第6章-制冷与食品冷冻、保鲜.ppt

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1、第一节 冷冻原理 第二节第二节 食品的冷冻食品的冷冻第三节第三节 食品气调保鲜食品气调保鲜第四节第四节 制冷及气调保鲜原理在食品制冷及气调保鲜原理在食品 工业中的应用工业中的应用第六章第六章 制冷与食品冷冻、保鲜制冷与食品冷冻、保鲜 1第七章 冷 冻第一节 冷冻原理 一、制冷的基本原理二、常用制冷剂和载冷剂三、食品工业中常用的制冷方法2第七章 冷 冻q制冷的基本原理制冷的基本原理 制冷是指从低于环境温度的空间或物制冷是指从低于环境温度的空间或物体中吸取热量，并将其转移给环境介质的体中吸取热量，并将其转移给环境介质的过程。实现制冷所必需的机器称为制冷机。过程。实现制冷所必需的机器称为制冷机。利用

2、制冷技术产生的低温源使产品从常温利用制冷技术产生的低温源使产品从常温冷却降温，进而冻结的操作过程称为冷冻，冷却降温，进而冻结的操作过程称为冷冻，它包括制冷和食品冷冻两个部分。它包括制冷和食品冷冻两个部分。3第七章 冷 冻（一）制冷的基本原理（一）制冷的基本原理图图6-1 6-1 制冷过程制冷过程 高温高高温高压气体压气体在被冷在被冷凝成高凝成高压常温压常温液体液体 冷凝器中的冷凝器中的高压常温液体；高压常温液体；经膨胀阀节流膨经膨胀阀节流膨胀，又变成低温胀，又变成低温低压液体低压液体 压缩机做功压缩机做功低温低压气低温低压气体压缩为高体压缩为高温高压气体温高压气体 液态制冷液态制冷剂在低温剂在

3、低温低压状态低压状态下，吸收下，吸收被冷却物被冷却物体热量汽体热量汽化为低温化为低温低压气体低压气体4第七章 冷 冻（二）理想制冷循环（二）理想制冷循环图6-2a 逆卡诺循环压容图图6-2b 逆卡诺循环温熵图1-21-2过程：过程：制冷剂首先沿等熵线1-2作绝热压缩，压缩过程中消耗了功，而使制冷剂的温度从TC增加到Th；2-32-3过程：过程：制冷剂沿等温线2-3等温压缩，向周围介质等温放热，其熵值减少，压力从P 2升至P 3；3-43-4过程：过程：制冷剂沿等熵线3-4作绝热膨胀，压力从P 3降至P 4，此过程中产生膨胀功，温度从Th降回到TC，这是膨胀终了状态；4-14-1过程：过程：制冷

4、剂沿等温线4-1作等温膨胀，其熵值增加，此过程中制冷剂从被冷却物质中等温吸热，制取冷量后，压力从P 4降至P 1，制冷剂又回复到开始状 5第七章 冷 冻 定义：制制冷剂是在制冷装置中，通过相态变化，冷剂是在制冷装置中，通过相态变化，不断循环产生冷效应的物质不断循环产生冷效应的物质。习惯上又称制冷剂为工质。原理：在在制冷机系统中循环流动，在蒸发器中汽制冷机系统中循环流动，在蒸发器中汽化时吸热，在冷凝器中凝结时放热，通过自身热化时吸热，在冷凝器中凝结时放热，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，达到制冷的力状态的变化与外界发生能量交换，达到制冷的目目的。的。重要性：制制冷剂的性质直接关系到制冷

5、装置的制冷剂的性质直接关系到制冷装置的制冷效果、经济性、安全性及运行管理冷效果、经济性、安全性及运行管理，因此合，因此合适适的制冷剂的选择非常重要。的制冷剂的选择非常重要。q常用制冷剂和载冷剂（一）制冷剂的要求和选用原则（一）制冷剂的要求和选用原则6第七章 冷 冻制冷剂的选用原则1.临界温度要高；临界温度要高；2.沸点要适当；沸点要适当；3.蒸发压力要适中；蒸发压力要适中；4.冷凝压力不宜过高；冷凝压力不宜过高；6.导热系数高；导热系数高；7.粘度和密度小；粘度和密度小；8.凝固点低；凝固点低；9.安全适用；安全适用；10.价格便宜，易于购得，具有一定的吸水性价格便宜，易于购得，具有一定的吸水

6、性。7第七章 冷 冻（二）常用制冷剂氟利昂：一类透明、无味、爆炸、化学稳定性好、基本一类透明、无味、爆炸、化学稳定性好、基本无毒又不易燃烧的制冷剂。可适用于高温、中温和低温无毒又不易燃烧的制冷剂。可适用于高温、中温和低温制冷机。制冷机。优点：无毒、不燃烧、对金属不腐蚀，绝热指数小，排排气温度低，具有较大的相对分子质量，适用于离心式制气温度低，具有较大的相对分子质量，适用于离心式制冷压缩机。冷压缩机。缺点：部分制冷剂的单位容积制冷量较小，因而制冷剂部分制冷剂的单位容积制冷量较小，因而制冷剂的循环量大；密度大，流动阻力较大；吸水性能差，的循环量大；密度大，流动阻力较大；吸水性能差，要求系统必须保持

7、干燥；极易渗漏又不易被发现，要求制；极易渗漏又不易被发现，要求制冷系统有足够的密封性。冷系统有足够的密封性。注：由于氟利昂中的卤代烃类的氯原子会破坏大气臭氧注：由于氟利昂中的卤代烃类的氯原子会破坏大气臭氧层，国际规定到层，国际规定到2010年将完全停止使用氯氟烃类年将完全停止使用氯氟烃类（CFCs）氟利昂。）氟利昂。8第七章 冷 冻氨：目前使用最为广泛的一种低凝固点的中压中温制冷剂。优点：比重和粘度小，价格便宜，易于获得，导热系数比重和粘度小，价格便宜，易于获得，导热系数高，压缩机对其做功所需压力适中，单位制冷量大，几高，压缩机对其做功所需压力适中，单位制冷量大，几乎不溶解于油，流动阻力小，泄

8、漏时易发现，具有较理乎不溶解于油，流动阻力小，泄漏时易发现，具有较理想的制冷性质。想的制冷性质。缺点：有刺激性臭味、有毒、可以燃烧和爆炸，对铜及，对铜及铜合金有腐蚀作用。铜合金有腐蚀作用。二氧化碳：一种天然制冷剂。优点：CO2无毒，安全，所以曾在船用冷藏装置中使用，所以曾在船用冷藏装置中使用，曾经被氟利昂取代。对大气臭氧层无破坏作用，同时具曾经被氟利昂取代。对大气臭氧层无破坏作用，同时具有良好的传热性能，又重新得到广泛的研究。有良好的传热性能，又重新得到广泛的研究。缺点：使用温度范围内压力特别高，常温下冷凝压力高，常温下冷凝压力高达达80 MPa，使得机器极为笨重。，使得机器极为笨重。9第七章

9、 冷 冻（三）常用载冷剂用途：可使制冷系统集中在较小的场所，因而可以可使制冷系统集中在较小的场所，因而可以减少制冷系统的容积和制冷剂的充灌量；载冷剂的热容量大，可利用载冷剂进行载冷剂的热容量大，可利用载冷剂进行蓄冷。常用载冷剂有：水、氯化钠水溶液、氯化钙水溶液和有机载冷剂，食品工业中使用最广泛的是氯化钠水溶液。表食品工业中使用最广泛的是氯化钠水溶液。表6-1为为常用载冷剂的冰点温度。常用载冷剂的冰点温度。10第七章 冷 冻 表6-1 常用载冷剂溶液的冰点温度 载冷剂水溶液质量分数()冰点温度（）载冷剂水溶液质量分数()冰点温度（）氯化钠溶液22.421.2乙二醇60.0 46.0氯化钙溶液29

10、.955丙二醇60.060.0氯化镁溶液20.633.6甘油66.744.4甲醇78.26139.6蔗糖62.413.9乙二醇93.5118.3转化糖58.016.611第七章 冷 冻q食品工业中常用的制冷方法蒸气压缩制冷蒸气压缩制冷气体绝热膨胀制冷气体绝热膨胀制冷涡流管制冷涡流管制冷电热制冷电热制冷食品工业常用食品工业常用普通制冷温普通制冷温度范围的制度范围的制冷冷低温制冷低温制冷常常用用的的制制冷冷方方法法12第七章 冷 冻（一）单级压缩制冷循环的基本组成 图6-3 氨单级循环制冷流程图 13第七章 冷 冻（二）单级压缩制冷机的工作过程 来来自蒸发器内的自蒸发器内的低温低压蒸气，经汽液分离

11、器后，被压，经汽液分离器后，被压缩机吸入气缸内压缩成缩机吸入气缸内压缩成高压高温的过热蒸气。然然后，经分油器使其中所携带的润滑油分离出来，再进后，经分油器使其中所携带的润滑油分离出来，再进入冷凝器与冷却水进行热交换后凝结成入冷凝器与冷却水进行热交换后凝结成高压中温的液态制冷剂并流入贮液并流入贮液器。器。该该高压液体通过调节站，经膨胀阀节流降压降温后，再高压液体通过调节站，经膨胀阀节流降压降温后，再次进入汽液分离次进入汽液分离器。器。从从汽液分离器出来的汽液分离器出来的低压低温液体，进入蒸发器吸热蒸，进入蒸发器吸热蒸发产生冷效应，使冷冻室内的空气及物料的温度下降，发产生冷效应，使冷冻室内的空气及

12、物料的温度下降，从而完成一个制冷循环。从而完成一个制冷循环。14第七章 冷 冻（三）理想单级压缩制冷循环的计算理想单级压缩制冷循环假设特点：热机效率最大建立在以下的假设基础上的：1、压缩过程为等熵过程，且制冷剂在流经各个设备、压缩过程为等熵过程，且制冷剂在流经各个设备时没有不可逆损失。压缩过程中不存在任何不可逆损时没有不可逆损失。压缩过程中不存在任何不可逆损失，压力做功全部转变为热能。失，压力做功全部转变为热能。2、蒸发器与冷凝器中的制冷剂与管外介质没有热交、蒸发器与冷凝器中的制冷剂与管外介质没有热交换。换。3、制冷剂在冷凝器和蒸发器中与外界热源之间没有、制冷剂在冷凝器和蒸发器中与外界热源之间

13、没有传热温差，即制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，传热温差，即制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。蒸发温度等于被冷却介质的温度。4、膨胀机输出的功为压缩机所完全利用。、膨胀机输出的功为压缩机所完全利用。5、制冷剂通过膨胀阀节流时前后的焓值不变，在各、制冷剂通过膨胀阀节流时前后的焓值不变，在各设备的连接管道中，制冷剂不发生状态变化。设备的连接管道中，制冷剂不发生状态变化。15第七章 冷 冻单级压缩制冷循压焓图图6-4制冷剂压焓图 （1）等压线：图中与横坐标轴平行的图中与横坐标轴平行的细实水平线均是等压线。细实水平线均是等压线。（2）等焓线：图中与横坐标轴垂直的图中

14、与横坐标轴垂直的细实线为等焓线。细实线为等焓线。（3）等温线：图中用点划线表示的为图中用点划线表示的为等温线。等温线。（4）等熵线：图中自左向右上方弯曲图中自左向右上方弯曲的细实线为等熵线。在的细实线为等熵线。在lgp-h图上等图上等熵线以饱和蒸气线作为起点。熵线以饱和蒸气线作为起点。（5）等容线：图中自左向右稍向上弯图中自左向右稍向上弯曲的虚线为等比容线。与等熵线比曲的虚线为等比容线。与等熵线比较，等比容线要平坦些。较，等比容线要平坦些。（6）等干度线：从临界点从临界点K出发，把出发，把湿蒸气区各相同的干度点连接而成湿蒸气区各相同的干度点连接而成的线为等干度线。它只存在与湿蒸的线为等干度线。

15、它只存在与湿蒸气区。气区。16第七章 冷 冻图6-5 单级压缩制冷循环在压焓图上的表示方法 点1 表示制冷剂进入压缩机的状表示制冷剂进入压缩机的状态，它是蒸发温度为态，它是蒸发温度为t0压力为压力为p0的饱和蒸汽。它位于的饱和蒸汽。它位于p0=f(t0)的等压线与饱和蒸汽线的的等压线与饱和蒸汽线的交点上。交点上。点2 表示制冷剂在出压缩机时的表示制冷剂在出压缩机时的状态，也就是进入冷凝器的状状态，也就是进入冷凝器的状态，为通过点态，为通过点1的等熵线与冷凝的等熵线与冷凝压力压力pk的等压线的交点。的等压线的交点。点3 表示制冷剂出冷凝器时的状表示制冷剂出冷凝器时的状态，它是在冷凝压力态，它是在

16、冷凝压力pk，冷凝，冷凝温度温度tk的饱和液体。通过压力的饱和液体。通过压力pk的等压力线和饱和液体线的的等压力线和饱和液体线的交点即为点交点即为点3的状态。的状态。点4 由点由点3做等焓线与做等焓线与p0等压线等压线的交点即为点的交点即为点4。17第七章 冷 冻理想单级压缩制冷循环的计算制冷量：以 表示，单位为 kw 或 kJ/h。单位制冷量：（6-1）按压缩机吸入状态计算单位容积制冷量：（6-2）式中：为单位质量制冷剂在蒸发器中所吸收的热量，为单位质量制冷剂在蒸发器中所吸收的热量，kJ/kg；为单位容积制冷剂在蒸发器中所吸收的热量，为单位容积制冷剂在蒸发器中所吸收的热量，KJ/m3；h1、

17、h2、h3 分别为点分别为点1、3、4的焓值，的焓值，kJ/kg；为制冷剂在吸入压力下的比容，为制冷剂在吸入压力下的比容，m3/kJ；18第七章 冷 冻理论比功:（6-3）式中：式中：为理论比功，为理论比功，kJ/kg；为点为点2的焓值，的焓值，kJ/kg。冷凝器中的单位质量制冷剂放热量:（6-4）式中：式中：为冷凝器中的单位质量制冷剂放热量，为冷凝器中的单位质量制冷剂放热量，kJ/kg。19第七章 冷 冻制冷系数:（6-5）逆卡诺循环的制冷系数为理想制冷系数，为：逆卡诺循环的制冷系数为理想制冷系数，为：（6-6）式中：式中：为制冷系数，无因次量；为制冷系数，无因次量；为理想制冷系数，无因次量

18、；为理想制冷系数，无因次量；为冷源温度，为冷源温度，；为热源温度，为热源温度，。20第七章 冷 冻热力完善度:(6-7)式中：式中：为热力完善度，为热力完善度，%。热力完善度越大，说明该循环接近可逆循环的程度越大。制冷系数和热力完善程度的同异：相同点：都是用来评价循环经济指标的都是用来评价循环经济指标的 不同点:制冷系数是随循环的工作温度变化的，只制冷系数是随循环的工作温度变化的，只能用来评价相同温度下的循环的经济性能用来评价相同温度下的循环的经济性;不同温度下不同温度下的工作制冷循环，可以用热力完善程度接近的工作制冷循环，可以用热力完善程度接近1的程度，的程度，来评价循环的经济性。来评价循环

19、的经济性。21第七章 冷 冻制冷剂循环量 体积循环量：（6-8）体积循环量：（6-9）式中：式中：G 为单位时间内在制冷机中的制冷剂质量流量，为单位时间内在制冷机中的制冷剂质量流量，kg/s；V 为单位时间内在制冷机中的制冷剂体积流量，为单位时间内在制冷机中的制冷剂体积流量，m3/s；为制冷量，为制冷量，kJ/s。22第七章 冷 冻压缩机所需理论功率:（6-10）式中：式中：为压缩机理论功率，为压缩机理论功率，kW。23第七章 冷 冻实际单级压缩制冷循环的计算压缩机额定功率:考虑各种损失和影响，单级压缩制冷循实际工作中压缩机的额定功率为 （6-11）式中：式中：N 为实际工作中压缩机的额定功率

20、，为实际工作中压缩机的额定功率，kW；为压缩机指示效率，为压缩机指示效率，%；为压缩机的机械效率，为压缩机的机械效率，%；为传动效率，为传动效率，%；B 为安全系数为安全系数.一般取值范围为一般取值范围为 1.1 1.15。24第七章 冷 冻实际制冷系数:（6-12）注：工程设计中，如果按实际循环，很难用手算法进行热力计算，常常对实际循环简化处理。即直接按焓压图进行循环的性能指标的计算，由此产生的误差也不会很大。25第七章 冷 冻第二节 食品的冷冻 一、食品的冷冻过程二、冻结对食品热物理性质与品质的影响三、食品冻藏中的其它变化 四、食品冻结的速度与时间26第七章 冷 冻q食品的冷冻过程（一）水

21、的冻结曲线图6-6 纯水的降温曲线 图中：虚线表示降温槽降温曲线图中：虚线表示降温槽降温曲线 实线表示水的温度变化曲线实线表示水的温度变化曲线 b b点温度为零度，点温度为零度，e e点水完全结成冰点水完全结成冰 c c点的温度叫过冷温度指降点的温度叫过冷温度指降温过程中水中开始形成稳定晶核时温过程中水中开始形成稳定晶核时的温度或温度开始回升的最低温度。的温度或温度开始回升的最低温度。27第七章 冷 冻 图图6-7 6-7 水与食品的冻结曲线水与食品的冻结曲线 （二）食品的冻结曲线冻结三阶段冻结三阶段冷却阶段：冷却阶段：食品从初温冷却到冰点的阶段，特点：冷却速度快，曲线比较陡；相变阶段：相变阶

22、段：水分从液态变为固态；终温阶段：终温阶段：食品进一步降低温度，同时伴有少量水转化为冰。原因：原因：食品的水分中溶有无机盐、糖分、有机酸等物质，是作为溶液中的溶剂存在，随着冰晶体从溶液中不断析出，溶液的浓度逐渐增加，导致了残留溶液冰点的不断下降。28第七章 冷 冻表6-2 一些水果、蔬菜和果汁的冰点 食品名称含水量(wt%)初始冻结温度（）食品名称含水量(wt%)初始冻结温度（）苹果汁 87.2 1.44草莓 89.3 0.89浓缩苹果汁 49.8 11.33草莓汁 91.7 0.89胡萝卜 87.5 1.11甜樱桃 77.0 2.61橘汁 89.0 1.17苹果酱 92.9 0.72菠菜 9

23、0.2 0.5629第七章 冷 冻结冰率：冻结过程中，食品中已结成冰的水分量与食品中全部冻结过程中，食品中已结成冰的水分量与食品中全部水分的比值。水分的比值。食品的结冰率与温度有关，忽略冻结方法与冻结时间，以及食忽略冻结方法与冻结时间，以及食品组织液成分及其在食品中的分布情况对冻结率的影响，可用品组织液成分及其在食品中的分布情况对冻结率的影响，可用拉乌尔-奇若夫公式近似计算结冰率：近似计算结冰率：（6-13）式中：式中：为食品的冰点，为食品的冰点，；为食品的实际温度，为食品的实际温度，。（三）结冰率与最大冰晶域区30第七章 冷 冻图6-8 青豌豆冻结过程中结冰率与温度的关系 注：当青豌豆温度下

24、降到冰点-1时开始冻结，温度降温度降到到 5 5 C C 时，约时，约80%80%的水已结冰，的水已结冰，只剩下少量水分。31第七章 冷 冻q冻结对食品热物理性质与品质的影响（一）密度 食品冻结时体积膨胀，因而密度减小。（二）比热容 食品冻结前：（6-14）食品冻结后：（6-15）式中：式中：为冻结前食品的比热容，为冻结前食品的比热容，kJ/kg；为冻结后食品的比热容，为冻结后食品的比热容，kJ/kg；为食品中水分的质量分数，为食品中水分的质量分数，%。32第七章 冷 冻图6-9 食品的比热容与含水量的关系 图6-10 食品冻结前后比热容 33第七章 冷 冻（三）导热率 图6-11 食品冻结前

25、后导热率 34第七章 冷 冻q食品冻藏中的其它变化（一）质构的变化 冻结速度缓慢，细胞内的水分有足够的时间向细胞外渗透，产生大量的汁液流失，会破坏食品组织，降低冷冻食品复原的质量。速冻原理：采用瞬间快速冻结的方法，产生数量众多分布均匀的小冰晶，这样的冷冻食品，解冻时能最大程度的保持未冻食品的组织状态，对保持食品质量是非常有利的。35第七章 冷 冻（二）干耗定义：食品在冻结过程中，因食品中的水分从表面蒸发造成食品质量减少或品质下降，俗称“干耗”。主要原因：食品表面的水蒸气分压常接近饱和蒸汽压，与冻结室内被冷凝的空气中的水蒸气压形成蒸汽压差，导致食品表面的水分向空气中扩散形成。干耗速率：（6-16

26、）式中：W为单位时间内食品的干耗速率，kg/s；A为食品表面积，m2；食品表面的水蒸气分压，Pa；为空气的水蒸气分压，Pa；为压差为推动力的给质系数，kg/(sm2Pa)。36第七章 冷 冻（三）冻结膨胀水在形成冰晶的过程中体积膨胀：0的时候，水变成冰体积增加大约9。体积膨胀系数，0时冰的值比水的要大，但随着温度的下降，冰的体积将收缩，值呈下降趋势，因此水在形成冰晶的过程中体积膨胀仍是主要倾向。冻结时的龟裂现象：在食品体积增大的过程中，若食品的体积增大受到限制，食品内部会产生一定的冻结膨胀压力。食品越厚，含水量越高，冻结时膨胀压力就越大。随着冻结向食品深层发展，外层的冰层会限制食品内部的冻结膨

27、胀，因而形成很大的膨胀压力，当膨胀压力增大到一定程度时，食品表面会发生龟裂现象。37第七章 冷 冻（四）食品冻藏期的影响 冻结食品的TTT理论：冷冻食品保藏的时间-温度-品质耐性(Time-Temperature-Tolerance)的关系，即冷冻食品在一定条件下的容许冻藏期与冻藏时间、冻藏温度的关系。TTT理论的含义：冻结食品在冻藏温度下，食品质量的下降与所需时间存在确定的关系。在整个贮运过程中，冻藏和运输过程所引起的质量下降是积累性的，而且是不可逆的。温度是冻结食品质量下降的主要因素，冻藏温度越低，质量下降越慢，容许的冻藏期限将越长，冻藏质量也越稳定。38第七章 冷 冻容许冻藏期与高质量冻

28、藏期 图6-12 冻结食品的冻藏温度与容许冻藏期TTT曲线 39第七章 冷 冻 例6-1：豌豆经过合理冻结后，在-20低温储藏库冻藏100d，随后运至销售地，运输过程中温度为-15，时间为15d，在销售地又冻藏了240d，温度为-24。求此时冻结豌豆的可冻藏性为多少。已知豌豆在-20下经过780d或-15下经过510d或-24下经过900d其可冻藏性完全丧失变为零。解：根据质量下降的累积性，得质量下降率为：（100/780+15/510+240/900）*100%=(0.1282+0.0294+0.2667)*100%=42.43%剩余的可冻藏性为：100%-42.43%=57.57%这说明如

29、果仍在-24下冻藏，最多还能冻藏518d，若在-20下还能冻藏448d即失去了商品价值。40第七章 冷 冻q食品冻结的速度与时间（一）食品冻结速度 食品的冻结速度是食品表面到食品热中心的食品的冻结速度是食品表面到食品热中心的距离距离 与使热中心温度降至某一程度低温时所与使热中心温度降至某一程度低温时所需的时间之比用下式表示：需的时间之比用下式表示：(6-17)式中：式中：为食品表面与热中心的最短距离，为食品表面与热中心的最短距离，cm；为食品表面从为食品表面从0开始，到食品热中心温度降至其初始冻结开始，到食品热中心温度降至其初始冻结点以下点以下510所需时间，所需时间，h。41第七章 冷 冻

30、按照不同的冻结速度将食品生产中使用的装置的冻结速率分以下几种类型：(1)、慢速冻结 ，在通风房内，对散放的大体积物料进，在通风房内，对散放的大体积物料进行冻结。行冻结。(2)、快冻或深冻 ，在鼓风式或板式冻结装置中冻结零，在鼓风式或板式冻结装置中冻结零售包装食品。售包装食品。（3）、速冻或单体快速冻结 ，在流化床上对单体小食品快冻。在流化床上对单体小食品快冻。（4）超速冻结 ，采用低温液体喷淋或浸没冻结。采用低温液体喷淋或浸没冻结。对于畜肉类食品，冻结速度达到对于畜肉类食品，冻结速度达到2-5cm/h，可，可以较好的保证食品的质量。生禽肉，则冻结速度以较好的保证食品的质量。生禽肉，则冻结速度要

31、大于要大于1.0cm/h，才能保证有较亮的颜色。，才能保证有较亮的颜色。42第七章 冷 冻（二）食品冻结时间 普朗克公式是在以下五个假设：1）冻前温度均匀，且等于其初始冻结温度；2）冻结过程中初始冻结温度不变；3）导热系数冻结前后不变；4）只计算水的相变潜热量，忽略冻结前后放出的 显热量；5）冷却介质与食品表面的对流传热系数不变.43第七章 冷 冻图图6-13 6-13 平板状食品冻结图平板状食品冻结图平板状食品的冻结时间计算式：平板状食品的冻结时间计算式：（6-186-18）同样的方法可以推导出圆柱状及球状食品的同样的方法可以推导出圆柱状及球状食品的冻结时间计算式：冻结时间计算式：（6-19

32、6-19）式中：P、R为形状系数，与被冻食品的几何形状有关。大平板状食品，如猪、牛、羊等的半胴体：P=1/2，R=1/8；长圆柱状食品，如圆柱形罐头、甜玉米棒等：P=1/4，R=1/16；球状食品，如汤圆、苹果等：P=1/6，R=1/24。对方形或长方形食品，设abc,其中a是块状食品的最长边长，c是块状食品的最短边长，b的长度介于二者之间。定义1=b/c,2=a/c。根据1,2值由图6-14查得P,R。44第七章 冷 冻图图6-14 6-14 块状食品的块状食品的P P、R R值值 45第七章 冷 冻 为改进普朗克公式的精度，公式中的用食品初终温时的焓差取代，令，推出冻结时间计算式可修正为：

33、（6-20）46第七章 冷 冻 例6-2：将20只鸭子码放在尺寸为0.6m*0.4m*0.13m的托盘中，放在-20的对流冻结装置中冻结，每只鸭子按1kg计，鸭肉的含水率为69%，初始冻结温度为-2.8，冻结后的密度为1080kg/m3，鸭肉的热导率为0.6616W/(m),对流表面传热系数为30 W/(m)，试用普朗克公式计算所需冻结时间。解:鸭肉的冻结潜热查表得：纯水冻结时释放的潜热值Lf=335 kJ/kg 形状系数为 =0.6/0.13=4.615 =4/0.13=3.077利用图6-14找出P和R值得：P=0.32，R=0.09将P、R值带入普朗克公式 47第七章 冷 冻（三）食品冻

34、结时放出热量的计算 食品冻结时所放出的热量包括冷却放热量、食品冻结时所放出的热量包括冷却放热量、冻结放热量、冻结后温度下降放热量：冻结放热量、冻结后温度下降放热量：（1）冷却放热量，即单位质量的食品由初温即单位质量的食品由初温降至结冰温度过程放出的热量降至结冰温度过程放出的热量 （6-21）式中：式中：、为食品的初温与冻结点温度，为食品的初温与冻结点温度，K或或。48第七章 冷 冻（2）冻结放热量，即单位质量的食品由水凝结成冰时的潜热量：（6-22）式中：式中：f 为冻结率，为冻结率，%；w 为食品中水分含量，为食品中水分含量，kg/kg；r 为水形成冰的潜热，为水形成冰的潜热，335kJ/k

35、g。(3)冻结后温度下降放热量，即单位质量的食品从冰点到冻结温度时放出的显热：（6-23）式中：式中：为食品冻结终温，为食品冻结终温，K或或。49第七章 冷 冻（4）食品全部冻结放出的总热量：质量为m的食品全部冻结时所放出的总热量：（6-24）采用焓差法计算：（6-25）50第七章 冷 冻 例6-3：已知鸭肉的比热容为3kJ/kg，假设的冻结率（水分冻结量）为90%。求例题6-2中的一只鸭子在冻藏室中的耗冷量（假设鸭子的温度刚降到预冻结点，包装容器的耗冷量忽略不计）。解：鸭子温度刚降到冻结点时开始，鸭子的耗冷量为鸭肉中单位质量的食品由水凝结成冰时的潜热量与冻结后温度下降的耗冷量两部分组成：由例

36、6-2知一只鸭子的质量为m=1kg51第七章 冷 冻第三节 食品气调保鲜 一、气调保鲜原理 二、气调保藏的分类 三、常用的气调方法 四、气调储藏的特点 52第七章 冷 冻一、概述定义：气调保鲜是利用控制气体比例的方式来达到储藏保鲜的目的，它是采用适宜低温下保持低氧和较高的二氧化碳含量的空气环境，使果实呼吸作用降低，营养物质消耗减少，后熟衰老过程减缓，延长果实寿命，保持较好品质的一种方法。原理：正常大气中的氧含量为20.9，CO2含量为0.03，气调贮藏是在一定的封闭体系内，低温贮藏的基础上，改变贮藏环境的气体成分调节O2与CO2的含量，达到保鲜的目的。一般降低氧含量至25，提高二氧化碳含量至1

37、5，二氧化碳与氧浓度相等或稍高比较合适。53第七章 冷 冻二、气调保藏的分类气调储藏气调储藏 人工气调人工气调 储藏（储藏（CACA）自发气调自发气调 储藏（储藏（MAMA）氮气置换包装氮气置换包装 氧气吸收剂氧气吸收剂 封入包装等封入包装等 硅橡胶窗储藏硅橡胶窗储藏 54第七章 冷 冻三、常用的气调方法塑料薄膜帐气调法 硅窗气调法催化燃烧降氧气调法 充氮气降氧气调法 塑料薄膜袋小包装减压保藏法55第七章 冷 冻四、气调储藏的特点1、保鲜效果好2、减少储藏损失3、货架期长4、绿色储藏56第七章 冷 冻第四节 制冷及气调保鲜原理在食品工业中的应用 一、概述 二、常用的食品工业制冷及气调保鲜装置

38、三、食品工业保鲜新技术57第七章 冷 冻一、概述 冷冻保藏是储藏易腐蚀食品的一种较好的保冷冻保藏是储藏易腐蚀食品的一种较好的保鲜方法，由于其保藏时间长、成本低且新鲜、卫鲜方法，由于其保藏时间长、成本低且新鲜、卫生、灵活等特点，所以近年来冷冻保藏食品得到生、灵活等特点，所以近年来冷冻保藏食品得到普及应用。普及应用。食品经冷藏保鲜后的质量和允许保藏时间的食品经冷藏保鲜后的质量和允许保藏时间的长短与很多因素有关，如：冷冻的方法、冷冻的长短与很多因素有关，如：冷冻的方法、冷冻的温度、冷冻的速度等等，这些都是制冷研究的主温度、冷冻的速度等等，这些都是制冷研究的主要内容，合理的选择某种食品冷冻的方法以及该

39、要内容，合理的选择某种食品冷冻的方法以及该方法的一系列条件参数，对食品能否能保持优良方法的一系列条件参数，对食品能否能保持优良的品质有决定性的作用。的品质有决定性的作用。58第七章 冷 冻二、常用的食品工业制冷及气调保鲜装置 制冷装置是将制冷设备与消耗冷量的设备组合在一起的装置。空气冻结法间接接触冻结法直接接触冻结法冻结装置举例气调保鲜设备59第七章 冷 冻1、空气冻结法 定义：在冻结过程中，冷空气以自然对流或强制对流的方式与食品换热。特点：所需的冻结时间长 由由于空气资源丰富，无任何毒副作用，其热力于空气资源丰富，无任何毒副作用，其热力性质早已为人们熟知，所以用空气作介质进行冻性质早已为人们

40、熟知，所以用空气作介质进行冻结仍然是目前结仍然是目前应用最广泛的一种冻结方法。采采用空气冻结法的制冷装置用空气冻结法的制冷装置主要：有主要：有隧道式冻隧道式冻结、螺结、螺旋式冻结、流态化冻结、搁架式冻结四种旋式冻结、流态化冻结、搁架式冻结四种类型。类型。60第七章 冷 冻LBH31-5型水平带式冻结隧道61第七章 冷 冻2、间接接触冻结法 定义：间接冻结法是用冷却低温冷冻板与食品直接接触，制冷剂与食品间接接触的一种冻结方法。应用：对于固态物料，可将其冻结成平板状、片状、颗粒状，也可冻结成物料原形单体。对于液态物料，通过与冷壁紧密接触换热，冻结成半溶状态。62第七章 冷 冻立式平板冻结装置与回转

41、式冻结装置 回转式冻结装置。此装置与平板式冻结的区别主要在于，回转式冻结装置。此装置与平板式冻结的区别主要在于，回转式是使欲冻结食品粘在回转筒上，转筒回转一周，完成食回转式是使欲冻结食品粘在回转筒上，转筒回转一周，完成食品的冷冻过程，直到食品转到刮刀处再被刮下。品的冷冻过程，直到食品转到刮刀处再被刮下。63第七章 冷 冻3、直接接触冻结法 定义：直接接触冻结法是将被冻结食品与制冷直接接触冻结法是将被冻结食品与制冷剂或载冷剂直接接触，有浸渍法和喷淋法，有时剂或载冷剂直接接触，有浸渍法和喷淋法，有时也将两种方法配合使用。也将两种方法配合使用。特点：冷冻效率高冷冻效率高 常用的载冷剂：盐水，如果要达

42、到更低的冷冻盐水，如果要达到更低的冷冻温度可以选用乙二醇和丙二醇的温度可以选用乙二醇和丙二醇的50%的水溶液。的水溶液。注：直接接触法是食品与冷冻工质直接接触，直接接触法是食品与冷冻工质直接接触，如果食品带有包装，将其浸入冷冻工质中冷冻，如果食品带有包装，将其浸入冷冻工质中冷冻，还是属于间接接触冻结还是属于间接接触冻结64第七章 冷 冻液氮浸渍冰洁装置与液氮喷淋冻结装置 液氮浸渍装由隔热的箱体和食品传送带组成，食品从进料口液氮浸渍装由隔热的箱体和食品传送带组成，食品从进料口直接落入液氮中，表面立即冻结。液氮喷淋冻结装置由四部分直接落入液氮中，表面立即冻结。液氮喷淋冻结装置由四部分组成，冻结时，

43、风机将被冻结食品由传送带送入，经欲冷区，组成，冻结时，风机将被冻结食品由传送带送入，经欲冷区，冻结区、均温区，从另一端送出。冻结区、均温区，从另一端送出。65第七章 冷 冻4、冻结装置举例66第七章 冷 冻常用制冷装置立体图67第七章 冷 冻常用制冷装置立体图SuperCANTACT Product Surface Freezer68第七章 冷 冻常用制冷装置立体图Super FLOW iqf Fluidized Belt Freezer two belt 69第七章 冷 冻5、气调保鲜设备 薄膜包装气调储藏 薄膜包装气调属于薄膜包装气调属于MA，一般有塑料小包装气调、塑料，一般有塑料小包装气

44、调、塑料大帐气调和硅窗气调三种形式。其中以小包装气调最为大帐气调和硅窗气调三种形式。其中以小包装气调最为操作简便，且成本低不占位，但其储藏效果不稳定，容操作简便，且成本低不占位，但其储藏效果不稳定，容易造成前期缺氧，而二氧化碳浓度过高，果实中毒引起易造成前期缺氧，而二氧化碳浓度过高，果实中毒引起风味改变。风味改变。70第七章 冷 冻u机械气调库 机械气调库是在冷藏的基础上，加上气体调节系统和检机械气调库是在冷藏的基础上，加上气体调节系统和检测系统，因而具有冷藏和气调的双重测系统，因而具有冷藏和气调的双重作用。作用。特点：是是设备先进、机械化程度高、储藏规模大、周期设备先进、机械化程度高、储藏规

45、模大、周期长、保鲜效长、保鲜效果好。果好。缺点：但但其建筑成本高，技术复杂其建筑成本高，技术复杂，容易出现风，容易出现风味改变味改变和后熟不均等和后熟不均等现象。现象。71第七章 冷 冻 气调库储藏关键是要将温度、氧、二氧化是要将温度、氧、二氧化 碳浓碳浓度三者配合得当。不是所有的果蔬都适于气调储度三者配合得当。不是所有的果蔬都适于气调储藏，也不是所有的果蔬都能用相同的温度湿度条藏，也不是所有的果蔬都能用相同的温度湿度条件和气体成分比例来储藏。件和气体成分比例来储藏。气调储藏前得准备：对一种果品在气调储藏之对一种果品在气调储藏之前，需要做大量的实验研究，寻找出与之适应的前，需要做大量的实验研究

46、，寻找出与之适应的温度、适度条件以及氧、二氧化碳浓度，得出最温度、适度条件以及氧、二氧化碳浓度，得出最佳的气调技术指标之后，才能进行大规模的气调佳的气调技术指标之后，才能进行大规模的气调储藏。储藏。72第七章 冷 冻三、食品工业保鲜新技术（一）食品的冰温储藏 在在低低温温的的条条件件下下，食食品品的的各各种种劣劣变变及及反反应应可可以以得得到到有有效效抑抑制制。不不同同的的食食品品在在不不同同的的低低温温域域有不同的适应性和耐受性，即低温效应。有不同的适应性和耐受性，即低温效应。冰温定义：0以以下下到到食食品品冻冻结结点点之之间间的的温温度度，冰冰温温贮贮藏藏就就是是在在冰冰温温间间的的食食品

47、品贮贮藏藏，冰冰温温贮贮藏藏不同于冷藏和冻结贮藏。不同于冷藏和冻结贮藏。73第七章 冷 冻冰温、冷藏和冷冻保藏的对比类别冰温冷藏冷冻温度领域0到冻结点的冰温与超冰温领域010的温度领域冻结点以下的温度范围，食品一般冷冻保藏温度为-18以下的温度领域贮藏期限与冷藏相比可增长210倍的贮藏期限，并可长期活体保存生鲜食品的保存期为7天，且无法作活体保存可长期保存，但因结冰冻结，致使生物细胞坏死品质差异利用冰温生物科技使生鲜产品更美味、营养增加且使有害微生物下降冷藏时间增加而降低美味，有害微生物逐渐增加致使腐烂生物细胞冻结破坏，解冻后营养流失，风味降低最多74第七章 冷 冻玻璃化食品在冷冻加工中的应用

48、（1）、淀粉玻璃化相变的研究 淀粉的淀粉的 Tg 与其结晶度有关，随结晶度的增大而与其结晶度有关，随结晶度的增大而增大。另外淀粉的加工条件也会影响其增大。另外淀粉的加工条件也会影响其Tg的大小，的大小，例如例如 120 糊化的淀粉比在糊化的淀粉比在60 糊化的淀粉的糊化的淀粉的 Tg 值更高。值更高。（2）、玻璃化在冰淇淋中的应用 根据玻璃化理论，橡胶态下结晶再结晶的速度根据玻璃化理论，橡胶态下结晶再结晶的速度很大，所以在此状态下储存一定时间后，冰淇淋很大，所以在此状态下储存一定时间后，冰淇淋质地会变得粗糙。通过改变冰淇淋的配方，加入质地会变得粗糙。通过改变冰淇淋的配方，加入某些添加剂可以提高

49、其某些添加剂可以提高其Tg，能很好地解决这一问，能很好地解决这一问题。题。75第七章 冷 冻部分食品的冰点食品名称冰点食品名称冰点食品名称冰点生菜0.4牛奶0.5梳子2.1菜花1.1蛋黄0.65香蕉3.4橙子2.2洋白菜2.01.3鱼肉2.00.6柠檬2.2番茄0.9蛋白0.45牛肉1.70.6洋梨21奶酪8.3奶油2.2草莓0.8 注：注：注：注：冰温贮藏食品可以将食品的温度控制在冰温带内，冰温贮藏食品可以将食品的温度控制在冰温带内，以维持其细胞的活体状态；或者当冰点较高时，通过加入冰以维持其细胞的活体状态；或者当冰点较高时，通过加入冰点调节剂（如盐、糖等），使其冰点降低，扩大冰温带，这点调

50、节剂（如盐、糖等），使其冰点降低，扩大冰温带，这样细胞在较低温度下仍然处于活体状态。样细胞在较低温度下仍然处于活体状态。76第七章 冷 冻2、冰温储藏的特点 1）、不破坏细胞；2）、有害微生物的活动及各种酶的活性受到抑制；3）、能够提高水果、蔬菜的品质。4）、呼吸活性低，保鲜期得以延长；3、冰温储藏技术的应用 1）肉制品保鲜与贮藏 2）果蔬贮藏 3）水产品的冰温贮藏 77第七章 冷 冻（二）食品的玻璃化储藏定义：玻璃化转变是非晶态聚合物在温度为玻璃转换温度条件下蒸发水分，浓度逐渐增加，经“浆态”、“橡皮态”，进而成为一种“固化了的”液体，此过程称为玻璃化。条件：水温度冷却到低于水的冰点时，水开