[科普中国]-冻结温度曲线

定义

在食品冷却、冻结的不同温度阶段中，放出的热量是不均衡的。当食品刚被冷却时，食品的温度下降较快，但降至某一温度时，食品中的水分开始冻结，并形成冰晶，这个温度即为食品的冻结点，也称为冰点。当食品继续被冷却时，其冷量主要用来夺取食品中大部分水分冻结成冰时所放出的大量潜热，因此，在较长时间内食品的温度几乎恒定，曲线呈水平状态，这段温度区间通常在－1～－5℃，称为最大冰晶生成带（zone of maximum crystallization）。此后，食品温度又快速下降，直至冻结结束。1

食品冻结过程任何水溶液的冰点都低于纯水的冰点0℃,这一自然现象称为冰点降低。降低的程度取决于溶质的性质和浓度。新鲜食品中的水分一般占2/3,最高达95%以上,水中溶有糖、酸、矿物质以及胶体物质,所以食品的冰点均在 0℃以下。冻结过程是食品中水分不断冻结成冰的过程。随着温度的降低，水分由液相转变为固相的变化可以用冻结曲线表示。冰晶大小和胶体浓缩是影响冻结食品质量的重要因素。

含义冻结曲线食品在缓慢冻结的过程中，水分随温度而变化。以牛肉薄片的冻结曲线为例，图中右侧斜线表示冰点总水分的百分率）。①当温度降到冰点时，肉中的水并不立即冻结，待温度降到足以出现晶核后，才开始向固相转变，而且释放出冰的熔化潜热，使温度回升到冰点。这一现象称为过冷，回升前的温度称为过冷温度。②其后，牛肉中的纯水由外向内冻结成冰的结晶。在水不断冻结并释放潜热的一段时间内，温度保持恒定,与此同时,水中的溶质因水分减少而相应浓缩。③随着水溶液中溶质浓度的增加，按照冰点降低的原理，出现新的冰点。新冰点低于原来的冰点,因而牛肉的温度逐渐下降。因温度的继续降低,水分不断冻结，溶液进一步浓缩，冰点再一次降低。④上述②和③的现象交替重复，直到浓缩溶液中的残留水分基本冻结。食品的种类繁多，其化学成分各不相同，但冻结曲线相似,仅冰点高低有些出入。

冰晶和胶体各种固态食品无论是肉禽鱼贝还是蔬菜水果，都是由细胞组成的。细胞内有胶体状态的原生质，水分以游离状态存在于细胞间隙和原生质之中。当食品开始冻结时，细胞间隙和胶体亲和力较弱的水首先结成冰晶，其后逐渐长大。冰晶的大小决定于结晶的快慢，温度越低，冻结越快，形成的冰晶愈多，冰晶就愈小。反之，冰晶越大。要得到高质量的冻结食品，必须采用速冻工艺，使食品整个组织中的水都形成均一的微小冰晶；解冻后，其胶体物质能重新吸水恢复原状。否则,缓慢冻结形成的大冰晶会刺破细胞膜，解冻以后,汁水流失，组织软烂，失去原来的新鲜度。食品在冻藏期间，温度应保持恒定，如波动幅度过大，每当温度高于冰点时，小结晶融化成水，大结晶只部分融化；待温度降到冰点以下时,小冰晶融成的水,以大冰晶为晶核，使大冰晶长得更大。

影响缓慢冻结对成品的不良影响，除大冰晶的危害以外，还有胶体的浓缩问题。当胶体中电解质浓缩到一定程度时，胶体即产生不可逆的化学反应，以致解冻以后出现蛋白质凝固等现象，不能恢复原来的胶体状态。水结为冰晶和胶体浓度是同时发生的，并且都是影响食品质量的重要因素。因此在许多国家的食品法、食品法规或食品标准中都规定了各种冻藏食品必须在特定的时间内快速冻结。1