1、食品保藏原理第二章 食品的低温保藏唐浩国 河科大食品学院 ,第一节 食品冷加工基础 原理、条件 第二节 食品冷却方法与装置方法、原理和装置 第三节 食品冻结方法与装置方法、原理和装置 第四节 食品解冻方法与装置方法、原理和装置 第五节 食品真空冷冻干燥与装置方法、原理和装置,本章的主要内容及重点,第一节 食品冷加工基础,食品冷加工的原理,食品的腐败与变质 在常温下贮藏时，新鲜的鱼、肉、禽、蛋、果蔬等食品的色、香、味、外观、形状和营养成分都会发生变化，结果使食品的质量逐渐下降。如果贮存时间长，食品的成分就会发生分解变化，以致完全不能食用。食品的这种变化，称为食品的腐败与变质。,引起食品腐败变质的
2、主要原因：微生物和酶的作用呼吸作用化学作用Ps：虽然这三种原因各有特点，但它们不是孤立存在的，而是相互影响的，并且有时是同时进行的。,食品的冷藏原理 食品腐败变质，是由于微生物的生命活动和食品中的酶的作用 低温下微生物的生长、繁殖就会减慢，酶的活性也会减弱，从而延长食品的贮藏期 低温下微生物新陈代谢会被破坏 -18以下时，食品中90以上的水分形成冰晶，可以破坏微生物细胞，造成微生物死亡,活体食品（如果蔬等植物性食品） 冷却的状态下进行贮藏，避免发生冷害 死体食品（如禽、鱼、畜等动物性食品） 在其冻结点以下的温度保藏，且之前要预冷,Ps：低温冷害是指当冷藏的温度低于果蔬可以耐受的限度时，果蔬的正
3、常代谢活动受到破坏，使果蔬出现病变，果蔬表面出现斑点、内部变色（褐心）等,食品冷冻工艺食品冷冻工艺主要指食品的冷却、冻结、冷藏、解冻的方法，是利用低温最佳保藏食品和加工食品的方法。 食品的冷却（10C以下，其下限为4-2C）冷却是指将食品的温度降低到某一指定的温度，但不低于食品汁液的冻结点。（冷却的动物性食品只能作短期贮藏） 食品的冻结（国际上推荐为-18C以下）冻结是指将食品的温度降低到食品汁液的冻结点以下，使食品中的水分大部分冻结成冰。（可进行食品的长期贮藏）,食品的冷藏冷藏是指食品保持在冷却或冻结终了温度的条件下，将食品低温贮藏一定时间。冷藏又可分为冷却物冷藏（0C以上）和冻结物冷藏 （
4、-18C以下 ） 食品的解冻 解冻是指将冻结食品中的冰晶融化成水，恢复到冻结前的新鲜状态。,Ps：近年来迅速崛起的两种水产品冷加工新方法：冰温冷藏（一般在-0.5-2C ）和微冻冷藏（-3C的空气或食盐水或冷海水）,食品冷藏条件 食品的冷藏要求，主要指冷藏时的最佳温度和空气中的相对湿度 此处的贮藏期是指保持该食品新鲜与高的商品质量而言的贮藏时间，而不是基于营养成分变化而言的 贮藏温度是指长期贮藏的最佳温度，它是指食品的温度，而不是空气的温度 从冷间内取出食品时，必须注意防止水分凝结在低温食品表面,当环境中空气露点高于冷却食品或包装材料的表面温度时，就会出现凝露现象，如果食品表面温度低于0时，就
5、会出现结霜现象。,图 2-1 食品表面凝露温度t1与环境中空气温度ta、相对湿度的关系。,例如：环境温度ta=20、相对湿度=80%，这时食品从冷间取出时表面凝露温度t1 =16.5。,BACK,第二节 食品的冷却方法与装置,食品冷却的方法 冷却是将食品的品温降低到接近食品的冰点，但不发生冻结 食品的冷却方法有真空冷却、差压式冷却、通风冷却、冷水冷却、碎冰冷却等，见表2-1,表 2-1 冷却方法与使用对象,食品冷却的原理与设备 食品真空冷却的原理与设备 空气冷却方式及其装置 冷水冷却及其设备 碎冰冷却,BACK,图2-2 真空冷却设备原理图,真空冷却设备原理图,原 理：根据水在不同压力下有不同
6、的沸点 适用于：叶莱类，如白菜、甘蓝、菠莱、韭菜、莱花、春菊，生莱等 优 点：冷却速度快、冷却均匀、品质高、保鲜期长、损耗小、干净卫生、操作方便等 不 足：设备初次投资大，运行费用高，以及冷却品种有限,Ps ：真空冷却对表面水分容易蒸发的叶菜类可发挥较好的作用，但 对难以蒸发水分就不能发挥作用了只能利用得利用后面介绍的空气冷却及冷水冷却等。,2空气冷却方式及其装置 冷藏间冷却这种冷却主要以冷藏为目的，库内制冷能力小，由自然对流或小风量风机送风，冷却速度慢，但操作简单，冷却与冷藏同时进行。一般只限于苹果，梨等产品，对易腐和成分变化快的水果、蔬菜不合适。 通风冷却又称为空气加压式冷却。它与自然冷却
7、的区别，在于配置了较大风量、风压的风机，所以又称为强制通风冷却方式。这种冷却方式的冷却速率较上述有所提高，但不及差压式冷却,差压式冷却,装置图 强制通风式与差压式冷却的比较 优点：能耗小、冷却速度快（相对于其他空气冷却方式）、冷却均匀、可冷却的品种多、易于由强制通风冷却改建 缺点：食品干耗较大、货物堆放（通风口要求对齐）麻烦、冷库利用率低,图 2-3 差压式冷却装置,将食品放在吸风口两侧，并铺上盖布，使高、低压端形成24kPa压差，利用这个压差，使-510的冷风，以0.30.5ms的速度通过箱体上开设的通风孔，顺利地在箱体内流动，用此冷风进行冷却,图 2-4 强制通风式与差压式冷却的比较 a）
8、强制通风式冷却 b）差压式冷却 1通风机 2箱体间设通风空隙 3风从箱体外通过 4风从箱体上的孔中通过 5差压式空冷回风风道 6盖布,冷水冷却及其设备 冷水冷却是用03的低温水作为冷媒，把被冷却食品冷却到要求温度。水和空气相比热容量大，冷却效果好。 冷水冷却设备一般有三种型式喷水式（又分为喷淋式和喷雾式）浸渍式混合式（喷水和浸渍） 优点：冷却速度较快，无干耗 不足：会因为水的污染而污染食品,图 2-5 喷水式冷水冷却设备,碎冰冷却 冰是一种很好的冷却介质 主要用于鱼的冷却，此外它也可以用于水果、蔬菜等的冷却 应使冰尽量细碎 可以用淡水冰，也可以用海水冰 用于鱼保鲜，使鱼湿润、有光泽，无干耗 但
9、碎冰使用中易重新结块，并且由于其不规则形状，易对鱼体造成损伤,第三节 食品的冻结方法与装置,食品的冻结方法,食品冻结是为了移去食品中的显热和潜热，在规定的时间内将食品的温度降低到冻结点以下，使食品中的可冻水分全部冻结成冰，从而可以长期贮藏食品的目的。 国际上推荐的冻结温度一般为-18或-40 。,冻结的基本方式 鼓风式冻结（空气作冷却介质，目前应用最广泛 ） 接触式冻结（冻结速度快 ） 液化气体喷淋冻结 沉浸式冻结,图 2-6 纵向强制空气循环冻结法示意图 1冻结室的隔热外壳 2冷风机 3冷风机水盘 4吊顶 5门,图 2-7 半接触式冻结法示意图,液化气体喷淋冻结又称为深冷冻结。这种冻结方法的
10、主要特点，是将液态氮或液态二氧化碳直接喷淋在食品表面进行急速冻结。用液氮或液态二氧化碳冻结食品时，其冻结速度很快，冻品质量也高，但要注意防止食品的冻裂。,沉浸式冻结沉浸式冻结的主要特点是将被冻食品直接沉浸在不冻液（盐水、乙二醇、丙二醇、酒精溶液或糖溶液）中进行冻结。由于液体的表面传热系数比空气的大好几十倍，故沉浸式冻结法的冻结速度快，但不冻液需要满足食品卫生要求。,快速冻结与慢速冻结 食品冻结速度的定义 ：食品表面至热中心点的最短距离与食品表面温度达到0后，食品热中心点的温度降至比冻结点低10所需时间之比，称为该食品的冻结速度v（cmh）。快速冻结v520 cmh中速冻结v15 cmh慢速冻结
11、v0.1l cmh,食品的冻结装置,鼓风式冻结装置,带式（不锈钢网带或塑料带）流态化冻结装置 振动式流态冻结装置 斜槽式（固定板式）流态冻结装置,钢带连续式冻结装置 气流上下冲击式冻结装置 流态化冻结装置,图 2-8 钢带连续式冻结装置 1主动轮 2不锈钢传送带 3隔热外壳 4空气冷却器 5从动轮 6钢带清洗器 7平板蒸发器 8调速装置,钢带连续式冻结装置,为了提高冻结速度，在钢带的下面加设一块铝合金平板蒸发器(与钢带相紧贴) 另一种结构型式是用不冻液(常用氯化钙水溶液)在钢带下面喷淋冷却，代替平板蒸发器 由于网带或钢带传动的连续冻结装置占地面积大，进一步研究开发出多层传送带的螺旋式冻结装置,
12、图 2-9 螺旋冻结装置（单螺旋式结构） 1蒸发器 2轴流风机 3转筒 4隔热外壳 5出冻口 6变频调速装置 7电器控制箱 8进冻口 9传送带清洗器,螺旋冻结装置（单螺旋式结构）,图 2-10 双螺旋式结构 1上升转筒 2下降转筒 3不锈钢网带（传送带） 4、7出冻链轮 5固定轮 6张紧轮,螺旋冻结装置（双螺旋式结构）,图2-11 气流上下冲击式冻结装置 1,4静压箱 2喷嘴 3不锈钢网带(传送带) 5蒸发器 6轴流风机,图 1-12 带式流态化冻结装置,流态化单体速冻结装置,流态化单体速冻结装置示意图 1围护结构 2传动装置 3电控柜 4速冻传送网带 5均风板 6蒸发器 7风机 8下水管,图
13、 2-13 往复振动式流态冻结装置 1布料振动器 2冻品槽 3出料挡板 4出冻口 5蒸发器 静压箱 7离心式风机 8隔热箱体 9观察台,图 2-14 斜槽式（固定板式）流态冻结装置示意图,接触式冻结装置 平板冻结装置是接触式冻结方法中最典型的一种 平板冻结装置按平板放置方向，分为卧式和立式,图 2-15 卧式平板冻结装置示意图,铝合金平板冻结器,液氮喷淋冻结装置 优点：冻结设备简单、操作方便、维修保养费用低、冻结装置功率消耗很小、冻结速度快（约比平板冻结装置快56倍）、冻品脱水损失少、冻品质量高 缺点：冻结成本高,图 2-16 液氮喷淋冻结装置示意图,SSD系列LN2LCO2速冻装置,还有一种
14、液氮喷淋与空气鼓风相结合的冻结装置，被冻食品先经液氮喷淋，使其表层很快冻结，这样可减少脱水损耗；然后再进入鼓风式冻结装置，完成产品冻结过程。这样的冻结装置，可使冻结能力增大，液氮的消耗量也可减少。,BACK,第四节 食品的解冻方法与装置,食品的解冻方法,冻结食品在消费或加工前必须解冻，视解冻后的用途来选择解冻可分为半解冻（-3 至-5 ）和完全解冻 解冻过程虽然是冻结过程的逆过程，但解冻过程的温度控制却比冻结过程困难得多，也很难达到高的复温速率,表 2-2 0水和冰的某些热物理性质,由表可见，冰的比热容只有水的一半，热导率却为水的4倍，导温系数为水的8.6 倍。因此，冻结过程的传热条件要比融化
15、过程好得多，在融化过程中，很难达到高的复温速率。,解冻是食品冷加工后不可缺少的环节 在解冻的终温方面，作为加工原料的冷冻肉和冷冻水产品，只要求其解冻后适宜下一加工工序（如分割）的需要即可 解冻后，食品的品质主要受两方面的影响一是食品冻结前的质量二是冷藏和解冻过程对食品质量的影响 目前已有的解冻方法，大致的分类见表6-14,表 2-3 解冻方法的分类,其它分类方法：如按照解冻速度不同，可以分为慢速解冻、快速解冻；按照是否有热源，分为加热解冻、非热解冻，或称为外部加热解冻，内部加热解冻等,食品的解冻装置,空气解冻 以空气为传热介质的解冻方法，它又分为以下几种类型： 静止空气解冻（低温微风型空气解冻
16、） 流动空气解冻 高湿度空气解冻 加压空气解冻,静止空气解冻（低温微风型空气解冻）它是将冷冻食品（如冻肉）放置在冷藏库（通常库温控制在4左右）内，利用低温空气的自然对流来解冻。一般冻牛胴体在这样的库内45天可以完全解冻。,流动空气解冻装置解冻一般也在冷藏库内进行，用05、相对湿度90左右的湿空气（可另加加湿器），利用冷风机使气体以m/s左右的速度流过冻品，解冻时间一般1424h，可以全解冻也可以半解冻。,图 2-17 低温加湿流动空气解冻装置,高湿度空气解冻装置这是利用高速、高湿的空气进行解冻的方法。该方式采用高效率的空气与水接触装置，让循环空气通过多层水膜，水温与室内空气温度相近，充分加湿，
17、空气湿度可达98以上，空气温度可在-320范围调节，并以2.53.0ms的风速在室内循环。这种解冻方法，使解冻过程中的干耗大大减少，而且可以防止解冻后冻品色泽变差,图 2-18 高湿度空气解冻装置,图 2-19 高湿度空气解冻装置原理图 1解冻室 2加湿塔 3空气净化器 4气液接触装置 5换热器 6泵 7风机 8手推车,加压空气解冻 铁制的筒形容器内，通入压缩空气，压力一般为0.20.3MPa，容器内温度为1520，空气流速为11.5m/s 这种解冻方法的原理是：由于压力升高，使冻品的冰点降低，冰的溶解热和比热容减小，而热导率增加,水解冻以水为传热介质，与空气相比，有解冻速度快，无干耗等优点
18、水浸渍解冻 水喷淋解冻 水浸渍和喷淋相结合的解冻,水浸渍解冻一种为低温流水解冻（将解冻品浸没于流动的低温水中，使其解冻。解冻时间由水温、水的流速决定 ）另一种为静水解冻（将解冻品浸没于静止水中进行解冻。其解冻速度与水温、解冻品量和水量有关 ）,水喷淋解冻利用喷淋水所具有的冲击力来提高解冻速度 影响解冻速度的因素除喷淋冲击力外，还有喷淋水量、喷琳水温喷淋解冻具有解冻快（块状鱼解冻3060min）、解冻后品质较好，节省用水等优点但这种方法只适合于盘冻的小型鱼类冻块，不适用于大型鱼类的解冻,图 2-20 喷淋解冻装置的示意图 1喷淋器 2冻虾块 3冰 4虾 5移动盘 6水槽 7水泵 8进水口 9滑道
19、 10加热器,图 2-21 浸渍和喷淋组合解冻装置,水蒸气减压解冻水蒸气减压解冻又称为真空解冻这种解冻方法适用的品种多 、解冻快、无解冻过热等优点图2-22是该种解冻装置示意图,图 2-22 水蒸气减压解冻装置,电解冻以空气或水为传热介质进行解冻，热量是从冷冻食品表面导入的，而电解冻属于内部加热 远红外解冻 高频解冻 微波解冻 低频解冻 高压静电解冻,BACK,远红外解冻构成物质的分子总以自己的固有频率在运动当投射的红外辐射频率与分子固有频率相等时，物质就具有最大的吸收红外辐射的能力根据肉类食品红外吸收光谱的特点，投射到冻品表面波长225m的红外辐射，促使冻品解冻目前多用于家用远红外烤箱中食品
20、解冻。,高频解冻原理：食品中极性分子在高频电场中高速反复振荡，分子间不断摩擦高频解冻使用的频率，一般是10MHz左右（150MHz）高频波的穿透深度是微波的514倍，比微波解冻的速度还要快不会发生如微波解冻那样，使冻品局部过热的现象,图 2-23 高频解冻装置原理图,微波解冻原理：与高频解冻原理一样工业上用较小频率的微波，只有2450MHz或915MHz两个波带微波对食品的穿透深度较小热能转化率较低,图 2-24 微波加热解冻装置示意图,低频解冻原理：将冻品作为电阻，靠冻品的介电性质产生热量所用电源为5060Hz的交流电加热穿透深度不受冻品厚度的影响冻品表面必须与上下电极紧密接触,图 2-25
21、 低频解冻装置示意图 1活动电极 2固定电极 3自耦变压器,高压静电解冻是一种有开发应用前景的解冻新技术（日本已应用于肉类解冻）将冻品放置于高压电场中，电场设置在0-3的低温环境中，以食品为负极，利用电场效应，使食品解冻一个显著优点是内外解冻均匀,第五节 食品的真空冷冻干燥与装置,食品真空冷冻干燥的原理和工艺,食品真空冷冻干燥的原理 食品真空冷冻干燥是种低温、低压下具有移动相变边界的热质传输过程 在冻结干燥过程中，为了提高干燥速度，在真空室内还装有加热系统,Ps：冻结的方法一般有两种：自动法和预冻法,食品真空冷冻干燥工艺食品真空冷冻干燥工艺流程：原料冻干预处理冷冻干燥包装贮藏等。其中冻结和干燥
22、两个过程是整个工艺的重点。 一般分为三个阶段： 原料：选择优质的食品原料进行冻结干燥 冻干预处理 ：冻结前对食品进行必要的物理、化学处理 冷冻干燥 ：冷冻干燥阶段包括冻结、升华干燥和解吸干燥,冻 结 降温速度和冻结终温对冷冻干燥速度有很大影响 快速冻结可以获得均匀致密的干制品，对食品分子的细胞膜和蛋白质破坏小。复水后食品弹性好、持水力强，但干燥过程中水蒸气有较大的扩散阻力冻结终温常选择比食品最大冻结浓度时的温度低510,升华干燥又称为一次干燥，是利用升华的方法，去掉食品中的自由水；在这个阶段尽量使供给升华界面的热量，等于升华所需的热量，以保证食品冻结部分不融化，已干燥的部分不塌陷。,解吸干燥又
23、称为二次干燥，是去除以吸附方式存在于食品中的结合水；所以在此阶段，必须提供足够的热量，同时又要保证食品不发生塌陷、焦化现象，并有合适的最终剩余水分，一般为25。,包装贮藏一般要求包装材料安全、无毒副作用、不吸湿、不透气、能遮光，有一定的机械强度，能满足机械充填、密封要好，并易于贮运和使用经过包装的冷冻干燥食品，在条件允许的情况下，尽可能放置于低温环境中贮藏,食品的真空冷冻干燥装置,食品真空冷冻干燥设备是集真空、制冷、加热干燥、清洗消毒等多功能于一体的装置。,食品真空冷冻干燥设备的分类：,间歇式真空冷冻干燥机接触导热间歇式真空冷冻干燥机辐射传热间歇式真空冷冻干燥机,连续式真空冷冻干燥机,水平隧道
24、式连续真空冷冻干燥机 垂直螺旋式连续真空冷冻干燥机,水平隧道式连续真空冷冻干燥机,将冷冻室、装料室、冷冻干燥隧道、卸料室等连成一线水平布置 装料室与卸料室在与冷冻干燥隧道连接时，分别加设一间隔离室 两隔离室与冻干隧道间又安装了闸阀，以保证冻干隧道中的真空度和满足连续进料、出料的生产要求,图 2-26 水平隧道式连续真空冷冻干燥机示意图,垂直螺旋式连续真空冷冻干燥机,已经冻结好的颗粒状食品，从上部落入顶部加热圆盘 干燥室中央立轴上装有带料铲的搅拌臂，立轴旋转时，料铲搅动食品从圆盘外缘落入下一小圆盘 在这一加热圆盘上，料铲迫使食品从圆盘中心落入第三块加热盘 物料如此逐盘落下，直至出料口,图 2-27 垂直螺旋式连续真空冷冻干燥机原理图,Ps：这种装置主要用于颗粒状食品的冷冻干燥,食品真空冷冻干燥机的组成食品真空冷冻干燥机主要由制冷系统、真空系统、加热干燥系统，控制系统等组成。,BACK,
