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反應和酶反應、阻止微生物生長的手段，很早就被極其廣泛地應用了。   

    在一般情況下，溫度越低微生物生長越慢，至某一溫度界限以下則所有的微生物活動完全停止，因此可以采用低溫(冷凍)來控制微生物生長。而在實際的食品保藏中，常常采用0℃左右或略高一點的溫度來冷藏。在這樣的溫度下，雖然不可能完全抑制微生物的生長，但可在相當長時間內使食品保持原來的狀態。由于經濟上是合算的，所以對某些種類的食品來講，冷藏可以說是出色的保藏方法。

    1、微生物生長和環境溫度的關系

    微生物生活環境的物理和化學條件只能在一定的范圍內變化。如果超越了變化范圍，則生長就不能進行。另外，綜合的環境條件，即使大致在可能生長的范圍內，如果各個環境因素遠離微生物生長的最適值，則也會相應地降低微生物生長速度。

    環境溫度從這個意義上來說也是控制微生物生長活動的最重要因素之一。用冷凍、冷藏來防止食品的腐敗和變質，應使其環境溫度處于不適于大部分腐敗微生物的生長的范圍內，從而使得由微生物活動而引起的食品成分的各種反應難以發生和進行，這也就是低溫保藏的原理。   

    通常，微生物可以生長的溫度范圍很廣，從最低的-10℃到最高的80℃之間。然而，這是對含有非常多種類的微生物生物群的整體而言，實際上從各種微生物來看，其可以生長的溫度范圍比此值狹隘得多。生長最適溫度在25～45℃的微生物稱為嗜溫微生物，也是我們周圍普遍存在的微生物，引起食品腐敗和變質的微生物大部分屬于此群。生長最適溫度在 25℃以下的微生物稱為低溫微生物，這類微生物為冷藏時引起食品變質的重要微生物群。最適溫度在45℃以上的微生物是土壤中常見的菌群，稱為嗜熱微生物。

    2、在低溫環境中微生物的生長

    多數嗜低溫細菌在0℃或更低的溫度下，有某種程度的生長。但是在這樣的溫度下，即使某些微生物能生長，也并不是一個好的溫度。它們生長最快的溫度通常為15℃或20℃。就是在特別低溫下能生長的微生物，其最適溫度也是在10℃左右。因此，在低溫下，生長速度隨著溫度的降低而降低，0℃以下則極其緩慢。

    研究結果表明，遠離生長最適溫度時，細胞分裂時間逐漸增長。在0℃左右，嗜低溫細菌的分裂速度也極其緩慢。   

    3、嗜低溫微生物的分布

    微生物生長的適宜溫度和進行代謝活動的溫度范圍，一般與此微生物生活環境的溫度有關。大多數在水溫低的海洋中生活的魚類，在自然狀態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。所以把附有這些嗜低溫微生物的魚體等進行冷藏，尤其是在0℃左右或略高一點的溫度下貯藏時，經常會發現這類微生物生長的現象。例如；在-2℃下冷藏的魚肉中，活菌數隨時間的推移而增加。

    由此，鮮魚貝類等水產食品粘附嗜低溫微生物的可能性比較大。雖然偶爾也有在農產食品中發現嗜低溫微生物的情況，但是由于在畜肉類、水果蔬菜等的農產食品上附著的細菌大部分為嗜中溫性類型，所以在低溫下，這些食品的腐敗和變質，由酵母和絲狀菌引起的比細菌引起的更多。而這些食品在常溫下貯藏經常變質的原因，則是由產芽孢細菌的芽孢引起的，即使在5～8℃的低溫下，芽孢也可發芽后進行營養增殖，但產生的營養細胞在低溫下會緩慢地死去。   

    絲狀菌群或霉菌在低溫下能生長的種類也比較多。在食品中廣泛存在的曲霉和青霉大多數在10℃上下的溫度均能生長。在5℃或0℃，則生長受到限制，但仍然有相當多種可以生長。這類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的低溫下生長，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防止其污染和生長。

    4、低溫處理殺滅的微生物  

    實踐中看到，在低溫貯藏過程中微生物的活菌數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、細胞的老幼、冷凍時的溫度、冷凍時間、冷凍速度、解凍速度、食品的化學組成等各種因素的影響。由冷凍而引起的微生物細胞死亡機理尚沒有完全搞清楚。但隨著細胞內存在的水部分結冰而殘存的溶液中溶質濃度增加，引起蛋白質的變性和隨著冰晶的形成，細胞結構部分地破壞等是使微生物細胞死亡的一部分原因。在比0℃稍高溫度下，某些微生物可能發生異常代謝，也成為在低溫下促進微生物死亡的部分原因。

二、冰結晶

    冰結晶是食品在凍結時由食品中的水分形成的冰塊。在凍結狀態下，一般食品中的酶分解和化學變化幾乎都不能進行，這對于食品的貯藏和保鮮十分有益。但冰結晶的形成及冷藏中冰結晶的長大等對食品的物理性狀和組織性狀以及食用時口感的影響卻很大。

    1、冰結晶的生成

    冰結晶是食品冷卻到一定溫度時生成的。冷卻食品開始冰結晶的溫度稱為冰點。隨著食物的種類不同而冰點各異。普通的動植物食品是－0.5～0.2℃，若進一步冷卻則冰結晶逐漸增多，食品變硬，約在－5℃左右水分的80％成結晶的凍結狀態。食品成為凍結狀態的凍結點溫度不是特定的，通常有－5～－1℃的幅度，其中冰結晶生成最多的稱為最大冰結晶生成帶。

急速冷卻和緩慢冷卻兩者通過最大冰結晶生成帶的時間非常不同，越慢則時間越長，而且容易引起過冷現象。另外，急速凍結，則動植物食品細胞中的冰結晶小而多，緩凍形成的結晶大而少。由凍結速度而引起結晶的大小，如表14—5所示。

表14—5  凍結速度不同而引起冰結晶的大小

食品中的冰結晶形成除凍結速度外，還與動植物體的狀態相關。例如魚類，以同樣的速度，在變硬前細胞內多，解凍后則細胞間多。這樣的冰結晶大小、數量、部位均影響解凍后食物的性質，通常以損壞品質的為多。冷凍食品在消費前的冷藏期間冰結晶繼續生長，一般難以做到大小均勻一致，通常生成大小不一的結晶。由于比小結晶大的結晶，其表面水蒸氣壓小，故冷藏中，小結晶的水蒸氣逐漸移向大結晶，即大結晶成長更大，直至小結晶消失。

    2、冰結晶生成的影響

    動植物食品均由細胞組成。其中，果蔬類植物由纖維素和果膠質圍繞著軟質細胞群所構成的組織組成，在細胞間存在有氣體間隙。與此比較起來，魚肉和作為食用肉的動物肌細胞為細長的纖維狀，有相當彈力的肌纖維鞘包在細胞膜外，鞘中肌原纖維規則整齊地排列著，然后此肌纖維成束外面包圍著結締組織成為肌肉，進而肌肉以結締組織組成的厚膜所包裹。這些厚的、有彈性的結締組織在冰結晶形成時，保護肌肉細胞組織，在解凍時也有促進復原的作用。

    動植物由于這樣的細胞組織組成，因此冷卻而生成冰結晶，進而到凍結狀態的冰結晶對它們的影響頗大，主要是影響生物體的組織結構變化和細胞內膠質結構的變化。若形成大結晶之類的異物，細胞和細胞組織會受到機械損傷。另外，在水結冰后，體積約膨脹 9％，由此使植物體之類的軟細胞組織易受到損傷。再者，在植物組織中有細胞間隙氣體、溶存氣體等，特別是溶存氣體，若氣化則體積增大數百倍，產生大的膨脹壓而起破壞作用。因此若把凍結的草莓和番茄解凍，就會失去原來的硬度，成為松軟狀。而若將凍結鱈魚解凍，則肉質成為多孔性的海綿狀。同時，細胞由膠質狀的原形質組成，在形成冰結晶的過程中膠質脫水，因而隨著結晶的生成，未結晶部分的殘液的可溶性物質的濃度逐漸增高，在細胞內外形成濃度差，產生不同的滲透壓；而pH值的變化則使蛋白質成為鹽析狀態而沉淀，溶解性降低以至變性。所以，解凍即使使冰結晶恢復成原來的水，也不可能再恢復原來的膠質狀態(即新鮮狀態)。解凍凍結食品的膠質的不可逆性主要是由于生成了冰結晶的原故。

    3、蛋白質的變性

    在凍結過程中，一些食品的蛋白質會發生變性。例如把固狀豆腐凍結、冷藏，由于蛋白質的變性，可以得到與生豆腐完全不同組成的另一種粘彈性結構的凍豆腐。這主要是由于凍結之際，隨冰結晶的生成而形成了多孔性結構，在－5～－1℃下貯存三周使蛋白質變性而生粘彈性。魚肉蛋白質也隨著凍結的深入而變性。

三、分類食品的冷藏和冷凍處理

    l、新鮮果蔬的冷藏和冷凍處理

    (1)呼吸蒸發作用  植物性蔬菜和水果收獲后，仍是活動的生物體。這一點在保藏上十分重要，而且是造成果蔬難以保藏的原因。由于是生物體，在收獲后進行的呼吸作用、蒸發擴散作用會降低品質。同時，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，可以保藏在細胞沒有死亡的不凍結低溫下，一般0℃左右。蔬菜中，葉菜類比根萊類呼吸作用旺盛，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系，因此低溫可以起到抑制效果。在呼吸作用下產生的能量由于作為熱能而放出，故大量低溫保藏時必須注意品溫的升高。為此，在冷藏前有必要預先冷藏，稱為預冷。預冷有空氣冷卻法、水冷法、真空冷卻法等，是新鮮果蔬保鮮不可缺少的處理。

    如果從果蔬表面進行蒸發擴散作用，則葉菜類枯萎、水果硬度減小而變柔軟，自然消耗使鮮度降低。此蒸發擴散作用，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、蒸發擴散作用被抑制，因而鮮度容易保持。但熱帶和亞熱帶產的果蔬則不行，它們依種類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天發生疙瘩黑變、頂端黃色化、病害等。這類產物由最適低溫可分兩類：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，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，蘋果僅冷藏就可以貯藏相當長時間，如果調整溫度、濕度且控制一定的密閉大氣組成，則可以更長時間地保持鮮度。一般的空氣組成約為：氧氣21％，氮氣79％，二氧化碳0.03％，而把二氧化碳、氧氣均調整在約3％組成的冷藏稱為CA貯藏。呼吸時，消耗氧氣，產生二氧化碳而降低氧濃度，提高了二氧化碳濃度。在不影響品質的情況下，應極力抑制呼吸作用才可長期保鮮。然而，之所以能保持鮮度的機理，尚未完全弄清楚。

    (4)新鮮果蔬的凍結  新鮮果蔬由于凍結而阻止了微生物的繁殖，但不能使自身的酶失活。玉米和豌豆若不經處理就凍結保藏，數周內即產生異臭的風味變化，這是脂肪酸敗之故。為了防止由酶引起的品質下降，有必要用熱水和蒸汽進行熱燙處理將酶失活。

    水果類由于風味易發生變化，故不用熱燙。通常采用糖液浸漬、涂布砂糖等來防止氧化，同時增加風味。天然果汁為保持新鮮水果的風味，最適宜凍結保藏。在整個制造過程中，應盡可能地避免加熱。凍結保藏的果汁和新鮮榨出的果汁具有同樣的風味，是可供食用的優質產品。新鮮果蔬一般均由柔軟細胞組成。若把這類組織細胞凍結，即使解凍也不能恢復到原來狀態，食感也完全不同，不宜再作為新鮮果蔬。

    2、魚類的冷藏和冷凍處理

    (1)死后變化  魚捕獲或屠宰后，和植物體不同的是會發生動物體特有的死后變化。這些變化過程大致為：首先，自身的酶系統開始作用。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。魚捕獲之際，在網中若被悶死，則糖原分解生成乳酸，三磷酸腺苷也幾乎消耗殆盡，此時不引起僵硬直接發生腐敗。第三步，不久僵硬結束，恢復所謂解硬的原來硬度。第四步，肌肉中的酶發生自身消化，增加可溶性物質，軟化組織。最后，自身消化使可溶性物質增多，若粘附侵入的細菌就會旺盛地繁瑣，進行分解產物積累，不久就腐敗。

    (2)冷藏  為了防止腐敗，保持鮮度，魚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間也長。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。一般不能用冷藏來長期保藏魚類。

    (3)冷凍法  為了凍結，從品質要求來看需要進行急速凍結。凍結的方法大致有鹽水浸漬法(浸漬在約一5℃的食鹽水中凍結)、接觸法(在-40～-25℃的低溫板上凍結)、半鼓風法(把-40～-35℃的冷風，以3～5m／s的風速送入凍結)。凍結了的魚體為防止在凍藏中的干耗和空氣的氧化而保護魚面，可輕微地在水中浸一下或灑水，以在魚體表面產生冰膜，稱為“上光”。凍結魚的凍藏溫度越低越好，尤其長時間保藏時，但考慮到經濟困素，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生的僵硬熱和乳酸等使蛋白質變性，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，應盡早地冷卻到0℃左右。以豬肉為例，如要在24h內冷卻到1～2℃，需在一3℃、濕度90％～95％、風速 0.2m／s的冷庫內貯存。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，且延續時間長，故鮮度保持時間也長。

    充分冷卻的肉食在1～2℃、濕度85％～90％、風速0.5m／8的冷藏庫內冷藏，牛肉可保持約1個月，豬肉約3周，嫩雞僅為1周。在冷藏過程中，牛肉能通過“成熟”來提高食品價值。在成熟過程中，將進行自身消化，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％、風速0.5m／s的冷藏條件下，這種“成熟”約需3周時間(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)。實際上，懸掛在3～4'C、濕度80％的冷藏庫中，新鮮牛肉需10～15d、豬肉7d，方能緩慢“成熱”。

    畜肉由于比魚類組織堅韌，因此在冷藏過程中變化并不大。冷凍了的肉類加上“上光，”冷藏，如在－30℃下凍結，－30～－20℃、濕度，90％～95％下貯藏，牛肉保藏期可達l～6個月，豬肉為1年。