基本介紹
- 中文名：食品熱中心
- 外文名：Food heat center
- 內容：凍結食品內部溫度最高的點
- 凍肉：中心溫度達到-15℃
- 定義：凍結時間和速率
- 評價：凍結是否完成
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食品熱中心
食品熱中心即凍結食品內部溫度最高的點，也是食品凍藏過程中內部最晚形成冰晶的區域。對於規則食品，其熱中心一般在其幾何中心。通常以食品熱中心溫度達到要求溫度作為凍結完成條件，對於肉類凍結而言，需要使其中心溫度達到-15℃。可用食品熱中心降溫通過最大冰晶生成帶的(-1℃～-5℃)時間衡量食品的凍結速率；或將食品凍結速率定義為，食品表面到熱中心的最小距離與從食品表面達到0℃到熱中心溫度下降到初始凍結點以下-10℃或-5℃所經歷的時間之比。
食品的凍結質量
食品凍結質量受到凍結過程中多種因素的影響，主要與凍結過程中食品的水分流失以及內部形成的冰結晶的大小、位置有關。食品的熱中心即食品凍藏過程中內部最晚形成冰晶的區域，對於規則食品，其熱中心一般在其幾何中心。對於食品凍結質量，國內外並沒有通行的分級評價指標。在實驗室條件下，可以通過檢測食品凍結過程的失重、解凍汁液流失率、pH值、加壓失水率、蒸煮損失率以及組織結構觀察來進行評價。上述檢驗方法通常需要使用精密的儀器和複雜的檢測手段，在實際冷庫生產中難以套用。
食品的凍結質量主要取決於凍結過程食品內部的冰晶的大小和分布，當食品凍結較快時，食品內的水分形成無數針狀小冰晶，數量多，主要分布在細胞內；而當凍結速率較慢時，形成的冰晶則是少數柱狀或者塊狀大冰晶，冰晶大部分在食品細胞間形成。由於水結冰時體積會增大，凍結較慢的食品內部所形成的大的結晶體會使食品細胞受擠壓而變形，導致細胞壁的機械損傷或破裂。破裂的細胞在解凍時無法恢復原狀，最終使食品中的蛋白質、澱粉等成分的保水性變成脫水性，致使冰結晶融化成水也不能被吸收，造成汁液流失，使食品的凍結質量變差。因此，食品凍結過程的快慢是影響食品凍結質量的重要因素。在實際冷庫生產中通常使用食品的凍結時間或凍結速率作為衡量食品凍結質量的指標。
食品凍結質量的指標
在實際冷庫生產中通常使用食品的凍結時間或凍結速率作為衡量食品凍結質量的指標。
凍結時間
在冷庫的實際生產中大都使用凍結時間作為食品凍結質量的評價指標。通常以食品熱中心溫度達到要求溫度作為凍結完成條件，對於肉類凍結而言，需要使其中心溫度達到-15℃。食品的凍結時間指標要求，在規定時間內食品的熱中心溫度從初始溫度降低到所要求的溫度。在凍結間內空氣溫度、流速等食品凍結條件保持固定的條件下，在規定的凍結時間內完成食品凍結過程，就可以保證食品的凍結質量滿足要求。對於不同種類的食品和相應的凍結條件，在設計規範中有相應的食品凍結時間規定。在這種情況下，凍結間的實際運行不但受到庫房空氣溫度的影響，同時受到凍結時間的制約。只有當凍結間空氣溫度達到要求溫度，同時食品凍結時間達到規定的凍結時間時，凍結間才停止運行。此時認為食品的凍結質量達到要求，在食品出庫時通常需要對食品的中心溫度進行抽樣檢測。
然而由於冷庫製冷系統負荷的波動以及控制方式的制約，凍結間內空氣參數分布無法保持穩定不變，導致食品凍結條件的改變。在凍結間內食品凍結條件不斷變化的情況下，即使食品的凍結時間達到規定時間，也無法保證食品的凍結質量滿足要求。
凍結速率
相對於凍結時間指標，食品的凍結速率可以更加準確的表征食品的凍結質量。食品的凍結速率與食品組織中的冰結晶大小和位置密切相關。這是因為，食品中的水分分布大致可以分成兩部分，一是細胞內的水分，為膠體結合水；二是細胞間隙中的水分，為游離水。而膠體結合水比游離水的凍結點要低得多。在食品凍結時，首先凍結的是游離水和含鹽濃度較低的水。當食品在凍結時，細胞間隙內的水分首先結成冰結晶。當細胞外的水分已經結成冰時，細胞內的水分因為凍結點低仍然處於液體狀態。由於兩者飽和蒸汽壓的不同，致使細胞中的水分發生滲透作用，或以水蒸汽狀態透過細胞膜而擴散到細胞間隙中。若凍結速率大，使冰結晶速度大於水和水蒸汽的擴散滲透速度，此時形成的冰結晶均勻的分布在食品細胞內和細胞間隙，而且冰晶較小，食品的凍結質量較好；若凍結速率較小，大部分水在細胞間隙內凍結，從而形成較大的冰晶體，降低食品的凍結質量。因此，凍結速率是衡量食品的凍結質量的重要指標。
通常有三種方法來表征食品的凍結速率，分別為：
(1)食品通過最大冰晶生成帶的時間
大部分食品降溫通過-1℃～-5℃的過程中，食品內部約80%的水分都已經形成冰晶，定義這個溫度範圍為食品的最大冰晶生成帶。使用食品熱中心(即食品內部溫度最高的點)降溫通過最大冰晶生成帶的(-1℃～-5℃)時間衡量食品的凍結速率。當這個時間小於30分鐘時，規定為快速凍結，大於30分鐘為慢速凍結。
(2)冰峰前進速率
Plank提出，以-5℃作為結冰鋒面，測量結冰峰面從食品表面向內部移動的速率。規定當凍結速率為0.1～1cm/h、1～5cm/h、5～20cm/h時，凍結為慢速、中速和快速凍結。
(3)國際製冷協會(The International Institute of Refrigeration)將食品凍結速率定義為，食品表面到熱中心的最小距離與從食品表面達到0℃到熱中心溫度下降到初始凍結點以下-10℃或-5℃所經歷的時間之比。
土豆凍結時熱中心的變化
強制對流換熱時，在凍結過程中土豆的熱中心逐漸向土豆幾何中心下方偏移。冷卻空氣溫度為-40℃時，風速從1m/s依次增大到2m/s、4m/s和8m/s，相變界面從最外側移動到中心時間依次減少約700s、300s和400s。
自然對流條件下，在凍結過程中土豆的熱中心逐漸偏移土豆的幾何中心向上移動。冷卻空氣溫度從-25℃依次降低到-30℃、-35℃和-45℃，相變界面從最外側移動到中心時間依次減少約2000s、1300s和800s。
