食品加工原理 第二章冷加工

缺点
降温慢，食 品干耗，失 水 易造成食品 污染 制冰设备， 能耗大 食品干耗大， 能耗高、投 资大
冷水冷却
低温水 干冰冷却、水冰 冷却
碎冰冷却
冰
真空冷却
食品水分
降压至613.3Pa
叶类蔬菜
（2）冷藏 是指将冷却的食品放于高于食品冰冻结点的某一合适温 度下储藏。 冷藏方式
冷藏方式 恒冷介质 冷藏技术 适用食品 优点 缺点 食品失水， 自然冷空气、 管理好储藏室温度、 空气冷藏 机械制冷空 空气相对湿度及流速 气 水果、蔬 适应性广 菜、肉类、 蛋品等
气调冷藏
组成气体调 节的冷空气
自然降氧、混合降氧、 蔬菜、水 快速降氧、减压降氧 果等生鲜 等方式，管理需控制 食物 温度、氧气含量
可抑制果蔬后 需精密控制气体 熟、新陈代谢、 成分比例、库房 呼吸及生物危 通用性差、投资 害 和管理成本高

冷藏管理
冷藏的温度管理（冷藏环境温度和食品的温度） 冷藏室的相对湿度 空气流速 食品冷藏中的变化 水分蒸发、冷害、串味、果蔬后熟、肉类的成熟、 脂肪变化、淀粉老化、微生物繁殖、肌肉冷缩
例如：把初温为25℃的牛肉半胴体，放入空气温度为-2 ℃的冷却库内，把牛肉半胴体看成是 厚度(χ )16厘米的平板，牛肉密度(ρ )为960kg/m3，质量热容(c)为2.84kJ/(kg·K), 热导率（λ ）为0.523W/（m·K),求室内空气静止时[h1=6.97W/(m2·K)]和空气流速为 2m/s时[h2=17.43W/m2·K)]，胴体温度降到平均温度（T）为2 ℃所需时间。

圆柱食品
3.0λ T0-Tr t= R (R+ ) lg T-Tr 2.73λ h cρ
例如：把初温为20℃的金枪鱼，放入温度为-1 ℃的冷海水中冷却，金枪鱼看成是 半径(R)10厘米的圆柱体，金枪鱼与海水间的对流传热系数(h)为464.67W/m2·K, 金枪鱼密度(ρ )为1000kg/m3，质量热容(c)为3.26kJ/(kg·K),热导率（λ ） 为0.523W/（m·K),求金枪鱼冷却到平均温度（T）为3 ℃所需时间。
半送风式冻结间示意图
送风式 冻结装置 隧道式
传送带式冻 结隧道
螺旋式
悬浮化
吊蓝式连 续冻结
斜槽式 往复振 动
推盘式连续 冻结
一段带 式 两段带 式
传送带式冻结装置
隧道式冻结
特点:投资费用较低，通用性强；自动化程 度较高
吊篮式冻结装置
பைடு நூலகம்
吊篮式连续冻结隧道目前主要用于冻结家禽等食品。
推盘式连续冻结装置
临界流化速度和操作速度 根据AG费根的研究，果蔬食品流化床的临界速度Vk与食品颗粒的质量 呈抛物线关系，即
Vk 1.25 1.95log m
而正常的操作速度为：
Vk 2.25 1.95log m
式中 m 为冻品单体的质量，单位为g/个。
间接接触冻结法
间接冻结法指的是 把食品放在由制冷剂(或 载冷剂)冷却的板、盘、 带或其他冷壁上，与冷壁 直接接触，但与制冷剂 (或载冷剂)间接接触。对 于固态食品，可将食品加 工为具有平坦表面的形状， 使冷壁与食品的一个或二 个平面接触；对于液态食 品，则用泵送方法使食品 通过冷壁热交换器，冻成 半融状态。

L L2 h 4
食品的冻结时间
长圆柱食品
2 qi L L t 4T T h 4
球状食品
qi L L t 6T T h 4
2
通式
qi PL RL2 t T T h

冻结速度对食品质量的影响

V=5-10cm/h快速； V=1-5cm/h中速； V=0.1-1cm/h慢速； 影响冰晶的大小与分布——破坏组织结构，蛋白质变性
影响微生物和酶的活力
（2）食品冻结方式
冻结方式
空气冻结法 接触冻结法
静止空 气冻结 法
半送风式 空气冻结 法
送风式空 气冻结法
间接接 触式冻 结法
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。
1.平带张紧装置 2.出料口 3.转筒 6.风扇 7.控制板 8.液压装置 11.传送带清洗系统
4.翅片蒸发器 5.分隔气流通道的顶板 9.进料口 10.干燥传送带的风扇
螺旋式冻结装置
螺旋带式冻结
螺旋带式冻结
物料悬浮与风速的关系
液氮喷淋式冻结
微生物对温度的适应性
嗜冷菌 10-20℃ 嗜温菌 25-40 ℃ 低温环境 温泉环境 生活环境 嗜热菌 55-75 ℃
低温导致微生物 活力降低或死亡
微生物对温度的适应性

微生物活性降低或死亡的原因

细胞内酶活性降低 胞内细胞质黏度增加、蛋白变性，破坏正常新陈代谢 冻结形成的冰晶体是细胞脱水，甚至细胞受机械性破坏 温度高低 降温速度 结合水分 环境介质
影响冻结时间的因素：产品形状和大小；产品初温和终温；冷却 介质温度；产品表面传热系数；热焓的变化；产品导热率
食品的冻结时间
P、R为形状系数

大平板：P=1/2,R=1/8；
长圆柱：P=1/4,R=1/16； 球：P=1/6,R=1/24
对方形或长方形食品，设a>b>c, 定义L=c, 1=b/c, 2=a/c, 根据1, 2值，由图或表查P,R
（3）食品冻藏技术


食品冻藏中的化学变化 冰晶成长和再结晶 干耗 冻结烧（脂肪氧化） 化学变化（酶褐变、氧化变色） 食品冻藏管理 冻藏前管理：PPP条件（原料、冻结加 工、包装）的控制 冻藏中管理：温度（稳定性和高低）、 时间(TTT) 销售期间管理：温度
冻结肉类的储藏期
高压静电 解冻 真空解冻
变形影响外观，成 本高
4.2 食品在解冻过程中的质量变化

1.汁液流失

影响因素：冻结速度；冻藏温度；生鲜食品的pH；解冻 速度

2.蛋白质变性和淀粉老化 3. 微生物繁殖，酶活增强
本章思考题



1.食品低温保藏的基本原理； 2.食品冷却的目的； 3.影响冷却速度的因素有哪些？ 4.食品冷却方式有哪几种？各有何利弊？ 5.冷冻速度对食品内部冰晶形成有何影响？ 6。影响食品冻结速度的因素有哪些？ 6.食品冻结方式有哪些？ 7.食品冻藏过程食品质量有何变化？ 8.影响冷冻食品质量的“PPP”条件和“TTT”条件各 概念


3.食品冷冻保藏
（1）食品冻结原理

食品冻结：在尽可能短的时间内，将食品温度降低到食品冻结点一下的某一预定温度， 使食品中的大部分水分形成冰晶体，以减少微生物活动和食品生化变化所必需的水分。
20 初阶段 10 温度/℃
冰结晶最大生成带
0 -10
-20 2 4 6 冻结时间/h
350min
25min 急速冻结
(1)食品冷却

目的：快速排出食品内部的热量，使食品温度在尽可能短的时间内降低到接近食品适宜的低 温储藏温度，以保证食品良好的品质和新鲜度，延长储藏期 。 排热途径：食品热量通过对流传热或传导传热方式散发到冷却介质（空气、固体冰或水）中。 Фt=hA(Ts-Tr)
食品表面积（m2） 冷却介质温度（K） 食品表面温度（K）
肉种类 牛肉 温度/℃ 冻藏时间/月 -12 -15 -18 肉酱 -12 -18 5-8 6-9 8-12 5-8 8-12 猪肉 肉种类 羊肉 温度/℃ 冻藏时间/月 -12 -18 -23 -12 -18 -23 3-6 8-10 6-10 2-3 4-6 8-12
（4）.食品解冻
4.1 常见的解冻方式
中阶段
终阶段
慢速冻结
8
10
12
冻结曲线与冰结晶最大生成带
食品的冻结时间
经过t后，每侧冻结层厚度 为x，在dt内推进dx，则
dx
dQ qi Adx
dQ先通过x厚的冻结层，再 在表面以对流换热 方式传给冷却介质：
x L
T T qi dQ dt t 解得： 1 x 2 T T hA A


对流放热系数（ W/m2·K） 对流传热速度
食品表面积（m2）
断面温度（K） 两面距离（m）
传导传热速度Фc=λA(T1-T2)/χ
热导率（W/m·K）
Tr
TS
A
T2 χ T1
(T1-T2)/χ 是温度梯度


冷却速度和时间
食品冷却速度：单位时间食品温度下降的速度， 它不仅与传热速度有关，还与食品的比热、密度、 体积、形状有关。 平板食品
食品的冻结时间

若带有包装材料，则：
2 1 p qi RL t PL h T T p
冻结速度

冻结速度：在冻结过程中，外部冻结层界面向内部非 冻结区扩张推进的速度，有两种表示方法：

以时间划分，指食品中心温度从-1℃下降至-5 ℃所需的时间。 <30min快速； 以位移距离划分，指单位时间内 -5 ℃的冻结层从食品表面延 >30min慢速； 伸向内部的距离。
食品工艺学
教师：刘 雄 西南大学 食品科学学院 2011.9.
第二章 食品冷加工
1.食品低温保藏的原理 2.食品的冷却保藏 3.食品冻结保藏
1.食品低温保藏原理


低温对微生物的影响 低温对酶活性的影响 低温对氧化还原作用的影响 低温对农产品生理作用（呼吸、蒸腾、代谢） 的影响
2.食品冷却保藏
低温盐 水 液氮、 液体二 氧化碳
喷淋式、浸渍式 喷淋式、浸渍 式
鱼类 鱼类、小 食品
冻结速度快， 介质损失大， 结构简单、无 成本高，食 干耗 品易龟裂
冷冻食品加工工艺
冻鱼加工流程
原料鱼进场
蓄养
取片
拭干分级
冰水浸洗
去皮去骨
真空包装
急速冷冻
入库出库
速冻水饺生产流程
要求速冻温度达-34摄氏度，速冻时间30分 钟，中心温度在-10摄氏度以下
冷却方式
冷却方式
空气冷却
冷却介质
冷空气
冷却技术
控制冷空气的温 度、相对湿度和 流速；防冻害 喷淋式、浸渍式
适用食品
水果、蔬菜、 肉类、蛋品等 鱼类、蔬菜、 水果 鱼类、水果、 蔬菜
优点
适应性广，易 控制污染 冷却速度快， 能耗低，不产 生干耗 冷却速度快， 无干耗 冷却速度快、 降温均匀、使 用方便

球状食品
3.7λ T0-Tr t= R (R+ ) lg T-Tr 4.90λ h cρ
例如：把初温为25℃的苹果，放入空气温度为0 ℃，空气流速为1m/s的冷却库内，把 苹果看成是半径(R)4厘米的球体，没有包装，表面直接与冷空气接触，对流传 热系数为11.62W/(m2·K)，苹果密度(ρ )为950kg/m3，质量热容(c)为 3.35kJ/(kg·K), 热导率（λ ）为0.755W/（m·K),求苹果冷却到平均温度（T） 为3 ℃所需时间。
浸渍式直 接接触冻 结法
喷淋式直 接接触冻 结法
冻结方式
冻结方式 冻结介 质 冻结技术 适用食品 优点 缺点
强风冻结
冷空气
隧道式、传送带 式、螺旋带式、 流化床式
体积小的 食品
适应性广，易 降温慢，食 控制污染 品干耗，失 水
冻结速度快， 易造成食品 能耗低，不产 污染 生干耗
低温液体 冻结 超低温液 体冻结
解冻方式 自然解冻 解冻原理 与空气热交换 优点 成本低 缺点
解冻慢，影响因素 多、易污染、食品 易变质；汁液流失 严重 可溶物流失、食品 吸水、微生物污染
成本高、解冻不均
水解冻
电解冻
与水热交换，静水浸渍、 解冻速度较空 流动水或喷淋 气快
利用食品的电阻产热或 交变电场对食品中极性 基团运动产热的作用 高电压产热 气压低，冰水汽化再与 冻结食品接触吸热 解冻快，无介 质接触 解冻速度快， 均匀易控制 无介质、低氧 高湿、解冻速 度快
直接接触冻结法
对冻结剂的要求 直接接触冻结法由于要求食品与冻结剂直接 接触，所以对冻结剂有一定的限制，特别是与未 包装的食品接触时尤其如此。这些限制包括要求 无毒、纯净、无异味和异样气体、无外来色泽或 漂白剂、不易燃、不易爆等。另外，冻结剂与食 品接触后，不应改变食品原有的成分和性质。
浸渍式冻结
V=(T0-Tr)α T0 χ
µ 常数，与

µ2 χ2
λ cρ
e-α
µ2 χ2
t
Tr
热扩散率α =
h 有关 λ χ
2hχ 食品薄时：µ2= λ
v=(T0-Tr) 2h Cρχ
2 v=(T0-Tr) λπ Cρχ2
食品厚时：µ = π

冷却时间
5.3λ T0-Tr t= χ (χ+ ) lg T-Tr 4.56λ α cρ