[科普中国]-冰晶成长

简介

速冻食品适合较长期贮藏，因此其冻藏期一般较长。在冻藏过程中，由于冻藏温度的波动和环境中氧的作用，速冻食品会缓慢地发生下面一系列变化，其中就包括冰晶成长。刚生产出来的速冻食品，它的冰晶大小并不完全均匀一致。在冻藏过程中，由于冻藏时间较长，微细的冰晶会逐渐合并，成长为较大的冰晶，这种现象称为冰晶成长。

冰晶成长的原因冰晶成长的原因之一是冰晶周围的水或水蒸气向冰晶移动，附着并冻结在上面。在速冻食品的内部存在有三个相，即固相(大小不同的冰晶)、液相(残留的未冻结水溶液)及气相(水蒸气)。它们的饱和水蒸气压之间有下述关系：①液相的水蒸气压>冰晶的水蒸气压；②气相的水蒸气压>冰晶的水蒸气压；③小型冰晶的水蒸气压>大型冰晶的水蒸气压。由于压差的存在，水蒸气就从蒸气压高的一方向蒸气压低的一方移动，并不断附着、凝结到冰晶上面，使大冰晶越长越大，而小冰晶逐渐减少、消失。大冰晶的形成使细胞受到机械损伤的程度增加，导致蛋白质变性，解冻后液汁流失增加，食品的风味和营养价值等都受到影响。

冰晶成长的另一个原因是重结晶导致冰晶成长。重结晶是指冻藏过程中，由于冻藏温度的波动，导致反复解冻和再结晶所出现的结晶体积增大的现象。重结晶的程度直接取决于单位时间内温度波动的次数和程度，温度波动幅度越大、次数越多，重结晶的程度也越深，就会促使冰晶体颗粒迅速增大、数量迅速减少，以致严重破坏速冻食品的组织结构，使其解冻后失去弹性，使食品像慢冻那样受到严重的损伤。

刚生产出的速冻食品具有细微的冰晶结构。在其冻藏过程中，如果冻藏温度经常变动就会出现重结晶。当温度上升时，速冻食品细胞内的冰晶融化成水，使液相增加，由于水蒸气压差的存在，水分透过细胞膜扩散到细胞间隙中去，当温度又下降时，它们就附着并冻结到细胞间隙中的冰晶上面，使冰晶成长。因此，当冻藏温度波动时，细胞间隙中的冰晶成长(重结晶)最为明显1。

如何防止冰晶成长带来的不良影响要防止冻藏过程中因冰晶成长给速冻食品带来的不良影响，可以从以卜．两方面加以防止：①采用深温速冻方式，使食品中90%的水分在冻结过程中来不及移动，就在原位变成极微细的冰晶，这样形成的冰晶的大小及分布比较均匀。同时由于是深温速冻，冻结食品的终温比较低，食品的冻结率提高了，残留的液相少，也可减缓冻藏中此类冰晶的成长。②冻藏温度应尽量低，并且少变动，特别要避免-18℃以上温度的变动。

一般食品如要长期贮藏，-18℃的温度已能满足，但目前速冻产品贮藏温度仍有降低的趋势，有的降到-30℃甚至-40— -50℃，这主要是为了保持速冻产品的色泽。值得注意的是冻藏温度应与速冻温度相匹配。如果速冻温度低而冻藏温度高，则冻结中形成的小冰晶会在贮藏中逐渐增大而失去速冻的优点，最后结果亦与缓慢冻结相同2。

冰晶成长的控制1.减少冷冻食品的结构破坏有两个方面:(1)要形成小冰晶的基质;(2)要防止这些冰晶在食品流通过程中长大。从热力学角度来讲,即使温度被充分控制,但在能量方面,冰晶的分布仍然朝着有利于形成一个单一大晶体的目标发展。这是一个对温度非常敏感的过程。例如, 如果我们收集了平均直径25μm的冰晶, 已证明在-18℃下不经过24d的时间,直径就会翻番;而在-5℃仅存放24h就会出现同样的结果。

2.自然界在这方面同样也提供某种可能的解决办法。已经证明原本在北极鱼内发现的能阻止结冰的抗冻蛋白,通过用一个冰晶格限制在特定位置而生效。抗冻蛋白的存在使冰晶表面生长的能量分布改变。虽然它们抗结冰的能力不大，只能降低1℃～2℃结冰温度, 但它对重结晶的作用显著。因为这些蛋白已经移植给了多种多样的植物,所以,通过优化育种 ,未来的冷冻食品可能提供具有抗重结晶性的栽培品种,用于将来的冷冻食品。

3.对于某些食品可以保持冷冻的品质。采用渗透脱水,软性水果放在糖溶液中冷冻,对于它们最终的品质就有多重作用。首先,渗透脱水将水从细胞中挤出,降低了从水到冰的膨胀所聚积的压力;其次,碳水化合物的渗入则表现出能产生更好的生化稳定性,尤其在颜色和风味的保持方面。这些保护性因素的机理还不十分清楚 ,但可能与解冻组分的玻璃转化温度升高有几分关系。解冻组分中粘度降低了反应物之间相互接触的速率。鱼类产品利用此技术取得了延长货架期的效果3。