1.凍結過程對食品品質的影響

   食品中的水分大致分為細胞內的膠體結合水和細胞間隙的游離水。在凍結初期，細胞間隙的水分已凍結成冰，細胞內的水分因凍結點低而仍保持液態(tài)。在兩者蒸汽壓差的推動下，細胞內的水分透過細胞膜擴散到細胞間隙中，如果是慢速凍結，就會使大部分水凍結于細胞間隙內，形成巨大的冰晶體(圖);如果采用快速凍結，由于冰晶形成速度大于水的擴散速度，冰結晶就會均勻而細小地分布在細胞內和細胞間隙中。

緩凍時食品細胞發(fā)生如下兩個變化。

(1)凍結時的體積變化

1.0℃的水轉變?yōu)?℃的冰時，體積增加約9%，在食品中體積約增加6%。

2.隨著凍結的進行，溶質被不斷濃縮而導致結晶析出。

3.非溶質部分如油脂在低溫下結晶。

4.細胞內的溶解氣體因溶劑結晶而過飽和，從溶液中逸出。

   以上因素引起的體積膨脹使細胞受到機械損傷，細胞變形，相互間的結合被分離，甚至細胞膜被破壞，以致解凍后細胞不能復原，無法回吸形成冰結晶的水，造成汁液流出損失，肉質成海綿狀軟化。

(2）膠體質的變化因濃縮過程的進行，未凍區(qū)的pH、離子強度、黏度、凍結點、表面張力、氧化還原電位等都在改變，蛋白質受到如下作用而使溶解度下降。

1.在高濃度鹽的作用下發(fā)生鹽析。

2.pH的改變可能達到某些蛋白質的等電點。

3.離子濃度的變化干擾了蛋白質膠體的電性平衡。

4.與蛋白質結合的水分被凍結，蛋白質形成脫水型而不能復原。

5.蛋白質被濃縮并受到機械擠壓，相互間脫水聚集而形成沉淀。 

   細胞的體積變化和膠體性質變化伴同冰晶的機械損害，使食品品質下降，產品的營養(yǎng)價值、風味和質構都不同程度地受到損失。

   速凍對食品品質的影響要小得多，這是因為速凍產生的是微小的冰晶體，對細胞的機械損傷小;細胞內溶質的濃縮作用減弱，膠體成分與濃縮液接觸的時間也大大縮短，因而對膠體性質的影響也小;因降溫迅速，微生物的生長和酶的活力也得到及時抑制。

   但凍結速度過快也有不利的一面。速凍時因食品表層先凍結，限制了內層凍結時的膨脹。根據理論計算，凍結膨脹壓可達8.5MPa，當食品外層承受不了內壓時，便以破裂方式進行釋放。例如，用-196℃的液氮速凍金槍魚時，因魚體大而厚，產生的內壓凍品發(fā)生龜裂，并使內臟的酶類擠出、紅細胞崩潰、脂肪向表層移動等，從而加速了肉的變色。為了防止因凍結內壓引起凍品表面的龜裂，采用二段凍結方式，先將魚體放入-15℃鹽水中待魚體各部位溫度趨于均勻時再用-40℃的氯化鈣鹽水浸漬或噴淋凍結，這樣可防止魚體表面發(fā)生龜裂。

   在凍結鱈魚時，由于鱈魚肉的體液中含有較多的氮氣，并隨著水分的凍結而發(fā)生游離，體積迅速膨脹，產生的壓力將未凍結的水分擠出細胞外，在細胞外結成冰，細胞內的蛋白質變性而失去保水能力，解凍后不能復原，成為富含水分并有很多小孔的海綿狀肉質。嚴重的時候，其肉的斷面像蜂巢，食味變淡。

2.凍藏對食品品質的影響

   凍藏是一個比較長的階段，在凍藏期間由于凍藏溫度的波動和空氣中氧的作用，食品品質還會發(fā)生不良變化。

1.冰結晶的成長和重結晶 

   食品凍結后，冰晶體的大小不會完全均勻。在相同溫度下冰結晶的蒸汽壓<液態(tài)水的蒸汽壓，大形冰晶的蒸汽壓<小形冰晶的蒸汽壓。在蒸汽壓差的推動下，在凍藏期間細小的冰晶會逐漸合并，成長為大的冰結晶。當溫度發(fā)生波動時，含溶質較多的冰晶體首先融化，水分透過細胞膜擴散到細胞間隙的高溫冰晶體上，在降溫時再次結晶，使冰晶體顆粒增大。冰結晶的成長和重結晶會使細胞受到嚴重的機械損傷并促使蛋白質變性。

2.凍干害

   凍藏的食品與冷藏室的空氣之間存在一個溫度差，促使水分從食品中不斷地升華到空氣中。循環(huán)的空氣在流經空氣冷卻器時受到冷卻，露  點下降而使吸收的水蒸氣在蒸發(fā)管表面凝結成霜。周而復始的升華凝結過程使食品不斷干燥，并由此造成重量損失，即干耗。隨著貯藏期的延長，水分升華從食品表面向內推進，在冰晶升華的地方成為細微的孔隙，大大增加了食品與空氣的接觸面積，使脫水多孔層極易吸收冷藏庫內的氣味并引起強烈的氧化反應，蛋白質也脫水變性。食品表面脫水變色的現象通常稱為凍灼(freezer burn)。

   凍藏食品的干耗可用鍍冰衣和包裝的方法加以防止，特別是多脂魚類，在冰衣中加入抗氧化劑還能有效防止脂肪氧化。但是包裝食品周圍空氣溫度的波動能夠使包裝袋內部形成溫差，促使水分發(fā)生遷移。例如，冰晶體可以在整個家禽的腹腔內形成或在包裝袋的空隙處形成。

3.脂類和蛋白質的變化

   凍藏過程中食品物料中的脂類會發(fā)生自動氧化作用，導致食品物料產生哈喇味，游離脂肪酸的含量也會隨著凍藏時間的延長而增加。凍結的濃縮效應往往導致大分子膠體的失穩(wěn)，凍藏時間延長往往會加劇這一現象，而凍藏溫度低、凍結速率快可以減輕這一現象。

4.其他變化

   凍藏過程中食品物料還會發(fā)生其他一些變化，如pH、色澤、風味和營養(yǎng)成分的改變等。果蔬在凍藏過程中會出現由葉綠素的減少而導致的褪色;肉的鮮紅色是肌紅蛋白的顏色，在凍藏過程中，肌紅蛋白中的亞鐵離子被氧化而生成暗紅色的高鐵肌紅蛋白美拉德反應在凍藏期間也在緩慢地進行，使魚肉等變色。此外，果蔬中維生素C的含量也會由于氧化作用而減少。

 作為商品銷售的凍藏食品，其凍藏過程是在生產、運輸、貯藏庫、銷售等冷鏈環(huán)節(jié)中完成的。在不同環(huán)節(jié)的凍藏條件可能有所不同，其貯藏期要綜合考慮各個環(huán)節(jié)的情況而確定為此誕生了冷鏈中的TTT(time-temperature-tolerance)概念。TTT即時間-溫度-品質耐性，表示冷鏈各環(huán)節(jié)中，在保證品質的前提下允許發(fā)生的時間與溫度，并可根據不同環(huán)節(jié)及條件下凍藏食品品質的下降情況，確定食品在整個冷鏈中的貯藏期限。

   TTT的計算按以下步驟進行:先了解凍藏食品物料在不同溫度Ti下的品質保持時間(貯藏期)Di，然后計算在不同溫度下食品物料在單位貯藏時間(如1d)所造成的品質下降程度di，di=1/Di;根據凍藏食品物料在冷凍鏈中不同環(huán)節(jié)停留的時間ti，確定凍藏食品物料在冷鏈各個環(huán)節(jié)中的品質變化ti*di，確定凍藏食品物料在整個冷鏈中的品質變化

∑ti*di。∑ti*di=1是允許的貯藏期限。當∑ti*di<1表示仍在允許的貯藏期限之內，當∑ti*di>1表示已超出允許的貯藏期限。

不同溫度下凍藏食品1d的品質降低值和在冷鏈不同環(huán)節(jié)的停留(貯藏)時間得到的TTT曲線圖。相應的計算數值。可以看出，按表中冷鏈各環(huán)節(jié)的條件，最終食品物料的品質已超過允許限度。

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