食品工艺学
第四章 食品的冷冻保藏
第四章 食品的冷冻保藏
参考书目
概述 思考题
第一节 食品低温保藏的基本原理
第二节 食品的冷却
第三节 食品的冻结
第四节 食品的回热与解冻
参考书目
• 食品工艺学（上册）
• 食品工业制冷技术
• 食品冷冻工艺学
• 肉类食品工艺学
• 水产品冷藏加工
• 冷藏和冻藏工程技术
• 各种食品类、制冷类的期刊
概述
• 冷冻食品和冷却食品
• 冷冻和冷却食品的特点
• 低温保藏食品的历史
冷冻食品和冷却食品
• 冷冻食品又称冻结食品，是冻结后在低
于冻结点的温度保藏的食品
• 冷却食品不需要冻结，是将食品的温度
降到接近冻结点，并在此温度下保藏的
食品
• 冷冻食品和冷却食品可按原料及消费形
式分为果蔬类、水产类、肉禽蛋类、调
理方便食品类这四大类。
冷冻和冷却食品的特点
• 易保藏，广泛用于肉、禽、水产、乳、
蛋、蔬菜和水果等易腐食品的生产、运
输和贮藏
• 营养、方便、卫生、经济
• 市场需求量大，在发达国家占有重要的
地位，在发展中国家发展迅速
低温保藏食品的历史
• 公元前一千多年，我国就有利用天然冰
雪来贮藏食品的记载。
• 冻结食品的产生起源于19世纪上半叶冷
冻机的发明。
• 1834年，Jacob Perkins（英）发明了以
乙醚为介质的压缩式冷冻机。
• 1860年，Carre（法）发明以氨为介质，
以水为吸收剂的吸收式冷冻机。
• 1872年，David Boyle（美）和Carl Von
Linde（德）分别发明了以氨为介质的压
缩式冷冻机，当时主要用于制冰。
• 1877年，Charles Tellier（法）将氨-水吸
收式冷冻机用于冷冻阿根廷的牛肉和新西
兰的羊肉并运输到法国，这是食品冷冻的
首次商业应用，也是冷冻食品的首度问世。
• 20世纪初，美国建立了冻结食品厂。
• 20世纪30年代，出现带包装的冷冻食品。
• 二战的军需，极大地促进了美国冻结食
品业的发展。
• 战后，冷冻技术和配套设备不断改进，
出现预制冷冻制品、耐热复合塑料薄膜
包装袋和高质快速解冻复原加热设备，
冷冻食品业成为方便食品和快餐业的支
柱行业。
• 20世纪60年代，发达国家构成完整的冷
藏链。冷冻食品进入超市。
• 冷冻食品的品种迅猛增加。冷冻加工技
术从整体冻结向小块或颗粒冻结发展。
• 我国在20世纪70年代，因外贸需要冷冻
蔬菜，冷冻食品开始起步。
• 80年代，家用冰箱和微波炉的普及，销
售用冰柜和冷藏柜的使用，推动了冷冻
冷藏食品的发展；出现冷冻面点。
• 90年代，冷链初步形成；品种增加，风
味特色产品和各种菜式；生产企业和产
量大幅度增加。
Ｐerkins的乙醚压缩制冷机
压缩机
吸气管
排气管
冷
凝
器
膨胀阀蒸发器
水
制冰箱
蒸汽吸收式冷冻机
蒸汽压缩式冷冻机原理
冷
凝
器
蒸
发
器
高压高温区 低压低温区
膨胀阀
压缩机
等
温
等
压
等
压
等熵
等焓
第一节 食品低温保藏的基本原理
• 概述
• 低温对微生物的影响
• 低温对酶活性的影响
• 低温对非酶作用的影响
概述
• 食品原料有动物性和植物性之分。
• 食品的化学成分复杂且易变。
• 食品因腐烂变质造成的损失惊人。
• 引起食品腐烂变质的三个主要因素。
一、低温对微生物的影响
• 微生物对食品的破坏作用。
• 微生物在食品中生长的主要条件：
–液态水分
– pH值
–营养物
–温度 分类 最低温度举例 低温的作用
–降温速度
微生物类型
温度℃
最低 最适 最高
嗜冷微生物 -7~5 15~20 25~30
嗜温微生物 10~15 30~40 40~50
嗜热微生物 30~45 50~60 75~80
微生物按生长温度分类
部分微生物生长和产生毒素的最低温度
微生物 最低生长温度℃ 产毒素最低温度℃
食物
中毒
性微
生物
肉毒杆菌A
肉毒杆菌B
肉毒杆菌C ---
肉毒杆菌D
梭状荚膜产气杆菌 15~20 ---
金黄色葡萄球菌
沙门氏杆菌
不产外毒素
粪便
指示
剂微
生物
埃希氏大肠杆菌 3~5
产气杆菌 0
大肠杆菌类 3~5
肠球菌 0
低温对微生物的作用
• 低温可起到抑制微生物生长和促使部分
微生物死亡的作用。但在低温下，其死
亡速度比在高温下要缓慢得多。
• 一般认为，低温只是阻止微生物繁殖，
不能彻底杀死微生物，一旦温度升高，
微生物的繁殖也逐渐恢复。
降温速度对微生物的影响
• 冻结前，降温越迅速，微生物的死亡率
越高；
• 冻结点以下，缓冻将导致剩余微生物的
大量死亡，而速冻对微生物的致死效果
较差。
二、低温对酶活性的影响
• 酶作用的效果因原料而异
• 酶活性随温度的下降而降低
• 一般的冷藏和冻藏不能完全抑制酶的活性
三、低温对非酶因素的影响
•各种非酶促化学反应的速度，
都会因温度下降而降低
第二节 食品的冷却
一、冷却的目的
二、冷却的方法
三、冷却过程的冷耗量
四、冷却速度与冷却时间（自学）
五、气调贮藏
六、冷藏中的变化及技术管理
一、冷却的目的
• 植物性食品的冷藏保鲜
• 肉类冻结前的预冷
• 分割肉的冷藏销售
• 水产品的冷藏保鲜
• 鱼肌肉组织在自溶作用时主要的生化反
应：
（C6H10O5）n + nH2O → 2n（C3H6O3） + cal
肌酸~P + ADP → ATP + 肌酸
ATP → ADP + Pi + 7000 cal
• 这些反应产生的大量热量可使鱼体温度
上升2~10℃，如不及时冷却，就会促进
酶的分解作用和微生物的繁殖。
二、冷却的方法
（一）固体物料的冷却
（二）液体物料的冷却
（三）其它冷却方法
（一）、固体物料的冷却
1. 冷风冷却
2. 冷水冷却
3. 碎冰冷却
4. 真空冷却
各种冷却方法的适用
1、冷风冷却
• 用于果蔬类的高温库房
• 肉类的冷风冷却装置
• 隧道式冷却装置
• 冷风机的各种进出风类型
• 冷风冷却系统示意图（1~5）
• 冷藏运输
高温库房
冷风机的各种进出风类型：
冷风冷却系统示意图
冷藏运输：
2、冷水冷却
• 浸入式
• 喷雾式
• 淋水式
• 优缺点
3、碎冰冷却
• 特点
• 冰的种类
• 操作要点
• 适用
4、真空冷却
• 原理
• 构造示意
• 操作
• 特点（生菜冷却曲线）
（二）液体食品物料的冷却
• 特点—间接冷却
• 冷却介质
• 冷却器：间歇式、连续式
（三）、其它冷却方法
• 接触冷却
• 辐射冷却
• 低温学接触冷却
三、冷却过程的冷耗量
• 食品冷却过程中总的冷耗量，即由制冷
装置所带走的总热负荷QT：
QT=QF+QV
QF：冷却食品的冷耗量；
QV：其它各种冷耗量，
其它各种冷耗量QV
• 如外界传入的热量，外界空气进
入造成的水蒸气结霜潜热，风机、
泵、传送带电机及照明灯产生的
热量等。
食品的冷耗量QF
• QF=QS+QL+QC+QP+QW
QS：食品的显热；
QL：脂肪的凝固潜热；
QC：生化反应热；
QP：包装物冷耗量；
QW：水蒸气结霜潜热；
食品的显热
• QS=GCO（TI－TF）
G：食品重量；
CO：食品的平均比热；
TI：冷却食品的初温；
TF：冷却食品的终温。
四、冷却速度与冷却时间
• 自学。
• 理论基础：传热。
• 方式：按照食品的形状和冷却装置的形
式，分别研究平板状食品、圆柱状食品
和球状食品的传热过程，从而计算食品
的冷却速度和冷却时间。
五、气调贮藏
0. 发展史、定义及机理
1、气调贮藏的生理基础
2、气调贮藏方法
0. 发展史、定义及机理
• 发展史：参见《冷藏和冻藏工程技术》
• 定义：食品原料在不同于周围大气（21%
O2、% CO2）的环境中贮藏。通常与
冷藏结合使用。
• 用途：延长季节性易腐烂食品原料的贮藏
期。
• 机理：采用低温和改变气体成分的技术，
延迟生鲜食品原料的自然成熟过程。
1、气调贮藏的生理基础
• 降低呼吸强度，推迟呼吸高峰；
• 抑制乙烯的生成，延长贮藏期；
• 控制真菌的生长繁殖；
• 若氧气过少，会产生厌氧呼吸；二氧化
碳过多，会使原料中毒。
2、气调贮藏方法
• 自然降氧法（MA）
• 快速降氧法（CA）
• 混合降氧法
• 包装贮藏法
自然降氧法（Modified Atmosphere Storage）
• 果蔬原料贮藏于密封的冷藏库中（气调库），
果蔬本身的呼吸作用使库内的氧量减少，二氧
化碳量增加。
• 用吸入空气来维持一定的氧浓度。
• 用气体洗涤器来除去过多的二氧化碳。
– 碱式，让气体通过4~5%的NaOH；
– 水式，让气体通过低温的流动水；
– 干式，让气体通过消石灰填充柱。
快速降氧法（Controlled Atmosphere Storage）
• 在气体发生器中用燃烧C3H8的方法来制
取低O2高CO2的气体；
• 将气体通入冷藏库中；
• 库中常保持负压。
• 待藏原料入库时，即处于最适贮藏气体
氛围，特别适用于不耐藏但经济价值高
的原料，如草莓。
吸附器7、
10通过阀门
6、8，轮流
工作与再生。
丙烷通过阀
13进入发生
器。
混合降氧法
• 先用快速降氧法将冷藏库内的氧气降低
到一定程度；
• 原料入库，利用自然降氧法使氧的含量
进一步降低。
• 既可控制易腐原料的初期快速腐烂，又
降低生产成本。
包装贮藏法
• 生理包装：将原料放进聚乙烯套袋，并
密封。利用原料的呼吸作用和气体透过
袋壁的活动，维持适宜的气体氛围。
• 硅气窗包装：用带有硅橡胶的厚质袋包
装原料，并密封。因气体的交换只通过
硅窗进行，所以改变硅窗的面积，就可
以维持不同的气体氛围。
六、冷藏中的变化及技术管理
0. 简述
1、冷藏时的变化
2、冷藏技术管理
0. 简述
• 由于原料性质不同，组成成分不同，冷藏前的
加工工艺不同，食品在冷藏时所发生的变化也
不尽相同。
• 除了肉类在冷藏过程中的成熟作用外，其它所
有变化均会使食品的品质下降。
• 采取一定的措施可以减缓变化速度（控制温度
和湿度，采用合适的包装，采用冷藏结合气调
储藏等）。
1、冷藏时的变化
• 水分蒸发
• 冷害
• 串味
• 生理作用
• 脂类变化
• 淀粉老化
• 微生物增殖
（1）水分蒸发
• 食品在冷却时及冷藏中，因为温湿度差而
发生表面水分蒸发。
• 水分蒸发不仅造成重量损失（俗称干耗），
而且使果蔬类食品失去新鲜饱满的外观。
–减重达到5%时，水果、蔬菜会出现明显的
凋萎现象。
–肉类食品因水分蒸发而发生表面收缩硬化，
形成干燥皮膜，肉色也有变化。
–鸡蛋因水分蒸发而造成气室增大。
一些果蔬的水分蒸发特性
冷却及贮藏中食肉胴体的干耗
（1）水分蒸发
水果蔬菜的水分蒸发特性
水分蒸发特性 水果蔬菜的种类
A型
(蒸发量小)
苹果、橘子、柿子、梨、西瓜、葡萄(欧洲种
)、马铃薯、洋葱
B型
(蒸发量中等)
白桃、李子、无花果、番茄、甜瓜、莴苣、
萝卜
C型
(蒸发量大)
樱桃、杨梅、龙须菜、葡萄(美国种)、叶菜
类、蘑菇
冷却及贮藏中食肉胴体的干耗
(θ=1℃，φ=80%~90%，ν= m/s)
时间 牛(%) 小牛(%) 羊(%) 猪(%)
12小时
24小时
36小时
48小时
8天
14天
• 在冷藏时，果蔬的品温虽然在冻结点
以上，但当贮藏温度低于某一温度界
限时，果蔬的正常生理机能受到障碍，
称为冷害。
• 冷害的各种症状见后页表。
（2）冷害
• 虽然在外观上没有症状，但冷藏后再放
至常温中，就丧失了正常的促进成熟作
用的能力，这也是冷害的一种。
• 需要在低于界限温度的环境中放置一段
时间，才会出现冷害。
（2）冷害
表4-6水果蔬菜冷害的界限温度和症状
种
类
界限温
度(℃)
症状 种类 界限温
度(℃)
症状
香
蕉
-
果皮变黑 马铃
薯
发甜、
褐变
西
瓜
凹斑、风味异
常
番茄
(熟)
-10 软化、
腐烂
黄
瓜
凹斑、水浸状
斑点腐败
番茄
(生)
-
催熟果
颜色
茄
子
表皮变色、腐
败
不好、
腐烂
（3）串味
具有强烈气味的食品与其它的食品放在
一起进行冷却和贮藏，这些易挥发的气
味就会被吸附在其它的食品上。甚至存
放过有强烈气味的食品（如洋葱）的库
房中再贮藏其它的食品时，仍会有串味
现象发生。
（4）生化作用
• 水果、蔬菜在收获后仍是有生命的活体。
在冷藏过程中，果蔬的呼吸作用和后熟
作用仍在继续进行，机体内所含的成分
也不断发生变化。
–淀粉、糖、酸间的比例，果胶物质的变化，
维生素C的减少等。
• 肉类在冷藏中的成熟作用。
（5）脂类的变化
冷却贮藏过程中，食品中所含的油脂
会发生水解，脂肪酸氧化、聚合等复
杂的变化，使得食品的风味变差，味
道恶化，出现变色、酸败、发粘等现
象。这种变化进行得非常严重时，俗
称为“油烧”。
（6）淀粉老化
微晶形式存在的（20%直链/80%支链）普通淀粉（ -淀粉）
较高温度下（食品加工）糊化
在水中溶胀形成均匀糊状溶液 （ -淀粉）
接近0℃的低温范围中自动排列成序
形成致密的高度晶化的不溶性淀粉分子 化/老化。
• 老化的淀粉不易为淀粉酶作用，
• 所以也不易被人体消化吸收。
（6）淀粉老化
• 含水量为多少最易老化？
• 含水量30～60%最易老化。
• 什么条件下淀粉不易老化？
• A。含水量在10%以下的干燥状态
• B。大量水中
（6）淀粉老化
• 淀粉老化作用的最适温度是：2～4℃。
–例如面包在冷却贮藏时淀粉迅速老化，松软
的质感不复存在；土豆在冷藏陈列柜中贮存
时，也会有淀粉老化现象发生。
（6）淀粉老化
什么温度不发生老化？
当贮存温度低于-20℃或高于60℃时，均不
会发生淀粉老化的现象。因为低于-20℃时，
淀粉分子间的水分急速冻结，形成的冰结晶
阻碍了淀粉分子间的相互靠近而不能形成氢
键。
（6）淀粉老化
（7）微生物增殖
2、冷藏技术管理
• 冷藏温度
• 冷藏间相对湿度
• 冷藏间空气流速
贮藏温度
• 冷藏温度应根据具体的原料来确定。
• 冷藏温度越接近原料的冻结温度，贮藏期
越长（香蕉、瓜类、马铃薯等在临界温度
下有冷害的除外）。
• 应严格控制冷藏室温度。温度波动会使空
气中的水分冷凝在食品表面，导致发霉。
空气相对湿度
• 若湿度过高，食品表面就会有水分冷凝，
不仅容易发霉也容易腐烂。
• 若湿度过低，则食品因水分迅速蒸发而
发生萎蔫。
• 冷藏时适宜的湿度：
–水果，85-90%
–蔬菜，90-95%
–坚果，70%
–干燥制品，＜ 50%
空气流速
• 为了保证贮藏室内温度均匀，应保持最
低速度的空气循环。
• 空气流速越大，食品水分蒸发率越高。
• 带包装的食品不受空气相对湿度和空气
流速的影响。
第三节 食品的冻结
一、冻结点与冻结率
二、冻结曲线
三、冻结时放出的热量
四、冻结速度
五、冻结时间
六、冻结方法简介
七、冻结与冻藏时的变化及技术管理
思考题 课堂练习
一、冻结点与冻结率
• 冻结点：冰晶开始出现的温度
• 食品冻结的实质是其中水分的冻结
• 食品中的水分并非纯水
• Raoult稀溶液定律：ΔTf=KfbB，Kf为与
溶剂有关的常数，水为。即质量摩尔
浓度每增加1 mol/kg，冻结点就会下降
℃。因此食品物料要降到0℃以下才
产生冰晶。
一、冻结点与冻结率
• 温度-60℃左右，食品内水分全部冻结。
• 在-18~ -30℃时，食品中绝大部分水分已
冻结，能够达到冻藏的要求。低温冷库
的贮藏温度一般为-18℃~ -25℃。
• 冻结率：冻结终了时食品内水分的冻结
量（%），又称结冰率
K=100（1－TD/TF）
TD和TF分别为食品的冻结点及其冻结终了温度
一、冻结点与冻结率
一、冻结点与冻结率
二、冻结曲线
• 冻结曲线表示了冻结过程中温度随时间
的变化。
• 过冷现象，过冷临界温度。
• 冷冻曲线的三个阶段：
–初始阶段，从初温到冰点，
–中间阶段，此阶段大部分水分陆续结成冰，
–终了阶段，从大部分水结成冰到预设的冻结
终温。
二、冻结曲线
二、冻结曲线
上图显示冻结期间不同深度食品层温度均
随时间的变化（属于非稳态传热）
二、冻结曲线
• 图中多条曲线表示食品不同深度处温度
随冻结时间的变化。在任一时刻食品表
面的温度始终最低，越接近中心层温度
越高。显示出在不同的深度，温度下降
的速度是不同的。
二、冻结曲线
• 冷冻曲线平坦段的长短与冷却介质的导
热性有关。在冷冻操作中，采用导热快
的冷却介质，可以缩短中间阶段的曲线
平坦段。图中显示，在盐水中冻结曲线
的平坦段要明显短于在空气中。
二、冻结曲线
三、冻结时放出的热量
• 冻结终温
• 热量的三个组成部分：
–冷却时的热量qc
–形成冰时放出的热量qi
–自冰点至冻结终温时放出的热量qe
三、冻结时放出的热量
• 单位质量食品的总热量：q=qc+qi+qe
G kg食品冻结时的总热量：Q=Gq
或用焓差法表示：Q=G（i2-i1）
– i1及 i2分别为食品初始和终了状态时的焓值
• 在冻结过程中，若食品某一部位的温度高于
冰点，而其他部位低于冰点，则上述三部分
放出热量同时存在；若食品任何部位的温度
均处于冰点，则冻结时只有后二部分热量放
出；若食品任何部位的温度都在冰点以下，
则所放出的热量仅是第三部分。
三、冻结时放出的热量
• 冻结时三部分热量不相等，以水变为冰时
放出的热量为最大，第二部分的降热过程
是制冷机负荷最高的过程(图示)。
• 冻结时总热量的大小与食品中含水量密切
有关，含水量大的食品其总热量亦大。
三、冻结时放出的热量
四、冻结速度
1. 速冻的定性表达：
外界的温度降与细胞组织内的温度降
不等，即内外有较大的温差；而慢冻是
指外界的温度降与细胞组织内的温度降
基本上保持等速。
2. 速冻的定量表达：
–以时间划分和
–以推进距离划分两种方法。
四、冻结速度
(1)按时间：
食品中心温度从-1℃降到-5℃所需的时间，
在3~30 min内，快速冻结，
在30~120 min内，中速冻结，
超过120 min，慢速冻结。
四、冻结速度
(2)按推进距离：
以-5℃的冻结层在单位时间内从食品表面
向内部推进的距离为标准：
缓慢冻结 V=~1 cm/h，
中速冻结 V=1~5 cm/h，
快速冻结 V=5~15 cm/h，
超速冻结 V>15 cm/h。
四、冻结速度
3.国际制冷学会的冻结速度定义：
食品表面与中心点间的最短距离，与食品表面
达到0℃后至食品中心温度降到比食品冻结点
低10℃所需时间之比。
四、冻结速度
v =
食品表面与中心点的最短距离
表面0℃到中心比冻结点低10℃所需时间
四、冻结速度
• 例如：食品中心与表面的最短距离为10
cm，食品冻结点为-2℃，其中心降到比
冻结点低10℃即-12℃时所需时间为15 h
，其冻结速度为V=10/15= cm/h。
• 根据这一定义，食品中心温度的计算值
随食品冻结点不同而改变。如冻结点-
1℃时中心温度计算值需达到-11℃，冻结
点-3℃时其值为-13℃。
4. 各种冻结器的冻结速度：
–通风的冷库， cm/h
–送风冻结器，~3 cm/h
–流态化冻结器，5~10 cm/h
–液氮冻结器，10~100 cm/h
四、冻结速度
5. 冻结速度与冰晶
–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，呈针状结晶体。
四、冻结速度
–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。
四、冻结速度
四、冻结速度
6. 最大冰晶生成带(图示)：
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，食品冻结应以最快的速度通过最大冰
晶生成带。
四、冻结速度
7. 冻结速度对食品品质影响
–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。
四、冻结速度
五、冻结时间
1. 平板冻结 (图示)。
(1) 因冻结产生的热量
对于厚度为dx，表面积为F 的冻层，冻结时应放
出的热量dQ为：
dQ=..qi
F：平板面积（m2) ； ：食品密度（kg/m3）；
qi：冻结潜热（kJ/kg）
（2）由温差引起的热量传递
在（TP－T）温差作用下，经厚度x的
冻层在dt时间内传至冷却介质的热量为：
dQ’=KF
式中，K=1/（1/+x/）
T=TP－T
五、冻结时间
五、冻结时间
（3）平板冻结时间的计算式
由于dQ=dQ’，确定边界条件后进行积
分可得平板状食品的冻结时间计算式：
式中，L、x---厚度（m），
t---冻结时间（h），
α---食品表面放热系数（kJ/m2h℃），
λ---已冻结食品的导热系数（kJ/mh℃）
2. 圆柱状及球状食品的冻结时间
同理，圆柱状及球状食品的冻结时间计算式分别为：
式中，d分别为圆柱及球的直径。
圆柱状 球状
五、冻结时间
3. 通用冻结时间计算式（普朗克方式）
将上述公式引入适当的系数就能得到适用
于三种几何形状的通用计算式：
式中，P和R为被冻物的几何形状参数。
五、冻结时间
普朗克方程的局限性
① 只考虑了形成冰时放出潜热的时间，而未考虑
从物品初温到冻结点的时间
② 计算式推导中冻结区内导热系数值为常数，
实际上随着冻层温度降低，冻结水量增加，冻
层内导热系数在不断变化
③ 假定传热情况在两侧温度不变的稳定条件下进
行，而实际冻结中两侧温差往往会发生变化
五、冻结时间
4. 国际制冷学会推荐的冷冻时间计算公式
为改进精度，把普朗克方程中的qi用食品初温
和终温时的焓差i代替，即为：
焓差值i可查有关手册。
五、冻结时间
4. 缩短冻结时间的途径
从上式看，对于一种确定的食品及其加工工艺，
其i，γ，λ和Tp（ΔT=Tp-T）都可看作常数，而x
，α和T是可以改变的。因此，缩短冻结时间就应
从这三方面加以考虑：
①减小食品厚度，
②增大放热系数（采用强制循环，采用液体
介质等），
③降低冷冻温度。
五、冻结时间
设表面平坦厚度为L的物
料，预冷到0℃后置于介
质温度为T的环境中，其
温度降到冰点TP时开始冻
结。经时间t后冻结层离表
面的距离为x。又经dt时间
后冻层向内推进dx。
L
T
TP
平板冻结的图示
五、冻结时间
如何获取几何形状参数P、R？
• 三种几何体的 P、R形状参数
• 方块状/长方块状食品的P、R值图
• 方块状/长方块状食品的P、R值表
三种几何体的 P、R形状参数
平板 圆柱 球状
P 1/2 1/4 1/16
R 1/8 1/16 1/24
方块状/长方块状食品的P、R值图
设长方形的
长边为a （45）
次长边为b（30）
短边为c （15）
计算:
β1=b/c （2）
β2=a/c （3）
根据计算值从右图查
P值 （）
和R值 （）
R
P
六、冻结方法
• 1.冻结器分类(按生产方式）
• 2.有规律间断与半连续式的区别
• 3.冻结方式的三种基本类型
1. 冻结系统的操作方式分类（按生产过程特性）
① 批量式冻结器：先装载一批产品，然后冻结一个周期，
冻结完毕后，设备停止运转并卸货。
② 半连续式冻结器：将批量式冻结器的一个较大的批量分
成几个较小的批量，在同一个冻结器内进行相对连续的
处理。
③ 连续式冻结器：产品连续地或有规律间断地通过冻结器，
采用机械化而且经常是全自动化的系统。连续式冻结器：
产品连续地或有规律间断地通过冻结器，采用机械化而
且经常是全自动化的系统。
六、冻结方法
2.有规律间断与半连续式的区别：
一次装运产品的数量
有规律间断时是一袋、一纸盒或一盘，
半连续式则是含许多袋、盘、纸盒的一辆车或一个货
架
装货与等待的时间
有规律间断往往只有几秒钟，不影响流水线的运行，
而半连续式则需要较长的时间，形成明显的中断 。
六、冻结方法
3.冻结方式的三种基本类型(产品除热方式）
① 吹风冻结
② 表面接触冻结
③ 低温冻结
– 组合方式（如先经过低温处理，然后经机械制冷
装置完成冻结过程）。
六、冻结方法
①吹风冻结
吹风式冻结装置用空气作为传热介质。
早期的装置:一个带有冷风机及制冷系统的冷库。
现在有了各种水平的冻结设备。
可分为批量式（冷库，固定的吹风隧道，带推车
的吹风隧道）和连续式（直线式、螺旋式和流化
床式冻结器）
六、冻结方法
1）冷库
2）固定的吹风隧道
3）带推车的吹风隧道
4）直线式冻结器
4）直线式冻结器
5）螺旋式冻结器
风
机
蒸发器
制冷盘管
螺旋输送带 转筒
垂 直 气 流 螺 旋 速 冻 装 置
6）流化床冻结器（盘式）
②金属表面接触冻结
原理：产品与金属表面接触进行热交换，金
属表面则由制冷剂的蒸发或载冷剂的吸热来
进行冷却。
优点：传热效果好；不需配置风机。
局限性：只适用于规则形状产品的冻结。
类型：带式，板式和筒式。
六、冻结方法
六、冻结方法
1）钢带冻结器
结构原理：（图1）(图2)
适用：未包装的鱼片、咖啡提取物、熟土豆
泥、汉堡牛排、各种调味汁和蔬菜泥。
主要要优点：连续运行；便于清洗和保持卫
生；能分段控制温度（如对于咖啡提取物)；
干耗较少。
产品只是一面接触金属表面
食品层应当薄一些(常控制在20~25 mm)
喷淋盐水(氯化钙或丙二醇)的温度通常为-35~-40℃
冻结时间约为30 min
2）平板冻结器：广泛用于形状为扁平状且厚
度也有限制的小包装水产品和肉类制品。
3）圆筒冻结器：
通常用于冻结液体食品，产品在圆筒的内表
面或外表面冻结，并被连续地刮除，因而具有强
烈的热交换和很高的冻结速度。
回转圆筒冻结器
用于浓缩葡萄汁的圆筒冻结器
冰淇淋凝冻器
回
转
圆
筒
冻
结
装
置
上图为适用于虾仁等水产品单体快速冻结（IQF）
的新型连续回转式冻结装置。
虾仁的进料温度为10℃，出料温度为 -18℃时，冻
结时间约为15~20 min。
用于浓缩葡萄汁
的圆筒冻结器
（属于冷却浓缩
冻结装置）
③低温冻结
• 低温冻结采用液氮或液态二氧化碳作为制冷剂，
• 常用于：1）小批量生产，2）新产品开发，3）
季节性生产，和4）临时的超负荷状况。
• 相对较低的温度可以使产品快速冻结，对保证产
品质量和降低干耗都是十分有利的；但设备投资
和运行费用较高。
• 低温冻结设备则可以是箱式，直线式，螺旋式或
浸液式。
通常为直线型，-195℃的液氮在产品出口端直接接触
产品，产生的低温蒸汽向物料进口端流动，变暖的气
体（约℃）排放到大气中。
液氮冻结器
液体二氧化碳冻结器：与液氮冻结器基本相仿，但二
氧化碳的沸点为-79℃，如果直接排放，运行成本比液
氮冻结器更大，因此也有可回收二氧化碳的装置。
同时采用吹风冻结的二氧化碳冻结系统
七、冻结与冻藏中的变化及技术管理
• 冻结时，因为冰晶体的形成，食品的物理性质发生
了变化，并进而影响到食品的其它性质。
• 因为冻藏的时间长，其间发生的一系列变化会显著
影响到食品的品质。
1、冻结与冻藏中的变化
2、冻藏技术管理
1、冻结与冻藏中的变化
• 体积膨胀，内压增加
• 比热下降
• 导热系数增大
• 溶质重新分布
• 溶液浓缩
• 冰晶体成长
• 滴落液
• 干耗
• 脂肪氧化
• 变色
（1）体积膨胀与内压增加
℃时，水的密度γ=1 g/ml；0℃时，水的密度γ=
g /ml，冰的密度γ= g/ml。即0℃时冰比
水的体积增加约9%。
冰的温度每下降1℃，其体积约收缩~%。
膨胀比收缩大得多，故水分含量越多，食品冻结时
体积膨胀越明显。
（1）体积膨胀与内压增加
冻结时表面水分首先成冰，然后冰层逐
渐向内部延伸。当内部水分因冻结而膨
胀时受到外部冻结层的阻碍，就产生内
压，又称为冻结膨胀压。根据理论计算，
冻结膨胀压可达到 MPa。
（1）体积膨胀与内压增加
当食品外层承受不了冻结膨胀压时，便
通过破裂的方式来释放，造成食品的龟
裂现象。一般认为食品厚度大、含水率
高和表面温度下降极快时易产生龟裂。
（1）体积膨胀与内压增加
结晶后体积的膨胀使液相中溶解的气体从液
体中分离出来，加剧了体积膨胀现象，亦加
大了食品内部压力。
（2）比热下降
水和冰的比热分别为 kJ/kg.℃和
kJ/kg.℃，即冰的比热仅是水的1/2。
食品的比热随含水量而异，含水量多
的食品比热大，含脂量多则比热小。
（2）比热下降
食品比热的近似计算式：
在冰点以上时，c=w+；
冰点以下时，c’ = +。
式中，w为食品含水率（%）；
b为食品固形物含量（%）。
（3）导热系数增大
水为 kJ/.℃，冰为 kJ/.℃，
冰的导热系数是水的4倍。在冷冻时冰层
向内部逐渐推进，使导热系数提高，从
而加快了冷冻过程。
导热系数还受到其它成分，尤其是含脂
量的影响，因脂肪是热的不良导体，含
脂量大时食品的导热系数就小。
（3）导热系数增大
导热系数还受食品构型的影响，当热流方向与肌纤
维平行时大，垂直时则小。
（4）溶质重新分布
食品冻结时，理论上只是纯溶剂冻结成冰
晶体，冻结层附近溶质的浓度相应提高，
从而在尚未冻结的溶液内产生了浓度差和
渗透压差，并使溶质向溶液中部位移。
（4）溶质重新分布
冻结界面位移速度越快，溶质分布越均匀，
然而在冻结推动扩散的情况下，即使冻结
层分界面高速位移，也难于促使冻结溶液
内溶质达到完全均匀分布的境地。而缓慢
的位移也很难使最初形成的冰晶体内达到
完全脱盐的程度——这就是果汁冷冻浓缩
过程中果汁损耗量比较大的原因。
（5）液体浓缩
溶质结晶析出，如冰淇淋中乳糖因浓度增加
而结晶，产品具有沙砾感
蛋白质在高浓度的溶液中因盐析而变性
酸性溶液的pH值因浓缩而下降到蛋白质的等
电点以下，导致蛋白质凝固
（5）液体浓缩
改变胶体悬浮液中阴、阳离子的平衡，从而
破坏胶体体系
气体因浓缩而过饱和，并从溶液中逸出
引起组织脱水，解冻后水分难以全部恢复，
组织也难以恢复原有的饱满度
（6）冰晶体成长
经冻结后，食品内部的冰晶体大小并不均匀
一致。在冻藏过程中，细微的冰晶体逐渐减
小、消失，而大冰晶体逐渐长得更大，食品
中冰晶体的数目也大为减少，这种现象称为
冰晶体成长。
（6）冰晶体成长
冰晶体成长给食品的品质带来很大的影响。
–果蔬肉类的组织细胞受到机械损伤，蛋白质
变性，解冻后汁液流失增加，造成食品风味
和营养价值的下降。
–冰淇淋，冷冻面团等制品质构的严重劣化。
（7）滴落液（drip）
动物性食品经冷冻/解冻后，不能被肌肉组
织重新吸收回到原来状态而流失的水。
滴落液造成水分和营养成分的损失。
原因：冻结对组织细胞的损伤。
（7）滴落液（drip）
影响滴落液量的因素：
• 含水量，
• 新鲜度，
• 处理过程，
• 切分程度。
（8）干耗
在冷却、冻结和冷冻贮藏过程中因温差引
起食品表面的水分蒸发而产生的重量损失。
干耗量与制冷装置的性能有密切的关系，
性能优良的仅有~1 %，而性能不佳的
装置干耗可达5~7 %。
（8）干耗
干耗可造成很大的经济损失，如按出肉率
40 kg/头，250工作日/年计，日处理2000头
猪的肉联厂，干耗以3 %计算，年损失肉
重量达600 T，相当于15000头猪。
（9）脂肪氧化
含较多不饱和脂肪酸的脂肪组织在空气中易被
氧化。
• 水产类最不稳定，禽类次之，畜类最稳定。畜类
中，猪脂肪最不稳定。
氧化变质的最初表现是产生不正常的气味，表
面出现黄色斑点；随着氧化的继续，脂肪整
体发黄，发出强烈的酸味，并可能产生有毒
物质（丙二醛）。
（10）变色
脂肪组织因氧化而黄变
肉类因肌红蛋白的氧化而褐变
果蔬的酶促褐变
虾的酪氨酸氧化黑变
红色鱼皮因类胡萝卜素氧化而褪色
2、冻藏技术管理
• 冻藏温度（正确选择、恒定）
• 冻藏间相对湿度（95%）
• 冻藏间空气流速（自然循环）
• 堆垛密度（越紧密越好）
• 包装或保护层（涂冰）
• 减少人员出入和电灯开启
• 用臭氧消除库内异味（2~6 mg/m3）
思考题
1. 速冻的定义，速冻与缓冻的优缺点
2. 影响冻结速度的因素
3. 最大冰晶生成带的概念
4. 食品冻结有哪些方法？
课堂练习：词汇解释
• 冷藏，冻藏
• 冷链
• 真空冷却
• 气调贮藏，生理包装法，硅窗包装法
• 冻结点，冻结率，过冷，冻结曲线
• 最大冰晶生成带
• 速冻，缓冻
• 冷害，干耗，滴落液
第四节 食品的回热与解冻
回热与解冻的定义
一、回热
二、解冻
回热与解冻的定义
• 回热：冷藏食品的温度回升至常温的过
程，是冷却的逆过程。
• 解冻：冻结食品的温度回升至冻结点以
上的过程，是冻结的逆过程。
一、回热
• 目的：防止食品在出库后因为表面水分凝结而遭受
污染及变质。
• 回热处理时的控制原则：与食品表面接触的空气的
露点应始终低于食品表面温度。回热空气应连续或
分阶段进行除湿和加热（参见图）。
• 回热处理的空气相对湿度不能低，以尽可能减少回
热时食品的干耗。
• 小批量且立即要处理的物料可不用回热。
二、解冻
1.解冻、原则及对食品影响
2.解冻温度曲线
3. 解冻方法
1.解冻、原则及对食品影响
• 冻制食品的解冻就是使食品内冰晶体状态的水分转化
为液态，同时恢复食品原有状态和特性的工艺过程。
• 解冻时必须尽最大努力保存加工时必要的品质，使品
质的变化或数量上的损耗都减少到最小的程度。
• 食品的质地、稠度、色泽以及汁液流失为食品解冻中
最常出现的质量问题。
2. 解冻温度曲线
• 解冻曲线与冻结曲线呈大致对称的形状。
• 由于冰的导热系数远大于水的导热系数，随着解冻过
程的进行，向深层传热的速度越来越慢，解冻速度也
随之减慢。
• 与冻结过程相类似，-5~-1℃是冰晶最大融解带，也应
尽快通过，以免食品品质的过度下降。
• 解冻介质的温度不宜太高，一般不超过10~15 ℃。
3.各 种 解 冻 方 法
(1)、空气解冻
由空气将热量传给冻品，使冻品升温、解冻。
间歇式解冻：冷却器和加温器可以调节温度，
有加湿器调节湿度，采用风速为1 m/s、温度为
0~-5 ℃的加湿空气，解冻时间约14~15 h。图示
连续式解冻：有调温调湿装置，解冻量达1 t/h
；设备占地面积大。
(1)、空气解冻
加压解冻：通入压力为(2~3)×105 Pa、温度为
15~20 ℃的空气，因为压力升高，食品的冻结
点降低，缩短了解冻时间，食品质量较好。
气液接触式：经过处理的洁净低温高湿空气与
冻品接触后，水蒸气即在表面凝结成水，放出
潜热使冻品解冻。无表面干燥或失重。
调 温 调 湿 解 冻 装 置
（2）、水解冻：
• 特点：水的传热系数大，可缩短解冻时间。
• 适用：带皮或有薄膜包装的食品。
静水解冻：解冻终温较低。
流水解冻：水流定时换向流动。图示
喷淋水解冻：卫生质量较好。
盐水解冻：盐水浓度2~3%，可防止某些海鱼的鱼皮
褪色。
碎冰解冻：用于大型鱼类，防止已解冻部分腐败变质
水蒸气解冻：用减压控制水在15~20沸腾，水蒸气在
温度更低的冻品表面冷凝并放出热量。
低 温 流 水 解 冻 装 置
（
3
）
接
触
式
解
冻
• 装置与平板食冻结装置相似，板间放置冻品，油压系统
控制板间距，板内通入20~40℃的流动水。间歇式操作，
费时费工；但能耗低，设备费用低。
（4）内部加热式解冻
电阻解冻：利用食品具有的导电性，通过
50~60Hz的交流电，产生热能Q=I2R。适用于
薄层、内实的食品。
高频解冻：利用50MHz电流的电磁场极性的高
速变化，驱动食品内的极性分子作高速运动，
产生热量，用于解冻。
微波解冻：机理同高频解冻，使用的电流中心
频率为915MHz和2450MHz。图示
（5）、组合式解冻
以电解冻为核心，再结合空气或水解冻。
微波、空气解冻：在微波解冻装置中加
上冷风装置，可防止微波所产生的局部
过热现象。
水、电阻解冻：先用水解冻，增加食品
的导电性，降低耗电量。
微波、液氮解冻：用喷淋液氮来消除微
波解冻过程中食品的过热现象。图示
思考题
• 冻藏和冷藏的概念
• 冷冻保藏的基本原理
• 低温对微生物、酶和其它因素的影响
• 食品冷却方法及其优缺点
• 气调贮藏的概念、条件、方法
• 食品冷藏过程中的变化
