食品工艺学论文

食品冷冻保藏技术研究

摘要：冷冻贮藏对食品保藏和运输具有重要意义．冷冻食品加工行业发展势头良好．食品变质腐败是由酶和微生物引起的．那么控制酶和 微生物的作用就能保持食品的质量。酶和微生物对温度非常敏感，降低温度，酶的活性就大大减弱，微生物的生命活动能力就受到抑制．其繁殖能力下降。与食品冷冻相关的理论与技术也有长足的进展。长期的应用结果表明，冷藏时因食品后熟、腐败速度较快，不可能实现食品的长期贮存；冷冻虽然能长期贮存食品，但由于食品的一部分细胞死亡，且在解冻时出现汁液流失，不能保持食品的原有风味。随着生活水平的提高，人们对食物的要求也随之提高。本文介绍了冷冻保藏技术的理论，在冷冻过程中发生的变化等，介绍了几种新的冷冻保藏技术，并进行了展望。 关键词：冷冻保藏、技术、展望

食品冷冻保藏就是利用低温保藏食品的过程，即降低食品温度，并维持低温水平或冷冻状态，以便阻止或延缓它们的腐败变质，从而达到远途运输和短期或长期的贮藏目的。冷冻技术是目前食品保藏的重要技术之一，不仅能够降低绝大多数生化反应的速度，减少营养损失，而且还具有高度的安全性。冷冻过程的关键步骤是生成冰晶，而冰晶是影响食品品质的主要因素。食品冻结过程中生成的大冰晶，主要分布于细胞间隙内，由于数量少，分布不均匀，从而造成细胞破裂，组织结构受到损伤，致使食品品质明显下降。而细胞内与细胞间生成的

细小冰晶，对细胞的机械损伤较轻，汁液流失少，可以较好地保存食品的质量与营养成分[1]。用冷冻贮藏的方法保藏和运输易腐食品具有重要的意义．在食品工业中应用十分广泛。冷冻食品具有卫生、食用方便、营养合理、能耗低及减轻家务劳动等优点，因而近年来风靡欧、美、日本。然而，我国的冷冻食品行业与发达国家相比还有较大差距[2]。因此，发展冷冻食品将成为我国食品结构改革的重要方向之一，冷冻食品业将是我国食品加工领域新兴的主力军。 一、食品冷冻冷藏的一般技术要求

食品有植物类和动物类之分。植物类食品一般指果蔬．它们的特征是活体，有生命力，迸行呼吸，本身有控制体内酶的作用和抵御微生物侵袭的能力．与采摘前不同的是不能再从母体上得到水分和营养物质．果蔬生命活动所需的能量只能不断消耗积累的各种物质。因此。植物类食品在冷藏中应掌握的基本点是维持它的活动状态．但又要减弱它的呼吸作用．因为呼吸是个消耗能量的过程．呼吸使体内的葡萄糖变成二氧化碳和水，同时放出热量。降温能使呼吸减弱。使能量消耗减少。由于消耗还在进行．到一定时间后，果蔬的水分、色泽、风昧和营养成分都降低，所以不能无限期贮藏．植物类食品在冷库内堆放时．必须使其周围通风良好．这样散发的热量能及时排除，新鲜的空气能供应。以保证它的呼吸。对这类食品的温度绝不能降到它们的冰点以下．否则会使植物冻死．有的不能降到冰点附近。以免产生冷害。果蔬若温度降到其冰点以下．则因冻结而引起冻害．冻害比冷害对果蔬引起的损失更严重．所以贮藏果蔬的冷藏库其温度绝对不能降

到食品冰点温度以下。

对动物类食品．一般都是宰杀后冷藏，它是非活体，没有控制酶及抵御生物活动的能力．因此对这类产品降温越低。质量保持越久。在理论上，若将库温降至一273℃食品可永久储存下去．因为达到这一温度值后，分子将会停止运动，不可能再发生各种化学反应。但在现实中，冷库只能降库温保持在-10℃ ~-25℃。低温虽然可以抑制微生物的生长繁殖，甚至可以杀灭某些微生物。然而大多数的微生物在低温下并不死亡，一旦温度升高。还活着的细菌就会苏醒过来，继续活动和繁殖，促使食品变质和腐败，有些耐低温的微生物(如霉菌)在O℃~8℃的低温中仍能生长繁殖。所以．国际制冷学会推荐冷冻食品的实用储藏温度要求不得低于一18℃。冷藏食品最长时间一般不得超过1年．时间过长了，食品脂肪氧化，冻品干耗，使肉类产品的水分、色泽、风昧和营养成分都发生缓慢的能量消耗和变质【3】。 二、食品冷冻理论 2.1冷冻食品的TTT理论

冻结食品的TTT概念和规律是美国Arsdel等人在1948~1958年对食品在冻藏下经过大量实验总结归纳出来的，揭示了食品在一定初始质量、加工方法和包装方式，即3P原则(product of initial quality, processing method and packaging, PPP factors)下，冻结食品的容许冻藏期与冻结时间、冻藏温度的关系，对食品冻藏具有指导意义[4]。研究资料表明，冻结食品质量随时间的下降是累积性的，而且为不可逆的。在这个期间内，温度是质量下降的主要原因。温度越低，

质量下降的过程越缓慢，容许的冻藏期也就越长。

TTT概念对一般食品的冷冻加工具有重要的意义，至今很多工厂里面还在采用-18℃作为食品冷冻终点，并以为食品在该温度下贮藏是安全的。然而，仅用该理论来指导冷冻加工却带来实际工作中的不便。首先，它没有阐明冷冻加工冻结的速率与食品质量的关系;其次，并非所有的食品温度越低质量越高。 2.2食品聚合物科学理论

80年代初，美国科学家L.Slade和H.Levine首先提出了“食品聚合物科学(Food polymer science ) \，其基本思想是:冻结食品的玻璃化(Glass)保存。之后，国内外越来越多的科学家开始进行这方面的研究工作。结果表明，冻结食品质量的下降主要是由大的冰晶对细胞的挤压破坏引起的。玻璃是一种非晶态的固体。基于力的性质，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、及物质的成分有关[6]。所有的水溶液都可迅速通过结晶区而不发生晶化，过冷成为玻璃态固体。食品材料由于其含水量较高(果蔬等可达到90%以上)，体积也比较大，并且不能用目前的玻璃化溶液(帮助形成玻璃态的某种溶液)，因此对它们实现全部玻璃化低温保存是不可能的。要实现食品玻璃化保存的唯一途径是部分结晶的玻璃化方法[7].

在此法中，随着温度的下降不断有冰晶析出，从而使溶液的浓度不断升高。当达到某一温度时，溶液中剩余的水分不再结晶(此部分水称为不可冻水)，此时的溶液也达到了最大冻结浓缩状态。

3食品冻藏时的化学变化 3.1.蛋白质的冻结变性

食品中的蛋白质在冻结过程中会发生冻结变性，在冻藏过程中，因冻藏温度的变动和冰结晶的长大，会增加蛋白质的冻结变性程度。 速冻中的蛋白质变性是造成动物性食品品质(尤其是风味)下降的主要原因，这是由于肌动球蛋白凝固变性所致。

? 速冻中造成蛋白质变性的原因主要有盐类、糖类及磷酸盐的作用以

及脱水作用。冰晶生成时，无机盐浓缩，盐析作用或盐类直接作用可使蛋白质变性。盐类中钙盐、镁盐等水溶性盐类能促进蛋白质变性，而磷酸盐等则能减缓蛋白质变性。

? 冰结晶生成时蛋白质分子失去结合水。也会使蛋白质分子受压后集

中，互相凝聚。

3.2.色泽的变化

冻结食品在冻藏过程中，除了因制冷剂泄漏造成变色（例如氨泄漏时，胡萝卜的橘红色会变成蓝色，洋葱、卷心菜、莲子的白色会变成黄色）外，其他凡在常温下发生的变色现象，在长期的冻藏过程中都会发生，只是进行的速度十分缓慢。

? ①脂肪的变色

? 多脂肪鱼类如带鱼、沙丁鱼等，在冻藏过程中因脂肪氧化会变黄、

酸败，严重时还会发粘，产生异味，丧失食品的商品价值。

? ②蔬菜的变色

? 在氧化酶的作用下，果蔬类食品容易发生褐变。所以蔬菜在速冻前

一般要将原料进行烫漂处理，破坏过氧化酶，使速冻蔬菜在冻藏中不变色。

? ③红色鱼肉的褐变

红色鱼肉的褐变，最有代表性的是金枪鱼肉的褐变。金枪鱼是一种经济价值较高的鱼类，日本人有食金枪鱼肉生鱼片的习惯。金枪鱼肉在-20℃下冻藏2个月以上，其肉色由红色向暗红色、红褐色、褐红色、褐色转变，作为生鱼片的商品价值下降。这种现象的发生，是由于肌肉中的肌红蛋白被氧化，生成氧化肌红蛋白的缘故。 ? ④虾的黑变

? 虾类在冻结贮藏中，其头、胸、足、关节及尾部常会发生黑变，出现黑的斑点或黑箍，使商品价值下降。产生黑变的原因主要是氧化酶（酚酶或酚氧化酶）使酪氨酸氧化，生成黑色素所致。

四、食品冷冻保藏的新技术

近年来，虽然食品冷冻相关理论进展缓慢，但是随着工程技术的 发展，在食品冷冻研究和应用领域出现了多项新技术。 4.1 超声波冷冻技术

超声食品冷冻技术是将功率超声技术和食品冷冻相互祸合, 利用超

声波作用改善食品冷冻过程。其潜在的优势在于超声可以强化冷冻过程传热促进食品冷冻过程的冰结晶、

改善冷冻食品品质等方面【8】。研究表明, 超声波能促进冰结晶的成核和抑制晶体生长, 一定强度的超声波作用能在枝状冰晶中产生裂缝【9】。适宜参数的超声波能降低纯水结晶的过冷度, 促进冰晶成核【10】超声冷冻技术仅仅在食品冷冻过程中

施加超声波外场能量而不需添加任何添加剂改善品质, 符合现代食品工业发展绿色食品的方向 4.2．抗冻蛋白应用技术

抗冻蛋白（antifreeze proteins，AFPs）是一类能抑制冰晶生长的特殊蛋白质，它能够非依数性地降低水溶液的冰点，但对熔点的影响甚微[11]. 抗冻蛋白在很多有机物中都存在,包括细菌、真菌、无脊椎动物和鱼等, 当前研究最多的具有抗冻活性的蛋白来自于鱼类。抗冻蛋白可以降低溶液冰点，抑制晶核生长及冰晶生长速率。食品冷冻中抗冻蛋白可以改善冰冻食品的品质, 例如冻藏牛奶和肉类【12】，在医学上它可以提供人类器官移植时的冰冻保护、用于癌症的冰冻手术以及其在农业、水产养殖业等的多方面应用。 4.3冰温技术

冰温技术的研究主要以食品保鲜为中心, 将食品贮藏在0℃ 以下至各自的冻结点范围内属于冰温贮藏【13】。冰温技术具有如下特点【14】：温贮藏不破坏细胞, 而且能够提高水果、蔬菜的品质；利用冰温技术保鲜贮藏食品, 比现有冷藏技术要延长保存期数倍以上； 冰温贮藏

减少有害微生物,在冰温状态下, 大肠杆菌、葡萄球菌等有害微生物均无法存活；冰温贮藏不需要解冻, 既避免解冻失水又节省了时间。但是冰温技术也有它的不足之处：首先, 由于各个食品的冰温带范围比较窄, 所以在技术上要求很高, 尤其是超冰温保鲜技术；其次, 运行成本与投资较大, 与普通冷库相比冰温库造价比较高, 这使得冰温技术的广泛应用受到限制。 4.4高压食品冷冻技术

食品高压冷冻技术是通过改变压力来控制食品中水的相变过程。在高压条件下，将食品冷却到一定温度（此时水仍未结冰），其后迅速将压力释放，就会在食品内部形成细小而均匀的冰晶体。并且，冰晶体积不会膨胀，因此可减少食品的损伤、提高食品的质量[15]。高压冷冻法主要有3种：高压辅助冷冻法（HPAH），高压切换冷冻法（HPSF）和高压诱发冷冻法（HPIF）。高压冷冻技术对减少食品汁液流失、破坏或者抑止微生物生长、改善解冻食品质量的效果已被大家认可, 但是对肉类蛋白质结构的影响却存在一定差异。

高压长时间作用会导致具有网格结构材料的断裂。【16】 5.展望

冷冻食品符合“绿色食品”、“方便食品”、“保健食品”的三大食品发展趋势，冷冻食品行业发展势头良好。冷冻冷藏新技术研究不断推陈出新, 但是相关的理论和技术还有待不断完善。新型冷冻冷藏技术要广泛应用于生产实际还需解决理论与实际问题。当然，随着冷冻食品

产量和种类的日益增大，相关科学技术的不断进步，冷冻食品理论和技术必将有长足发展。

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