第二章低温保藏(1)

《食品保藏原理》

第二章 食品低温保藏(1)（4学时）

1. 概述

2. 低温贮藏的基本原理

温度对食品成分、微生物、酶、果蔬采后生理（呼吸和蒸腾作用）的影响（参考2） 3. 食品冷藏

预冷，冷藏方法及工艺，食品在冷藏中发生的变化 4. 食品冻藏

冻藏过程及冻结曲线，冻结速率，冻结的前处理工艺，冻结方法、设备和工艺控制，食品在冻藏中的变化，食品的解冻 5. 低温贮藏库的设计与管理 低温贮藏库的分类、组成 基本要求：

掌握低温保藏的基本原理，了解各种低温保藏技术及设备 重 点：

温度对食品化学成分、微生物、酶活性、呼吸和蒸腾作用的影响，食品冻结过程的基本规律，预冷和冻结方法，冷藏和冻藏工艺及其控制，食品在冷藏和冻藏过程中的变化。

难 点：

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低温贮藏方法、条件的选择及品质控制，制冷工艺计算

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2.1 概述

2.1.1 低温贮藏的种类、特点和一般工艺

根据低温贮藏中食品物料是否冻结，可以将其分为冷藏（Cold storage）和冻藏(Frozen storage)。 1）冷藏

（1）冷藏温度 一般为15～-2℃，常用4～8℃。植物性食品的冷藏温度：15～2℃，动物性食品冷藏温度：2～-2℃。

（2）物料的贮藏期 随物料种类及其冷藏前的状态而异，可几天～几个月。如成熟番茄的贮藏期较短，土豆贮藏期较长。 2） 冻藏（冻结保藏）

（1） 冻藏温度 一般冻藏为-12～-30℃，常用的温度为-18℃。 （2） 物料的贮藏期 十几天—一年以上，适用于长期保藏。 3）食品低温贮藏的一般工艺过程

（食品物料）前处理冷却或冻结冷藏或冻藏回热或解冻。

不同食品物料的特性有所不同，具体的工艺条件不尽相同。

最新研究动向：蔬菜的半冻结贮藏技术（见附件）

2.1.2 低温贮藏技术的发展

人类很早就有人类利用天然冰作为冷源保存食品的记录。 我国周朝的诗经中记载有人们将冰放入地窖，可保持窖内的食物

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在夏季不腐。

1834年英国人Jacob Perkins发明实用冷冻机。 1930年出现了冷冻蔬菜，1945年出现了冷冻果汁 20世纪50年代在美国首先出现速冻食品。

表3-1（p.37）：目前生产的速冻食品可以分为6大类。 为什么要速冻？ 其他冷冻食品的新产品？

2.2 低温贮藏的基本原理

(1)食品变质：食品的色、香、味和营养价值降低，甚至； (2)食品变质的原因：①食品表面：微生物繁殖，如饼干发霉；②食品内部：酶促和非酶促反应，如鲜肉颜色由红色变成褐色、水果的腐烂、油脂的氧化酸败等；

(3)低温能够抑制食品成分的变化、微生物的生长繁殖、酶的活力、果蔬的呼吸和蒸腾作用，因而能够延长食品的保藏期限。

2.2.1 温度对食品成分的影响 （略，p.37-39）见1.2.2节

食品的主要成分有：蛋白质、脂肪、糖类、维生素、水分。 (1)蛋白质 蛋白质受不同温度(加热或冷冻)或其他因素作用时，可发生结构变化，使其物理和生物化学性质也随之变化，这种蛋白质称为变性蛋白质。鸡蛋受热凝固、肉类解冻后汁液流失等都是蛋白质变性的表现。

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(2)脂肪 在贮藏中应该尽量创造干燥、低温、无氧和避光的环境。

(3) 糖（糊化淀粉） 在工业上常采用-20℃ 速冻来避免糊化淀粉（-淀粉）的老化。

(4)维生素 低温贮藏对维生素的破坏较小。

(5)水分 水分的存在状态有液相、固相和气相。温度直接影响到水分的冻结和解冻、蒸发和凝结，从而影响水分含量、材料组织、微生物繁殖生长。

2.2.2 温度对微生物的影响 1）根据温度对微生物的分类

表3-2（p.39）:

微生物种类的不同，其最适温度的界限也不同。

根据微生物对温度的耐受程度，将其划分为四类，即嗜冷菌(psychrophile)、适冷菌(psychrotroph)、嗜温菌(mesophile)和嗜热菌(thermnophile)。

大部分细菌属于嗜温性微生物。温度如果超过微生物生长温度范围（高、低），对微生物有较明显的致死作用。

2）低温导致微生物活力降低与死亡

①温度降低，会减慢微生物的繁殖速度。

②当食品冻结时，冰晶体的形成会使得微生物细胞内部脱水，

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从而会促使蛋白质变性，同时冰晶体的形成还会使微生物受到机械性的破坏，从而导致微生物的死亡。

2.2.3 温度对酶活性的影响

图3-4 (p.41)：温度对酶促反应的影响。在一定的温度范围内，随温度升高，反应速度增大，当温度升高到一定值时以上时，反应速度则不再提高，反而降低。这是由于酶蛋白的热变性导致酶变性失活。（简图：酶的活力—温度）

（1）在某一温度时，酶促反应速度达到最大，这个温度就称为酶促反应最适温度，也就是酶的最适温度。不同的酶，最适温度有所不同。植物体内的酶，最适温度一般为35～50℃；动物体内的酶，最适温度一般为37～45℃。

（2）温度越低，对酶活性的抑制作用越强。例如，将食品的温度维持在-18℃以下，食品中酶的活性就会受到很大程度的抑制，从而有效地延缓了食品的变质的发生。然而，酶在低温下往往仍有部分活性，因而其催化作用仍在非常缓慢地进行。例如，胰蛋白酶在-30℃下仍有微弱的活性，脂肪水解酶在-20℃下仍能引起脂肪的缓慢水解。

（3）冻藏食品在解冻时酶的活性将重新活跃起来，从而加速食品的变质。因此常常在冷冻前先对食品原料进行热烫处理，将其中的酶活钝化。热烫处理的时间和温度的选择应控制在恰好能够破坏食品中各种酶活性的范围内。

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（4）人们通常认为冻结速度越快，食品的品质越好。但是，冻结速率过快会引起果蔬的外观龟裂和内部结构的破坏，从而引起果蔬质地下降、风味流失、色泽变褐等不良变化，有的甚至会使其失去商品价值。

2.2.4 温度对果蔬采后生理的影响 （补充果蔬的采后生理） 1) 果蔬的采后生理

(1)果蔬的整个生命过程可以划分为生长、成熟、完熟和衰老等4个生理阶段。

生长growth：果实长大、养分积累的阶段。

成熟maturation：果实生长的最后阶段。在此阶段，果实充分长大，养分充分积累。成熟过程必须在树上或植株上进行。对于苹果、梨、柑橘等果实来说，成熟后可以采收和食用，而对于香蕉、菠萝、番茄等果实来说，不一定是使用的最佳时期。

完熟ripenig：果实在成熟以后，仍然发生一系列的生理生化变化，表现出特有的颜色、风味、质地，达到适合食用的程度。完熟过程可以在树上进行，也可以在采后进行。

衰老senescence：果实在完熟以后，进一步发生裂变，最后才衰亡。

（2）水果、蔬菜在采后贮藏时，虽然不再继续生长，但它们仍是一个有机体，即仍然有生命。果蔬的采后生理主要包括成熟衰老、呼吸作用、蒸腾作用和休眠等4个方面。

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（3）温度对果蔬采后生理的各方面都有影响。 2) 果蔬呼吸作用respiration

（1）采后的果蔬仍然是一个生命体，要进行呼吸； 有氧呼吸 ：C6H12O6+6O2——→6CO2+6H2O+能量

（大多数生物）

无氧呼吸 ：C6H12O6—→2C2H5OH（乙醇）+2CO2+能量

（多数高等植物，酵母菌，等） 或者，

C6H12O6—→2C3H6O3（乳酸）+能量

（动物、乳酸菌，马铃薯的块茎、甜菜的块根、玉米的胚等）

（2）呼吸过程中的氧化作用，能够把微生物分泌的水解酶氧化而变成无害物质，使果蔬的细胞不受毒害，从而阻止微生物的侵人；

（3）果蔬在采后与采前不同的是，不能再从母株上得到水分及其他营养物质，只能消耗体内的物质而逐渐衰老；

（4）低温能够减弱果蔬的呼吸作用，延长它们的贮藏期，温度过低会引起植物性食品的生理病害，甚至将它们冻死；

（5）在调节温度的同时，调节空气中的成分(氧、二氧化碳、水分)，更能取得良好的保藏效果。 3) 果蔬蒸腾作用evaporation

（1）果蔬的表面组织含有很多微小气孔和裂口，在贮藏中，内部的水分通过这些气孔和裂口蒸腾到空气中来；（简图）

（2）蒸腾对果蔬的影响：造成失重和失鲜（如失水５％，就会

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出现明显的萎缩），破坏正常的代谢（如风干的甘薯变甜，细胞液中NH4+、H＋浓度过高引起细胞中毒，乙烯产生量增加），降低耐贮性和抗病性（如将灰霉菌接种到失水程度不同的甜菜块根上，新鲜材料不会因感染灰霉菌而腐烂，失水28%时的腐烂率达到96%）；

（３）温度越低，蒸腾量越小，其主要原因有，①果蔬周围空气能够包含的水蒸气（饱和水蒸气）量变少，②果蔬细胞液的粘度增大，组织内水分移动减慢，③组织内水分子的运动能量减小，不易从组织中蒸腾到空气中去。 4）休眠dormancy：

(1) 休眠主要对洋葱、土豆、生姜等块茎类、鳞茎类、球茎类、根茎类蔬菜而言，是指蔬菜在收获以后，因为环境的变化，生命活动进入相对静止状态（如呼吸、水分蒸腾减少）；

(2) 蔬菜的休眠对其保藏是有益的，蔬菜种类不同，休眠反应不同，休眠期的长短也不同；

(3) 休眠的蔬菜在一定条件下会苏醒、发芽。(例：大蒜的休眠、醒发、绿变)

2.3 食品冷藏

冷藏工艺流程：物料选择—前处理—预冷—贮藏 2.3.1 冷藏食品物料的选择和前处理 1) 食品物料的选择

总的来说，应尽量选择耐贮藏、新鲜、优质、污染程度低的食品

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物料作为冷藏的原料。 1-1）植物性食品材料：

(1) 冷藏可以延缓采后继续成熟过程，冷藏前食品物料的成熟度愈低，冷藏的贮藏时间相对愈长；

(2) 冷藏的食品物料还应无病虫害、无机械伤；

(3) 同一批冷藏的食品物料的成熟度、个体大小等应尽量均匀一致。

1-2）动物性食品材料：

(1) 应选择动物屠宰或捕获后的新鲜状态进行冷藏；

(2) 由于不同的动物性食品物料组织特性不同，其完成肉质成熟过程所需的时间不同，鱼贝类、家禽类原料的僵直期一般较短，而畜类的僵直期相对较长。 2) 前处理

(1) 食品物料冷藏前的处理对保证冷藏食品的质量非常重要; (2) 通常的前处理包括：挑选去杂、清洗、分级和包装等。

2.3.2 预冷

预冷是指在冷藏前，将食品物料的温度降低到冷藏温度的过程。 1) 预冷的必要性

为了及时地控制食品物料的品质，延长其冷藏期，应在植物性食品物料采收后、动物性食品物料屠宰或捕获后尽快地进行冷却，冷却的速度—般也应尽可能快。

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2) 预冷方法

可分为自然预冷和人工预冷。自然预冷是利用自然的低气温来降温；人工预冷是采用机械制冷来降温。下面说明人工预冷方法。

（1）强制空气冷却法

原理 空气冷却法采用空气作为冷却介质来冷却食品物料。

空气冷却一般在冷却间进行，低温空气来自制冷系统。为了使冷却室内温度均匀，—般采用鼓风机使冷却室内的空气形成循环。

主要影响因素 冷却室温度和湿度、风速、食品材料温度、

冷却时间等。

(表3－5 部分食品物料冷却的工艺控制条件，p.44)

（2）真空冷却法

原理：真空冷却法是使被冷却的食品物料处于真空状态，并保

持冷却环境的压力低于食品物料的水蒸汽压，造成食品物料中的水分蒸发。由于水分蒸发带走大量的蒸发潜热使食品物料的温度降低。真空室的压力范围：600～700Pa。

（例：真空条件下水分蒸发和温度下降）

优缺点：①不用大量使用水和空气，污染少，②冷却速度快，

③产生食品物料的水分损失。

用途：适用于叶菜类（叶菜类蔬菜冷却所需的降温时间短(10～15s)，造成的水分损失并不很大(2％～3％)。----为什么？。

注：为了减少水分损失，真空冷却前可对蔬菜进行喷雾加湿。

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（3）水冷却法

原理：水冷却法是将干净水(淡水或盐水)经过机械制冷制成冷却

水，然后用此冷却水浸泡或喷淋冷却食品。淡水制得的冷却水的温度一般在0℃以上，而盐水(海水)形成的冷却水的温度可在-0.5～-2℃。

优缺点：①冷却速度较空气冷却快（如采用-0．5～-2℃的冷海

水浸泡冷却个体为80g的鱼时，所需的冷却时间只需要几分钟到十几分钟），②水与被冷却的食品物料接触可能对食品物料(即使对于水产品)的品质有一定的影响（如用冷海水冷却鱼体可能使鱼体吸水膨胀、肉变咸、变色，也易污染）。

（4）冰冷却法

原理：冰冷却法是采用冰来冷却食品。冷却用的冰可以是机械制

冰或天然冰，可以是净水形成的冰，也可以是海水形成的冰。净水冰的融化潜热为334.72kJ·kg-1,熔点为0℃，海水冰的融化潜热为321.70 kJ·kg-1，熔点为－2℃。

用途：冰冷却法常用于冷却鱼类食品。为了使传热均匀，并控制

食品物料不发生冻结，冷却用的冰—般采用碎冰( ≤2cm)。此外，为了防止冰水对食品物料的污染，通常对用水的卫生标准有严格的要求。

（例：用碎冰冷却鲜鱼）

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2.3.3 冷藏工艺和控制 1) 冷藏的条件和控制要素

冷藏过程中主要控制的工艺条件包括冷藏温度，空气的相对湿度和流速等。

(1) 在冷藏工艺条件中，冷藏温度是最重要的因素。植物性食品物料在温度过低时，会产生低温冷害（见后续2.3.4节）。

(2) 大多数水果、蔬菜、肉类食品：相对湿度在85％～95％；坚果类食品：70％以下；乳粉、蛋粉等： 50％以下。

(3) 冷藏库内空气流速较低，相对湿度较高时才能使冷藏中果蔬的水分损耗降低到最低的程度。

2) 食品物料的预冷、冷藏技术 (1) 果蔬的预冷、冷藏技术

(a)预冷

果蔬原料常用的冷却方法有空气冷却法、冷水冷却法和真空冷却法等。

空气冷却的适用对象较广，空气流速一般在0.5m•s-1。 冷水冷却适用于根菜类和较硬的果蔬，冷水温度约为0～3℃，冷却速度快，干耗小。

真空冷却法多用于表面积较大的叶菜类，真空室的压力约为600～700Pa，冷却终点温度一般为0～3℃。 (b) 冷藏

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(表3-6 美国部分果蔬的冷藏条件，p.47)

注1：冷藏过程主要控制的工艺条件包括空气的温度和相对湿度。

注2：采用气体成分调节（气调保藏）与冷藏相结合的方法进行保藏，可以明显地抑制果蔬的呼吸作用，延长果蔬的保藏期。

注3：贮藏室内需要适当的空气循环、换气。空气流速过高或过

低的危害？

(2) 肉类的预冷、冷藏技术

(a) 预冷

肉类原料的冷却一般采用吊挂在空气中冷却较多。冷却方法：一段冷却法、两段冷却法。

一段冷却是指整个冷却过程在一个冷却温度条件下完成的冷却。冷却空气的温度：0℃，流速：0.5～1.55m•s-1，相对湿度：90％～98％，冷却时间：24h。冷却结束时．胴体后腿肌肉最厚部的中心温度应达到4℃以下。

两段冷却是指冷却过程是在两个冷却温度条件下完成的冷却。第—阶段的空气温度：-10～-15℃，空气流速：1.5～3.0 m•s-1，冷却时间：2～4h，使肉的表面温度降至0～2℃，内部温度降至16～25℃。第二阶段的空气温度：0～2℃，空气流速：0.1 m•s-1 ，冷却时间：10～16h。

两段冷却法的优点是干耗小、微生物的繁殖和生化反应容易控制，目前应用较多。但此法的单位耗冷量较大。

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(b) 冷藏

(表3-7 一些肉和肉制品的冷藏条件和贮藏期，p.48) 冷藏的温度一般控制在1～-1℃，空气的相对湿度在85％～90％。贮藏过程应尽量减少冷藏温度的波动。

(3) 鱼类的预冷、冷藏技术

(a) 预冷

鱼类原料的冷却—般采用冰冷却法和水冷却法。

采用冰冷却的形式一般都是层冰层鱼，即鱼层的厚度在50～100mm，上层用冰封顶，下层用冰铺垫。冷却鱼的贮藏期一般为：淡水鱼8～10天，海水鱼10～15天，若冰中添加防腐剂可以延长贮藏期。 （b）冷藏

（表3-8 一些鱼和鱼制品的冷藏条件和贮藏期，p.48）

(4) 其他食品物料的预冷、冷藏技术

(a) 牛奶

鲜乳应在挤出后尽早进行冷却。鲜乳一般采用水冷，简易的冷水冷却法可以直接将盛有鲜乳的乳捅放入冷水池中冷却，现代的乳品厂均已采用封闭式的板式冷却器进行鲜乳的冷却。

(表4-9 牛奶的贮藏时间及其相应的冷却、冷藏温度，p.49)

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(b) 鲜蛋

鲜蛋的冷却一般采用空气冷却法。冷却开始时，每隔1-2h逐步将冷却空气的温度降低，直至蛋体的温度达到l～3℃。空气的相对湿度：75％～85％左右，空气流速：0.3～0.5m•s-1，冷却时间：24h。

（表3-10 鲜蛋的冷藏条件，p.49）

2.3.4 食品在冷藏过程中的变化 1）水分蒸发

水分蒸发也称干耗，在冷却和冷藏过程中均会发生。影响水分蒸发的因素主要有冷空气的流速、相对湿度、食品物料的摆放形式、食品物料的特性以及有无包装等。

2）低温冷害与寒冷收缩

低温冷害(Chilling injury)是指当冷藏的温度低于果蔬可以耐受的限度时，果蔬的正常代谢活动受到破坏，使果蔬出现病变，果蔬表面出现斑点、内部变色〔褐心〕等。

寒冷收缩是畜禽屠宰后在未出现僵直前快速冷却造成的，其中牛肉和羊肉较严重，而禽类肉较轻。寒冷收缩后，肉质变硬，嫩度变差。

（例：黄瓜低温冷害机理及基因工程的研究）

3）成分变化

对于大多数水果来说，随着果实由未熟向成熟过渡，果实内的糖分、果胶增加，果实的质地受得软化多汁，糖酸比更加适口，食用口感变好。---适度

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果蔬的一些营养成分如维生素C等会有一定的损失。

肉类和鱼类的成熟是在酶的作用下发生的自身组织的降解，肉组织中的蛋白质分解，使得其中的氨基酸等含量增加，肉质软化、烹调后口感鲜美。 ---适度

4）变色

如番茄在成熟过程中由绿色变成红色；如鲜肉的颜色由红色变成褐色。

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---适度