[科普中国]-冰峰前进速率

食品的冻结质量的评价指标

食品冻结质量受到冻结过程中多种因素的影响，主要与冻结过程中食品的水分流失以及内部形成的冰结晶的大小、位置有关。对于食品冻结质量，国内外并没有通行的分级评价指标。在实验室条件下，可以通过检测食品冻结过程的失重、解冻汁液流失率、pH值、加压失水率、蒸煮损失率以及组织结构观察来进行评价。上述检验方法通常需要使用精密的仪器和复杂的检测手段，在实际冷库生产中难以应用。

食品的冻结质量主要取决于冻结过程食品内部的冰晶的大小和分布，当食品冻结较快时，食品内的水分形成无数针状小冰晶，数量多，主要分布在细胞内；而当冻结速率较慢时，形成的冰晶则是少数柱状或者块状大冰晶，冰晶大部分在食品细胞间形成。由于水结冰时体积会增大，冻结较慢的食品内部所形成的大的结晶体会使食品细胞受挤压而变形，导致细胞壁的机械损伤或破裂。破裂的细胞在解冻时无法恢复原状，最终使食品中的蛋白质、淀粉等成分的保水性变成脱水性，致使冰结晶融化成水也不能被吸收，造成汁液流失，使食品的冻结质量变差。因此，食品冻结过程的快慢是影响食品冻结质量的重要因素。在实际冷库生产中通常使用食品的冻结时间或冻结速率作为衡量食品冻结质量的指标1。

冻结时间在冷库的实际生产中大都使用冻结时间作为食品冻结质量的评价指标。通常以食品热中心温度达到要求温度作为冻结完成条件，对于肉类冻结而言，需要使其中心温度达到-15℃。食品的冻结时间指标要求，在规定时间内食品的热中心温度从初始温度降低到所要求的温度。在冻结间内空气温度、流速等食品冻结条件保持固定的条件下，在规定的冻结时间内完成食品冻结过程，就可以保证食品的冻结质量满足要求。对于不同种类的食品和相应的冻结条件，在设计规范中有相应的食品冻结时间规定。在这种情况下，冻结间的实际运行不但受到库房空气温度的影响，同时受到冻结时间的制约。只有当冻结间空气温度达到要求温度，同时食品冻结时间达到规定的冻结时间时，冻结间才停止运行。此时认为食品的冻结质量达到要求，在食品出库时通常需要对食品的中心温度进行抽样检测。

然而由于冷库制冷系统负荷的波动以及控制方式的制约，冻结间内空气参数分布无法保持稳定不变，导致食品冻结条件的改变。在冻结间内食品冻结条件不断变化的情况下，即使食品的冻结时间达到规定时间，也无法保证食品的冻结质量满足要求。

冻结速率相对于冻结时间指标，食品的冻结速率可以更加准确的表征食品的冻结质量。食品的冻结速率与食品组织中的冰结晶大小和位置密切相关。这是因为，食品中的水分分布大致可以分成两部分，一是细胞内的水分，为胶体结合水；二是细胞间隙中的水分，为游离水。而胶体结合水比游离水的冻结点要低得多。在食品冻结时，首先冻结的是游离水和含盐浓度较低的水。当食品在冻结时，细胞间隙内的水分首先结成冰结晶。当细胞外的水分已经结成冰时，细胞内的水分因为冻结点低仍然处于液体状态。由于两者饱和蒸汽压的不同，致使细胞中的水分发生渗透作用，或以水蒸汽状态透过细胞膜而扩散到细胞间隙中。若冻结速率大，使冰结晶速度大于水和水蒸汽的扩散渗透速度，此时形成的冰结晶均匀的分布在食品细胞内和细胞间隙，而且冰晶较小，食品的冻结质量较好；若冻结速率较小，大部分水在细胞间隙内冻结，从而形成较大的冰晶体，降低食品的冻结质量。因此，冻结速率是衡量食品的冻结质量的重要指标2。

通常有三种方法来表征食品的冻结速率，分别为：

(1)食品通过最大冰晶生成带的时间

大部分食品降温通过-1℃～-5℃的过程中，食品内部约80%的水分都已经形成冰晶，定义这个温度范围为食品的最大冰晶生成带。使用食品热中心(即食品内部温度最高的点)降温通过最大冰晶生成带的(-1℃～-5℃)时间衡量食品的冻结速率。当这个时间小于30分钟时，规定为快速冻结，大于30分钟为慢速冻结。

(2)冰峰前进速率

Plank提出，以-5℃作为结冰锋面，测量结冰峰面从食品表面向内部移动的速率。规定当冻结速率为0.1～1cm/h、1～5cm/h、5～20cm/h时，冻结为慢速、中速和快速冻结。

(3)国际制冷协会(The International Institute of Refrigeration)将食品冻结速率定义为，食品表面到热中心的最小距离与从食品表面达到0℃到热中心温度下降到初始冻结点以下-10℃或-5℃所经历的时间之比。