食品冷冻保鲜原理与设备(课件)第四章.ppt

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1、第四章第四章 冷冻食品的玻璃化加工和贮藏冷冻食品的玻璃化加工和贮藏一、食品聚合物科学的基本慨念一、食品聚合物科学的基本慨念 食品聚合物科学的基本思想：食品材料的分子与人工合成聚合物的分子间有着最基本、最普遍的相似性。借助聚合物科学已形成的较为完善的理论体系，可以把食品的结构特性与其宏观性质联系起来，根据食品材料所处的状态(如含水量、温度等)，就能预测其在加工、贮存过程中的质量、安全性和稳定性。进行食品聚合物科学研究时，首先应认识以下问题；1)食品和食品材料是典型的聚合物系统。2)玻璃化转变温度是十分重要的物理化学参数，它能决定食品系统的质量、安全性和稳定性。3）水，作为一种无处不在的增塑剂，在

2、天然和人造食品系统中都起着举足轻重的作用。4）水对玻璃化转变温度的影响。5）玻璃态和橡胶态对食品质量的重要影响作用。二、玻璃化及玻璃化转变温度二、玻璃化及玻璃化转变温度 玻璃化：玻璃化：玻璃化转变被定义为一种力的松弛过程；在非晶态系统中，玻璃化转变则被看作是从橡胶态到玻璃态的转变，它与温度、时间及物质的成分等有关。玻璃化过程如同把液态的无序结构“定位”一样，所以，玻璃态的固体象液体一样，是非常均质化的。玻璃化转变温度：玻璃化转变温度：发生玻璃化转变时的温度称为玻璃化转变温度。1)对于低水分食品(LMF，水的质量分数小于20)，玻璃化转变温度一般大于0，称为Ts；2)对于高水分或中等水分食品(H

3、MF、IMF，水的质量分数大于20)，除了对极小的样品，降温速率不可能达到很高，因此一般不能实现完全玻璃化。此时，玻璃化转变温度指的是最大冻结浓缩溶液发生玻璃化转变时的温度，定义为 。因为大多数需冻结保存的食品含水量均较大，所以 就成为食品聚合物科学中研究应用较多的一个物理量。三、最大冻结浓缩溶液的玻璃化转变温度三、最大冻结浓缩溶液的玻璃化转变温度 溶液浓度对玻璃化转变温度的影响较大，实现食品的玻璃化保存只能借助部分结晶的玻璃化方法。如图所示，当初始浓度(指质量分数)为A的溶液(A点)从室温开始冷却时。随着温度的下降，溶液过冷到B点后将开始析出冰晶，结晶潜热的释放又使溶液局部温度升高，这样溶液

4、将沿着平衡的熔融线不断析出冰晶，冰晶周围剩余的未冻溶液随温度下降，浓度不断升高，一直下降到熔融线与玻璃化转变曲线交点(D点)时，溶液中剩余的水分将不再结晶称为不可冻水)，此时的溶液达到最大冻结浓缩状态，浓度较高它们以非晶态基质的形式包围在冰晶周围。不很快的冷却速率即可使最大冻结浓缩溶液实现玻璃化，最终形成镶嵌着冰晶的玻璃体。基质在小于玻璃化转变温度时所处的状态称为玻璃态；基质在大于玻璃化转变温度时所处的状态称为橡胶态。最大冻结浓缩溶液的玻璃化转变温度称为Ts，相应的溶液浓度为 。冻结合品的玻璃化保存 冻结食品的质量下降主要是由结晶、再结晶和酶的活性引起的，而结晶、再结晶和酶的活性是受扩散控制的

5、，如果冻结食品处于玻璃态，一切受扩散控制的松弛过程将极大地被抑制，使得食品在较长的贮藏时间内处于稳定状态，且质量很少或不发生变化。四、四、低温断裂低温断裂 低温断裂是指样品在冷却或升温过程中由于某种原因产生的热应力使样品组织细胞产生断裂。热应力主要是由以下三个因素引起的：1)冷却过程中，样品内部温度分布不均匀，产生了温度梯度。Chuma指出，过快的冷却速率可能造成食用或生物组织的断裂Laverty把鱼直接投入掖氮冷却降温，鱼出现严重的断裂现象。这主要是由于过快的冲却速率引起的，出于冷却速率过快，热量来不及传递或传递较慢，引起样品内外温差较大，产生了热应力。2)冷却过程中，水不断结为冰晶，而水由

6、液态转变为固态后，体积增加了9，所以整个样品膨胀而产生应力。在快速冷却过程中样品外层首先冻结，而当样品内部继续结晶膨胀时，就会产生很大的应力挤压外层甚至破裂。Sebok等研究了冷却速率、预冷、样品大小及成熟度对草莓、绿豆等水果蔬菜低温断裂的影响、他们认为，膨胀应力是造成断裂的主要原因并得出了降低冷却速率和采用预冷可减少或阻止低温断裂的结论。Spieles等在研究保存温度村红细胞影响的过程中发现，在玻璃态保存的红细胞最安全，当保存温度高于玻璃化转变温度时，由于反玻璃化的作用，冰晶不断继续扩大，产生热应力，使红细胞破裂。五、讨论五、讨论 食品速冻技术是目前国际公认的最佳食品贮藏加工技术，而在诸多种食品速冻技术中、由于液氮速冻能实现低温深冷的超速冻，进而极大地提高了冷冻食品的保鲜期限，在冷冻食品工业中显示出特有的生命力。但是，液氮浸渍超速冻方法存在一个主要的问题 食品龟裂(即低温断裂)。因为 时的冰比水的体积增大约9冰的温度每下降 其体积收缩0.010.005，二者相比膨胀比收缩大得多，所以含水分多的食品冻结时体积会膨胀、冻结时表面水分首先成冰，然后冰层逐渐向内部延伸，当内部的水分因冻结而膨胀时会受到外部冻结层的阻碍，于是产生内压，即冻结膨胀压，当外层受不了此内压时就破裂遂使内压消失。