冷冻保存原理-张兆旺.
食品冷冻保鲜原理与设备课件第八章
（3）相对湿度。空气中相对湿度的大小仅在解冻无包装产品时是 重要的，其最佳值因食品种类和解冻过程中的不同阶段而定。
空气解冻装置的运行方式分为连续、半连续和非连续三种，这三种 装置的结构分别类似于连续、半连续和非连续吹风式冻结装置，不 同之处是蒸发器换成加热器，此外对于无包装食品还要安装加湿器。 隧道内的风速高达7m/s。
式（8-12）也可改写成：
s
t s x
xs( )
d
d
t1s( ) ti ( )
s( )
x ( ) ts (x, )d
(8-19)
将（8-13）代入上式，可得：
A ds B C 0
d
(8-20)
式中，
A
s r
K
2 3
(t1
ti )
B
3 3
s
(t1
ti
)
C
sh
K
(t
t1 )
根据初始条件： 0, s L 可求得相变界面
蒸气的流动，补充和交混，水蒸气温度几乎保持不变，因此也
有 t 0。然而在整个解冻过程中，从温度扰动波及中截面开
始,在x x0s( ) x s( ) 的区域内，食品就不再存在有
t 0 x
的区域或
界面了，故可以把 0 x s( ) 视作一热层，在热层中，对（8-26）
式积分，可得：
ts
x
xs( )
3、在金属表面上接触解冻
这种解冻法类似于前面讲的平板速冻器，不同的是平板内循环工质 的温度较高，对于卧式装置，工质的温度不应超过20℃，对于立式 装置内的流体或半流体冻品，工质温度允许高达40~50℃，以便使 食品解冻后流出。
食品冷冻保鲜技术原理
食品冷藏库
o 概述 o 冷藏库的组成与布置 o 冷藏库的隔热与防潮 o 冷藏库容量的计算 o 冷藏库冷负荷的计算 o 冷负荷的估算方法 o 冷藏库库房的制冷工艺设计 o 装配式冷藏库
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概述
冷藏库的类型
按冷藏库容量分类 按冷藏库设计温度分类:
高温 >–2ºC; 低温< –15ºC
平板式冻结装置的特点 o 对厚度小于50mm的食品来说，冻结快、干耗
小，冻品质量高； o 在相同的冻结温度下，它的蒸发温度可比吹风
式冻结装置提高58℃，而且不用配置风机，电 耗比吹风式减少3050％； o 可在常温下工作，改善了劳动条件； o 占地少，节约了土建费用，建设周期也短。 o 平板式冻结装置的缺点：厚度超过90mm以上的
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这种装置的主要由隔热隧道室、冷风机、 液压传动机构、货盘推进和提升设备构成。
推盘式连续冻结隧道主要用于冻结果蔬、 虾、肉类副食品和小包装食品等。
这种装置的特点是：连续生产，冻结 速度较快；构造简单、造价低；设备紧凑， 隧道空间利用较充分。
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用流态化冻结装置冻结食品时，由于高速冷气流的包围， 强化了食品冷却、冻结的过程，有效传热面积较正常冻 结状态大3.512倍，换热强度比其他冻结装置的提高了
3040倍，从而大大缩短了冻结时间。这种冻结方法已被
食品冷加工行业广泛采用。 流态化冻结装置的型式虽然多种多样，但在设计和操作 时，应主要考虑以下几个方面：冻品与布风板、冻品与 冻品之间不粘连结块；气流分布均匀，保证料层充分流 化；风道阻力小，能耗低。另外，对风机的选择、冷风 温度的确定、蒸发器的设计等也应以节能高效，操作方 便为前提。
冷冻技术原理
☞ 首先特别注意的是肉毒杆菌.
肉毒杆菌及其毒素对低温有很强的抵抗力.
二低温导致微生物活力减弱和死亡的原因
2、细胞内原生质稠度增加 一方面,温度下降时微生物细胞内原生质粘度增加,胶体吸
水性下降,蛋白质分散度改变,并且最后还导致了不可逆性 蛋白质凝固,从而破坏了生物性物质代谢的正常运行,对细 胞造成了严重损害. 另一方面,冷却时介质中冰晶体的形成就会促使细胞内原 生质或胶体脱水,胶体内电解质浓度的增加常会促使蛋白质 变性.微生物细胞失去了水分就失去了活动要素,于是它的 代谢机能就受到抑制.
三影响微生物低温致死的因素
5、贮期
☞ 低温贮藏时微生物数一般总是随着贮存期的增加而有所
减少,但是贮藏温度愈低,减少的量愈少,有时甚至于没减少. 贮藏初期也即最初数周内,微生物减少的量最大,其后它的 死亡率下降.
☞ 一般来说,贮藏一年后微生物死亡数将达原菌数的60～
90%以上.在酸性水果和酸性食品中微生物数的下降比在 低酸性食品中更多. 6、交替冻结和解冻
▶ 物料由冰点以上温度冷至冰点以下温度而不结冰过程和现
象称过冷 Supercooling or Undercooling；
▶ 物料温度由冰点以上冷至冰点以下并形成冰结晶的过程称
冻结Freezing
▶ 冻结物料在冰点以下维持较长时间以达到保藏目的的过程
称冻藏Freeze Storage.
A
B
0℃
F
-1℃ -5℃ C
动物冷冻保存与繁殖
动物冷冻保存与繁殖动物冷冻保存与繁殖一直是生物学与科技领域的研究热点之一。
通过冷冻保存动物胚胎、精子或卵子等生殖细胞，能够实现对珍稀野生动物种群的保护和繁殖。
本文将从冷冻保存技术的原理与应用、繁殖方面的进展以及可能面临的挑战等方面进行探讨。
一、冷冻保存技术的原理与应用1.1 冷冻保存技术的原理冷冻保存技术是将动物胚胎、精子或卵子等生殖细胞置于极低温条件下，通过冷冻液中保护剂的作用，使细胞内的水分凝固成冰晶，从而达到细胞冻结的目的。
同时，将细胞冷冻到低于零度的温度后，可以降低其新陈代谢率、细胞活力和分裂速度，使细胞能够长时间保存。
1.2 冷冻保存技术的应用冷冻保存技术在动物保护和繁殖中发挥重要作用。
首先，冷冻保存能够帮助保存珍稀濒危物种的种群资源。
例如，濒危动物的精子和卵子可以被冷冻保存，以备将来的繁殖计划。
其次，冷冻保存也为传统繁殖技术提供了辅助手段。
例如，在人工授精中，可以使用冷冻精子来提高繁殖成功率。
此外，冷冻保存技术还广泛应用于生殖医学研究、动物疾病诊断与治疗等领域。
二、冷冻保存与动物繁殖的进展2.1 冷冻胚胎移植技术冷冻胚胎移植技术是指将通过冷冻保存的胚胎植入母体的子宫内，实现胚胎发育和繁殖。
该技术可以在疾病或年龄等原因导致不孕的动物中实现繁殖。
此外，冷冻胚胎移植技术也被应用于改良家畜品种，提高其经济价值和生产性能。
2.2 冷冻精子与冷冻卵子的研究冷冻精子技术是指将动物精子进行冷冻保存，并在需要的时候通过解冻和人工授精等方法实现繁殖。
该技术已经成功应用于多个物种，包括家畜和野生动物。
然而，冷冻精子保存过程中，仍然存在着精子活力降低、形态损伤等问题，需要进一步改善。
相比之下，冷冻卵子研究相对较少，但也有潜力用于保护珍稀物种和改良家畜品种。
三、冷冻保存与繁殖面临的挑战冷冻保存与繁殖虽然在理论与应用上取得了一定的进展，但仍然面临一些挑战。
首先，冷冻保存过程中会导致一部分细胞死亡或受损，从而降低成功率。
冷冻保存原理
冷冻保存原理
冷冻保存是一种将物品或食品低温储存的方法，以延长其保鲜期和防止微生物生长。
冷冻保存的原理基于低温条件下微生物的生长能力大大减弱，从而减缓食品腐败的过程。
冷冻保存的核心原理是通过将物品或食品暴露在极低的温度下，通常在-18℃以下，以迅速降低其温度。
在低温条件下，微生
物的代谢和繁殖速度显著降低，使得细菌、霉菌和酵母等微生物在冷冻状态下无法繁殖，从而延缓了食品的腐败过程。
此外，冷冻保存还可以通过减缓物品或食品中的化学反应和酶活性来延长其保鲜期。
在冷冻状态下，大部分酶活性被抑制，阻断了许多化学反应的进行，从而减缓了食品的质量和味道变化。
冷冻保存还有助于保持物品或食品的营养价值。
由于低温条件下，营养成分的氧化和分解速率减慢，冷冻保存可以较好地保持食品中的维生素、蛋白质和其他营养物质的含量。
值得注意的是，冷冻保存并非完全可以阻止物品或食品的质量变化和腐败。
长时间的冷冻保存可能导致食品的质量下降，因此，适当的包装和冷冻时间限制对于保持食品的品质至关重要。
同时，冷冻食品在解冻的过程中可能会失去一部分水分，导致食品变得干燥。
因此，在解冻食品前，需要采取恰当的措施来保持其水分和质地。
总的来说，冷冻保存利用低温抑制微生物的生长和化学反应的
进行，从而达到保鲜和延长物品或食品的保存期限的目的。
这种储存方式可以保持食品的营养价值，但仍需注意适当的包装和解冻方法以及冷冻时间的限制。
水产冷冻食品加工
３、包装 要求：对材料清洁卫生无毒，不串味， 防灰尘和细菌污染，耐低温，气密性 好，透湿率低，透光性好等。
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工艺
收缩包装：将包装袋浸在热水（３０ ℃～９０℃）或热风中使其收缩 充气包装：抽气充气（ＣＯ２，Ｎ２） 再封口 真空包装：抽真空，温度１℃以下， 可保存２个月
无菌包装：对于开袋即食的速冻调理 水产食品
8
鱼类的冻结率是表示冻结点和共晶点的 任意温度下，鱼体中水分冻结的比例， 可参见表2-1-3。 其近似值计算：
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表2-1-3 鱼类的冻结率
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在冻结过程中，水产品温度随时间下降 的关系如图2-1-2所示，该曲线称为冻结 曲线。
11
12
第一阶段，鱼体温度从初温降至冻结点， 属于冷却过程，放出的是显热，数值较 小。水产品温度迅速下降，曲线较陡。 在第二阶段中，水产品体内大部分水冻 结成冰，其热力学性质随之发生明显变 化。常表现为质量热容减小，热导率增 加，热扩散率增大，这种情况应该使冻 结时温度下降更快。但由于水分冻结成 冰会放出大量的潜热，冰的潜热大于显 热约50-60倍。因此，整个冻结过程中绝 大部分热量在此阶段放出，故降温慢， 曲线平坦。
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如国内加工虾制品（带头虾、去头虾、 虾仁、蝴蝶虾仁）常用的冻结装置有螺 旋带式连续冻结装置，产量1000 Kg/h， 水平输送式冻结装置，不锈钢网和不锈 钢带（食品与不锈钢带安全接触）。产 量500 Kg/h，长度18-20 m长。
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IQF
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带头虾
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去头虾
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虾仁
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蝴蝶虾仁
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注意： ① 冻鱼包装应在低温环境下进行，包装
材料要预冷
② 每种冻鱼应单独包装，不同品种不同
公羊冷冻精液技术的研究概况
公羊冷冻精液技术的研究概况作者：李玉龙来源：《现代畜牧科技》 2017年第11期摘要：随着国内羊产业养殖逐渐生产化需求，人工授精技术对提高动物、畜产品质和扩大数量起到积极重要作用，精液冷冻人工授精技术迫切需要应用于生产推广中。
公羊冷冻精液的品质显得至关重要，与其相关的很多因素都能对其质量造成影响，其质量好坏对受胎率起决定性作用，所以要进一步深入研究公羊的精液冷冻技术。
为此，本文简要介绍公羊精液稀释液中的营养成分、稀释方法、冷冻温度等因素对精液品质影响的研究概况，以对公羊精液冷冻保存技术提供理论参考。
关键词：公羊；精液；稀释液；冷冻保存中图分类号：S814.8文献标识码：B文章编号：2095-9737(2017)11-005／1-011 稀释液主要成分的影响1.1糖类糖在稀释液中具有多种作用可以增加稀释液的渗透压并且作为低温保护剂起作用，它的主要作用在于能够在亲水组织中替代水分子，而这一特性就可以对细胞在经历快速的温度变化过程中起到保护细胞膜的作用。
另外，糖还可以通过增加稀释液的黏性来改变稀释液的有效性。
这样能够防止冰晶的形成而且易于形成玻璃体化。
1.2 卵黄卵黄在稀释液中具备重要作用，具有防止精子冷休克，维持精子活力、保护精子顶体和线粒体膜等功能。
Jone等研究证实一般精液稀释液中卵黄的含量范围为15%～20%为宜。
1.3 冷冻保护剂迄今已证实了几种低温保护剂对精子的作用，例如DMS()、乙二醇和甘油等，但是甘油具备对精子最好的保护效果。
Bernstein等首次研究发现9.2%浓度的甘油在21℃情况下具备冷冻保存哺乳动物和家禽精液的能力。
Ploge等2。
深入研究了甘油的抗冷冻效果。
Emmens等在79℃情况下成功的进行了绵羊精液冷冻保存。
从日前研究现状来看，由于甘油渗透和毒性作用，其浓度不易过高，添加应用最多剂量甘油浓度为6%。
1.4缓冲物质精液中的精子一直处于运动和代谢中，造成稀释液中的pH值不断升高，一般稀释液的pH值在6.8～7.2之间。
(第二章)第三节冷冻保藏技术
快速降氧法 （Controlled Atmosphere Storage）
在气体发生器中用燃烧丙烷的方法来制取低 氧高二氧化碳的气体；
将气体通入冷藏库中； 库中常保持负压。
缓冻形成的较大冰结晶会刺伤细胞，破坏果蔬肉类 的组织细胞组织结构，解冻后汁液流失严重，造成 食品风味和营养价值的下降，影响食品的价值，甚 至不能食用。 如冰淇淋，冷冻面团等制品质构的严重劣化
四、冷冻技术的发展
冷冻浓缩 冷冻粉碎
1 冷冻浓缩
基本原理
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，溶质浓度提高而被浓缩。
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=0.1~1 cm/h， 中速冻结 V=1~5 cm/h， 快速冻结 V=5~15 cm/h， 超速冻结 V>15 cm/h。
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。
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。
鱼类
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动物繁殖原理与技术
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化学毒性
造成这个结果的原因是抗冻保护剂的化学 毒性。另外，化学毒性的强弱不仅与抗冻 保护剂的种类有关，同时也受温度高低的 影响。 如果使用较高浓度的抗冻液，应选择化学 毒性较低的抗冻保护剂，且在室温下对胚 胎或卵子的处理时间相对要短。
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动物繁殖原理与技术
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（5）破裂损伤
液氮中保存的胚胎或卵子，解冻后常见到 透明带或部分胞质破裂。 在投入液氮冷冻前的胚胎或卵子，处于浓 缩的抗冻液中，投入液氮后溶液由液态变 为固态(详见常规冷冻法)。
2018/11/17
动物繁殖原理与技术
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相变
在解冻过程中使固体变为液体，这种液相 和固相急速转换过程中，由于物质的膨胀 率和收缩率不同造成断裂，这种现象称作 破裂损伤。为防止这种伤害的发生，缓慢 通过液体变相温度区域(-110～-130℃) 非常重要。
2018/11/17 动物繁殖原理与技术 4
胞内冰晶的预防
为使细胞内部不产生冰晶，冷冻保存液中必须 添加抗冻保护剂物质。胚胎或卵子的冷冻保存 中，常采用的抗冻保护剂除丙三醇外，还有乙 二醇、丙二醇、DMSO和乙酰胺等。这些物质 的分子量不超过100道尔顿，可以自由地通过 细胞膜，所以被称作渗透性抗冻保护剂或细胞 内液抗冻保护剂。细胞内、外液的抗冻保护剂 的摩尔浓度较高的情况下，使溶液的冰点下降， 具有抑制冰晶生成的作用。
2018/11/17 动物繁殖原理与技术 7
（3）低温损伤和低温打击
一些动物品种的卵子或胚胎，在10～20℃情 况下则可受到损伤。这与胞质内的脂肪颗粒的 含量有关，这种损伤称为低温损伤（chilling injury）。 猪的胚胎在孵化囊胚以前的发育阶段对低温损 伤更为敏感，故迄今猪的卵子和胚胎的冷冻保 进展缓慢。牛体内受精卵发育到致密桑葚胚前 和体外受精卵发育到致密桑葚胚阶段的胚胎， 仍可出现低温损伤现象。 但是，体内或体外的胚胎超过上述发育阶段时， 几乎不受低温损伤的影响。
2018/11/17
动物繁殖原理与技术
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细胞对皱缩和膨胀的耐受度
卵子和胚胎不能耐受过大而突然的跨膜渗透压 差。 大鼠的合子，在生理温度下，逐渐改变其容积， 皱缩到正常体积的25%或膨胀到290%，然 后恢复到正常可不影响其继续发育。 容积变化的速度和变化时的温度较容积变化的 大小对合子的发育更重要。为避免渗透性休克 对胚胎的损害，为使抗冻保护剂尽快地脱出， 将细胞膨胀控制在最小程度，有两种方法：
冷冻保存生物材料理论与实践
张兆旺
甘肃农业大学动物科学技术学院
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动物繁殖原理与技术
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1.卵母细胞和胚胎在冷冻/解冻过程中死 亡的原因
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动物繁殖原理与技术
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（1）物理损伤（胞内冰晶）
温度下降到细胞悬浮液冰点时，首先使细胞外 溶液中的水结冰，细胞内此时由于原生质的作 用处于过冷却状态（低于冰点而未结冰的状 态），随着温度的进一步下降和胞外冰晶的增 长出现了一种胞外溶液渗透压逐渐高于胞内过 冷溶液的不平衡状态。 要达到平衡，要么是胞内水分外流；要么是胞 内水分就地结冰。出现哪种情况取决于温度下 降的速度。
2018/11/17
动物繁殖原理与技术
13Leabharlann （6）渗透性休克 冷冻胚胎刚解冻时，细胞内通常所含的渗 透性保护剂浓度很高，可达2000～ 3000mOsm/L或更高，若此时将胚胎 置于渗透压为300mOsm/L的等渗溶液 中，大量水分快速进入细胞而保护剂却不 能立即渗出，细胞急剧膨胀甚至破裂，这 种现象称为渗透性休克。
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（2）化学损伤（渗透效应或溶 液效应、胞外冰晶）
降温较慢时，胞内的水分不断外流然后结 冰，即胞外冰晶。细胞外液的水分形成冰 晶后使未结冰溶液浓度升高，若盐类浓度 升高，对细胞产生离子影响(盐害)，即 高浓度的的电解质作用于细胞膜，引起脂 蛋白复合物的变性和部分类脂质的丢失， 增加了细胞膜对阳离子的通透性，在细胞 上形成一些小孔，解冻时水分大量进入细 胞造成渗透休克。
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快速降温的结局
如果温度下降很快，超过了细胞膜具 有的渗透能力（这种能力与细胞种类 大小和温度等因素有关），胞内水分 就来不及外渗，而是就地结冰，冰晶 体积达到一定程度就会对细胞膜和细 胞器造成机械损伤（挤压、穿刺）， 最终导致细胞死亡，这就是冷冻情况 下的物理损伤。
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低温打击（cold shock）
家畜的精子在室温到O℃之间的温度区域 急速降温，使得活率和受精能力下降，这 种现象称为低温打击（cold shock）。 但卵子和胚胎的这种现象不常见。实验证 明，小鼠的受精卵从液氮中直接投入室温 的水中反复冻融(2～3次)，仍保持存活 率。说明哺乳动物的卵子和胚胎除对低温 敏感外，温度变化对其存活的影响不大。
2018/11/17 动物繁殖原理与技术 9
（4）抗冻保护剂的化学毒性
采用慢速冷冻法对胚胎或卵子进行冷冻保 存，其冷冻液中所含抗冻保护剂的浓度一 般在1.0～2.Omol/L。 添加抗冻保护剂和生理性溶液大不相同， 当胚胎或卵子移入含有抗冻保护剂溶液中 平衡，随着时间的延长和浓度的升高，生 存率下降。
2018/11/17 动物繁殖原理与技术 15
渗透压缓冲液
一种是选择胞内抗冻剂；一种是在解冻液 中加入胞外抗冻剂，使细胞外液与细胞内 液等渗，这样，将胚胎放入胞外抗冻剂形 成的渗透压缓冲液中，就不会因胞内含大 量的胞内抗冻剂而吸入大量水分。因胞外 无渗透性抗冻剂，它可从胞内渗出，从而 被稀释，使细胞的膨胀得到控制。常用蔗 糖等双糖溶液作为渗透压缓冲液。
2018/11/17 动物繁殖原理与技术 6
此时胞内外渗透压在高位相近或相等，随着冷 却时间的延长，细胞外液有更多的冰晶，使水 分逐渐减少，溶液发生浓缩，对细胞的影响越 来越大，原生质变干，电解质浓度增高，酸碱 度失衡； 抗冻液的浓度升高，抗冻剂的化学毒性也随之 增大，同样导致细胞死亡，这是冷冻对细胞的 化学损伤，也称溶液效应（solution effects）。降低温度可以减少盐类和抗冻保护 剂对细胞的化学损伤。 为避免化学损伤，冷却过程中应尽快地使溶液 降至致命温度以下的低温状态。