冷冻工艺学技术培训课程模板.doc
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1、第四章 食品低温保藏 绪论掌握食品低温保藏原理掌握食品冷却和冷藏方法及其质量控制掌握食品冻结和冻藏方法及其质量控制了解食品解冻过程、方法及其质量控制第一节 绪论中国古代冷藏技术 制冷技术发展历史 中国外冷冻食品发展现实状况 食品冷藏和冻结技术发展 是一门使用人工制冷技术来降低温度以保藏食品和加工食品科学,即它是专门研究怎样使用低温条件来达成最好地保藏食品和加工食品方法,以使多种食品达成最大保鲜程度。冷冻工艺学中国古代冷藏技术 战国时期铜冰鉴 1977年于湖北随县曾侯乙墓出土一件冰酒器。汉朝大家已经掌握了用地窖来贮藏天然冰技术。 大富人家,地下有冰室,室有数井,井深十五丈,用于藏冰及石墨。由此可
2、见,在一千七百多年前三国时代,利用天然冰雪来降温和保藏食品规模已经相当可观,这在当初世界上是首屈一指。 唐朝以后天然冰雪作为冷源已经被广泛利用马可波罗行记13世纪明代运河两岸修建冰库清代光绪年间,北京已专设冰窖中国北方一些地方仍有采取。制冷技术发展历史 1834年英国人Jacob Perhking发明了以乙醚为冷媒压缩式冷冻机,她是世界上第一部实用冷冻机。1860年法国人发明以氨为制冷剂,以水为吸收剂压缩式冷冻机。1872年美国人David、Boyle和德国人Carl Von Lnde分别单独发明以氨为冷媒压缩式冷冻机。这些冷冻机当初为制冰机使用,替换天然冷源。18771878年法国人Char
3、les Tellier为处理把牛羊肉从新西兰和阿根廷等国运回法国,开始用氨吸收式冷冻机。1930年以来,在家用冰箱上,大量使用无毒、无味氟利昂制冷剂,它不像氨气那样有爆炸危险。但氟利昂易破坏臭氧层,所以又推出了溴化锂、含氢氟烃等冷媒。20世纪70年代,出现了液态氮和液态二氧化碳作为冷媒制冷技术,它能够直接喷洒在食品表面,不仅能够急冷,而且能够进行深冷,假如用液氮利用得到-196低温。食品冷藏和冻结技术发展冷冻食品形式不停得到改善 冻结方法改善 冷源制冷装置也有新突破 对于多种食品冷冻、冷藏、运输、销售等各个步骤温度条件有了深入认识 中国外冷冻食品发展现实状况 中国1891年在上海制造人造冰 1
4、91519,上海、南京、汉口等地前后建成了由外国资本经营冻蛋、冻肉、冻家禽厂 。到1933年,这类冷库增加到3035座。 20世纪60年代和80年代两个关键发展阶段 制冷自1999年起,全国连锁超市中销售食品日用具中,速冻食品销售额均名列第一。 速冻食品 从1995年起,中国速冻食品年产量每十二个月以20幅度递增,成为90年代发展最快食品加工业,速冻食品年产量靠近1000万吨。多年来,中国现有各类速冻食品生产厂家近家,年销售额达100亿元。 20世纪70年代初速冻蔬菜20世纪80年代初速冻点心速冻调理食品20世纪90年代初速冻饺子速冻馄饨速冻汤圆中国速冻食品存在问题产品品种亟待增加 中国,15
5、0多个品种 美国,速冻食品多达2700多个 日本速冻食品听说有3100多个 质量、风味有待提升 慢冻食品粘连现象 购置者购置首要原因是因为方便,至于对于产品口味评价,只有9购置者表示“好吃”或“很好吃”。 打折促销 包装有待升级 塑料袋包装已不符合当今世界食品包装时尚,纸盒包装是新发展趋势。 美国用于速冻食品包装纸盒内外表层全部涂有一个可耐249摄氏度高温塑料膜,这种包装可在微波炉和一般烤箱中加热,其成本也较低。 美国人均年消费冷冻食品已达63.6kg世界第一位日本韩国台湾省l0kg以上英、法、德等欧盟国家2040kg怎样了解冷冻食品比新鲜食品更新鲜,冷冻被认为是保留食物最好方法 这是因为商业
6、化冷冻农产品是在成熟度和营养价值最高时候采收,直接送到最近冷冻工厂立即处理而得以保留其营养成份。 第二节 食品冷冻保藏原理 新鲜食品在常温下存放,因为附着在食品表面微生物作用和食品内所含酶作用,使食品色、香、味和营养价值降低,假如久放,能促进食品腐败或变质,以致完全不能食用,这种改变叫做食品变质。1.引发食品腐败变质关键原因生物学原因 化学原因 其它原因 微生物 酶作用 非酶作用 氧化作用 温度 水分 光 乙烯 外源污染物 物理原因 害虫和啮齿动物害虫对于食品储藏危害性很大一些食品储藏损耗加大直接原因 因为害虫繁殖、迁移,和她们所遗弃排泄物、皮壳和尸体等还会严重污染食品,使食品丧失商品价值。
7、现在对食品危害性大害虫有甲虫类、蛾类、蟑螂类和螨类。酶作用 多聚半乳糖醛酸酶:催化果胶中多聚半乳糖醛酸残基之间糖苷键水解,造成组织软化酯氧合酶:催化脂肪氧化,造成臭味和异味产生果胶甲酯酶:催化果胶中半乳糖醛酸酯脱酯作用,可造成组织硬化 抗坏血酸酶:催化抗坏血酸氧化,造成营养素损失叶绿素酶:催化叶绿醇环从叶绿素中移去,造成绿色丢失酶作用 非酶作用 美拉德反应焦糖化反应抗坏血酸氧化抗坏血酸氧化脱氢抗坏血酸氨基酸美拉德反应红褐色产物抗坏血酸缺氧酸性条件糠醛聚合褐色物质温度范特霍夫(Vant Hoff)规则即温度每升高10,化学反应速度增加24倍。Q10=(t+10)/t(temperature co
8、efficient)反应速度常数和绝对温度成指数关系 故降低食品环境温度,就能降低食品中化学反应速度,延缓食品质量改变,延长储藏寿命。温度系数 2. 栅栏技术2.1栅栏技术提出 变质食品食品加工、储运、销售和消费 低温保藏、罐藏、浓缩保藏、化学保藏、发酵保藏、辐照保藏 栅栏因子(hurdle factor)高温处理(F)低温冷藏(t)降低水分活度(AW)酸化(pH值)低氧化还原电势(Eh)添加防腐剂(Pres)竞争性菌群辐照德国肉类研究中心Leistnrer(1976)提出 障碍因子 栅栏效应 从微生物学角度考虑,栅栏效应(hurdle effect)是指在保藏食品数个栅栏因子中,它们单独或相
9、互作用,形成特有预防食品腐败变质“栅栏”(hurdle),使存在于食品中微生物不能逾越这些“栅栏”。这种食品即是稳定和安全。栅栏效应例子 理想化栅栏效应模式 较为实际型栅栏效应模式 初始菌数低食品栅栏效应模式 初始菌数多或营养丰富食品栅栏效应模式 栅栏效应例子 栅栏效应例子 经过热处理而又杀菌不完全食品栅栏效应模式 栅栏次序作用模式 栅栏效应例子 栅栏协同作用模式 栅栏效应是食品保藏性根本所在 栅栏效应揭示了食品保藏基础原理 食品防腐可利用栅栏因子很多,但就每一类食品而言,起关键作用因子可能只有多个,因经过科学分析和经验积累,正确地把握其中关键因子。研究思绪 对于一个稳定性高、保藏性好食品,A
10、W 、pH值、t、Pres等栅栏因子联合或复杂交互作用,对抑制微生物生长、繁殖、产毒起着关键作用,任何单一因子全部不足以抑制微生物危害。栅栏技术应用 用于食品加工和保藏中微生物控制 用于食品加工、保藏中工艺改造 新产品开发 3. 食品低温保藏原理 微生物繁殖和酶活动全部和温度相关,伴随温度降低,尤其是食品在冻结时,生成冰晶体使微生物细胞受到破坏,使微生物丧失活力不能繁殖,甚至死亡;同时酶反应受到严重抑制,失去催化能力,甚至被破坏。其它反应如呼吸作用、氧化等也随温度降低而显著减慢。所以,食品就可在低温条件下长久储藏而不会腐败变质。 3.1 低温对微生物影响608055754045嗜热微生物(th
11、ermophile)405025401015嗜温微生物(mesophile)20401020-105嗜冷微生物(psychrophile)举 例最高温度最适温度最低温度类 群 微生物适应生长温度()温泉、堆肥中微生物腐败菌、病原菌水和冷库中微生物 微生物对于低温敏感性较差。绝大多数微生物处于最低生长温度时,新陈代谢已减弱到极低程度,呈休眠状态。 深入降温,就会造成微生物死亡,不过在低温下,它们死亡速度比在高温下缓慢得多。 低温对微生物影响通常情况低温对微生物影响特殊情况 少数微生物能在一定低温范围还能够缓慢生长。温度在6时几乎能阻止全部食物中病原菌生长,但有部分嗜冷菌尚能缓慢生长。 3.2 低
12、温对酶活性影响 食品中很多反应全部是在酶催化下进行,而酶活性(即催化能力)和温度有亲密关系。大多数酶适宜活动温度为3050。伴随温度升高或降低,酶活性均下降 。温度系数Q10 温度系数Q10可衡量因温度而发生改变酶活性: Q10=K2/K1K2为温度增加到T+10K时酶活性所造成化学反应率。Q10为温度每增加10K时因酶活性改变所增加化学反应率;K1为温度T时酶活性所造成化学反应率;多个水果呼吸速率温度系数Q10 部分蔬菜呼吸速率温度系数Q10 低温对酶活性影响情况 酶活性在冷冻、冷藏中虽有显著下降,但并不说明酶完全失活,即低温对酶并不起完全抑制作用,在长久冷藏中,酶作用仍可使食品变质。 3.
13、3低温对其它变质原因影响氧化作用、生理作用、蒸发作用、机械损害、低温冷害等。 不管是细菌、霉菌、酵母菌等微生物引发食品变质,还是由酶引发变质和其它原因引发变质,在低温环境下,能够延缓、减弱它们作用,但低温并不能完全抑制它们作用,即使在冻结点以下低温,食品进行长久储藏,其质量仍然有所下降。低温保藏对食品贮藏影响第三节 食品冷藏工艺技术食品冷却食品冷藏食品在冷藏过程中质量改变食品冷藏工艺食品冷却和冷藏冷却 是冷藏必需前处理,其本质上是一个热交换过程,冷却最终温度在冰点以上。 冷藏 是冷却后食品在冷藏温度(常在冰点以上)下保持食品品质一个储藏方法。 3.1食品冷却冷却目标 冷却速度和冷却时间 冷却方
14、法 冷却目标 食品冷却目标就是快速排出食品内部热量,使食品温度在尽可能短时间内(通常为几小时)降低到冰点以上,从而能立即地抑制食品中微生物生长繁殖和生化反应速度,保持食品良好品质及新鲜度,延长食品储藏期。 食品冷却通常是在食品产地进行产地加工车间冷藏库市场低温环境保持食品原有品质 阻止微生物繁殖采摘后24h冷却96h后冷却0下储藏5周不腐烂梨30%梨腐烂 甜玉米糖分贮藏过程中丧失情况冷却速度和冷却时间食品在冷却过程中,内部热量传输(Q)依傅里叶定律: Q= -FgradT gradT为温度梯度(Km-1);为导热系数(Wm-1K-1);F为导热面积(m2)。食品冷却速度 物料内部温度环境温度物
15、料形状 食品冷却速度就是食品温度下降速度,因为食品内各部位温度不一样,所以食品温度下降速度只能以食品平均温度下降速度来表示。 物料内部温度表面温度s中心温度c表面和中心之间温度差m平均温度 食品内部温度分布是向上方凸曲线,离表面越近,温度梯度越大,所以冷却速度也越大。从图2-3中可看出,表面温度s下降速度最快,中心温度c下降最慢,尤其是冷却开始阶段,食品中心部位温度下降得尤其缓慢。 当食品厚度很小时,冷却速度和对流放热系数K成正比,而和导热系数无关。在这种情况下,对流放热速度K是影响冷却速度关键原因,所以增大冷却介质流动速度,提升K数值就能够增大冷却速度,缩短冷却时间。 平板状食品1 当食品厚
16、度很厚时,冷却速度和导热系数成正比,而和对流放热系数A无关。在这种情况下,导热快慢是决定冷却速度关键,企图经过增大空气流速来加紧冷却速度是困难,只有减小食品厚度来增大冷却速度。平板状食品2 半径为R圆柱状食品,它圆周面全部一样被冷却。圆柱状食品冷却和平板状食品不一样是,它内部传热面积和半径R成正比,其它均相同。圆柱状食品球状食品 半径为R球状食品,它表面全部一样被冷却。球状食品冷却和平板状食品不一样是,它内部传热面积和半径R成正比,其它均相同。食品冷却时间冷却方法空气冷却法 冷水冷却法 碎冰凉却法 真空冷却法 利用强制流动低温冷空气流过食品表面使食品温度下降一个冷却方法。 空气冷却法方法空气冷
17、却冰块或机械制冷风道吹出冷却间或冷藏间热量降温循环冷空气冷风机食品五种不一样吸吹风形式冷风机冷风机肉类冷风冷却装置冷风冷却系统示意图循环吊钩风道冷风机冷风冷却系统示意图(3)冷风冷却系统示意(4)冷风冷却系统示意图(5) 工艺条件选择要依据食品种类、有没有包装、是否易干缩、是否快速冷却等来确定。空气冷却法工艺参数空气冷却法工艺效果温度相对湿度流速空气可对于未包装食品,采取空气冷却时会产生较大干耗损失。空气冷却法适用范围水果蔬菜鲜蛋乳品肉类家禽预冷处理冻藏食品冻结使用范围较广,广泛地用于不能用水冷却食品。优点缺点果蔬空气冷却果蔬冷却间冷藏库早期空气流速12m/s末期空气流速1m/s空气相对湿度冷
18、藏温度冷却间温度085%95%依据水果、蔬菜等品种不一样,将其冷却至各自适宜。畜肉空气冷却1传统方法:全部在冷却间完成冷却空气温度0左右风速0.51.5m/s2m/s相对湿度90%98%胴体后腿肌肉最厚部中心温度4冷却时间24h畜肉空气冷却2改善方法:变温快速两段冷却法,整个时间1418h第一阶段快速冷却隧道冷却间空气流速2m/s空气温度-5-15相对湿度90%24h时间胴体表面温度后腿中心温度0-21620特征散热快,肉胴体表面温度达0以下,形成了“冰壳”;第二阶段自然循环冷却间温度1-1相对湿度90%1014h半白条肉内外温度基础趋于一致,达成平衡温度4时,即可认为冷却结束。时间优点:食品
19、干耗小,平均干耗量为1%;肉类表面干燥,外观好,肉味佳,在分割时汁液流失量少。 禽肉空气冷却空气温度23相对湿度80%85%风速1.01.2m/s禽胴体温度5以下冷却时间7h左右提升风速4h左右鲜蛋空气冷却在专用冷却间内完成蛋箱堆垛冷却开始蛋空气温度通常低于蛋体温度23过程每隔12h将冷却间空气温度降低1左右相对湿度75%85%0.30.5m/s24h蛋体温度13空气流速冷却时间经过低温水把被冷却食品冷却到指定温度冷水冷却法预冷水箱水蒸发器食品冷水搅拌器冷却槽蒸发器食品冷水现代冰蓄冷技术方法喷淋式 浸渍式 冷水冷却方法混合式被冷却食品直接浸在冷水中冷却,并有搅拌器不停地搅拌冷水,提升传热速度和
20、均匀性,加紧食品冷却。 混合式冷却装置通常采取先浸渍后喷淋步骤 。冷水冷却范围和特征 因为产品外观会受到损害,而且失去了冷却以后储藏能力。鱼类、家禽水果、蔬菜和包装食品易变质食品大部分食品应用范围优点缺点传热系数高冷却速度快避免干耗被冷却食品之间易交叉感染碎冰凉却法 冰块融化时会吸收大量热量,其相变潜热为334.9KJ/kg。当冰块和食品接触时,冰融化能够直接从食品中吸收热量使食品快速冷却。 碎冰凉却法尤其适宜于鱼类冷却,因为它不仅能使鱼冷却、湿润、有光泽,而且不会发生干耗现象。 淡水冰海水冰冷却淡水鱼冷却海水鱼透明冰不透明冰形状机制块冰管冰片冰米粒冰不许可用被污染海水及港湾内水来制冰碎冰凉却
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