食品低温保藏的基本原理
食品冷冻保藏就是利用低温以控制微生物生长繁殖和酶活动的一种方法。
1 低温对酶的影响
温度对酶的活性有很大影响，大多数酶的适应活动温度为30~40℃。高温可使酶蛋白变性、酶钝化，低温可抑制酶的活性，但不使其钝化。
大多数酶活性化学反应的Q10值为2~3。也就是说温度每下降10℃，酶活性就削弱1/2~1/3。
2 低温对微生物的影响
低温与微生物的关系
（1）任何微生物都有一定的正常生长和繁殖的温度范围。温度越低，它们的活动能力也越弱。
故降温就能减缓微生物生长和繁殖的速度。
温度降低到最低生长点时，它们就停止生长并出现死亡。
根据微生物的适宜生长温度范围可将微生物分为三大类，嗜热菌、嗜温菌和嗜冷菌。在低温贮藏的实际应用中，嗜温菌、嗜冷菌是最主要的。
（2）长期处于低温中的微生物能产生新的适应性，这是长期低温培育中自然选育后形成了多少能适应低温的菌种所得的结果。
这种微生物对低温的适应性可以从微生物生长时出现的滞后期缩短的情况加以判断。
3 低温导致微生物活力减弱和死亡的原因
微生物的生长繁殖是和活动下物质代谢的结果。因此温度下降，酶活性随之下降，物质代谢减缓，微生物的生长繁殖就随之减慢。
在正常情况下，微生物细胞内总生化变化是相互协调一致的。但降温时，由于各种生化反应的温度系数不同，破坏了各种反应原来的协调一致性，影响了微生物的生活机能。
温度下降时，微生物细胞内原生质黏度增加，胶体吸水性下降，蛋白质分散度改变，并且最后还可能导致了不可逆性蛋白质变性，从而破坏正常代谢。
冷冻时介质中冰晶体的形成会促使细胞内原生质或胶体脱水，使溶质浓度增加促使蛋白质变性。
同时冰晶体的形成还会使细胞遭受机械性破坏。
4 影响微生物低温致死的因素
（1）温度的高低
（2）降温速度
冻结前，降温越快，微生物的死亡率越大
冻结时，缓冻将导致大量微生物死亡，而速冻则相反。
（3 ）结合状态和过冷状态
急剧冷却时，如果水分能迅速转化成过冷状态，避免结晶形成固态玻璃体，就有可能避免因介质内水分结冰所遭受的破坏作用。
微生物细胞内原生质含有大量结合水分时，介质极易进入过冷状态，不再形成冰晶体，有利于保持细胞内胶体稳定性。（比如芽孢，低温下稳定性比生长细胞高）
（4）介质
高水分和低pH值的介质会加速微生物的死亡，而糖、盐、蛋白质、胶体、脂肪对微生物则有保护作用。
（5）贮期
（6）交替冻结和解冻
理论上讲会加速微生物的死亡，但实际效果并不显著。
冷藏是将食品的品温降低到接近冰点，而不冻结的一种食品保藏方法。
冷藏温度一般为-2~15℃，而4~8℃则为常用的冷藏温度。此冷藏温度的冷库通常称为高温库。
1 冷却方法
食品冷却的方法常用的有冷风冷却、冷水冷却、接触冰冷却、真空冷却等，人们根据食品的种类及冷却要求的不同，选择其适用的冷却方法。
1. 接触冰冷却
这种冷却效果是靠冰的融解潜热（约334720 kJ/kg）。
用冰直接接触，从产品中取走热量，除了有高冷却速度外，融冰可一直使产品表面保持湿润。
这种方法经常用于冷却鱼、叶类蔬菜和一些水果，也用于一些食品如午餐肉的加工。
食品冷却的速度取决于食品的种类和大小、冷却前食品的原始温度、冰块和食品的比例以及冰块的大小。
食品冷却时的用冰量可以根据食品放热量进行推算。食品的原始温度、气候状况、运输距离、冷却方法，以及对食品质量的要求等在确定用冰量时都是必须考虑的因素。
2. 空气冷却法
降温后的冷空气作为冷却介质流经食品时吸取其热量，促使其降温的方法称为空气冷却法。
在食品无包装的情况下，因为存在干耗问题，空气的相对湿度应当尽可能高。
空气冷却法中的热交换速率是随着风速的提高而增加的，但动力消耗也与风速成正比，所以高风速所需要的动力明显增加。虽然产品表面传热系数只与风速成正比，但厚的产品因为有较高的占控制地位的内部热阻，所以冷却时单纯强调提高风速未见得能奏效，故一般风速不大于2-3 米/秒。
空气冷却一般适合于冷却果蔬、肉及其制品、蛋品、脂肪、乳制品、冷饮半制品及糖果等。
为了抑制霉菌，必要时冷却前或冷却时可在设施中进行果蔬烟熏。
冷空气降温方法
– 机械制冷
– 冰冷
3. 水冷法
冷水冷却是通过低温水将需要冷却的食品冷却到指定温度的方法。
冷水冷却比空气冷却有一些重要的优点，如避免干耗，冷却速度快得多，需要的空间减少，对于某些产品，成品质量较好。
但是大多数产品不允许用冷水冷却，因为外观会受到损害，同时冷却以后难以储藏。
冷水冷却通常用于禽类、鱼类、某些水果和蔬菜。
4.真空冷却
真空冷却的依据是水在低压下蒸发时要吸取汽化潜热（约2520kJ/kg），并以水蒸汽状态，按质量传递方式转移此热量的，所蒸发的水可以是食品本身的水分，或者是事先加进去的。
这种方法主要用于叶类蔬菜和蘑菇。消毒牛奶和烹调后的土豆丁的瞬间冷却也要靠真空冷却。
这种方法是目前所有冷却方法中最迅速的。
2 食品冷藏工艺
1.影响冷藏食品冷藏效果的因素
影响新鲜制品冷藏效果的因素有以下方面：
–食品原料的种类、生长环境
–制品收获后的状况（比如是否受到机械损伤或微生物污染、成熟度如何等）
–运输、储藏及零售时的温度、湿度状况。
–冷却方法
2. 冷藏工艺条件
贮藏温度
空气相对湿度
空气流速
–空气流速越大，食品水分蒸发率也越高。
–为了保证贮藏室温度均匀，应保持速度最低的空气循环。
–带包装的食品不受空气湿度和流速的影响
3. 食品冷藏时的变化
（1）水分蒸发
（2）冷害
在冷却贮藏时，有些水果、蔬菜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，失去平衡，称为冷害。
（3）生化作用
（4）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，脂肪酸会氧化、聚合等复杂的变化，同时使食品的风味变差，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，就被人们称之为“油烧”。
（5）淀粉老化
普通的淀粉大致由20%直链淀粉和80%支链淀粉构成，这两种成分形成微小的结晶，这种结晶的淀粉叫b-淀粉。它在适当温度下，在水中溶胀分裂形成均匀糊状溶液，这种作用叫糊化作用。糊化作用实质上是把淀粉分子间的氢键断开，水分子与淀粉形成氢键，形成胶体溶液。糊化的淀粉又称为a-淀粉。
食品中的淀粉中以a-淀粉的形式存在。
但是在接近0℃的低温范围中，糊化了的a-淀粉分子又自动排列成序，形成致密的高度晶化的不溶性淀粉分子，迅速出现了淀粉的b化，这就是淀粉的老化。
老化的淀粉不易为淀粉酶作用，所以也不易被人消化吸收。
（6）微生物增殖
（7）寒冷收缩
（8）冷藏过程中不良变化的控制
4.低温气调贮藏
正常的空气是由78%的氮气、21%的氧气及少量二氧化碳和其它气体组成。所谓气调储藏即是人工调节储藏环境中氧气及二氧化碳的比例，以减缓新鲜制品的生理作用及生化反应的速度，比如呼吸作用，从而达到延长货架期的目的。
气调储藏一般采用比普通冷藏更高的相对湿度（90-95%），这可以延缓新鲜制品的皱缩并降低重量损失。
目前已经商业化应用气调储藏的制品主要有：新鲜的肉制品、鱼制品、水果及蔬菜，焙烤制品及干酪。
食品冻藏，就是采用缓冻或速冻方法将食品冻结，而后再在能保持食品冻结状态的温度下贮藏的保藏方法。
一、冻制或冻结前对原料加工的工艺要求
任何冻制食品最后的品质及其耐藏性决定于下列各种因素：
冻制用原料的成分和性质
冻制用原料的严格选用、处理和加工
冻结方法贮藏情况
只有新鲜优质原材料才能供冻制之用。就水果来说，还必须选用适宜于冻制的品种，有些品种不宜冻制，否则不是冻制品品质低劣便是不耐久藏。冻制用果蔬应在成熟度最高时采收，此外，为了避免酶和微生物活动引起不良变化，采收后应尽快冻制。
果蔬冻制前都应先加工处理。
水果的酶性变质比蔬菜还要严重些，可是水果不宜采用预煮的方法破坏酶的活力，因为这会破坏新鲜水果原有的品质。
–冻制水果极易褐变，它是氧化酶活动的结果。为了有效地控制氧化，在冻制水果中常加有以浸没水果为度的低浓度糖浆，有时还另外添加柠檬酸、抗坏血酸和二氧化硫等添加剂以延缓氧化作用。
肉制品一般在冻制前并不需要特殊加工处理。
二、食品的冻结及其质量
食品的冻结或冻制就是运用现代冻结技术(包括设备和工艺)在尽可能短的时间内，将食品温度降低到它的冻结点(即冰点)以下预期的冻藏温度，使它所含的全部或大部分水分，随着食品内部热量的外散而形成冰晶体，以减少生命活动和生化变化所必需的液态水分，并便于运用更低的贮藏温度，抑制微生物活动和高度减缓食品的生化变化，从而保证食品在冷藏过程中的稳定性。
1.食品的冻结点
食品一般都是由动植物来源的原料制成，动植物原料则是由大量细胞构成，在细胞中含有大量有机物质和无机物质，包括水、盐、糖及复杂的蛋白质、核糖核酸等，有些还溶有气体。不仅原料如此，在加工过程中，大部分食品，特别是预制食品，还要添加盐类、糖类、油脂等等辅料，使食品体系更为复杂。因此，食品的冻结点低于纯水的冰点。
2. 食品冻结规律和水分冻结量
影响冻结速度的因素
食品成分：
非食品成分如传热介质、食品厚度、放热系数（空气流速、搅拌）以及食品和冷却介质密切接触程度等
3. 冻结速度与冰晶分布的关系
冻结速度快，组织内冰层推进速度大于水分移动速度时，冰晶分布越接近天然食品中液态水的分布情况，且冰晶的针状结晶体数量多。
4.冻结对食品物理性质的影响
（1）冻结食品比热下降
（2）冻结食品导热系数增加
（3）热传导系数增加
（4）体积增加
5. 食品冻结的冷耗量
食品冻结的冷耗量就是冻结过程中食品在它降温范围内所放出的热量。
冻结过程中食品的放热量大致可以区分为三个部分
冻结前冷却时的放热量
冻结时形成冰晶体的放热量
冻结食品降温时的放热量
6.冻结以及冻藏对食品品质的影响
冻结食品会发生食品组织瓦解、质地改变、乳状液被破坏、蛋白质变性等。
因此，合理控制冻制对食品品质的影响是保证冻制食品品质的重要条件。
①冻结对溶液内溶质重新分布的影响
②浓缩的危害性
③冰晶体对食品的危害性
④干耗
食品在冷却、冻结、冻藏过程中都会产生干耗，但因冻藏时间最长，干耗问题更为突出。冻结食品的干耗主要是由于食品表面的冰结晶升华而造成的。
⑤变色
⑥液汁损失
7. 速冻与缓冻
速冻食品的质量总是高于缓冻食品
速冻的主要优点
形成的冰晶体颗粒小，对细胞的破坏性也比较小；
冻结时间越短，允许盐分扩散和分离出水分以形成纯冰的时间也随之缩短；
将食品温度迅速降低到微生物生长活动温度以下，就能及时阻止冻结时食品分解；
另外迅速冻结时，浓缩的溶质和食品组织、胶体以及各种成分相互接触的时间也显著缩短。因而浓缩的危害性也随之下降。
所以为了保证食品的品质，应该尽可能快地通过-1～-5℃这个最高冰晶体形成温度带。
8. 冻制品的包装和贮藏
（1）包装
合理的包装就能显著减少冻制食品的脱水干燥、控制食品氧化和微生物引起的腐败变质。
用于包装速冻产品的包装必须用能在-40-50℃的环境中保持柔软，不致发脆、破裂的材料制成，常用的有EVA薄膜和线性聚乙烯等。
冻结过的水果和蔬菜有特殊意义的特点如下：
冻结以后产品的体积增加；
冻结以后包装的产品散装容重比事先包装的显然要低；
材料应能抵御弱酸并不漏液体；
易于褐边变和失去香味的水果，特别需要能隔绝氧气及其它气体的材料包装；
所有产品都需要用不透水蒸汽的材料包装；
冻鱼为抗干燥通常采用包冰衣的方法。
（2）贮藏
冻制四品贮藏的任务，就是尽一切可能阻止食品中各种变化，以达到长期贮藏的目的。
–食品贮藏的工艺条件如温度、相对湿度和空气流速是决定食品贮藏期和品质的重要因素。
A 贮藏温度
B 冻藏食品的重结晶
C 冻藏食品的干缩
