一、冷藏和冷凍方法的原理
低溫處理作為貯藏食品中抑制化學(xué)反應(yīng)和酶反應(yīng)、阻止微生物生長(zhǎng)的手段，很早就被極其廣泛地應(yīng)用了。
在一般情況下，溫度越低微生物生長(zhǎng)越慢，至某一溫度界限以下則所有的微生物活動(dòng)完全停止，因此可以采用低溫(冷凍)來(lái)控制微生物生長(zhǎng)。而在實(shí)際的食品保藏中，常常采用0℃左右或略高一點(diǎn)的溫度來(lái)冷藏。在這樣的溫度下，雖然不可能完全抑制微生物的生長(zhǎng)，但可在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)使食品保持原來(lái)的狀態(tài)。由于經(jīng)濟(jì)上是合算的，所以對(duì)某些種類(lèi)的食品來(lái)講，冷藏可以說(shuō)是出色的保藏方法。
1、微生物生長(zhǎng)和環(huán)境溫度的關(guān)系
微生物生活環(huán)境的物理和化學(xué)條件只能在一定的范圍內(nèi)變化。如果超越了變化范圍，則生長(zhǎng)就不能進(jìn)行。另外，綜合的環(huán)境條件，即使大致在可能生長(zhǎng)的范圍內(nèi)，如果各個(gè)環(huán)境因素遠(yuǎn)離微生物生長(zhǎng)的最適值，則也會(huì)相應(yīng)地降低微生物生長(zhǎng)速度。
環(huán)境溫度從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)也是控制微生物生長(zhǎng)活動(dòng)的最重要因素之一。用冷凍、冷藏來(lái)防止食品的腐敗和變質(zhì)，應(yīng)使其環(huán)境溫度處于不適于大部分腐敗微生物的生長(zhǎng)的范圍內(nèi)，從而使得由微生物活動(dòng)而引起的食品成分的各種反應(yīng)難以發(fā)生和進(jìn)行，這也就是低溫保藏的原理。
通常，微生物可以生長(zhǎng)的溫度范圍很廣，從最低的-10℃到最高的80℃之間。然而，這是對(duì)含有非常多種類(lèi)的微生物生物群的整體而言，實(shí)際上從各種微生物來(lái)看，其可以生長(zhǎng)的溫度范圍比此值狹隘得多。生長(zhǎng)最適溫度在25～45℃的微生物稱(chēng)為嗜溫微生物，也是我們周?chē)毡榇嬖诘奈⑸�，引起食品腐敗和變質(zhì)的微生物大部分屬于此群。生長(zhǎng)最適溫度在 25℃以下的微生物稱(chēng)為低溫微生物，這類(lèi)微生物為冷藏時(shí)引起食品變質(zhì)的重要微生物群。最適溫度在45℃以上的微生物是土壤中常見(jiàn)的菌群，稱(chēng)為嗜熱微生物。
2、在低溫環(huán)境中微生物的生長(zhǎng)
多數(shù)嗜低溫細(xì)菌在0℃或更低的溫度下，有某種程度的生長(zhǎng)。但是在這樣的溫度下，即使某些微生物能生長(zhǎng)，也并不是一個(gè)好的溫度。它們生長(zhǎng)最快的溫度通常為15℃或20℃。就是在特別低溫下能生長(zhǎng)的微生物，其最適溫度也是在10℃左右。因此，在低溫下，生長(zhǎng)速度隨著溫度的降低而降低，0℃以下則極其緩慢。
研究結(jié)果表明，遠(yuǎn)離生長(zhǎng)最適溫度時(shí)，細(xì)胞分裂時(shí)間逐漸增長(zhǎng)。在0℃左右，嗜低溫細(xì)菌的分裂速度也極其緩慢。
3、嗜低溫微生物的分布
微生物生長(zhǎng)的適宜溫度和進(jìn)行代謝活動(dòng)的溫度范圍，一般與此微生物生活環(huán)境的溫度有關(guān)。大多數(shù)在水溫低的海洋中生活的魚(yú)類(lèi)，在自然狀態(tài)下附帶的微生物幾乎大部分都是嗜低溫性的微生物，它們即使在0℃也能很好地生長(zhǎng)。所以把附有這些嗜低溫微生物的魚(yú)體等進(jìn)行冷藏，尤其是在0℃左右或略高一點(diǎn)的溫度下貯藏時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)這類(lèi)微生物生長(zhǎng)的現(xiàn)象。例如；在-2℃下冷藏的魚(yú)肉中，活菌數(shù)隨時(shí)間的推移而增加。
由此，鮮魚(yú)貝類(lèi)等水產(chǎn)食品粘附嗜低溫微生物的可能性比較大。雖然偶爾也有在農(nóng)產(chǎn)食品中發(fā)現(xiàn)嗜低溫微生物的情況，但是由于在畜肉類(lèi)、水果蔬菜等的農(nóng)產(chǎn)食品上附著的細(xì)菌大部分為嗜中溫性類(lèi)型，所以在低溫下，這些食品的腐敗和變質(zhì)，由酵母和絲狀菌引起的比細(xì)菌引起的更多。而這些食品在常溫下貯藏經(jīng)常變質(zhì)的原因，則是由產(chǎn)芽孢細(xì)菌的芽孢引起的，即使在5～8℃的低溫下，芽孢也可發(fā)芽后進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)增殖，但產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞在低溫下會(huì)緩慢地死去。
絲狀菌群或霉菌在低溫下能生長(zhǎng)的種類(lèi)也比較多。在食品中廣泛存在的曲霉和青霉大多數(shù)在10℃上下的溫度均能生長(zhǎng)。在5℃或0℃，則生長(zhǎng)受到限制，但仍然有相當(dāng)多種可以生長(zhǎng)。這類(lèi)絲狀菌在冷藏食品的污染中，占有最大比重。嗜低溫微生物均在各自相應(yīng)的低溫下生長(zhǎng)，由于是食品腐敗和變壞的原因，故在食品冷藏的情況下必須予以充分注意來(lái)防止其污染和生長(zhǎng)。
4、低溫處理殺滅的微生物
實(shí)踐中看到，在低溫貯藏過(guò)程中微生物的活菌數(shù)僅僅以極緩慢的速度減少，因此不能期望用冷凍和冷藏等的低溫處理來(lái)殺滅食品中存在的微生物。低溫下微生物的死亡速度受到微生物種類(lèi)、細(xì)胞的老幼、冷凍時(shí)的溫度、冷凍時(shí)間、冷凍速度、解凍速度、食品的化學(xué)組成等各種因素的影響。由冷凍而引起的微生物細(xì)胞死亡機(jī)理尚沒(méi)有完全搞清楚。但隨著細(xì)胞內(nèi)存在的水部分結(jié)冰而殘存的溶液中溶質(zhì)濃度增加，引起蛋白質(zhì)的變性和隨著冰晶的形成，細(xì)胞結(jié)構(gòu)部分地破壞等是使微生物細(xì)胞死亡的一部分原因。在比0℃稍高溫度下，某些微生物可能發(fā)生異常代謝，也成為在低溫下促進(jìn)微生物死亡的部分原因。
二、冰結(jié)晶
冰結(jié)晶是食品在凍結(jié)時(shí)由食品中的水分形成的冰塊。在凍結(jié)狀態(tài)下，一般食品中的酶分解和化學(xué)變化幾乎都不能進(jìn)行，這對(duì)于食品的貯藏和保鮮十分有益。但冰結(jié)晶的形成及冷藏中冰結(jié)晶的長(zhǎng)大等對(duì)食品的物理性狀和組織性狀以及食用時(shí)口感的影響卻很大。
1、冰結(jié)晶的生成
冰結(jié)晶是食品冷卻到一定溫度時(shí)生成的。冷卻食品開(kāi)始冰結(jié)晶的溫度稱(chēng)為冰點(diǎn)。隨著食物的種類(lèi)不同而冰點(diǎn)各異。普通的動(dòng)植物食品是－0.5～0.2℃，若進(jìn)一步冷卻則冰結(jié)晶逐漸增多，食品變硬，約在－5℃左右水分的80％成結(jié)晶的凍結(jié)狀態(tài)。食品成為凍結(jié)狀態(tài)的凍結(jié)點(diǎn)溫度不是特定的，通常有－5～－1℃的幅度，其中冰結(jié)晶生成最多的稱(chēng)為最大冰結(jié)晶生成帶。
急速冷卻和緩慢冷卻兩者通過(guò)最大冰結(jié)晶生成帶的時(shí)間非常不同，越慢則時(shí)間越長(zhǎng)，而且容易引起過(guò)冷現(xiàn)象。另外，急速凍結(jié)，則動(dòng)植物食品細(xì)胞中的冰結(jié)晶小而多，緩凍形成的結(jié)晶大而少。由凍結(jié)速度而引起結(jié)晶的大小，如表14—5所示。
表14—5 凍結(jié)速度不同而引起冰結(jié)晶的大小
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凍結(jié)方法 |
凍結(jié)速度的順序 |
冰結(jié)晶大小/um | ||
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厚度 |
寬度 |
長(zhǎng)度 | ||
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干冰 鹽水 金屬板 空氣 |
1 2 3 4 |
6.1 9.1 87.6 324.6 |
18.2 12.8 763.0 544.0 |
29.2 29.7 320.0 920.1 |
食品中的冰結(jié)晶形成除凍結(jié)速度外，還與動(dòng)植物體的狀態(tài)相關(guān)。例如魚(yú)類(lèi)，以同樣的速度，在變硬前細(xì)胞內(nèi)多，解凍后則細(xì)胞間多。這樣的冰結(jié)晶大小、數(shù)量、部位均影響解凍后食物的性質(zhì)，通常以損壞品質(zhì)的為多。冷凍食品在消費(fèi)前的冷藏期間冰結(jié)晶繼續(xù)生長(zhǎng)，一般難以做到大小均勻一致，通常生成大小不一的結(jié)晶。由于比小結(jié)晶大的結(jié)晶，其表面水蒸氣壓小，故冷藏中，小結(jié)晶的水蒸氣逐漸移向大結(jié)晶，即大結(jié)晶成長(zhǎng)更大，直至小結(jié)晶消失。
2、冰結(jié)晶生成的影響
動(dòng)植物食品均由細(xì)胞組成。其中，果蔬類(lèi)植物由纖維素和果膠質(zhì)圍繞著軟質(zhì)細(xì)胞群所構(gòu)成的組織組成，在細(xì)胞間存在有氣體間隙。與此比較起來(lái)，魚(yú)肉和作為食用肉的動(dòng)物肌細(xì)胞為細(xì)長(zhǎng)的纖維狀，有相當(dāng)彈力的肌纖維鞘包在細(xì)胞膜外，鞘中肌原纖維規(guī)則整齊地排列著，然后此肌纖維成束外面包圍著結(jié)締組織成為肌肉，進(jìn)而肌肉以結(jié)締組織組成的厚膜所包裹。這些厚的、有彈性的結(jié)締組織在冰結(jié)晶形成時(shí)，保護(hù)肌肉細(xì)胞組織，在解凍時(shí)也有促進(jìn)復(fù)原的作用。
動(dòng)植物由于這樣的細(xì)胞組織組成，因此冷卻而生成冰結(jié)晶，進(jìn)而到凍結(jié)狀態(tài)的冰結(jié)晶對(duì)它們的影響頗大，主要是影響生物體的組織結(jié)構(gòu)變化和細(xì)胞內(nèi)膠質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化。若形成大結(jié)晶之類(lèi)的異物，細(xì)胞和細(xì)胞組織會(huì)受到機(jī)械損傷。另外，在水結(jié)冰后，體積約膨脹 9％，由此使植物體之類(lèi)的軟細(xì)胞組織易受到損傷。再者，在植物組織中有細(xì)胞間隙氣體、溶存氣體等，特別是溶存氣體，若氣化則體積增大數(shù)百倍，產(chǎn)生大的膨脹壓而起破壞作用。因此若把凍結(jié)的草莓和番茄解凍，就會(huì)失去原來(lái)的硬度，成為松軟狀。而若將凍結(jié)鱈魚(yú)解凍，則肉質(zhì)成為多孔性的海綿狀。同時(shí)，細(xì)胞由膠質(zhì)狀的原形質(zhì)組成，在形成冰結(jié)晶的過(guò)程中膠質(zhì)脫水，因而隨著結(jié)晶的生成，未結(jié)晶部分的殘液的可溶性物質(zhì)的濃度逐漸增高，在細(xì)胞內(nèi)外形成濃度差，產(chǎn)生不同的滲透壓；而pH值的變化則使蛋白質(zhì)成為鹽析狀態(tài)而沉淀，溶解性降低以至變性。所以，解凍即使使冰結(jié)晶恢復(fù)成原來(lái)的水，也不可能再恢復(fù)原來(lái)的膠質(zhì)狀態(tài)(即新鮮狀態(tài))。解凍凍結(jié)食品的膠質(zhì)的不可逆性主要是由于生成了冰結(jié)晶的原故。
3、蛋白質(zhì)的變性
在凍結(jié)過(guò)程中，一些食品的蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生變性。例如把固狀豆腐凍結(jié)、冷藏，由于蛋白質(zhì)的變性，可以得到與生豆腐完全不同組成的另一種粘彈性結(jié)構(gòu)的凍豆腐。這主要是由于凍結(jié)之際，隨冰結(jié)晶的生成而形成了多孔性結(jié)構(gòu)，在－5～－1℃下貯存三周使蛋白質(zhì)變性而生粘彈性。魚(yú)肉蛋白質(zhì)也隨著凍結(jié)的深入而變性。
三、分類(lèi)食品的冷藏和冷凍處理
l、新鮮果蔬的冷藏和冷凍處理
(1)呼吸蒸發(fā)作用 植物性蔬菜和水果收獲后，仍是活動(dòng)的生物體。這一點(diǎn)在保藏上十分重要，而且是造成果蔬難以保藏的原因。由于是生物體，在收獲后進(jìn)行的呼吸作用、蒸發(fā)擴(kuò)散作用會(huì)降低品質(zhì)。同時(shí)，保藏中的呼吸熱也易使品溫升高，繁殖腐敗菌。為了抑制這些不良作用而保持鮮度，可以保藏在細(xì)胞沒(méi)有死亡的不凍結(jié)低溫下，一般0℃左右。蔬菜中，葉菜類(lèi)比根萊類(lèi)呼吸作用旺盛，呼吸作用越旺，消耗越大，鮮度越難保持。由于呼吸作用和溫度有密切關(guān)系，因此低溫可以起到抑制效果。在呼吸作用下產(chǎn)生的能量由于作為熱能而放出，故大量低溫保藏時(shí)必須注意品溫的升高。為此，在冷藏前有必要預(yù)先冷藏，稱(chēng)為預(yù)冷。預(yù)冷有空氣冷卻法、水冷法、真空冷卻法等，是新鮮果蔬保鮮不可缺少的處理。
如果從果蔬表面進(jìn)行蒸發(fā)擴(kuò)散作用，則葉菜類(lèi)枯萎、水果硬度減小而變?nèi)彳�，自然消耗使鮮度降低。此蒸發(fā)擴(kuò)散作用，由于受到濕度和溫度的影響，故在低溫、高濕度下有抑制的作用。但是提高濕度后，則要注意微生物的旺盛繁殖。
(2)低溫抑制 由于低溫下呼吸、蒸發(fā)擴(kuò)散作用被抑制，因而鮮度容易保持。但熱帶和亞熱帶產(chǎn)的果蔬則不行，它們依種類(lèi)和品種的不同受到生理的限制而有特殊變化。例如，香蕉在0.5～2℃下，ld之中果皮即變褐(或黑)，黃瓜在5℃約第3天發(fā)生疙瘩黑變、頂端黃色化、病害等。這類(lèi)產(chǎn)物由最適低溫可分兩類(lèi)：一種在7～10℃以上，另一種在7～10℃以下。而這種溫度以下的果蔬只要不凍結(jié)，則鮮度多能很好保持。
(3)CA貯藏——控制空氣的貯藏 依品種的不同而異。例如，蘋(píng)果僅冷藏就可以貯藏相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，如果調(diào)整溫度、濕度且控制一定的密閉大氣組成，則可以更長(zhǎng)時(shí)間地保持鮮度。一般的空氣組成約為：氧氣21％，氮?dú)?/SPAN>79％，二氧化碳0.03％，而把二氧化碳、氧氣均調(diào)整在約3％組成的冷藏稱(chēng)為CA貯藏。呼吸時(shí)，消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳而降低氧濃度，提高了二氧化碳濃度。在不影響品質(zhì)的情況下，應(yīng)極力抑制呼吸作用才可長(zhǎng)期保鮮。然而，之所以能保持鮮度的機(jī)理，尚未完全弄清楚。
(4)新鮮果蔬的凍結(jié) 新鮮果蔬由于凍結(jié)而阻止了微生物的繁殖，但不能使自身的酶失活。玉米和豌豆若不經(jīng)處理就凍結(jié)保藏，數(shù)周內(nèi)即產(chǎn)生異臭的風(fēng)味變化，這是脂肪酸敗之故。為了防止由酶引起的品質(zhì)下降，有必要用熱水和蒸汽進(jìn)行熱燙處理將酶失活。
水果類(lèi)由于風(fēng)味易發(fā)生變化，故不用熱燙。通常采用糖液浸漬、涂布砂糖等來(lái)防止氧化，同時(shí)增加風(fēng)味。天然果汁為保持新鮮水果的風(fēng)味，最適宜凍結(jié)保藏。在整個(gè)制造過(guò)程中，應(yīng)盡可能地避免加熱。凍結(jié)保藏的果汁和新鮮榨出的果汁具有同樣的風(fēng)味，是可供食用的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。新鮮果蔬一般均由柔軟細(xì)胞組成。若把這類(lèi)組織細(xì)胞凍結(jié)，即使解凍也不能恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，食感也完全不同，不宜再作為新鮮果蔬。
2、魚(yú)類(lèi)的冷藏和冷凍處理
(1)死后變化 魚(yú)捕獲或屠宰后，和植物體不同的是會(huì)發(fā)生動(dòng)物體特有的死后變化。這些變化過(guò)程大致為：首先，自身的酶系統(tǒng)開(kāi)始作用。在糖酵解作用下，糖原被分解生成乳酸， pH降低。然后，pH降至某一程度則三磷酸腺苷酶開(kāi)始作用。三磷酸腺苷被分解減少，磷酸肌酸也消失，肌肉蛋白收縮，則引起死后僵硬。僵硬使肌肉收縮，彈性和拉伸減少。魚(yú)捕獲之際，在網(wǎng)中若被悶死，則糖原分解生成乳酸，三磷酸腺苷也幾乎消耗殆盡，此時(shí)不引起僵硬直接發(fā)生腐敗。第三步，不久僵硬結(jié)束，恢復(fù)所謂解硬的原來(lái)硬度。第四步，肌肉中的酶發(fā)生自身消化，增加可溶性物質(zhì)，軟化組織。最后，自身消化使可溶性物質(zhì)增多，若粘附侵入的細(xì)菌就會(huì)旺盛地繁瑣，進(jìn)行分解產(chǎn)物積累，不久就腐敗。
(2)冷藏 為了防止腐敗，保持鮮度，魚(yú)捕獲后必須立即充分冷卻，低溫保藏。在低溫下僵直緩慢且維持時(shí)間也長(zhǎng)。冷藏有撒上碎冰冷卻的填冰法，投入到冰水中的冷卻冰水法，各有特點(diǎn)。一般不能用冷藏來(lái)長(zhǎng)期保藏魚(yú)類(lèi)。
(3)冷凍法 為了凍結(jié)，從品質(zhì)要求來(lái)看需要進(jìn)行急速凍結(jié)。凍結(jié)的方法大致有鹽水浸漬法(浸漬在約一5℃的食鹽水中凍結(jié))、接觸法(在-40～-25℃的低溫板上凍結(jié))、半鼓風(fēng)法(把-40～-35℃的冷風(fēng)，以3～5m／s的風(fēng)速送入凍結(jié))。凍結(jié)了的魚(yú)體為防止在凍藏中的干耗和空氣的氧化而保護(hù)魚(yú)面，可輕微地在水中浸一下或?yàn)⑺栽隰~(yú)體表面產(chǎn)生冰膜，稱(chēng)為“上光”。凍結(jié)魚(yú)的凍藏溫度越低越好，尤其長(zhǎng)時(shí)間保藏時(shí)，但考慮到經(jīng)濟(jì)困素，一般以-20℃為宜。
3、肉食的冷藏和冷凍處理
屠宰后的畜肉品溫為38～41℃，雞肉為42℃以上，而且熱的散失非常緩慢，在室溫下放置，則由于死后僵硬而產(chǎn)生的僵硬熱和乳酸等使蛋白質(zhì)變性，且自身消化組織，異常軟化而成多汁液，易受到微生物的污染和繁殖。為此，屠宰、放血、分半后得到的軀體(除去不可食部分的帶骨肉)水洗后，應(yīng)盡早地冷卻到0℃左右。以豬肉為例，如要在24h內(nèi)冷卻到1～2℃，需在一3℃、濕度90％～95％、風(fēng)速 0.2m／s的冷庫(kù)內(nèi)貯存。在此條件冷卻下，可以抑制自身消化和微生物的繁殖，肉的持水性、粘結(jié)性也好，保持明顯的鮮紅色，死后僵硬也因低溫而延緩，且延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，故鮮度保持時(shí)間也長(zhǎng)。
充分冷卻的肉食在1～2℃、濕度85％～90％、風(fēng)速0.5m／8的冷藏庫(kù)內(nèi)冷藏，牛肉可保持約1個(gè)月，豬肉約3周，嫩雞僅為1周。在冷藏過(guò)程中，牛肉能通過(guò)“成熟”來(lái)提高食品價(jià)值。在成熟過(guò)程中，將進(jìn)行自身消化，從而可溶性成分增多，鮮味增加，組織也軟化了。在l～2℃、濕度85％～90％、風(fēng)速0.5m／s的冷藏條件下，這種“成熟”約需3周時(shí)間(低溫成熟).若把品溫提高到15～18'C則可縮短至 1／3～1／4d(高溫成熟)。實(shí)際上，懸掛在3～4'C、濕度80％的冷藏庫(kù)中，新鮮牛肉需10～15d、豬肉7d，方能緩慢“成熱”。
畜肉由于比魚(yú)類(lèi)組織堅(jiān)韌，因此在冷藏過(guò)程中變化并不大。冷凍了的肉類(lèi)加上“上光，”冷藏，如在－30℃下凍結(jié)，－30～－20℃、濕度，90％～95％下貯藏，牛肉保藏期可達(dá)l～6個(gè)月，豬肉為1年。