冻结和冻藏过程对食品品质的影响

1.冻结过程对食品品质的影响

   食品中的水分大致分为细胞内的胶体结合水和细胞间隙的游离水。在冻结初期，细胞间隙的水分已冻结成冰，细胞内的水分因冻结点低而仍保持液态。在两者蒸汽压差的推动下，细胞内的水分透过细胞膜扩散到细胞间隙中，如果是慢速冻结，就会使大部分水冻结于细胞间隙内，形成巨大的冰晶体(图);如果采用快速冻结，由于冰晶形成速度大于水的扩散速度，冰结晶就会均匀而细小地分布在细胞内和细胞间隙中。

缓冻时食品细胞发生如下两个变化。

(1)冻结时的体积变化

1.0℃的水转变为0℃的冰时，体积增加约9%，在食品中体积约增加6%。

2.随着冻结的进行，溶质被不断浓缩而导致结晶析出。

3.非溶质部分如油脂在低温下结晶。

4.细胞内的溶解气体因溶剂结晶而过饱和，从溶液中逸出。

   以上因素引起的体积膨胀使细胞受到机械损伤，细胞变形，相互间的结合被分离，甚至细胞膜被破坏，以致解冻后细胞不能复原，无法回吸形成冰结晶的水，造成汁液流出损失，肉质成海绵状软化。

(2）胶体质的变化因浓缩过程的进行，未冻区的pH、离子强度、黏度、冻结点、表面张力、氧化还原电位等都在改变，蛋白质受到如下作用而使溶解度下降。

1.在高浓度盐的作用下发生盐析。

2.pH的改变可能达到某些蛋白质的等电点。

3.离子浓度的变化干扰了蛋白质胶体的电性平衡。

4.与蛋白质结合的水分被冻结，蛋白质形成脱水型而不能复原。

5.蛋白质被浓缩并受到机械挤压，相互间脱水聚集而形成沉淀。 

   细胞的体积变化和胶体性质变化伴同冰晶的机械损害，使食品品质下降，产品的营养价值、风味和质构都不同程度地受到损失。

   速冻对食品品质的影响要小得多，这是因为速冻产生的是微小的冰晶体，对细胞的机械损伤小;细胞内溶质的浓缩作用减弱，胶体成分与浓缩液接触的时间也大大缩短，因而对胶体性质的影响也小;因降温迅速，微生物的生长和酶的活力也得到及时抑制。

   但冻结速度过快也有不利的一面。速冻时因食品表层先冻结，限制了内层冻结时的膨胀。根据理论计算，冻结膨胀压可达8.5MPa，当食品外层承受不了内压时，便以破裂方式进行释放。例如，用-196℃的液氮速冻金枪鱼时，因鱼体大而厚，产生的内压冻品发生龟裂，并使内脏的酶类挤出、红细胞崩溃、脂肪向表层移动等，从而加速了肉的变色。为了防止因冻结内压引起冻品表面的龟裂，采用二段冻结方式，先将鱼体放入-15℃盐水中待鱼体各部位温度趋于均匀时再用-40℃的氯化钙盐水浸渍或喷淋冻结，这样可防止鱼体表面发生龟裂。

   在冻结鳕鱼时，由于鳕鱼肉的体液中含有较多的氮气，并随着水分的冻结而发生游离，体积迅速膨胀，产生的压力将未冻结的水分挤出细胞外，在细胞外结成冰，细胞内的蛋白质变性而失去保水能力，解冻后不能复原，成为富含水分并有很多小孔的海绵状肉质。严重的时候，其肉的断面像蜂巢，食味变淡。

2.冻藏对食品品质的影响

   冻藏是一个比较长的阶段，在冻藏期间由于冻藏温度的波动和空气中氧的作用，食品品质还会发生不良变化。

1.冰结晶的成长和重结晶 

   食品冻结后，冰晶体的大小不会完全均匀。在相同温度下冰结晶的蒸汽压<液态水的蒸汽压，大形冰晶的蒸汽压<小形冰晶的蒸汽压。在蒸汽压差的推动下，在冻藏期间细小的冰晶会逐渐合并，成长为大的冰结晶。当温度发生波动时，含溶质较多的冰晶体首先融化，水分透过细胞膜扩散到细胞间隙的高温冰晶体上，在降温时再次结晶，使冰晶体颗粒增大。冰结晶的成长和重结晶会使细胞受到严重的机械损伤并促使蛋白质变性。

2.冻干害

   冻藏的食品与冷藏室的空气之间存在一个温度差，促使水分从食品中不断地升华到空气中。循环的空气在流经空气冷却器时受到冷却，露  点下降而使吸收的水蒸气在蒸发管表面凝结成霜。周而复始的升华凝结过程使食品不断干燥，并由此造成重量损失，即干耗。随着贮藏期的延长，水分升华从食品表面向内推进，在冰晶升华的地方成为细微的孔隙，大大增加了食品与空气的接触面积，使脱水多孔层极易吸收冷藏库内的气味并引起强烈的氧化反应，蛋白质也脱水变性。食品表面脱水变色的现象通常称为冻灼(freezer burn)。

   冻藏食品的干耗可用镀冰衣和包装的方法加以防止，特别是多脂鱼类，在冰衣中加入抗氧化剂还能有效防止脂肪氧化。但是包装食品周围空气温度的波动能够使包装袋内部形成温差，促使水分发生迁移。例如，冰晶体可以在整个家禽的腹腔内形成或在包装袋的空隙处形成。

3.脂类和蛋白质的变化

   冻藏过程中食品物料中的脂类会发生自动氧化作用，导致食品物料产生哈喇味，游离脂肪酸的含量也会随着冻藏时间的延长而增加。冻结的浓缩效应往往导致大分子胶体的失稳，冻藏时间延长往往会加剧这一现象，而冻藏温度低、冻结速率快可以减轻这一现象。

4.其他变化

   冻藏过程中食品物料还会发生其他一些变化，如pH、色泽、风味和营养成分的改变等。果蔬在冻藏过程中会出现由叶绿素的减少而导致的褪色;肉的鲜红色是肌红蛋白的颜色，在冻藏过程中，肌红蛋白中的亚铁离子被氧化而生成暗红色的高铁肌红蛋白美拉德反应在冻藏期间也在缓慢地进行，使鱼肉等变色。此外，果蔬中维生素C的含量也会由于氧化作用而减少。

 作为商品销售的冻藏食品，其冻藏过程是在生产、运输、贮藏库、销售等冷链环节中完成的。在不同环节的冻藏条件可能有所不同，其贮藏期要综合考虑各个环节的情况而确定为此诞生了冷链中的TTT(time-temperature-tolerance)概念。TTT即时间-温度-品质耐性，表示冷链各环节中，在保证品质的前提下允许发生的时间与温度，并可根据不同环节及条件下冻藏食品品质的下降情况，确定食品在整个冷链中的贮藏期限。

   TTT的计算按以下步骤进行:先了解冻藏食品物料在不同温度Ti下的品质保持时间(贮藏期)Di，然后计算在不同温度下食品物料在单位贮藏时间(如1d)所造成的品质下降程度di，di=1/Di;根据冻藏食品物料在冷冻链中不同环节停留的时间ti，确定冻藏食品物料在冷链各个环节中的品质变化ti*di，确定冻藏食品物料在整个冷链中的品质变化

∑ti*di。∑ti*di=1是允许的贮藏期限。当∑ti*di<1表示仍在允许的贮藏期限之内，当∑ti*di>1表示已超出允许的贮藏期限。

不同温度下冻藏食品1d的品质降低值和在冷链不同环节的停留(贮藏)时间得到的TTT曲线图。相应的计算数值。可以看出，按表中冷链各环节的条件，最终食品物料的品质已超过允许限度。

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