食品冷冻冷藏原理与设备-冻藏.pptx
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1、食品冻结与冻藏是食品冷加工的主要内容之一,目前在国内外发展都很快、冻结品的销售量逐年递增。关于如何提高冻结食品的质量,降低食品冻结加工与冻藏成本,同时减少加工与贮藏中对大气环境的破坏是人们研究的重点。具体内容:冻结方法、冻结与冻藏设备、冰品对食品质量的影响、冻伤、冻结速率、食品热物性、冻结食品的包装、水分与汁液流失、冻结食品成分与形态等问题。其中冻结速率和食品热物性是影响冻结食品质量及设备性能的主要因素。第1页/共69页6-1 冻结速率的表示法冻结速率可用食品热中心温度下降的速率或冰锋前进的速度表示。第2页/共69页一、食品热中心温度下降的速率食品热中心即指降温过程中食品内部温度最高的点。对于
2、成分均匀且几何形状规则的食品、热中心就是其几何中心。常用食品热中心温度从一1降至一5 所用时间长短衡量冻结快慢问题,并称此温度范围为最大冰晶生成带。第3页/共69页若通过此冰晶生成带的时间少于30min,称为快速冻结;若大于30min,称为慢速冻结。以往认为这种快速冻结对食品质量影响很小,特别是果蔬食品。然而,随着冻结食品种类增多相对冻结食品质量要求的提高,人们发现这种表示方法对保证有些食品的质量并不充分可靠。主要原因是:有些食品的最大冰晶生成带可延伸至一10一15;不能反映食品形态、几何尺寸、包装情况等多种因素的影响。因此,近几年,人们建议采用冰锋移动速率表示冻结快慢问题。第4页/共69页二
3、、用冰锋前进速率表示 这种表示法最早是德国学者普朗克提出的,他以一5作为结冰锋面,测量从食品表面向内部移动的速率。并按此速率高低将冻结分类;第5页/共69页快速冻结:冰锋移动速率520cmh;中速冻结:冰锋移动速率 15cmh慢速冻结:冰锋移动速率0.11cmh第6页/共69页使用中发现,有两个因素对冻结速率影响最大。一个是温度传感器件置于热中心位置的偏差;另一个是食品的初始温度。第7页/共69页三、目前采用的冻结速率慢冻:在通风房内,对散放大体积材料的冻结。冻结速率为0.2cm/h。快冻或深冻:在鼓风式或板式冻结装置中冻结零售包装食品。冻结速率为0.53cmh;速冻或单体快速冻结:在流化床上
4、对单粒小食品快冻,冻结速率为5一10cm/h。超速冻:采用低温液体喷淋或浸没拣结。冻结速率为10一100cmh。对于畜肉类食品,冻结速率达到25cm/h,即获得较好的效果;而对于生禽肉,冻结速率必需大于1.0cm/h,才能保证有较亮的颜色.第8页/共69页6-2 冻结时的变化冻结中会发生物理、化学、组织方面的变化。都会影响到食品的品质。第9页/共69页1、体积膨胀、产生内压水在4 时体积最小,因而密度最大,为1000kgm3。0时水结成冰,体积约增加9,在食品个体积约增加6。冰的温度每下降1,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。食品冻结
5、时,首先是表面水分结冰,然后冰层逐渐向内部延伸。当内部的水分因冻结而体积膨胀时,会受到外部冻结层的阻碍,产生内压称做冻结膨胀压,纯理论计算其数值可高达8.7MPa。当外层受不了这样的内压时就会破裂,逐渐使内压消失。第10页/共69页2、热物性的变化比热容热容为4.18KJ(kgK),冰的比热容为2kJ(kgK)。冰的比热容约是水的12。热导率水的热导率为0.6w(m),冰的热导率为2.2w(m),约为水热导率的4倍。当温度下降,食品的水分开始结冰的同时,热导率就变大,食品的冻结速度加快。另一方面,冻结食品解冻时,冰层由外向内逐渐融化成水热导率减小,热量的移动受到抑制,解冻速度就变慢。与热流方向
6、有关,当热的移动方向与肌肉组织垂直时热导串小,平行时则大。第11页/共69页3、体液流失 食品经过冻结、解冻后,内部冰晶融化成水,如不能被组织、细胞吸收回复到原来的状态,这部分水分就分离出来成为流失液。流失液不仅是水,还包括溶于水的成分,如蛋白质、盐类、维生素类等。体液流失使食品的质量减少,营养成分、风味亦受损失。因此,流失的产生成为评定冻品质量的指标之一。一般来说,如果食品原料新鲜,冻结速度快,冻藏温度低或波动小,冷藏期短,则解冻时流失液少。若水分含量多,流失液亦多。如鱼和肉比,鱼的含水量高故流失液亦多。叶菜类和豆类相比、叶菜类流失液多。经冻结前处理如加盐、糖、磷酸盐时流失液少。食品原料切得
7、越细小,流失液亦越多。第12页/共69页4、干耗食品冰结过程中,因食品中的水分从表面蒸发,造成食品的质量减少,俗称“干耗”。干耗不仅会造成企业很大的经济损失,还给冻品的品质和外观带来影响。例如日宰2000头猪的肉联厂,干耗以2.8或3算。要年损失600多吨肉,相当干15000头猪。干耗发生的原因是冻结室内的空气未达到水蒸气的饱和状态,其蒸汽压小于饱和水蒸气压,而鱼、肉等含水量较高,其表面层接近饱和水蒸气压,在蒸气压差的作用下食品表面水分向空气中蒸发、表面层水分蒸发后内层水分在扩散作用下向表面层移动。由于冰结室内的空气连续不断地经过蒸发器,空气中的水蒸气凝结在蒸发器表面,减湿后常处于不饱和状态,
8、所以冻结过程中的干耗在不断进行着。风速、相对湿度和包装都会影响食品的干耗情况。第13页/共69页干耗量的计算第14页/共69页第15页/共69页第16页/共69页5、组织变化 蔬菜、水果类植物性食品在冻结前一般要进行烫漂或加糖等前处理工序,为了保持原有的色泽,防止褐变,而动物性食品因是非活性细胞则不需要此工序。植物细胞的构造与动物细胞不同。植物细胞内有大的液泡,它使植物组织保持高的含水量,但结冰时因含水量高,对细胞的损伤大。植物细胞的细胞膜外还有以纤维为主的细胞壁,而动物细胞只有细胞膜,细胞壁比细胞膜厚又缺乏弹性,冻结时容易被胀破,使细胞受损伤。此外,植物细胞与动物细胞内的成分不同,特别是高分
9、子蛋白质、碳水化合物含量不同,有机物的组成也不一样。由于这些差异,在同样的冻结条件下,冰结晶的生成量、位置、大小、形状不同,造成的机械损伤和胶体损伤的程度亦不同。第17页/共69页6、蛋白质冻结变性蛋白质变性的肌肉织织,待水力降低、质地变硬、口感变差,作为食品加工原料时,加工适宜性下降。蛋白质发生冷冻变性的原因尚不十分清楚,但可认为主要是由下述原因造成的:冻结时食品中的水分形成冰结晶,被排除的盐类、酸类从气体等不纯物就向残存的水分移动,未冻结的水分成为浓缩溶液。食品中的蛋白质和盐类的浓缩溶液接触后,就会盐析作用而发生变性。慢速冻结时,肌细胞外产生大冰晶,肌细胞内的肌原纤维被挤压集结成束、并因冰
10、晶生成时蛋白质分子间失去结合水,肌原纤维蛋白质下相靠近、蛋白质的反应基互相结合形成各种交联,因而发生凝集。脂类分解的氧化产物对蛋白质变性有促进作用。脂肪水解产生游离脂肪酸,但很不稳定,其氧化结果产生低级的醛、酮等产物,促使蛋白质变性。脂肪的氧化水解是在磷脂酶的作用下进行的,此酶在低温下活性仍很强。鱼类的体内存在特异的酶,它能将氧化三甲胺分解成甲强和二甲基苯胺。甲醛会促使鱼肉的蛋白质发生变性。第18页/共69页7、变色 食品冻结过程中发生的变色主要是冷冻水产品的变色,从外观上看通常有褐变、黑变、退色等现象。水产品变色的原因包括自然色泽的分解和产生新的变色物质二方面。自然色泽的被破坏如红色鱼皮的退
11、色、冷冻金枪鱼的变色等,产生新的变色物质如虾类的黑变、鱼肉的褐变等。变色不但使水产品的外观变差,有时还会产生异味,影响冻品的质量。第19页/共69页8、生物和微生物的变化 生物是指小生物,如昆虫、寄生虫之类,经过冻结都会死亡。联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)共同建议,肉类寄生虫污染不严重时,须在一10温度下至少贮存10d。引起食品腐败变质的微生物有细菌、霉菌和酵母。其中食品腐败和食物中毒关系最大的是细菌。冻结阻止了微生物的生长、繁殖。食品在10时大部分水已冻结成冰,剩下的溶液浓度增高,水分活性降低,细菌不能繁殖。所以10对冻结食品来说是最高的温度界限。但冻结食品的贮藏仍有一定期
12、限。第20页/共69页6-3 食品冻藏与解冻第21页/共69页一、食品冻结的热负荷食品在冻结过程中,固化相变是在一个温度范围内逐渐完成的。为简化计算,假设相变变化均在初始冻结温度(冰点)下完成。因此,冻结热负荷主要由下面几部分组成:冰点以上的显热量。冰点上的相变潜热量冰点以下的显热量。食品冻结中的热负荷采用上述计算外,在工程上应用较多的是食品的比焓图表,即用食品初始温度和最终冻结温度的比焓差表示。第22页/共69页1、食品降至冰点时放出的显热第23页/共69页2、食品中水的冻结潜热第24页/共69页3、冰点下至最终平均冻结温度放出的显热第25页/共69页二、冻藏条件冻藏条件主要指低温冷库的温度
13、、相对湿度及空气流速等参数的选择与控制。温度低,酶活性及微生物繁殖速度也低有利于食品的冻藏。然而,过低的温度将增加冻藏成本。要求在一昼夜间以及食品进出库等引起库温的被动要尽量小,一般最大不超过土2K。温度波动过大,会促进食品中冰晶的再结晶,小冰晶的消失和大冰晶的长大。据报导,食品在一10 下冻藏21天,冰晶即由30微米增加到60微米;而同样的材料,在一20下冻藏却需要50天,才能使冰晶从30微米增加到60微米。冰晶的增大加剧对食品细胞的机械损伤作用。因此,食品平均冻结终温应尽量等于冻藏温度。食品一般应经冻结后进入低温冷库,未冻结的食品不能直接入库。若运输冻结食品温度高于一8 时、在入库前必须重
14、新冻结至要求温度。在除了保证温度要求外,还要有足够高的空气相对湿度和合理的空气流速及分布,以减少干耗。第26页/共69页三、冻结食品的解冻解冻是冻结的逆过程。在0 时水的热导率(0.561W(mK)仅是冰的热导率(2.24W(mK)的四分之左右。因此,在解冻过程中,热量不能充分地通过已解冻层传入食品内部。此外,为避免表面首先解冻的食品被微生物污染和变质,解冻所用的温度梯度也远小于冻结所用的温度梯度。因此,解冻所用的时间远大于冻结所用的时间。冻结食品在消费或加工前必须解冻,解冻状态可分为半解冻(一5)和完全解冻,视解冻后的用途而定。无论是半解冻还是完全解冻,都应尽量使食品在解冻过程中品质下降最小
15、,使解冻后的食品质量尽量接近于冻结前的食品质量。食品在解冻过程中常出现的主要问题是汁液流失,其次是微生物繁殖和酶促或非酶促等不良生化反应。第27页/共69页1、解冻过程的问题除了玻璃化低温保存和融化外,汁液流失般是不可避免的。造成汁液流失的原因与食品的切分程度、冰结方式、冻藏条件以解冻方式等有关。切分的越细小,解冻后表面流失的汁液就越多。如果在冻结与冻藏中冰晶对细胞组织和蛋白质的破坏很小,那么,在合理解冻后,部分融化的冰晶也会缓慢地重新渗入到细胞内,在蛋白质颗粒周围更新形成水化层,使汁液流失减少,保持了解冻食品的营养成分利原有风味。微生物繁殖和食品本身的生化反应速度随着解冻升温速度的增加而加速
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