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第一章 食品的冷冻加工原理 食品的冻结与冻藏 食品的回热与解冻 第三节 食品的冻结 冻结点与冻结率 冻结曲线 冻结时放出的热量 冻结速度 冻结时间 冻结方法简介 冻结与冻藏时的变化及技术管理 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1.86。即质量摩尔浓度每增加1 mol/kg，冻结点就会下降1.86℃。因此食品物料要降到0℃以下才产生冰晶。 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 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。 上图显示冻结期间不同深度食品层温度随时间的变化： 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。 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。 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。 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；若食品初始温度在冰点以下，则所放出的热量仅是第三部分。 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。 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。 四、冻结速度 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。 速冻的定量表达：以时间划分和以推进距离划分两种方法。 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。 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=0.67 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℃。 各种冻结器的冻结速度： 通风的冷库，0.2 cm/h 送风冻结器，0.5~3 cm/h 流态化冻结器，5~10 cm/h 液氮冻结器，10~100 cm/h 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。 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。 最大冰晶生成带：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，应以最快的速度通过最大冰晶生成带。 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。 五、冻结方法 按生产过程的特性分，冻结系统可分为批量式、半连续式和连续式三类。 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。 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。 连续式冻结器：产品连续地或有规律间