一、冷藏和冷冻方法的原理

    低温处理作为贮藏食品中抑制化学反应和酶反应、阻止微生物生长的手段，很早就被极其广泛地应用了。   

    在一般情况下，温度越低微生物生长越慢，至某一温度界限以下则所有的微生物活动完全停止，因此可以采用低温(冷冻)来控制微生物生长。而在实际的食品保藏中，常常采用0℃左右或略高一点的温度来冷藏。在这样的温度下，虽然不可能完全抑制微生物的生长，但可在相当长时间内使食品保持原来的状态。由于经济上是合算的，所以对某些种类的食品来讲，冷藏可以说是出色的保藏方法。

    1、微生物生长和环境温度的关系

    微生物生活环境的物理和化学条件只能在一定的范围内变化。如果超越了变化范围，则生长就不能进行。另外，综合的环境条件，即使大致在可能生长的范围内，如果各个环境因素远离微生物生长的最适值，则也会相应地降低微生物生长速度。

    环境温度从这个意义上来说也是控制微生物生长活动的最重要因素之一。用冷冻、冷藏来防止食品的腐败和变质，应使其环境温度处于不适于大部分腐败微生物的生长的范围内，从而使得由微生物活动而引起的食品成分的各种反应难以发生和进行，这也就是低温保藏的原理。   

    通常，微生物可以生长的温度范围很广，从最低的-10℃到最高的80℃之间。然而，这是对含有非常多种类的微生物生物群的整体而言，实际上从各种微生物来看，其可以生长的温度范围比此值狭隘得多。生长最适温度在25～45℃的微生物称为嗜温微生物，也是我们周围普遍存在的微生物，引起食品腐败和变质的微生物大部分属于此群。生长最适温度在 25℃以下的微生物称为低温微生物，这类微生物为冷藏时引起食品变质的重要微生物群。最适温度在45℃以上的微生物是土壤中常见的菌群，称为嗜热微生物。

    2、在低温环境中微生物的生长

    多数嗜低温细菌在0℃或更低的温度下，有某种程度的生长。但是在这样的温度下，即使某些微生物能生长，也并不是一个好的温度。它们生长最快的温度通常为15℃或20℃。就是在特别低温下能生长的微生物，其最适温度也是在10℃左右。因此，在低温下，生长速度随着温度的降低而降低，0℃以下则极其缓慢。

    研究结果表明，远离生长最适温度时，细胞分裂时间逐渐增长。在0℃左右，嗜低温细菌的分裂速度也极其缓慢。   

    3、嗜低温微生物的分布

    微生物生长的适宜温度和进行代谢活动的温度范围，一般与此微生物生活环境的温度有关。大多数在水温低的海洋中生活的鱼类，在自然状态下附带的微生物几乎大部分都是嗜低温性的微生物，它们即使在0℃也能很好地生长。所以把附有这些嗜低温微生物的鱼体等进行冷藏，尤其是在0℃左右或略高一点的温度下贮藏时，经常会发现这类微生物生长的现象。例如；在-2℃下冷藏的鱼肉中，活菌数随时间的推移而增加。

    由此，鲜鱼贝类等水产食品粘附嗜低温微生物的可能性比较大。虽然偶尔也有在农产食品中发现嗜低温微生物的情况，但是由于在畜肉类、水果蔬菜等的农产食品上附着的细菌大部分为嗜中温性类型，所以在低温下，这些食品的腐败和变质，由酵母和丝状菌引起的比细菌引起的更多。而这些食品在常温下贮藏经常变质的原因，则是由产芽孢细菌的芽孢引起的，即使在5～8℃的低温下，芽孢也可发芽后进行营养增殖，但产生的营养细胞在低温下会缓慢地死去。   

    丝状菌群或霉菌在低温下能生长的种类也比较多。在食品中广泛存在的曲霉和青霉大多数在10℃上下的温度均能生长。在5℃或0℃，则生长受到限制，但仍然有相当多种可以生长。这类丝状菌在冷藏食品的污染中，占有最大比重。嗜低温微生物均在各自相应的低温下生长，由于是食品腐败和变坏的原因，故在食品冷藏的情况下必须予以充分注意来防止其污染和生长。

    4、低温处理杀灭的微生物  

    实践中看到，在低温贮藏过程中微生物的活菌数仅仅以极缓慢的速度减少，因此不能期望用冷冻和冷藏等的低温处理来杀灭食品中存在的微生物。低温下微生物的死亡速度受到微生物种类、细胞的老幼、冷冻时的温度、冷冻时间、冷冻速度、解冻速度、食品的化学组成等各种因素的影响。由冷冻而引起的微生物细胞死亡机理尚没有完全搞清楚。但随着细胞内存在的水部分结冰而残存的溶液中溶质浓度增加，引起蛋白质的变性和随着冰晶的形成，细胞结构部分地破坏等是使微生物细胞死亡的一部分原因。在比0℃稍高温度下，某些微生物可能发生异常代谢，也成为在低温下促进微生物死亡的部分原因。

二、冰结晶

    冰结晶是食品在冻结时由食品中的水分形成的冰块。在冻结状态下，一般食品中的酶分解和化学变化几乎都不能进行，这对于食品的贮藏和保鲜十分有益。但冰结晶的形成及冷藏中冰结晶的长大等对食品的物理性状和组织性状以及食用时口感的影响却很大。

    1、冰结晶的生成

    冰结晶是食品冷却到一定温度时生成的。冷却食品开始冰结晶的温度称为冰点。随着食物的种类不同而冰点各异。普通的动植物食品是－0.5～0.2℃，若进一步冷却则冰结晶逐渐增多，食品变硬，约在－5℃左右水分的80％成结晶的冻结状态。食品成为冻结状态的冻结点温度不是特定的，通常有－5～－1℃的幅度，其中冰结晶生成最多的称为最大冰结晶生成带。

急速冷却和缓慢冷却两者通过最大冰结晶生成带的时间非常不同，越慢则时间越长，而且容易引起过冷现象。另外，急速冻结，则动植物食品细胞中的冰结晶小而多，缓冻形成的结晶大而少。由冻结速度而引起结晶的大小，如表14—5所示。

表14—5  冻结速度不同而引起冰结晶的大小

食品中的冰结晶形成除冻结速度外，还与动植物体的状态相关。例如鱼类，以同样的速度，在变硬前细胞内多，解冻后则细胞间多。这样的冰结晶大小、数量、部位均影响解冻后食物的性质，通常以损坏品质的为多。冷冻食品在消费前的冷藏期间冰结晶继续生长，一般难以做到大小均匀一致，通常生成大小不一的结晶。由于比小结晶大的结晶，其表面水蒸气压小，故冷藏中，小结晶的水蒸气逐渐移向大结晶，即大结晶成长更大，直至小结晶消失。

    2、冰结晶生成的影响

    动植物食品均由细胞组成。其中，果蔬类植物由纤维素和果胶质围绕着软质细胞群所构成的组织组成，在细胞间存在有气体间隙。与此比较起来，鱼肉和作为食用肉的动物肌细胞为细长的纤维状，有相当弹力的肌纤维鞘包在细胞膜外，鞘中肌原纤维规则整齐地排列着，然后此肌纤维成束外面包围着结缔组织成为肌肉，进而肌肉以结缔组织组成的厚膜所包裹。这些厚的、有弹性的结缔组织在冰结晶形成时，保护肌肉细胞组织，在解冻时也有促进复原的作用。

    动植物由于这样的细胞组织组成，因此冷却而生成冰结晶，进而到冻结状态的冰结晶对它们的影响颇大，主要是影响生物体的组织结构变化和细胞内胶质结构的变化。若形成大结晶之类的异物，细胞和细胞组织会受到机械损伤。另外，在水结冰后，体积约膨胀 9％，由此使植物体之类的软细胞组织易受到损伤。再者，在植物组织中有细胞间隙气体、溶存气体等，特别是溶存气体，若气化则体积增大数百倍，产生大的膨胀压而起破坏作用。因此若把冻结的草莓和番茄解冻，就会失去原来的硬度，成为松软状。而若将冻结鳕鱼解冻，则肉质成为多孔性的海绵状。同时，细胞由胶质状的原形质组成，在形成冰结晶的过程中胶质脱水，因而随着结晶的生成，未结晶部分的残液的可溶性物质的浓度逐渐增高，在细胞内外形成浓度差，产生不同的渗透压；而pH值的变化则使蛋白质成为盐析状态而沉淀，溶解性降低以至变性。所以，解冻即使使冰结晶恢复成原来的水，也不可能再恢复原来的胶质状态(即新鲜状态)。解冻冻结食品的胶质的不可逆性主要是由于生成了冰结晶的原故。

    3、蛋白质的变性

    在冻结过程中，一些食品的蛋白质会发生变性。例如把固状豆腐冻结、冷藏，由于蛋白质的变性，可以得到与生豆腐完全不同组成的另一种粘弹性结构的冻豆腐。这主要是由于冻结之际，随冰结晶的生成而形成了多孔性结构，在－5～－1℃下贮存三周使蛋白质变性而生粘弹性。鱼肉蛋白质也随着冻结的深入而变性。

三、分类食品的冷藏和冷冻处理

    l、新鲜果蔬的冷藏和冷冻处理

    (1)呼吸蒸发作用  植物性蔬菜和水果收获后，仍是活动的生物体。这一点在保藏上十分重要，而且是造成果蔬难以保藏的原因。由于是生物体，在收获后进行的呼吸作用、蒸发扩散作用会降低品质。同时，保藏中的呼吸热也易使品温升高，繁殖腐败菌。为了抑制这些不良作用而保持鲜度，可以保藏在细胞没有死亡的不冻结低温下，一般0℃左右。蔬菜中，叶菜类比根莱类呼吸作用旺盛，呼吸作用越旺，消耗越大，鲜度越难保持。由于呼吸作用和温度有密切关系，因此低温可以起到抑制效果。在呼吸作用下产生的能量由于作为热能而放出，故大量低温保藏时必须注意品温的升高。为此，在冷藏前有必要预先冷藏，称为预冷。预冷有空气冷却法、水冷法、真空冷却法等，是新鲜果蔬保鲜不可缺少的处理。

    如果从果蔬表面进行蒸发扩散作用，则叶菜类枯萎、水果硬度减小而变柔软，自然消耗使鲜度降低。此蒸发扩散作用，由于受到湿度和温度的影响，故在低温、高湿度下有抑制的作用。但是提高湿度后，则要注意微生物的旺盛繁殖。

    (2)低温抑制  由于低温下呼吸、蒸发扩散作用被抑制，因而鲜度容易保持。但热带和亚热带产的果蔬则不行，它们依种类和品种的不同受到生理的限制而有特殊变化。例如，香蕉在0.5～2℃下，ld之中果皮即变褐(或黑)，黄瓜在5℃约第3天发生疙瘩黑变、顶端黄色化、病害等。这类产物由最适低温可分两类：一种在7～10℃以上，另一种在7～10℃以下。而这种温度以下的果蔬只要不冻结，则鲜度多能很好保持。

    (3)CA贮藏——控制空气的贮藏  依品种的不同而异。例如，苹果仅冷藏就可以贮藏相当长时间，如果调整温度、湿度且控制一定的密闭大气组成，则可以更长时间地保持鲜度。一般的空气组成约为：氧气21％，氮气79％，二氧化碳0.03％，而把二氧化碳、氧气均调整在约3％组成的冷藏称为CA贮藏。呼吸时，消耗氧气，产生二氧化碳而降低氧浓度，提高了二氧化碳浓度。在不影响品质的情况下，应极力抑制呼吸作用才可长期保鲜。然而，之所以能保持鲜度的机理，尚未完全弄清楚。

    (4)新鲜果蔬的冻结  新鲜果蔬由于冻结而阻止了微生物的繁殖，但不能使自身的酶失活。玉米和豌豆若不经处理就冻结保藏，数周内即产生异臭的风味变化，这是脂肪酸败之故。为了防止由酶引起的品质下降，有必要用热水和蒸汽进行热烫处理将酶失活。

    水果类由于风味易发生变化，故不用热烫。通常采用糖液浸渍、涂布砂糖等来防止氧化，同时增加风味。天然果汁为保持新鲜水果的风味，最适宜冻结保藏。在整个制造过程中，应尽可能地避免加热。冻结保藏的果汁和新鲜榨出的果汁具有同样的风味，是可供食用的优质产品。新鲜果蔬一般均由柔软细胞组成。若把这类组织细胞冻结，即使解冻也不能恢复到原来状态，食感也完全不同，不宜再作为新鲜果蔬。

    2、鱼类的冷藏和冷冻处理

    (1)死后变化  鱼捕获或屠宰后，和植物体不同的是会发生动物体特有的死后变化。这些变化过程大致为：首先，自身的酶系统开始作用。在糖酵解作用下，糖原被分解生成乳酸， pH降低。然后，pH降至某一程度则三磷酸腺苷酶开始作用。三磷酸腺苷被分解减少，磷酸肌酸也消失，肌肉蛋白收缩，则引起死后僵硬。僵硬使肌肉收缩，弹性和拉伸减少。鱼捕获之际，在网中若被闷死，则糖原分解生成乳酸，三磷酸腺苷也几乎消耗殆尽，此时不引起僵硬直接发生腐败。第三步，不久僵硬结束，恢复所谓解硬的原来硬度。第四步，肌肉中的酶发生自身消化，增加可溶性物质，软化组织。最后，自身消化使可溶性物质增多，若粘附侵入的细菌就会旺盛地繁琐，进行分解产物积累，不久就腐败。

    (2)冷藏  为了防止腐败，保持鲜度，鱼捕获后必须立即充分冷却，低温保藏。在低温下僵直缓慢且维持时间也长。冷藏有撒上碎冰冷却的填冰法，投入到冰水中的冷却冰水法，各有特点。一般不能用冷藏来长期保藏鱼类。

    (3)冷冻法  为了冻结，从品质要求来看需要进行急速冻结。冻结的方法大致有盐水浸渍法(浸渍在约一5℃的食盐水中冻结)、接触法(在-40～-25℃的低温板上冻结)、半鼓风法(把-40～-35℃的冷风，以3～5m／s的风速送入冻结)。冻结了的鱼体为防止在冻藏中的干耗和空气的氧化而保护鱼面，可轻微地在水中浸一下或洒水，以在鱼体表面产生冰膜，称为“上光”。冻结鱼的冻藏温度越低越好，尤其长时间保藏时，但考虑到经济困素，一般以-20℃为宜。   

    3、肉食的冷藏和冷冻处理   

    屠宰后的畜肉品温为38～41℃，鸡肉为42℃以上，而且热的散失非常缓慢，在室温下放置，则由于死后僵硬而产生的僵硬热和乳酸等使蛋白质变性，且自身消化组织，异常软化而成多汁液，易受到微生物的污染和繁殖。为此，屠宰、放血、分半后得到的躯体(除去不可食部分的带骨肉)水洗后，应尽早地冷却到0℃左右。以猪肉为例，如要在24h内冷却到1～2℃，需在一3℃、湿度90％～95％、风速 0.2m／s的冷库内贮存。在此条件冷却下，可以抑制自身消化和微生物的繁殖，肉的持水性、粘结性也好，保持明显的鲜红色，死后僵硬也因低温而延缓，且延续时间长，故鲜度保持时间也长。

    充分冷却的肉食在1～2℃、湿度85％～90％、风速0.5m／8的冷藏库内冷藏，牛肉可保持约1个月，猪肉约3周，嫩鸡仅为1周。在冷藏过程中，牛肉能通过“成熟”来提高食品价值。在成熟过程中，将进行自身消化，从而可溶性成分增多，鲜味增加，组织也软化了。在l～2℃、湿度85％～90％、风速0.5m／s的冷藏条件下，这种“成熟”约需3周时间(低温成熟).若把品温提高到15～18'C则可缩短至 1／3～1／4d(高温成熟)。实际上，悬挂在3～4'C、湿度80％的冷藏库中，新鲜牛肉需10～15d、猪肉7d，方能缓慢“成热”。

    畜肉由于比鱼类组织坚韧，因此在冷藏过程中变化并不大。冷冻了的肉类加上“上光，”冷藏，如在－30℃下冻结，－30～－20℃、湿度，90％～95％下贮藏，牛肉保藏期可达l～6个月，猪肉为1年。