只有当温度下降至-20-30时，才有可能受到很大的抑制。国际冷藏协会建议为防止微生物繁殖，冻结食品必须在-12以下贮藏。为防止食品发生酶变及物理变化，冻结食品的品温必须低于-18。,第三节 食品的冷却与冷藏,食品的冷却本质上是一种热交换过程，即是让易腐食品的热量传递给周围的低温介质，在尽可能短的时间内（一般数小时），使食品温度降低到高于食品冻结点的某一预定温度，以便及时地抑制食品内的生物生化和微生物的生长繁殖的过程。冷却是食品冷藏前的必经阶段。,易腐食品在刚采收或屠宰后立即进行冷却最为理想，这样可以最大限度地保持食品原料是原始质量，抑制微生物和酶引起的变质。不少例子可以证明，采收或屠宰后若将易腐食品延缓数小时再进行冷却，与采收或屠宰后马上就进行冷却的同类食品比较，在质量上有明显的不同。食品冷却过程中的冷却速度和冷却终了温度是抑制食品本身的生化变化和微生物是生长繁殖，防止食品质量下降的决定性因素。,一、影响食品冷却过程的因素影响食品冷却过程中的冷却速度和冷却终了温度的因素有：冷却介质的相态，冷却介质运动的状态（自然流动或强制流动）和速度，冷却介质与食品的温差，冷却介质的物理性质（热容），食品的厚度与物理（质量热容，热导率）等。,（一）冷却介质冷却介质是从食品中吸收热量，并把热量传递给冷却装置的介质。通常采用的冷却介质有气体、液体和固体。,在气体介质中普遍采用的是空气。空气随处可得，不需任何费用。但空气的对流传热系数小，冷却速度慢。空气若长时间的作用与食品，会引起食品的不良变化，如空气中的氧和肉中的脂肪的氧化作用。当食品没有用不透气的材料包装，并以空气作为冷却介质时，在水蒸气压差的作用下，食品表面的水分会向空气中蒸发，导致食品的质量损失(干耗)；吸收了食品的热量和水分的热湿空气与冷却装置的冷表面接触换热时，会在冷却装置的排管上凝水或结霜。,液体冷却介质有冷水和水冰混合物。水的对流传热系数大，冷却速度快。用冷水作为冷却介质没有氧化和干耗的问题。但用冷水作为冷却介质容易对食品造成交叉污染，如禽类冷却时的沙门氏菌的污染问题；用冷水作为冷却介质还会产生食品中可溶性物质的损失和食品的带水量过多的问题。,固体冷却介质主要是淡水冰。用冰作为冷却介质，食品的冷却速度比用空气作为冷却介质的快，但比以水作为冷却介质的慢。用冰作为冷却介质也没有氧化和干耗问题，但用冰作为冷却介质有劳动强度较大的缺陷。冰冷却法对鱼类来说是最好的冷却方法。,（二）食品冷却过程中的传热问题,食品在冷却过程中的热交换，既有对流传热也有传导传热。对流传热是流体和固体表面接触时互相间的热交换过程。食品冷却时，热量从食品表面向冷风或冷水传递就属于对流传热。单位时间内从食品表面传递给冷却介质的热量t（W）可用下式表示：,t=hA(Ts-Tr)式中 h-对流放热系数W/m2K A-食品的冷却表面积(m2)Ts-食品的表面温度(K)Tr-冷却介质的温度(K)从上式可以看出，对流放热的热量与对流放热系数，传热面积，食品表面与冷却介质的温差成正比。,表1-1-3 对流传热系数与流体流动状态的关系从表1-1-3可以看出，流体的流动速度越快，则对流传热系数越大。因此当食品进行冷却时，常采用风机或搅拌器强制地驱使流体对流，以提高食品的冷却温度。,热量在物体的传递称为传导传热。食品冷却时，热量从内部向表面的传递就是传导传热。食品内部有许多不同温度的面，热量从温度高的一面向温度低的一面传递。单位时间内以热传导方式传递的热量 C=A（T1-T2）/x 1-1-3式中食品的热导率W/（mK）A-热导率的面积（m2）T1、T2两个面各自的温度（K）x两个面之间的距离（m）,食品的热导率的值随着食品的种类的不同而不同，他主要与食品中的水分和脂肪含量有关，另外冻结状态的食品值要比未冻结时显著增加，详见表1-1-4和1-1-5。,另外冻结状态的食品值要比未冻结时显著增加，,C=A（T1-T2）/x 1-1-3从式1-1-3可以看出，传导传热的热量c与温度梯度成正比,与厚度x成反比，即食品的厚度越小，则食品的冷却速度越快。,二、冷却方法,常用的食品冷却的方法有冷风冷却、冷水冷却、碎冰冷却、真空冷却等。根据食品的种类和冷却要求的不同，可选择与其适应的冷却方法。表1-1-6是这些冷却方法的一般使用范围。,（一）碎冰冷却法,这是一种常见的、简易的、行之有效的冷却方法。冰块融化时，每千克冰块吸收334.72kJ的热量。当冰块与食品表面直接接触时，冷却效果最好。冰特别适宜于冷却鱼类，因为它无害、便宜、便于携带。冰不仅能使鱼冷却，使鱼体湿润、有光泽，而且不发生干耗。,食品冷却的速度取决于食品的种类与大小，冷却前食品的原始温度，冰块与食品的比例以及冰块的大小。冰类与鱼重的比例达到0.75：1时，可获得足够大的冷却速度。冰块的大小对食品的冷却温度的影响也很大，一般认为冰块的大小最好不超过2cm。用碎冰机得到的细小而均匀的冰块，冷却时可获得足够大的冷却温度。以鱼类为例，多脂鱼类和大型鱼类的冷却速度比低脂鱼类和小型鱼类的慢。冷却前鱼体的原始温度高，则冷却所需的时间长。,（二）冷风冷却法,冷风冷却是利用流动的冷空气使被冷却的食品的温度下降，它是一种使用范围较广的使用方法。,冷风冷却法的效果主要取决于冷空气的温度、相对湿度和流速。一般食品冷却时所采用的冷风温度不低于食品的冻结点，以免食品发生冻结。对某些易受冷害的食品如香蕉、柠檬、番茄等宜采用较高的冷风温度。,冷却室内的相对湿度对不同种类的食品（特别是有无包装）的影响是不一样的。当食品用不透蒸汽的材料包装时，冷却室内的相对湿度对它没有什么影响。冷却室内的冷风流速一般为0.53m/s。冷风冷却时通常把被冷却的食品放在金属传送带上，可连续作业。图1-1-5是隧道式冷风冷却装置简图。,冷风冷却的缺点当冷却室的空气相对湿度低的时候，被冷却食品的干耗较大。为了避免冷却室的空气相对湿度过低，冷却装置的蒸发器和室内空气的温度差尽可能小些，一般以59C为宜，这样蒸发器就必须有足够大的冷却面积。部分食品的冷风冷却工艺要求如表1-1-7所示。,(三)冷水冷却法,用水泵将以机械制冷装置（或冰块）降温后的冷水喷淋在食品上进行冷却的方法称为冷水冷却法。也有采用浸渍式的，即将食品直接浸在冷水中冷却，并用搅拌器不断的搅拌冷水。,水温应尽可能维持在0左右，这是能否获得良好冷却效果的关键。和空气相比，水作为冷却介质具有较高的质量热容和对流传热系数，所以冷却速度快，大部分食品的冷却时间为10-20min。近年来国外设计了投资费用低廉、长达10m的移动式高效水冷装置，可供冷却芹菜、芦笋、桃、犁、樱桃之用。,冷水冷却的主要缺点：食品容易受到微生物污染，比如用冷水冷却家禽，如果有一个禽体染有沙门氏菌，就会通过冷水传染给其他禽体。因此，对循环使用的冷水应进行连续过滤，使用杀菌剂，并且要及时更换清洁的水。除了使用淡水作为冷却介质外，在渔船上还可以使用海水作为冷却介质以冷却鱼类。,（四）真空冷却法真空冷却又叫减压冷却，它的根据是水分在不同的压力下有不同的沸点。在正常的大气压下(1.01325*105Pa)，水在100沸腾；当压力降低至6.56611*102Pa时，水在1就沸腾了，详见表1-1-8。,食品表面的水分在1的低温下迅速汽化，每千克水变成水蒸气时要吸收2464kJ的热量。这样可使食品的温度迅速下降，而且水分蒸发量很少.,真空冷却主要用于蔬菜的快速冷却。收获后的蔬菜经过挑选、整理，放入打孔的纸板或纤维板箱内，然后推进真空冷却槽，关闭槽门后，开动真空泵和制冷机。当真空冷气槽的压力降至6.56611*102时，蔬菜表面的水分在1的低温下迅速汽化，每千克水变成水蒸气时要吸收2464kJ的热量。这样可使蔬菜的温度迅速下降，而且水分蒸发量很少，不会影响蔬菜新鲜饱满的外观。,真空冷却装置如图1-1-6所示。,这里必须说明的是图中的制冷装置不是直接用来冷却蔬菜的，而是因为在6.56611*102的压力，1的温度下变成水蒸气时，体积要增大将近20万倍，这时即使采用二级真空泵来抽，消耗很多电能，也不能使真空冷却槽的压力很快降下来。而增加了制冷装置后，可以使大量的水蒸气重新冷凝成水而排出，保持了真空冷却槽内稳定的真空度。,用真空冷却法冷却时，差不多所有的叶菜类都能迅速冷却。但这种方法投资大、操作成本也高，少量使用时不经济。国外一般都是用在离冷库较远的蔬菜产地，在大量收获后的运输途中使用。,三、冷却过程中的能量消耗,（一）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QT：QT=Q0+QV Q0：冷却食品的冷耗量；QV：其它各种冷耗量，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：Q0=QS+QL+QC+QP+QW QS：显热；QL：脂肪的凝固潜热；QC：生化反应热；QP：包装物冷耗量；QW：水蒸气结霜潜热；,（二）食品冷却过程中的耗冷量,食品进入冷却室后，就不断向它周围的低温介质散发热量，直到它被冷却到和周围介质温度相同时为止。冷却过程中食品的散热量常称为耗冷量。假如食品中无热源存在，周围介质的温度稳定不变，食品内各点温度也相同，则食品冷却过程中的耗冷量可按下式进行计算。,食品的显热：QS=GCO（TITF）式中:G：食品重量；CO：食品的平均比热；TI：冷却食品的初温；TF：冷却食品的终温。,冻结点以上的食品的质量热容可根据它的组成成分和各成分的质量热容的总和算出。对于低脂肪的食品，特别像水果、蔬菜一类的食品，可根据它的水分和干物质含量加以推算，一般干物质的质量热容的变化很小，为1.046-1.674kJ/kg.K，通常可采用1.464 kJ/kg.K的平均值。,低脂肪食品的质量热容可按下式进行计算：c0=c水+c干（1-）=4.184+1.464（1-）1-1-6 式中 c水水的质量热容4.184k/（kg）c干干物质的质量热容，一般可取.k/（kg）食品的含水率,食品温度高于冻结温度时，食品的质量热容一般很少会因温度变化而发生变化，但是含脂肪的食品则不同，这主要因为脂肪会因温度变化而凝固或融化，脂肪相变时有热效应，对食品的质量热容有所影响。,肉和肉制品的质量热容不仅因它的组成成分而异，还有温度有关系。前苏联的B.扎丹曾根据肉和肉制品干物质内各种化学成分及其与温度的关系，提出了它们的质量热容的计算式：,c01.255+0.006276（T-273）（干-蛋-脂）+（1.464+0.006276（T-273）蛋+1.674+0.02092（T-273）脂+4.184（1-干）=4.184+0.2092蛋+0.4184脂+（0.00676干+0.01464脂（T-273）-2.9288干式中 c0肉与肉制品的质量热容k/（kg）T肉与肉制品的热力学温度（K）干、蛋、脂分别为肉与肉制品的干物质、蛋白质、脂肪的含量,温度在初温（T初）和冷却后温度（T终）间的平均质量热容可按下式进行推算：c04.184+0.2092蛋+0.4184脂+（0.00313864干+0.00732+脂（T初+T终）-2.929干 1-1-8,食品冷却过程中的平均耗冷量可按下式计算：Z=Q0/3.6t 式中 Z食品单位时间平均耗冷量（W）t食品的冷却时间（h）3.6功率折算系数，1W=3.6kJ/h,然而屠宰后牲畜体内实际上仍进行着一系列的生化反应并散发出热量，冷却时每小时每千克肌肉组织的平均散热量为1.046KJ，肌肉组织仅占胴体的60%，因而每千克胴体的生化反应过程中的散热量为0.6276KJ/（kg.h），禽和鱼类也一样。,考虑到动物性食品的生化反应热，总耗冷量应为 Qc=mc0（T初 T终）+0.6276t 式中 t食品的冷却时间（h）由上式可以看出，生化反应热与冷却速度有关，冷却越迅速，动物胴体散发出的热量越少，所需的耗冷量也越少，这就是快速冷却的优越性之一。,水果和蔬菜采收后仍要进行呼吸，同时释放出热量，这称为呼吸热。呼吸热随温度下降而减少。呼吸热视果蔬种类的不同而不同，有些果蔬如洋葱、马铃薯和葡萄的呼吸强度比较低。而另一些果蔬如青刀豆、甜玉米、青豆、菠菜、草莓、蘑菇等呼吸强度特别高，因而特别难以贮藏。,呼吸热的计算式如下：Qh=mHt 1-1-11 式中 Qh果蔬呼吸时的散热量（k）m果蔬开始冷却时的质量（kg）H果蔬的呼吸热k/（kg）t冷却需要的时间（h）因此，果蔬冷却时所需的耗冷量可用下式计算 Q0=GC0(T初-T终)+H(千焦),（三）冷却率因素和安全系数,根据牛顿定律，冷却过程中食品温度变化的速度因食品和冷却介质间的温度差而异，温差越大，温度变化速度越快，即,ddt=-（-r）或dt=-dT/K(T-Tr)1-1-13式中 T食品的热力学温度(K)Tr食品的周围冷却介质的热力学温度(K)t冷却时间(h)K比例常数值,另外，在冷却介质温度稳定不变的条件下，食品的散热量随食品温度的下降而减少，即dQ0=mc0dT，带入式1-1-13得 dQ0/dt=-Kmc0(T-Tr)1-1-14,由上式可知，冷却初期食品与冷却介质的温差最大，食品的散热量最大，亦即耗冷量最大。冷却末期，食品与冷却介质的温差最小，食品的散热量最小，亦即耗冷量最小。这表明整个冷却过程中食品所需的耗冷量并非均匀一致，冷却初期冷却设备的冷负荷远比计算所得的每小时平均冷负荷大。若按照食品冷却过程中的平均耗冷量Z来选用设备，那么所选用的设备就难以担负起冷却初期的冷负荷。,因此引入了冷却率因素，这样计算出来的耗冷量就与冷却初期散热高峰阶段所需的冷却率或冷却设备的冷负荷量大致相等。Q0=食品冷却过程中的耗冷量/冷却率因素 1-1-15,各种食品的冷却率因素见表1-1-7，表中所列的冷却率因素系通过实验和计算取得，并随进料时间和全部冷却时间的比值而异。,不论冷却、冻结还是冻藏的冷负荷量一般均需增加5%10%的安全系数。冷负荷量加上安全系数后再除以冷却时间，即可得每小时平均冷负荷量（kJ/h），以此为依据来选用相应的冷却设备。,（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、食品在冷藏中的变化,（1）水分蒸发（2）冷害（3）串味（4）生化作用（5）脂类的变化（6）淀粉老化（7）微生物增殖（8）寒冷收缩,1水分蒸发(俗称干耗),经过冷却的食品在冷藏室内冷藏时由于湿度差的作用会发生水分蒸发现象。例如冷却肉在冷藏期间初期的水分蒸发较大，第一昼夜干耗平均为0.30.4%，以后逐渐减小，当冷藏期超过三昼夜后，每天的干耗平均在0.1一0.2。,2冷害(也称冷藏病),有些水果、蔬菜冷藏时的温度虽然在冻结点以上，但当贮藏温度低于某一温度界限时，这些水果、蔬菜的正常生理机能受到障碍，称为冷害。冷害有各种现象，最明显的症状是表皮出现软化斑点和心部变色，例如鸭梨的黑心病。一般来说，产地在热带、亚热带的水果、蔬菜容易发生冷害。,3串味(也叫移臭),有强烈香味或臭味的食品与其他食品放在一起冷藏时，这些气味就会串到其他食品上。例如蒜和苹果、梨放在一起冷藏，蒜的臭味就会串到苹果和梨上。另外，冷藏室所特有的冷藏臭也会转移到冷藏食品上。,4果蔬的后熟作用,为了便于运输和贮藏，水果、蔬菜在收获时尚未完全成熟，因此收获后还有个后熟过程。水果、蔬菜冷藏时，其呼吸作用和后熟作用仍在继续进行，果蔬体内的成分也不断发生变化，例如淀粉和糖的比例，糖和酸的比例，果胶物质和维生素C的含量变化等。,5肉类的成熟作用,刚屠宰的动物的肉是柔软的，并且具有很高的持水性。经过一段时间的放置，肉质会变得粗硬，持水性也大为降低。再继续放置一段时间后，则粗硬的肉又变得柔软，持水性也有所恢复，而且风味有极大的改善。肉的这种变化过程称为肉的成熟。肉类冷藏时这种成熟作用在缓慢地进行着。,6脂类的变化,食品冷藏时，其所含的脂肪会发生水解、氧化酸败等，导致食品的风味变差。,7淀粉老化,普通的淀粉大致由20的直链淀粉和80的支链淀粉构成。淀粉粒在适当的温度下(一般为6080)在水中溶胀、分裂而形成均匀糊状的溶液的现象称为糊化；糊化后的淀粉又称为淀粉。,淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶经长期放置，会变得不透明甚至产生沉淀，这称为淀粉的老化。老化的淀粉不易被淀粉酶作用，所以也不易被人体消化吸收。水分含量在30一60的淀粉易老化，含水量在10%以下或在大量水中的淀粉不易老化。淀粉老化作用的最适温度为24，例如面包在冷藏时淀粉迅速老化，变得很不好吃。,8微生物的增殖,在常规的冷藏温度下(-1.5-13)，微生物尤其是嗜冷微生物仍能生长繁殖或缓慢地生长繁殖。因此，对已失去生命的食品，如鱼、肉、禽等只能作短时间的冷藏。,9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，以后即使经过成熟作用过程，肉质也不会十分软化，这种现象叫寒冷收缩。一般来说，宰后10h内，当肉的pH下降至6.2之前，肌肉温度降低到10以下时，容易发生寒冷收缩现象。,六、冷藏技术管理,食品冷藏的技术管理主要是对不同食品采用各自合适的冷藏温度、空气相对湿度和空气流速。（1）冷藏温度（2）冷藏间相对湿度（3）冷藏间空气流速,1冷藏温度,冷藏温度不仅指的是冷藏室内的空气温度，更重要指的是冷藏食品的温度。最适宜冷藏生梨的温度为1.1，若将冷藏室的温度提高到4并保持10d，则其冷藏期会缩短7一10d；若将冷藏室内的温度降低到-2.2以下，生梨就会被冻结而其组织结构被破坏。可见控制冷藏温度的重要性。,对于无生命的食品，例如肉类、鱼类、禽类，在保证食品不发生冻结的前提下，冷藏温度越接近食品的冻结点则冷藏期越长。对于有生命的食品，例如水果、蔬菜、鲜蛋，有的可用较低的冷藏温