1、食品冷冻冷藏原理及设备摘要: 对食品的冷冻、冷藏可实现食品的低成本、长时间、高品质的保存，是目前最普遍采用的食品贮藏方法。通过抑制微生物及酶类的活动和降低食品基质中的活性，来防止食品腐败变质，保持食品的新鲜度和营养价值。目前对市场食品冷冻冷藏的场所多为大型冷藏库、冷冻库，一般家庭用多为冰箱，实现市场与用户的高效、高品质的联系有赖于冷藏链的建设。关键词：食品冷冻、冷藏，冷藏库，冷藏技术，玻璃化保藏，冷藏链中图分类号:TS205 文献标识码：A0 引言近年来,随着人们对生活水平质量要求的提高,冷冻冷藏食品在食品市场中所占有的比例越来越大。虽然冷冻冷藏是保持食品品质较好的方法之一,但冷藏冷冻方法选用
2、不当就达不到我们要求的食品保存时间和品质保证，这就要求我们对食品冷冻原理及各种冷冻冷藏技术有所了解。1 食品冷冻冷藏库的分类及特点食品冷藏库可分为以下几种类型：L级保鲜库 主要用于储藏果蔬、蛋类、药材、保鲜干燥等；D级冷藏库 主要用于储藏肉类、水产品及适合该温度范围的产品；J级低温库 主要用于储藏雪糕、冰淇淋、低温食品及医疗用品等速冻库 主要用于速冻食品及工业等特殊用途。1.1 保鲜库保鲜库的温度一般在（ +2 +5 ）,主要用于果蔬、乳品、鲜蛋、鲜肉等的保鲜，使食品保持较低的温度，而温度一般又不低于 0。食品低温贮藏并非温度越低越好，也并非任意低温条件下所有食品都能取得良好的贮藏效果。食品在
3、保鲜库内贮存一般不影响其内部组织，保鲜能使食品保持原有的风味和新鲜程度，同时大家也不应追求过低的贮藏温度，温度的降低将直接带来设备初投资和运行费用的增加。保鲜贮藏是抑制微生物和酶的活性，延长水果蔬菜长存期的一种贮藏方式。保鲜是现代水果蔬菜低温保鲜的主要方式。水果蔬菜的保鲜温度范围为015，保鲜贮藏可以降低病源菌的发生率和果实的腐烂率，还可以减缓果品的呼吸代谢过程,从而达到阻止衰败，延长贮藏期的目的。保鲜库特点： 1、完美的原装制冷机组，高效节能、品质卓越；2、高效的吊顶蒸发器；3、先进的微电脑控制系统和先进的控制方法（负压停车）；4、优质的双面彩钢聚苯冷库板，占地面积小、保温性能好。 1.2
4、冷藏库冷藏库的温度一般为（ -15 -18 ）冷藏库，是在把不同温度的冷却食品和冻结食品在不同温度的冷藏库内作短期或长期的储存。主要适用于肉类、水产等食品贮存。一般来说冷藏是将有此类需求的食品，为了保持它要求的温度保质储存。因为，温度降至 -15 以下，食品冻结率较高，微生物和酶类基本上停止活动、生长，氧化作用也非常缓慢。所以食品可以贮存较长时间，并有较好的冷藏质量。此外，冷藏食品还要求库内温度要相对稳定，温度过大的波动将会引起食物的腐败变质。冷藏库特色，聚苯库体：就是库体为聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）为夹心，以涂塑钢板等金属材料为面层，将材料优越的保温隔热性能和良好的机械强度结合在一起。具有拼
5、装方式简便快捷，保温隔热年限长，维护简单，费用低以及高强质轻等特点，是冷库保温库体选择的最佳材料之一。 1.3 速冻库所谓快速冻结，是指食品迅速通过其最大冰晶生成区，当平均温度达到 -18时而迅速冻结的方法。食品在冻结过程中会发生各种各样的变化，如物理变化（体积、导热性、比热、干耗变化等）、化学变化（蛋白质变性、色变等）、细胞组织变化以及生物和微生物的变化等。快速冻结食品的特点是最大限度地保持了食品原有的营养价值和色香味。也就是说，在冻结过程中必须保证使食品所发生的上述各种变化达到最大的可逆性。大多数食品在温度降低到 -1时开始冻结，在-1-5之间大部分冰晶生成，这个阶段叫做最高冰结晶生成阶段
6、。快速冻结可以使此阶段的冻结时间大大缩短，可以以最快速度排除这部分热量，这对提高速冻食品的质量具有重要作用。速冻库具有如下优点： （1）避免在细胞之间生成大的冰晶体；（2）减少细胞内水份外析，解冻时汁液流失少；（3）细胞组织内部浓缩溶质和食品组织，胶体以及各种成分相互接触的时间显著缩短，浓缩的危害性下降到最低程度；（4）将食品迅速降低到微生物生长活动温度之下，有利地抵制微生物的增长及其生化反应 ； （5）食品在冻结设备中停留时间短，有利于提高设备的利用率和连续性生产。2 食品冷冻冷藏技术2.1 食品冷冻冷藏技术浅析冻结食品的玻璃化保藏是近十年来在国外发展起来的一门新的学科。它以美国食品科学家L
7、evince和Slade提出的“食品聚合物科学”理论为核心内容。该理论认为，任何食品处于玻璃态时，一切会导致其品质劣化的变化均停止或减缓，可借此有效地提高保藏食品的品质及稳定性，其原因是：在此状态下，分子热运动能量很低，只有较小的运动单元，如侧基、支链和链节能够运动，而分子链和链段均处于被冻结状态，在此情况下,物质的自由体积分数仅为0.020.113，分子流动阻力较大，从而使体系具有较大的黏度(约为1014Pas)，以致整个体系中的分子扩散速率很小。发生玻璃化转变时的温度称为玻璃化转变温度Tg，它是控制食品质量和稳定性的关键。食品冷冻是一项复杂的物理加工技术。从物理学角度，传热过程是影响食品质
8、量的主要因素，但同时也不能忽视冷链流通中的微生物作用和各种生化反应。理解这些平行且相互联系的过程对于冷冻过程的控制和最优化是非常有必要的。冷冻过程的强化是改善冷冻食品品质的主要因素，以此可以达到缩短加工周期和优化产品质量的目的。在冷冻产品与冷却介质间，传热系数是影响强化冷冻的主要因素之一 冷冻时间的预测对食品冷冻加工的设计至关重要，因为食品材料的冷冻时间决定了食品在冷 冻设备内的保留时间和工厂的加工产量。预测模型也有助于建立冷冻条件的变化对冷冻时间影响的关系，还可以确立加工因素与产品的特性的关系。1941 年 Plank 最早对无限大平板状食品模型的冻结时间进行了理论分析。在进行理论分析时，作
9、了以下假设： 被冻结食品的初始温度均匀一致，并且冷却介质的温度不变食品内的传热以导热为主，食品表面的放热系数均匀一致且为常量； 冻结过程中食品的热学物理性质不变；食品有一个确定的结冰温度点；被冻结食品的温度在整个冻结过程均为同一温度，食品的结冰温度；冻结过程为稳定的传热过程；食品水分在冻结前全部为液态。得出的结论是：静止空气冷冻向吹风冷冻的发展虽然提高了冻结速率但直接增加了能耗， 而冷冻过程的优化即意味着提高热交换效率和减少能耗。 大量的研究表明可食性膜能够有效地阻止食品的品质损失，延长食品的货架期。可食性膜是指通过包裹、浸渍、涂布、喷洒而覆盖在冷冻食品表面或多组分食品内部界面上 的一层以天然
10、可食性物质为原料通过不同分子间相互作用而形成的具有多孔网络结构的保 护膜。可食性膜具有以下特点：明显的阻水性，可延缓食品中水和油及其它成分的迁移和扩散；可选择的透气性和抗渗透能力，阻止食品中风味物质的挥发； 较好的物理机械性能，可提高食品表面机械强度使其易于加工处理；可以作为食品色、香、味、营养强化和抗氧化物质等的载体； 可与被包装食品一起食用，对食品和环境无污染。冷冻食品在消费之前，必定经过加工、贮藏和运输等过程，因此膜必须具有耐温度波动和转运应力变化的特性。可食性膜一般按原料大体可分为以下四类：多糖类可食性膜、蛋白质类可食性膜、脂类可食 性膜和复合型可食性膜。2.2 食品玻璃化保藏玻璃化转
11、变的基本理论：当一种成分从液态冷却到其熔点温度以下，在大多数情况下，形成的固体结构既可能是晶体结构也可能是无定形结构，取决于冷却速率。当冷却速率较低时，有“足够长的时间”使分子形成较为稳定的晶体结构，相反如果速率太快即所谓的激冷(quenching)，无论分子具有何种结构，分子几乎都是处于 “冻结”状态，在这个过程中捕获其它分子尤其是水分子形成无定形结构。很明显，系统自然倾向于从无定形结构向晶体结构转化，这一过程所需的时间与分子的流动性有关。水分本身在自然状态不会发生这一过程，只有在高压状态、高度激冷(hyper quenching)或汽相沉淀(vapor deposition)等条件下可以形
12、成无定形的固体水。冰晶周围剩余的未冻溶液随温度下降，浓度不断升高（称为不可冻水），此时的溶液达到最 大冻结浓缩状态，浓度较高，它以非晶态基质的形式包围在冰晶周围，最终形成镶嵌着冰晶 的玻璃体。一般将基质在低于玻璃化转化温度时所处的状态称为玻璃态，将基质在高于玻璃化转变温度时所处的状态称为橡胶态。 实验分析得出玻璃化转变温度的影响因素 ：(1)水的增塑性对 Tg 的影响：水的 Tg 极低，为-135。自由体积理论认为水是“活动的增强者”，它增加了体系的自由体积，降低了体系的黏度。在没有其它外界因素的影响下，水分含量是影响食品体系玻璃化转变温度的主要因素。 (2)分子链的平均长度影响：玻璃化转变和
13、Tg 的另外一个重要因素是分子链的平均长度。一般来说，平均分子量越大，分子结构越坚固，越不易变形；分子自由体积越小，体系赫度越高。从而Tg 也越高。但当分子量超过某一临界值（临界分子量）时，Tg 不再依赖于分子量，而是趋向于一个常数。 (3)食品组分与 Tg 的定量关系 通过改变基质的配方来改变基质的 Tg。考虑多种组分和添加剂的影响以及了解物质的多态性是非常必需的， 因为每种构象对整个结 构的 Tg 会产生不同的影响，并且影响分子构象的内因或外因如 pH 也将影响整个结构的 Tg。玻璃化在冷冻食品中的应用：1、冷冻食品的玻璃化转变如果食品的贮藏温度低于Tg ，食品内任何一种变化的速率将急剧减
14、小，此时产品事实上处于稳定的玻璃态，分子活动仅限于振动和变旋态。2、食品基质的复杂性 糖以无定形结构或晶体形式存在，具有增塑效应。 无定形结构的糖类导致基质具有更高的Tg，但是考虑合理的结晶速率是否满足贮藏条件是 很重要的，因为这对降低Tg 值（使之低于设计值）和提高结晶速率有着重要的影响。一般认为，食品中的蛋白质的玻璃化转变温度都相对较高， 不会对食品的加工及贮藏过程产 生影响。3、冷冻过程中可以通过添加蔗糖、葡聚糖、多肽、抗冻蛋白或甘油等抗冻剂来防止重结晶现象，其具体保护机制仍不清楚。显然，任何种能够增加了Tg 的抗冻剂都能够降低体系的重结晶速率。这些现象有一个共同点：都受水分和其它分子的
15、活动性的影响。新陈代谢速度通常与物质的扩散有关，反过来与黏度高度相关。3 食品冷藏链3.1 食品冷藏链技术食品冷藏链是随着科学技术进步、制冷技术的发展而建立起来的一项系统工程。冷藏链的组成大致包括加工、贮藏、运输和销售4个过程。其原理为：在食品冷冻工艺学的基础上，以制冷技术为手段使食品从生产到消费均处于连续的低温环节中,以确保食品的质量。其基本点为：时间、温度、容许变质、原料、处理工艺、包装、冷却、清洁、小心。3.2 冷藏链建设的迫切性及前景全国因食品冷藏链不完善，加之食品经营机制上的各种因素，每年有3000万吨食品有待于从变质中拯救出来，易腐货物每年要损失十多亿元。按每一年减少十多亿损失计算
16、，可建12万吨以上容量的冷库，或购置机械冷藏列车1000辆，是现有铁路运输能力的1/7。因养殖种植业的大幅度发展，而保鲜及贮藏、流通措施的发展极不协调，令食品产量与损耗率是逆向进行，产量越大亏损越多，我国人口十二亿多，食品资源非常宝贵，如不尽快改观，不仅是中国的食品工业的水平将大幅度落后于先进国家，而且将会造成资源的大量浪费。随着居民消费水平的进一步提高，人们已不满足超市仅仅出售小包装冻结品，要求供应冷却肉、冰鲜水产品、新鲜水果蔬菜，因而推动了食品冷藏链技术的开发与应用。与发达国家相比，我国食品冷藏链无论在技术水平还是在设备开发方面还存在一定的差距。这些差距突出表现在：第一，缺乏食品冷藏链操作
17、规程，没有统一的准则，而在国外有称为“冷藏链作业准则”或“操作指南”等法规；第二，冷冻冷藏设备能耗大，成本高，制约了冷藏链的发展；第三，生产及流通过程中食品安全性成为完善冷藏链关键的问题。4 结论随着人们对食品质量和品质的要求的提高，食品冷冻冷藏必然会成为食品市场的主题，在食品冷冻冷藏过程中对冷冻技术的精益求精、高效节能是其必然方向。食品冷藏链面向于食品工业等领域，直接和人民生活相联系，包括食品加工、保鲜贮藏和流通运输三大方面，是食品品质保证和流通高效的前进方向。参考文献【1】张伯福. 制冷装置的管理与效益. 北京：农业出版社，1988【2】张建一. 制冷装置节能技术. 北京：机械工业出版社，
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