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食品低溫保藏的基本原理
食品冷凍保藏就是利用低溫以控制微生物生長繁殖和酶活動的一種方法。
1 低溫對酶的影響
溫度對酶的活性有很大影響，大多數酶的適應活動溫度為30~40℃。高溫可使酶蛋白變性、酶鈍化，低溫可抑制酶的活性，但不使其鈍化。
大多數酶活性化學反應的Q10值為2~3。也就是說溫度每下降10℃，酶活性就削弱1/2~1/3。
2 低溫對微生物的影響
低溫與微生物的關系
（1）任何微生物都有一定的正常生長和繁殖的溫度范圍。溫度越低，它們的活動能力也越弱。
故降溫就能減緩微生物生長和繁殖的速度。
溫度降低到最低生長點時，它們就停止生長并出現死亡。
根據微生物的適宜生長溫度范圍可將微生物分為三大類，嗜熱菌、嗜溫菌和嗜冷菌。在低溫貯藏的實際應用中，嗜溫菌、嗜冷菌是最主要的。
（2）長期處于低溫中的微生物能產生新的適應性，這是長期低溫培育中自然選育后形成了多少能適應低溫的菌種所得的結果。
這種微生物對低溫的適應性可以從微生物生長時出現的滯后期縮短的情況加以判斷。
3 低溫導致微生物活力減弱和死亡的原因
微生物的生長繁殖是和活動下物質代謝的結果。因此溫度下降，酶活性隨之下降，物質代謝減緩，微生物的生長繁殖就隨之減慢。
在正常情況下，微生物細胞內總生化變化是相互協調一致的。但降溫時，由于各種生化反應的溫度系數不同，破壞了各種反應原來的協調一致性，影響了微生物的生活機能。
溫度下降時，微生物細胞內原生質黏度增加，膠體吸水性下降，蛋白質分散度改變，并且最后還可能導致了不可逆性蛋白質變性，從而破壞正常代謝。
冷凍時介質中冰晶體的形成會促使細胞內原生質或膠體脫水，使溶質濃度增加促使蛋白質變性。
同時冰晶體的形成還會使細胞遭受機械性破壞。
4 影響微生物低溫致死的因素
（1）溫度的高低
（2）降溫速度
凍結前，降溫越快，微生物的死亡率越大
凍結時，緩凍將導致大量微生物死亡，而速凍則相反。
（3 ）結合狀態和過冷狀態
急劇冷卻時，如果水分能迅速轉化成過冷狀態，避免結晶形成固態玻璃體，就有可能避免因介質內水分結冰所遭受的破壞作用。
微生物細胞內原生質含有大量結合水分時，介質極易進入過冷狀態，不再形成冰晶體，有利于保持細胞內膠體穩定性。（比如芽孢，低溫下穩定性比生長細胞高）
（4）介質
高水分和低pH值的介質會加速微生物的死亡，而糖、鹽、蛋白質、膠體、脂肪對微生物則有保護作用。
（5）貯期
（6）交替凍結和解凍
理論上講會加速微生物的死亡，但實際效果并不顯著。
冷藏是將食品的品溫降低到接近冰點，而不凍結的一種食品保藏方法。
冷藏溫度一般為-2~15℃，而4~8℃則為常用的冷藏溫度。此冷藏溫度的冷庫通常稱為高溫庫。
1 冷卻方法
食品冷卻的方法常用的有冷風冷卻、冷水冷卻、接觸冰冷卻、真空冷卻等，人們根據食品的種類及冷卻要求的不同，選擇其適用的冷卻方法。
1. 接觸冰冷卻
這種冷卻效果是靠冰的融解潛熱（約334720 kJ/kg）。
用冰直接接觸，從產品中取走熱量，除了有高冷卻速度外，融冰可一直使產品表面保持濕潤。
這種方法經常用于冷卻魚、葉類蔬菜和一些水果，也用于一些食品如午餐肉的加工。
食品冷卻的速度取決于食品的種類和大小、冷卻前食品的原始溫度、冰塊和食品的比例以及冰塊的大小。
食品冷卻時的用冰量可以根據食品放熱量進行推算。食品的原始溫度、氣候狀況、運輸距離、冷卻方法，以及對食品質量的要求等在確定用冰量時都是必須考慮的因素。
2. 空氣冷卻法
降溫后的冷空氣作為冷卻介質流經食品時吸取其熱量，促使其降溫的方法稱為空氣冷卻法。
在食品無包裝的情況下，因為存在干耗問題，空氣的相對濕度應當盡可能高。
空氣冷卻法中的熱交換速率是隨著風速的提高而增加的，但動力消耗也與風速成正比，所以高風速所需要的動力明顯增加。雖然產品表面傳熱系數只與風速成正比，但厚的產品因為有較高的占控制地位的內部熱阻，所以冷卻時單純強調提高風速未見得能奏效，故一般風速不大于2-3 米/秒。
空氣冷卻一般適合于冷卻果蔬、肉及其制品、蛋品、脂肪、乳制品、冷飲半制品及糖果等。
為了抑制霉菌，必要時冷卻前或冷卻時可在設施中進行果蔬煙熏。
冷空氣降溫方法
– 機械制冷
– 冰冷
3. 水冷法
冷水冷卻是通過低溫水將需要冷卻的食品冷卻到指定溫度的方法。
冷水冷卻比空氣冷卻有一些重要的優點，如避免干耗，冷卻速度快得多，需要的空間減少，對于某些產品，成品質量較好。
但是大多數產品不允許用冷水冷卻，因為外觀會受到損害，同時冷卻以后難以儲藏。
冷水冷卻通常用于禽類、魚類、某些水果和蔬菜。
4.真空冷卻
真空冷卻的依據是水在低壓下蒸發時要吸取汽化潛熱（約2520kJ/kg），并以水蒸汽狀態，按質量傳遞方式轉移此熱量的，所蒸發的水可以是食品本身的水分，或者是事先加進去的。
這種方法主要用于葉類蔬菜和蘑菇。消毒牛奶和烹調后的土豆丁的瞬間冷卻也要靠真空冷卻。
這種方法是目前所有冷卻方法中最迅速的。
2 食品冷藏工藝
1.影響冷藏食品冷藏效果的因素
影響新鮮制品冷藏效果的因素有以下方面：
–食品原料的種類、生長環境
–制品收獲后的狀況（比如是否受到機械損傷或微生物污染、成熟度如何等）
–運輸、儲藏及零售時的溫度、濕度狀況。
–冷卻方法
2. 冷藏工藝條件
貯藏溫度
空氣相對濕度
空氣流速
–空氣流速越大，食品水分蒸發率也越高。
–為了保證貯藏室溫度均勻，應保持速度最低的空氣循環。
–帶包裝的食品不受空氣濕度和流速的影響
3. 食品冷藏時的變化
（1）水分蒸發
（2）冷害
在冷卻貯藏時，有些水果、蔬菜的品溫雖然在凍結點以上，但當貯藏溫度低于某一溫度界限時，果、蔬的正常生理機能受到障礙，失去平衡，稱為冷害。
（3）生化作用
（4）脂類的變化
冷卻貯藏過程中，食品中所含的油脂會發生水解，脂肪酸會氧化、聚合等復雜的變化，同時使食品的風味變差，味道惡化，出現變色、酸敗、發粘等現象。這種變化進行得非常嚴重時，就被人們稱之為“油燒”。
（5）淀粉老化
普通的淀粉大致由20%直鏈淀粉和80%支鏈淀粉構成，這兩種成分形成微小的結晶，這種結晶的淀粉叫b-淀粉。它在適當溫度下，在水中溶脹分裂形成均勻糊狀溶液，這種作用叫糊化作用。糊化作用實質上是把淀粉分子間的氫鍵斷開，水分子與淀粉形成氫鍵，形成膠體溶液。糊化的淀粉又稱為a-淀粉。
食品中的淀粉中以a-淀粉的形式存在。
但是在接近0℃的低溫范圍中，糊化了的a-淀粉分子又自動排列成序，形成致密的高度晶化的不溶性淀粉分子，迅速出現了淀粉的b化，這就是淀粉的老化。
老化的淀粉不易為淀粉酶作用，所以也不易被人消化吸收。
（6）微生物增殖
（7）寒冷收縮
（8）冷藏過程中不良變化的控制
4.低溫氣調貯藏
正常的空氣是由78%的氮氣、21%的氧氣及少量二氧化碳和其它氣體組成。所謂氣調儲藏即是人工調節儲藏環境中氧氣及二氧化碳的比例，以減緩新鮮制品的生理作用及生化反應的速度，比如呼吸作用，從而達到延長貨架期的目的。
氣調儲藏一般采用比普通冷藏更高的相對濕度（90-95%），這可以延緩新鮮制品的皺縮并降低重量損失。
目前已經商業化應用氣調儲藏的制品主要有：新鮮的肉制品、魚制品、水果及蔬菜，焙烤制品及干酪。
食品凍藏，就是采用緩凍或速凍方法將食品凍結，而后再在能保持食品凍結狀態的溫度下貯藏的保藏方法。
一、凍制或凍結前對原料加工的工藝要求
任何凍制食品最后的品質及其耐藏性決定于下列各種因素：
凍制用原料的成分和性質
凍制用原料的嚴格選用、處理和加工
凍結方法貯藏情況
只有新鮮優質原材料才能供凍制之用。就水果來說，還必須選用適宜于凍制的品種，有些品種不宜凍制，否則不是凍制品品質低劣便是不耐久藏。凍制用果蔬應在成熟度最高時采收，此外，為了避免酶和微生物活動引起不良變化，采收后應盡快凍制。
果蔬凍制前都應先加工處理。
水果的酶性變質比蔬菜還要嚴重些，可是水果不宜采用預煮的方法破壞酶的活力，因為這會破壞新鮮水果原有的品質。
–凍制水果極易褐變，它是氧化酶活動的結果。為了有效地控制氧化，在凍制水果中常加有以浸沒水果為度的低濃度糖漿，有時還另外添加檸檬酸、抗壞血酸和二氧化硫等添加劑以延緩氧化作用。
肉制品一般在凍制前并不需要特殊加工處理。
二、食品的凍結及其質量
食品的凍結或凍制就是運用現代凍結技術(包括設備和工藝)在盡可能短的時間內，將食品溫度降低到它的凍結點(即冰點)以下預期的凍藏溫度，使它所含的全部或大部分水分，隨著食品內部熱量的外散而形成冰晶體，以減少生命活動和生化變化所必需的液態水分，并便于運用更低的貯藏溫度，抑制微生物活動和高度減緩食品的生化變化，從而保證食品在冷藏過程中的穩定性。
1.食品的凍結點
食品一般都是由動植物來源的原料制成，動植物原料則是由大量細胞構成，在細胞中含有大量有機物質和無機物質，包括水、鹽、糖及復雜的蛋白質、核糖核酸等，有些還溶有氣體。不僅原料如此，在加工過程中，大部分食品，特別是預制食品，還要添加鹽類、糖類、油脂等等輔料，使食品體系更為復雜。因此，食品的凍結點低于純水的冰點。
2. 食品凍結規律和水分凍結量
影響凍結速度的因素
食品成分：
非食品成分如傳熱介質、食品厚度、放熱系數（空氣流速、攪拌）以及食品和冷卻介質密切接觸程度等
3. 凍結速度與冰晶分布的關系
凍結速度快，組織內冰層推進速度大于水分移動速度時，冰晶分布越接近天然食品中液態水的分布情況，且冰晶的針狀結晶體數量多。
4.凍結對食品物理性質的影響
（1）凍結食品比熱下降
（2）凍結食品導熱系數增加
（3）熱傳導系數增加
（4）體積增加
5. 食品凍結的冷耗量
食品凍結的冷耗量就是凍結過程中食品在它降溫范圍內所放出的熱量。
凍結過程中食品的放熱量大致可以區分為三個部分
凍結前冷卻時的放熱量
凍結時形成冰晶體的放熱量
凍結食品降溫時的放熱量
6.凍結以及凍藏對食品品質的影響
凍結食品會發生食品組織瓦解、質地改變、乳狀液被破壞、蛋白質變性等。
因此，合理控制凍制對食品品質的影響是保證凍制食品品質的重要條件。
①凍結對溶液內溶質重新分布的影響
②濃縮的危害性
③冰晶體對食品的危害性
④干耗
食品在冷卻、凍結、凍藏過程中都會產生干耗，但因凍藏時間最長，干耗問題更為突出。凍結食品的干耗主要是由于食品表面的冰結晶升華而造成的。
⑤變色
⑥液汁損失
7. 速凍與緩凍
速凍食品的質量總是高于緩凍食品
速凍的主要優點
形成的冰晶體顆粒小，對細胞的破壞性也比較小；
凍結時間越短，允許鹽分擴散和分離出水分以形成純冰的時間也隨之縮短；
將食品溫度迅速降低到微生物生長活動溫度以下，就能及時阻止凍結時食品分解；
另外迅速凍結時，濃縮的溶質和食品組織、膠體以及各種成分相互接觸的時間也顯著縮短。因而濃縮的危害性也隨之下降。
所以為了保證食品的品質，應該盡可能快地通過-1～-5℃這個最高冰晶體形成溫度帶。
8. 凍制品的包裝和貯藏
（1）包裝
合理的包裝就能顯著減少凍制食品的脫水干燥、控制食品氧化和微生物引起的腐敗變質。
用于包裝速凍產品的包裝必須用能在-40-50℃的環境中保持柔軟，不致發脆、破裂的材料制成，常用的有EVA薄膜和線性聚乙烯等。
凍結過的水果和蔬菜有特殊意義的特點如下：
凍結以后產品的體積增加；
凍結以后包裝的產品散裝容重比事先包裝的顯然要低；
材料應能抵御弱酸并不漏液體；
易于褐邊變和失去香味的水果，特別需要能隔絕氧氣及其它氣體的材料包裝；
所有產品都需要用不透水蒸汽的材料包裝；
凍魚為抗干燥通常采用包冰衣的方法。
（2）貯藏
凍制四品貯藏的任務，就是盡一切可能阻止食品中各種變化，以達到長期貯藏的目的。
–食品貯藏的工藝條件如溫度、相對濕度和空氣流速是決定食品貯藏期和品質的重要因素。
A 貯藏溫度
B 凍藏食品的重結晶
C 凍藏食品的干縮
