第三章食品的冻结 鱼、肉、加工食品等要长期贮藏,如一个月以上就必须经过冻结处理。一般 食品温度越低质量变化越缓慢,质量变化是由酶、微生物及氧化作用等引起,它 们都随温度降低而作用受弱。此外因蒸发而引起的干耗速度亦随温度降低而变 弱 防止微生物繁殖的临界温度是-12℃,但在此温度下酶及非酶作用以及物理 变化都还不能有效地抑制。所以必须采用更低的温度,实际使用时的推荐温度是 18℃。 在也这样低的温度下食品内含有的水分必定要结冰,冰晶危害。水果、蔬菜 类若不经前处理直接冻结则解冻后的品质要恶化。所以蔬菜须经漂烫,水果进行 加糖等前处理后再去冻结。 第一节食品在冻结时的变化 物理变化由于水结冰 1体积增加冻啤酒瓶暴烈,最大冰晶生成带-1℃~-5℃。 2比热下降,导热系数上升。要求同学能估计食品的比热和导热系数 总结规律:记住水和冰的比热/导热系数(1、0.5 kcal/kg.℃,0.5、2 kcal/mh℃),乘以含水量见P33。下表中果蔬75~90%?? 估计食品含水量:水果85-90%/含糖甜;蔬菜90-95%。瘦肉70%左右,豆 薯类因含淀粉70%左右。由于冻结点以下水并未完全结冰,故比热/导热系数减 少或增加实际没有那么大,要打10%的折扣。 比如:估计番茄、甜橙、瘦肉的比热和导热系数??
第三章 食品的冻结 鱼、肉、加工食品等要长期贮藏，如一个月以上就必须经过冻结处理。一般 食品温度越低质量变化越缓慢，质量变化是由酶、微生物及氧化作用等引起，它 们都随温度降低而作用受弱。此外因蒸发而引起的干耗速度亦随温度降低而变 弱。 防止微生物繁殖的临界温度是－12℃，但在此温度下酶及非酶作用以及物理 变化都还不能有效地抑制。所以必须采用更低的温度，实际使用时的推荐温度是 —18℃。 在也这样低的温度下食品内含有的水分必定要结冰，冰晶危害。水果、蔬菜 类若不经前处理直接冻结则解冻后的品质要恶化。所以蔬菜须经漂烫，水果进行 加糖等前处理后再去冻结。 第一节 食品在冻结时的变化 一、物理变化 由于水结冰 1 体积增加冻啤酒瓶暴烈，最大冰晶生成带－1℃~－5℃。 2 比热下降，导热系数上升。要求同学能估计食品的比热和导热系数。 总结规律：记住水和冰的比热/导热系数（1、0.5 kcal/kg.℃，0.5、2 kcal/m.h.℃），乘以含水量见 P33。下表中果蔬 75~90%？？ 估计食品含水量：水果 85-90%/含糖甜；蔬菜 90-95%。瘦肉 70%左右，豆 薯类因含淀粉 70%左右。由于冻结点以下水并未完全结冰，故比热/导热系数减 少或增加实际没有那么大，要打 10%的折扣。 比如：估计番茄、甜橙、瘦肉的比热和导热系数？？
表3-1食品的比热 (kcal/kg℃) 食品所类 含水率(% 冷却状态 冻结抉恣 肉多 0.35 肉 少指 70~i6 76 多羽 鱼少 0.80 鸡多n 鸡少骝 70 0.76 41 鸡 0.:6 日 脱 10~1t 0.64 8i~88 0.4 油 0,83 疏菜、水果 8~0.9 0.4~50 表3-2食品的导热系数(冰点以上) 品种类 系收 新鮮的肉 0.43 猪 油 蛋液《蛋黄与蛋白混合 肉少脂 0,48 表3-3牛内与猪肉的导热系数 温t 肉 0.42 0,42 0.41 0.4t 1,32 3汁液流失的原因,冰机械损伤,蛋白质变性。危害,质与量均损失,重要 指标。减少办法,提高冻结冻藏质量。P34 4干耗,损失P34,3%,原因水蒸汽压差,要求温度风速低。结合同学们晾 衣服加深理解 、组织学变化植物性组织含水量大,结冰损伤大,故? 、化学变化盐析浓缩使蛋白质变性,脱水,变色 四、生物和微生物有一定的杀灭或致死作用。寄生虫如旋毛虫;猪链球菌、 禽流感 第二节冻结率——一食品中水分冻结的百分率
3 汁液流失的原因，冰机械损伤，蛋白质变性。危害，质与量均损失，重要 指标。减少办法，提高冻结冻藏质量。P34 4 干耗，损失 P34，3%，原因水蒸汽压差，要求温度风速低。结合同学们晾 衣服加深理解。 二、组织学变化 植物性组织含水量大，结冰损伤大，故？ 三、化学变化 盐析浓缩使蛋白质变性，脱水，变色 四、生物和微生物 有一定的杀灭或致死作用。寄生虫如旋毛虫；猪链球菌、 禽流感 第二节 冻结率——食品中水分冻结的百分率
冻结点:食品开始冻结的温度 2℃,为什么?同学会估计 水分冻结百分率一一冻结率=1一(冻结点÷食品温度) 1--1/-18=94.5%,1--1/-5=80%, 大部分食品,在一}--5℃温度范围内几乎80%水分结成冰,此温度范围称 为最大冰晶生成带。对保证冻品的品质这是最重要的温度区间。 最大冰晶生成带-1℃~-5℃。 龙3-5冻结点 结点〔℃) 水江(%) 泳结点(℃) 水鼠( 牛鱼蛋白 和肉肉肉白发奶脱 0.6~-1. 1.6 2 06~-2 T0~85 果 -0.45 干青 73.4 065 49.5 -2.2 88 -3.4 75.5 1~-1.8 第三节冻结速度与结晶分布情况 冻结速度 1时间划分30分钟通过最大冰晶生产带为快速。最大冰晶生成带:指-1~ ℃的温度范围,大部分食品在此温度范围内约80%的水分形成冰晶。研究表明, 应以最快的速度通过最大冰晶生成带。 2距离划分冻结层移动速度。慢速、中速、快速 0.lcm/h-—1cm/h--5cm/h-—20cm/h 我国为慢速或中慢速, 二、冻结速度与结晶分布的关系(重点P39) 冰晶分布特点: 冻结速度快,食品组织内冰层推进速度大于水移动速度,冰晶的分布接近天 然食品中液态水的分布情况,冰晶数量极多,呈针状细小结晶体。 冻结速度慢,细胞外溶液浓度较低,冰晶首先在细胞外产生,而此时细胞内 的水分是液相。在蒸汽压差作用下,细胞内的水向细胞外移动,形成较大的冰晶, 且分布不均匀。除蒸汽压差外,因蛋白质变性,其持水能力降低,细胞膜的透水 性增强而使水分转移作用加强,从而产生更多更大的冰晶大颗粒 速冻缓冻对品质的影响害: 速冻形成的冰结晶多且细小均匀,水分从细胞内向细胞外的转移少,不至于 对细胞造成机械损伤。冷冻中未被破坏的细胞组织,在适当解冻后水分能保持在 原来的位置,并发挥原有的作用,有利于保持食品原有的营养价值和品质。 缓冻形成的较大冰结晶会刺伤细胞,破坏组织结构,解冻后汁液流失严重
冻结点：食品开始冻结的温度——－1~－2℃，为什么？同学会估计。 水分冻结百分率——冻结率=1－（冻结点÷食品温度） 1－-1/-18=94.5%，1－-1/-5=80%， 大部分食品，在－l~－5℃温度范围内几乎 80％水分结成冰，此温度范围称 为最大冰晶生成带。对保证冻品的品质这是最重要的温度区间。 最大冰晶生成带－1℃~－5℃。 第三节 冻结速度与结晶分布情况 一、 冻结速度 1 时间划分 30 分钟通过最大冰晶生产带为快速。最大冰晶生成带：指-1~ -5℃的温度范围，大部分食品在此温度范围内约 80%的水分形成冰晶。研究表明， 应以最快的速度通过最大冰晶生成带。 2 距离划分 冻结层移动速度。慢速、中速、快速 0.1 cm/h——1 cm/h——5 cm/h——20 cm/h 我国为慢速或中慢速， 二、冻结速度与结晶分布的关系(重点 P39) 冰晶分布特点： 冻结速度快，食品组织内冰层推进速度大于水移动速度，冰晶的分布接近天 然食品中液态水的分布情况，冰晶数量极多，呈针状细小结晶体。 冻结速度慢，细胞外溶液浓度较低，冰晶首先在细胞外产生，而此时细胞内 的水分是液相。在蒸汽压差作用下，细胞内的水向细胞外移动，形成较大的冰晶， 且分布不均匀。除蒸汽压差外，因蛋白质变性，其持水能力降低，细胞膜的透水 性增强而使水分转移作用加强，从而产生更多更大的冰晶大颗粒。 速冻/缓冻对品质的影响/危害： 速冻形成的冰结晶多且细小均匀，水分从细胞内向细胞外的转移少，不至于 对细胞造成机械损伤。冷冻中未被破坏的细胞组织，在适当解冻后水分能保持在 原来的位置，并发挥原有的作用，有利于保持食品原有的营养价值和品质。 缓冻形成的较大冰结晶会刺伤细胞，破坏组织结构，解冻后汁液流失严重
影响食品的价值,甚至不能食用 同学们怎样理解、掌握下面几个表??? 表3-7冻结速度与冰晶形状之问关系 冻结速度通过 冰层滤速度I 0~-5℃的时间 形找 大小(直泾X长) 数量水移示W 数秒 针 1~5×5~10u f 1.5分 胞内 0~20×20~500 多数 细附外 状 5~200×200以上 少5 表3-8几种温度下永与冰的蒸汽压和水分活性 |:水 (℃)1意3)(mm9 度〔℃)液 0 4,579 1,579 0.了24 2.19 1.550 0.90 0.142 L.436 0,i6 0,523 表3-9龙须莱的亦结速度与冰晶大小关系 (A) 冻结方法 冻结温(℃)冻结速 干冰十乙醇 水 12.8 -18|5 321.4 54,0 920.0 第四节食品冻结温度曲线 1初阶段:初温到冻结点,放出显热,数量小,温差大,故降温快,曲线陡。 2中阶段:冰结晶最大生成带,-1℃~-5℃。放出结冰潜热,数量最大 故降温慢,曲线平坦。 3终阶段:显热、潜热同时放出,由于数量不大,故降温较快,但曲线不及 曲线陡
影响食品的价值，甚至不能食用。 同学们怎样理解、掌握下面几个表？？？ 第四节 食品冻结温度曲线 1 初阶段：初温到冻结点，放出显热，数量小，温差大，故降温快，曲线陡。 2 中阶段：冰结晶最大生成带，－1℃~－5℃。放出结冰潜热，数量最大， 故降温慢，曲线平坦。 3 终阶段：显热、潜热同时放出，由于数量不大，故降温较快，但曲线不及 曲线陡
1冻球嚼淘(小时》 冰晴时(小时 邮 三验卫 第一阶段】第二阶些第三黔段 A 冻结过程生产上注意 1由于M,E,O2,冰晶等的不良影响,力求快速通过三阶段 2由于中阶段放出热量很大,放热不均衡,制冷设备不能按平均放热量来选 三个阶段的分析和注意事项,显热/潜热。速冻与缓冻对品质的影响。 图A、B哪一个有利于食品品质? 第五节冻结时所放出的热量 方法一:比热法 1冷却时的热量显热相对潜热较小 q1=c△ t kcal/kg 2形成冰时的热量融冰潜热,也叫相变热,冰80kcal/kg,数量较大。一般 占全过程的60-70%。 Gr kcal/kg 3冰点至终温的热量 3△ t kcal/kg Q=G(q1+q2+q3) 方法二:焓差法计算 焓表示食品所含热量的多少,单位 kcal/kg,用字母i表示,以-20℃的焓定 为零,其大小与食品含水量密切相关
冻结过程生产上注意： 1 由于 M，E，O2，冰晶等的不良影响，力求快速通过三阶段。 2 由于中阶段放出热量很大，放热不均衡，制冷设备不能按平均放热量来选 择。 三个阶段的分析和注意事项，显热/潜热。速冻与缓冻对品质的影响。 图 A、B 哪一个有利于食品品质？ 第五节 冻结时所放出的热量 方法一：比热法 1 冷却时的热量 显热 相对潜热较小 q1=c1△t kcal/kg 2 形成冰时的热量 融冰潜热，也叫相变热，冰 80kcal/kg，数量较大。一般 占全过程的 60—70%。 q2=Wωr kcal/kg 3 冰点至终温的热量 q3=c3△t kcal/kg Q=G（q1+ q 2+q3） 方法二：焓差法计算 焓表示食品所含热量的多少，单位 kcal/kg，用字母 i 表示，以－20℃的焓定 为零，其大小与食品含水量密切相关
举例材料参见手稿。 例:10t牛肉由+5降至-20℃,求Q=? 解法一:q1=C1△=0.70×7=4.9 kcal/kg q2=War=0.70×0.95×80=53.2 kcal/kg q3=c3△=0.38×18=6.84 kcal/kg Q=G(q1+q2+q3)=10×103(49+532+684) 64.9×104kcl 解法二:Q=GX(〔初-1)=Gx△i=10×103(59.3-0)=593×104kal 用两种方法举例计算,P42-43放热不均衡性,较好解释冻结曲线。对制冷 设备选择有指导意义。焓差法以均衡放热为依据,但计算简单,很常用。 第六节冻结时间 本节结合附件材料讲解 冻结时间计算式的应用,讲解相关参数取值/估值?査阅手册,也应该会估 计,它们对冻结时间的影响。尤其导热系数a=6+4V,冰箱中a=6kcal/m2hC 缩短冻结时间可选择的途径,是否可以提高导热系数来缩短冻结时间?哪些参数 不能改变?提问:题中那些取值与以前讲的不一样?风速快,介质温度低 与普通冻库不同之处:P48风速一般1~2m/s,速冻/冻结装置一般达到3~5m/s 冷却介质温度不同:冷库普通冻结间温度-23℃,速冻冻结装置一般达到30
举例材料参见手稿。 例：10t 牛肉由+5 降至－20℃，求 Q=？ 解法一： q1=c1△t=0.70×7=4.9 kcal/kg q2=Wωr=0.70×0.95×80=53.2 kcal/kg q3=c3△t=0.38×18=6.84 kcal/kg Q=G（q1+ q 2+q3）=10×103（4.9+53.2+6.84） =64.9×104 kcal 解法二：Q=G×(i 初- i 终)=G×△i =10×103 (59.3-0) =59.3×104 kcal 用两种方法举例计算，P42-43 放热不均衡性，较好解释冻结曲线。对制冷 设备选择有指导意义。焓差法以均衡放热为依据，但计算简单，很常用。 第六节 冻结时间 本节结合附件材料讲解。 冻结时间计算式的应用，讲解相关参数取值/估值？查阅手册，也应该会估 计，它们对冻结时间的影响。尤其导热系数α=6+4v，冰箱中α=6 kcal/m2h℃ 缩短冻结时间可选择的途径，是否可以提高导热系数来缩短冻结时间？哪些参数 不能改变？ 提问：题中那些取值与以前讲的不一样？风速快，介质温度低。 与普通冻库不同之处：P48 风速一般 1~2m/s，速冻/冻结装置一般达到 3~5m/s。 冷却介质温度不同：冷库普通冻结间温度-23℃，速冻/冻结装置一般达到-30— -40℃
T冻=↑食“1介 式中:τ冻一食品的冻结时间时; q一食晶冻结时发出的热量大卡/公斤 y—食品的容重公厅/米°(参见表42-5); 8—被冻结食品的厚度米,球状或圆柱状食品则以直径表示 食—食品冻结前的温度°Cy t介—一冷介质温度°C a一—放热系数大卡/米时C3 冫.——被冻结食品的导热系数大卡/来时°C; P、R——均为常数,随被冻结食品的几何形状而变化。对于无限 diy(Px, Rx- 式中z—食品冻结时间(h) 4i-—食品初温和终温时的焓差(kca/kg) y—食品容重(kg/m3) Ar tp-食品的冰点温度(℃) t——冷却介质的温度(C) x——板状食品表示厚度,圆柱或球状表示直径(m) a,一-食品表面的放热系数(kcal/m2h.C) λ-冻结食品的导热系数(kcal/mh.C) P和R和食品形状有关的系数 【例】在-30℃C的送风冻结器内,冻结外形为0.4×0.3×0,15m的猪肉块。该肉块 初温+35℃C冻至终温-15C时所需时间? 解:先确定猪肉的有关数值。由有关手册上查到。 di=73 (kcal/kg) y=1050(kg/m3) 2.8(C) λ=1,2(kcal/rh.℃) t=-30(°C) a=16(kcal/m2h.C)(风速3m/s时) a=5.3+3.5W。W一…风速m/s。 根据肉块外形求出B1及月2,两利用图3-8(或表)找出P利R值。 b0,30 2=9=0.40 0.15 查图3-6得 P0.27R=0.075
导热系数a=6+4v 将上述各值代入计算式 3×1050 (-2.8)-(-30) 0.27×0.150.075×0.152)=11,1(小时) 16 1.2 该肉块的冻结时间为11.1小时。 冻结时间有公称冻结时间和有效冻结时间之分。公称冻结时间即食品温度各处相同都 为0℃,其中心点温度只下降到该点食品的冰点(开始冻结温度)所需时间。有效冻结时间 即食品中心温度从开始的温度下降到所要求的冻结终温所需的时间。这里的计算式从公称 冻结时间推导,最后引入后作有效冻结时问计算。结狠是有效冻结时间。 二、缩短冻结时间可选择的途径 从计算式2=,(+x)看,对于确定的种食品,它的4,都可作为 常数,而x、a、t却是可以改变的。改变这些数值必将对冻结时间产生影响,因此缩短冻结 时间可从改变x、α、t三方面来考虑。减小x值,即减小冻品厚度;增大dt值,即降低泠冻 介质的温度;增大a值申增加传热面的放热系数。现用计算实例依次对上述二个内容进行 讨论。 1,减小冻品厚度:用前计算一例,在其他条件相同下,仅改变厚度,厚度减为10cm 观察由于厚度减小而引起冻结时间的变化。 3B2 0.10 查图3-6得 P=0,315R=0.081 diy/P 73×1050/0.315×0 0.081×0.12 z 27.2 16 1.2 =7.5(小时) 其他条件不变,思度减小5cm,冻结时间从11.1小时降到7.5小时,时间缩短3.6小 时 2,降低冷冻介的温度:仍和前例比较,其他条件不变,仅冷冻介质温度降到 z iy(Px. Rx 73×1050 0.27×0.150.075×0.15 -2.8-(-40)(16 8.1(小时) 冷冻介质温度降低10℃,冻结时间由11.1小时降到8、1小时,时间缩短3小时。 增大传热面的放热系数:仍前例,取四种a值比较其冻结时间 1)空气自然对流时,取a=5kcal/m2h,℃ x2)73×1050/0.27×0.150.07 26.79(小时 (2)空气强制循环,风速3m/s时取a=16kcal/m2h 前例已计算其结果2=11.1小时 (3)在冷盐水中浸渍冻结,取a=200kcal/m2.h.° A·y/Px,Rx2).73×1050/0.27×0.150,075×0.152 At 27.2 200 4.5(小时
导热系数α=6+4v
盐水、平板等冻结器a值在200以上,当a值达到200以上时,再增大a值冻结时间缩 短很小。此时采用哪种型式的冻结器主要考虑产品冷冻工艺及经济性要求。 a值与冻结时间之间的关系还和产品厚度有关。当产品厚度在30cm以上时无论怎样 增大a值对冻结时间影响极小。只有厚度较薄时提高∝值效果才显著。对于经初步加L的 鱼片、分割肉等可尽量减小其厚度,但对肉膈体其厚度已为天然形状所限定,这时应保证在 最厚处能有冻结室中的最大风速
入如王 谈冻结时间计算公式 四川轻化工学院刘达玉 摘:本文对《;库制冷技术》中冻结时间计算公式进行了分析讨论,指出了 公式縉误所在,提出了较为正确实用的冻结时间讦算公式。这对于从亨食品冷加 工生产、研究、设汁等有美人员,具有重要参考价值 无论是生产冻结食品,还是进行冻结装推导,读者一般只好照抄照用。该公式准确 置的设计和研究,冻结时间都是必须首先考性、实用性究竞如何?还有待于探讨。笔者 虑的问题。为了把食品的冻结间建立在科在该公式应用过程中,发现有些意外,下面 学理论基础之上,掌握正的冻结时间计算皆大家来看看 公式就显得尤为重要。本文就是对冷库制 我们不妨假设有三份相同猪肉(仅初温 冷技术》一书,第421页上的冻结时间计算公不同),在相同条件下冻结,冷却介质为 式进行讨论,提出修改意见,让读者能了解30℃,分别由+35℃、+20℃、+5℃降 正确的冻结时间计算公式。由于该书由原至-20℃。查表知猪内在各温度下的依次 业部冷藏加工企业管理局编写,中国时经出是:759,、65,1、54,2千卡/千克.猪肉冰 版社出阪,印数多达三万册,在我国冷藏科而点温度为-1℃,则根据上面公式有 设计部门、企业等单位影响较大。为此,擴 75.9-0 R82)y时 写该文,实为必要。 读中第421页提出公式加下 前面系数为1.17, Y8(P,R& 65.1-0 t食一t介 式中:τ—食品冻结时问,小时 前面系数为130, q~-食品冻结发出热量,千卡/公 54.2-0 5 食品容重,公斤/米 前面系数为1.55, 8—-食品厚度,米, 由于是相同的猪肉,冻结条件也相同 t食—食品冻结前的温度℃; 因此,以各式中,P、R、8、a、γ也应 t介—一冷却介质温度℃ 相同,尽管导热系数λ在冻结过程中变化较 a—放热系数,干卡/米·时,℃;大但一般视为常数,豬肉λ取值约1.2于 λ—冻结食品导热系数千,卡/米·卡/·时·度。为此,以上各式中,仅凭 前画系数就可冻结时间相对长短。不难看 P、R-一与食品『何形状有关的常出,由+5℃降至-20℃所需时间最长,由 +35℃降至一20℃所用时间最短,即初温越 由于影响冻结时间因李猥多,情况复杂高冻结时闾越短,显然不待合道理,结论荒 多变,目前辽难以对该公式进行严格的理论唐,必须加以修正。笔者查阅有关资料后认