基礎知識

一、水產品低溫加工原理

食品的腐敗變質主要是由于微生物作用、酶的作用和非酶化學作用引起的。但這三種作用的強弱都與溫度有著密切關系。其主要原因是由于微生物的生命活動、酶的催化作用和其他的化學反應，都需要在一定的溫度和水分情況下進行。如果降低貯藏溫度，微生物的生長、繁殖就會減慢，酶的活性也會減弱，就可以延長食品的貯藏期。此外，低溫下微生物新陳代謝會被破壞，其細胞內積累的有毒物質及其他過氧化物能導致微生物死亡。當食品的溫度降至-18℃以下時，食品中90％以上的水分都會變成冰，所形成的冰晶還可以以機械方式破壞微生物細胞，細胞失去養料或因部分原生質凝固或因細胞脫水等，都會造成微生物死亡。因此，對于水產品來說，低溫是最有效、應用最廣泛的一種貯藏方法，它可以更長期地保持食品原有的品質。

對于水產等動物性食品，在貯藏時，因物體細胞都已死亡，本身不能控制引起食品變質的酶的作用，也無法抵抗微生物的侵襲。因此，貯藏動物性食品時，最好是在其凍結點以下的溫度保藏，以抑制微生物的繁殖、酶的作用并減慢食品內的化學變化，食品就可以較長時間地維持它的品質。

1.水產品冷凍加工主要方法

水產品冷凍加工是利用低溫保藏食品和加工食品的方法，主要包括水產品的冷卻、凍結、冷藏、解凍的方法。

（1）水產品的冷卻　冷卻是指將水產品的溫度降低到某一指定溫度，但不低于食品汁液的凍結點。冷卻溫度通常在10℃以下，其下限為-2～4℃。食品的冷卻貯藏，可延長它的貯藏期，并能保持其新鮮狀態。但由于在冷卻溫度下，細菌、霉菌等微生物仍能生長繁殖，而冷卻的動物性食品只能作短期貯藏。

（2）水產品的凍結　凍結是指將水產品的溫度降低到食品汁液的凍結點以下，使食品中的水分大部分凍結成冰。凍結溫度帶國際上推薦為-18℃以下。凍結食品中微生物的生命活動及酶的生化作用均受到抑制、水分活度下降，因此可進行長期貯藏。

（3）水產品的冷藏　冷藏是指水產品保持在冷卻或凍結終了溫度的條件下，將水產品低溫貯藏一定時間。根據食品冷卻或凍結加工溫度的不同，冷藏又可分為冷卻物冷藏和凍結物冷藏兩種。冷卻物冷藏溫度一般在0℃以上，凍結物冷藏溫度一般為-18℃以下。對一些多脂魚類，歐美國家建議冷藏溫度為-25～-30℃，以獲得較高的品質和延長貯藏期。

（4）水產品的解凍　解凍是指將凍結水產品中的冰晶融化成水，恢復到凍結前的新鮮狀態。解凍也是凍結的逆過程，對于作為加工原料的凍結品，一般只需升溫至半解凍狀態即可。

2.低溫對微生物的影響

食品中的微生物主要包括細菌、霉菌、酵母菌等，任何微生物都有一定的正常生長和繁殖溫度范圍。溫度對其生長繁殖影響很大，溫度越低，它們的活動能力也越弱。根據微生物對溫度的耐受程度，可將微生物分為嗜冷微生物、嗜溫微生物、嗜熱微生物三種類型，每一類型的微生物都有其最適生長溫度和最高生長溫度（表2-1）。水產品上附著的微生物主要是嗜冷菌，它們在適宜的環境下就能生長繁殖，分泌出各種酶類，使水產品中的蛋白質、脂肪等營養成分迅速分解，并產生三甲胺、四氫化吡咯、硫化氫、氨等難聞的氣味和有毒物質，使其失去營養價值。

低溫抑制微生物的主要原因是：一方面低溫導致微生物細胞內酶的活性隨之下降，使得物質代謝過程中各種生化反應速度減慢，因而微生物的繁殖速度也隨之減慢。在正常情況下，微生物細胞內的各種生化反應總是相互協調一致的。但在降溫時，各種生化反應按照其各自的溫度系數（Q10）減慢，破壞了各種生化反應的協調一致性，從而破壞了微生物細胞內的新陳代謝。另一方面食品凍結時，冰晶體的形成會使得微生物細胞內的原生質或膠體脫水，細胞內溶質濃度的增加常會促使蛋白質變性。同時，冰晶體的形成還會使微生物受到機械性破壞。

因此，低溫可抑制食品中所有微生物的生長，延長食品的貯藏期。低溫影響微生物活性的因素有以下幾點。

（1）溫度　貯藏溫度在冰點或冰點以上時，部分能適應低溫的微生物會逐漸生長繁殖。由于各種微生物生物學特性的差異，溫度對于各種微生物生長的影響程度是不同的。凍結溫度對微生物的殺傷性很大，尤其是-5～-2℃的溫度范圍對微生物的殺傷性最大。但是當溫度下降到-25～-20℃時，微生物的死亡速率反而緩慢得多，因為在此溫度范圍，微生物細胞內的生化反應幾乎完全停止。

（2）降溫速度　在凍結溫度以上時，降溫速度越快，微生物的死亡速率也越大。這是因為在降溫過程中，微生物細胞內新陳代謝所需要的各種生化反應的協調一致性被迅速破壞。食品凍結以后的情況恰恰相反，緩凍會導致大量微生物死亡，而速凍則相反。因為緩凍時形成了量少粒大的冰晶體，不僅對微生物細胞產生機械破壞作用，還能促進蛋白質變性。

（3）水分存在狀態　結合水較多時，水分不易凍結，形成的冰晶小而少，對微生物細胞的損傷也小；反之，游離水分多時，形成的冰晶大，對細胞的損傷也大。細菌和霉菌芽孢中的水分含量較低，其中結合水分含量較高，在冷卻時較易進入過冷狀態，而不形成冰晶體，這就有利于保持細胞內膠質體的穩定性，菌體不易死亡。

（4）介質　高水分和低pH值的介質會加速微生物的死亡，而食品中所含的糖、鹽、蛋白質、脂肪等物質對微生物有一定的保護作用，使溫度對微生物的影響減弱。

2.低溫對酶的影響

酶的活性與溫度密切相關，低溫處理雖然會使酶的活性下降，但不能破壞酶的活性。因此，在低溫條件下酶仍然會進行緩慢的催化反應，在長期冷藏中，酶的作用仍可以使食品變質。一般來說，溫度降到-18℃時，才能有效抑制酶的活性。但即使溫度低于-18℃時，酶的催化作用也未停止，只是進行較緩慢而已。當水產品解凍后，隨著溫度的升高，酶的活性，甚至比活性更高，會加速水產品的變質。

3.低溫對非酶化學反應的影響

引起水產品腐敗變質的因素除了微生物和酶促反應外，還有其他一些因素，如油脂氧化等。水產品中含有不飽和脂肪酸，易發生氧化反應，生成醛、酮、酸、酯、醚等物質，并且使油脂黏度增加，產生令人不愉快的“哈喇”味。一般來說，溫度越低，反應速度越慢，所以低溫保藏對生化反應有一定的抑制作用。

從以上介紹可看出，低溫可抑制微生物生長繁殖、酶的活性和生化反應的進行，但并不能完全抑制它們的作用。所以食品（包括水產品）大都要求在-18℃以下冷凍貯藏。若進一步考慮到一些低溫酶在-18℃還能有作用，對高檔水產品則要求貯藏在-35℃以下，甚至有些產品要求低溫保藏在-70～-60℃，才能使酶的作用得到較完全的控制。

二、水產冷凍食品加工原理

1.水產品凍結保藏原理

將食品中所含的水分，部分或全部轉變為冰的過程，稱為食品的凍結。凍結貯藏是利用低溫將水產品的中心溫度降至-15℃以下，體內組織水分絕大部分凍結，然后在于-18℃以下進行貯藏和流通的低溫保藏方法。食品凍結貯藏原理就是將食品的溫度降低到其凍結點以下，使微生物無法進行生長繁殖，并抑制各種酶的生物化學反應速度，達到使食品能在低溫下長期貯藏的目的。

（1）水產品的主要凍結性質

①冰點　魚肉的冰點是指魚肉在冷卻時，最初結冰的溫度。魚肉中的水不是純水，而是處于溶液狀態，故其冰點一定低于0℃。一般海產魚類的冰點在-2.6～-0.6℃，淡水魚類的冰點在-0.7～-0.2℃的范圍內。當魚肉溫度達到其冰點時，魚肉中的水分并沒有全部結冰。這是因為當魚肉中的部分水分開始結冰后，所余殘液的濃度將逐漸提高，冰點也隨之下降，當魚肉中的水分全部結冰時，即達到共晶點。

②比熱容　魚肉的比熱容在未凍結前為3.35～3.77kJ/（kg·K），凍結后，魚肉的比熱容要變小，魚肉的比熱容與其新鮮程度無關，而大致上與其含水量成正比。通常用以下兩式計算冰點以上和冰點以下的比熱容：溫度在冰點以上時的比熱容C=41.86（a+0.4b）［J/（kg·K）］；溫度在冰點以下時的比熱容C=41.86（0.5a+0.4b）［J/（kg·K）］。其中a表示魚肉中水分的百分數；b表示魚肉中固體物質的百分數。也有人將魚肉在冰點以上的比熱容簡單地視為3.35kJ/（kg·K）。

③結冰潛熱　魚肉的結冰潛熱遠小于水（水的結冰潛熱一般為334.7kJ/kg），魚肉的結冰潛熱與魚的種類有關，大體上與魚肉中的含水量成正比。魚的結冰潛熱隨其所含水分而異，約等于魚的含水率與水的結冰潛熱的乘積。例如魚的含水率為68％時，其結冰潛熱約為228kJ/kg。

④熱導率　魚肉的熱導率與魚的種類有關，主要是受各種魚體化學成分的影響，特別是脂肪含量的高低影響較大。另外，魚肉的熱導率還受到魚肉凍結和解凍的影響。凍結魚肉的熱導率比未凍結的要大一些，凍結的溫度越低，熱導率越大。解凍后魚肉的熱導率較凍結魚肉小得多，但較凍結前的魚肉要大一些。魚在未凍結時的熱導率為0.46～0.49W/（m·K），隨著水分的凍結，熱導率增大，整個凍結過程的平均熱導率為1.16～1.39W/（m·K）。

（2）水產品的凍結參數

①凍結點　為食品中水分開始結冰的溫度。由于食品內細胞間的水分中還溶有各種成分，并不是像純水那樣達到0℃以后就全部結冰，而是根據魚種、組織、捕獲季節、年齡等的不同分別在-2.2～-0.5℃之間開始凍結.一般講，淡水魚在-0.5℃開始凍結，海水魚、貝類為-1.5℃，海藻類為-2.0℃。

②凍結率　為食品在凍結的任意溫度下，食品中全部水分凍結成冰的比率。由于水產品體內的水分溶解有鹽類、糖類、酸類等水溶性成分，當溫度降到食品的凍結點時，只有部分水分結冰，并且由于結冰后細胞內的水溶性成分濃度更高，要進一步將細胞內水分凍結，則要進一步降溫才行。一般要到-60℃附近（此時溫度稱為共晶點）才認為食品中的水分基本完全凍結。

③凍結曲線　是水產食品凍結時，記錄物品溫度隨著冷凍時間的變化而變化的曲線。一般以橫坐標為時間、縱坐標為溫度作圖，如圖2-1所示。

凍結曲線大致可分為3個階段。第一階段是水產品溫度從初溫降至凍結點，放出的是顯熱，此熱量與全部放出的熱量相比其值較小，故降溫快，曲線較陡。第二階段是最大冰晶生成帶。在此溫度范圍內，水產品中大部分水分凍結成冰，由于冰的潛熱大于顯熱50～60倍，整個凍結過程中絕大部分熱量在此階段放出，故降溫慢，曲線平坦。為保證速凍水產品具有較高的品質，應盡快通過最大冰晶生成帶。第三階段是水產品溫度繼續下降，直到終溫。此階段放出的熱量，一部分是冰的繼續降溫，另一部分是殘留水分的凍結。水變成冰后，比熱顯著減小，但因為還有殘留水分凍結，其放出熱量較大，所以，曲線不及第一階段陡峭。

④最大冰晶生成帶　在圖2-1中，從-5～-1℃，產生了約80％的冰結晶，故將此溫度帶稱為最大冰晶生成帶。魚體此時外觀上已呈現凍結狀態。由于此時產生大量的結冰潛熱，需要更多的冷量，所以，此時凍結曲線呈現較平緩的區域范圍。若快速凍結，則此段時間可縮短。由于這段變化對食品的品質影響顯著，要求盡快通過此溫度段，以提高食品的品質。

⑤凍結速度　1972年國際制冷學會將凍結速度定義為：某個食品的凍結速度，是指食品表面與中心溫度點間的最短距離，與食品表面達到0℃以后食品中心溫度降到比食品凍結點低10℃所需的時間之比。而對于凍結速度快慢的劃分，現通用方法有以時間來劃分和以距離來劃分兩種。以時間劃分是食品的中心溫度從-1℃下降至-5℃所需時間（即通過最大冰晶生成帶所需的時間），在30min以內的稱為快速凍結，超過30min的稱為慢凍結。以距離劃分可用單位時間內-5℃的凍結層從食品表面延向內部的距離來判斷。將食品的初溫Ta降到Tb所需要時間稱有效凍結時間。將到達食品的溫度中心點（溫度下降的最遲點）的厚度設為R（cm），有效凍結時間為H（h），則有效凍結速度V表示為：

式中　V——表示有效凍結速度，cm/h；

R——到達食品的溫度中心點的厚度，cm；

H——有效凍結速度，h。

當V=5～20cm/h時，稱為快速凍結；

當V=1～5cm/h時，稱為中速凍結；

當V=0.1～1cm/h時，稱為緩慢凍結。

有效凍結速度因食品的種類和性狀而異，只要達到凍結速度在0.5～5cm/h以上就能得到滿足實際需要的品質。

眾所周知，凍結速度快，凍品質量好，這是因為組織內結冰層推進的速度大于水分移動的速度，冰結晶的分布接近于組織中原有液態水的分布狀態，并且冰結晶微細，呈針狀晶體，數量多，均勻，故對水產品的組織結構無明顯損傷。特別是采用快速、深溫凍結，水產品快速到達凍結終溫，使體內90％的水分在凍結過程中來不及移動，就在原位置變成微細的冰晶，并在-18℃以下、穩定而變動小的溫度下貯藏，冰結晶的變化小，從而使凍品的質量得到保證。

2.水產品凍結方法和凍結裝置

水產品的凍結方法很多，一般有空氣凍結、接觸式凍結和浸漬或淋漬凍結三種。而目前多采用空氣凍結法。

（1）空氣凍結法　空氣凍結法是利用空氣作為介質凍結水產品，在凍結過程中，冷空氣以自然對流或強制對流的方式與水產品換熱。由于空氣的導熱性差，與食品間的換熱系數小，故所需的凍結時間較長。但是，空氣資源豐富，無任何毒副作用，機械化較容易，因此，用空氣作介質進行凍結仍是目前應用最廣泛的一種凍結方法。

①隧道式吹風凍結裝置　它是我國目前陸上水產品凍結使用最多的凍結裝置，可參見圖2-2。由蒸發器和風機組成的冷風機安裝在凍結室的一側，魚盤放在魚籠上，并由軌道送入凍結室。凍結時，風機使空氣強制流動，冷空氣流經魚盤，吸收魚品凍結時放出的熱量，吸熱后由風機吸入蒸發器冷卻降溫，如此反復不斷循環。

在隧道式吹風凍結裝置中，提高風速，增大水產品表面放熱系數，可縮短凍結時間，提高凍結水產品的質量，但是，當風速很高時，繼續增大風速，凍結時間的變化很小。另外，凍結無包裝的產品時，在凍結過程中因蒸汽壓不同，產品表面的水分不斷向空氣中蒸發，引起凍品干耗。風速增高，通常干耗也增大。所以，風速的選擇應適當，一般宜控制在3～5m/s。此法是間歇式操作，它的優點是水產品在吊軌上傳送，勞動強度小，凍結速度較快；其缺點是凍結不均勻，干耗大，電耗也較大。

②螺旋帶式連續凍結裝置　螺旋帶式連續凍結裝置是20世紀70年代初發展起來的凍結設備，其結構圖如圖2-3所示。這種裝置由轉筒、蒸發器、風機、傳送帶及一些附屬設備等組成。適用于凍結單體不大的食品，如油炸水產品、魚餅、魚丸、魚排、對蝦等。其優點是可連續凍結；進料、凍結等在一條生產線上連續作業，自動化程度高；并且凍結速度快，凍品質量好，干耗亦小；占地面積小。

③流態化凍結裝置　流態化凍結裝置如圖2-4所示，是小顆粒產品以流化作用方式被溫度甚低的冷風自下往上強吹成在懸浮攪動中進行凍結的機械設備。流化作用是固態顆粒在上升氣流（或液流）中保持浮動的一種方法。流態化凍結裝置通常由一個凍結隧道和一個多孔網帶組成。當物料從進料口到凍結器網帶后，就會被自下往上的冷風吹起，在冷氣流的包圍下互不黏結地進行單體快速凍結（IQF），產品不會成堆，而是自動地向前移動，從裝置另一端的出口處流出，實現連續化生產。

水產品在帶式流態化凍結裝置內的凍結過程分為兩個階段進行。第一階段為外殼凍結階段，要求在很短時間內，使食品的外殼先凍結，這樣不會使顆粒間相互黏結。在這個階段風速大、壓頭高，一般采用離心風機。第二階段為最終凍結階段，要求食品的中心溫度凍結到-18℃。

流態化凍結裝置可用來凍結小蝦、熟蝦仁、熟碎蟹肉、牡蠣等，凍結速度快，凍品質量好。蒸發溫度為-40℃以下，垂直向上風速為6～8m/s，凍品間風速為1.5～5m/s，5～10min之內被凍品即可達到-18℃。由于是單體快速凍結產品，其銷售、食用十分方便。

（2）接觸式凍結法　接觸式凍結法又稱平板凍結法，是借平板凍結機的凍結平板同水產品直接接觸換熱的一種凍結方法。將制冷劑直接注入金屬制的中空的平坦容器中，使之冷卻到-40～-25℃，在這個平坦容器之間插入食品，利用液壓裝置使兩塊金屬板相互緊貼，食品兩面接觸冷金屬板，加快冷卻速度，厚6～8cm的食品在2～4h內即可完成凍結，凍結食品的形狀扁平整齊，占地面積又小，常見于對蝦類、貝肉等小型食品的速凍。

平板凍結機分為立式和臥式兩種。

①臥式平板凍結機　臥式平板凍結裝置示意如圖2-5所示。由包括壓縮機在內的制冷系統和液壓升降裝置所組成。每臺平板凍結機設有數塊或十多塊的凍結平板，也就是制冷系統中的蒸發器，平板后方或兩側裝有供液和供氣總管各一根，各塊平板是用橡皮軟管或不銹鋼管連接，以便平板能上下移動。凍結時間為4～5h。

②立式平板凍結機　其結構與臥式平板凍結機基本相似，但其平板是直立平行的，凍結時不采用魚盤，而是散裝倒入的。

平板凍結法的優點是凍結速度快；缺點是臥式平板凍結機勞動強度大，還不能凍結大型魚，立式平板凍結機雖能減輕勞動強度，但由于散裝，水產品容易變形，影響外觀。

（3）浸漬凍結法　浸漬凍結法也稱為浸泡凍結法，是將食品用容器密封包裝再浸漬到低溫液態介質中進行凍結。這種液態介質應當無毒、無異味、無外來色素、無腐蝕和漂白作用。常用氯化鈉、氯化鈣、丙二醇等。冷凍廠制冰塊、制冰棒等常用此法。

水產品的浸漬凍結分為直接接觸凍結和間接接觸凍結兩種。

①直接接觸凍結法　將水產品浸在鹽水里或向水產品噴淋鹽水進行凍結。所用鹽水是飽和氯化鈉溶液，凍前將其溫度降至-18℃，待水產品中心溫度降至-15℃時，凍結完畢。然后將水產品移出，迅速用清水洗淋，進行包裝、凍藏。如采用浸在鹽水里的凍結方法，則鹽水是流動的，凍前應將水產品進行預冷。此法的優點是凍結速度快；缺點是容易損傷水產品的皮膚、鱗片，外觀不佳，肉質偏咸，貯藏時脂肪加速氧化，與鹽水接觸的設備易腐蝕，鹽水受血液、碎肉等的污染需經常更換。

②間接接觸凍結法　所用的鹽水是氯化鈣水溶液，通過攪拌器（循環泵）的強制作用，鹽水在池內不斷循環流動，并經過蒸發器被冷卻，從而使池內鹽水均處于低溫狀態，被凍的水產品，經洗滌裝入桶內（冰桶），并浸于鹽水池（切勿使鹽水進入魚桶）中進行凍結。因氯化鈣鹽水共晶點（-59℃）低，通常將其降至-30～-20℃下進行凍結，凍結水產品時間為6～8h。此法優點是凍結速度比空氣凍結快，又避免了鹽分滲入水產品；缺點是鹽水接觸的所有容器、設備都易被腐蝕。

（4）淋漬凍結法　又稱為超低溫制冷劑冷凍法，是將液態氮（沸點-195.8℃）和液態二氧化碳（沸點-79℃）制冷劑直接噴射于食品，使之迅速凍結的方法。該法冷凍速度快，操作簡單，比平板凍結法還快5～6倍。食品冷凍無干耗，不易發生氧化變化。特別適用于小型的單體急速凍結食品（即IQF食品）。由于溫差大，易使食品產生龜裂現象，不宜冷凍厚度深的食品。一般要求食品厚度小于10cm，工作溫度在-120～-60℃之間。但其也存在一些問題：由于這種方法凍結速度極快，水產食品表面與中心產生極大的瞬時溫差，因而易造成產品龜裂。所以，應控制凍品厚度，一般以60cm為佳，防止產生過多龜裂。另外，液氮凍結成本較高。

3.食品在凍結和冷藏過程中的變化

通過凍結凍藏措施降低水產品的溫度和水分活度，從而抑制了微生物和酶的作用，降低了生物組織的物理化學反應速度，但是凍結凍藏措施并沒有使這些作用和反應停止，因此，水產品在凍結凍藏過程中仍然會發生一系列品質變化。這些變化受凍結速度和凍藏條件的影響，貯藏時間越長，其品質變化越大。

（1）水產品在凍結凍藏過程中的物理變化　水產品在凍結凍藏過程中的物理變化主要有：水分凍結、體積膨脹和產生內壓；比熱容和熱導率的變化；冰結晶的形成；冰結晶的長大及對肌肉組織的損傷（汁液流失）；質量損失（干耗）等。

①水分凍結、體積膨脹和產生內壓　水產品肌肉冷卻到0℃附近時，肉質不會發生太大的變化，但溫度再下降時肉質變得堅硬，此時肌肉中的水分開始凍結。一般來講，魚、貝類肌肉的冰點以-1～2℃居多。魚肉在凍結溫度下保鮮時，肉中的水分逐漸凍結成冰晶，肌肉中的一部分水因結冰而析出，未凍結部分的溶質濃度升高，因此冰點下降。如果魚體繼續冷卻使水析出，則冰點繼續下降，直至達到冰晶點時，殘存液體完全凍結。水產品凍結時，首先是表面水分凍結，然后冰層逐漸向內部延伸。當內部的水分因凍結而體積膨脹時，會受到外部凍結層的阻礙，產生內壓稱作凍結膨脹壓。當外層受不了較大的內壓時就會破裂，內壓逐漸消失。例如：采用-196℃的液氮凍結金槍魚時，由于厚度較大，凍品會發生龜裂，即為內壓造成的，在內壓作用下可使內臟的酶類擠出、紅細胞崩潰、脂肪向表層移動等，并因血細胞膜破壞，血紅蛋白流出，加速了肉的變色。日本為了防止因凍結內壓引起凍品表面的龜裂，在用-40℃的氯化鈣鹽水浸漬或噴淋凍結金槍魚時，采用均溫處理的兩端凍結方式，先將魚體降溫至中心溫度接近凍結點，取出放入-15℃的空氣或鹽水中使魚體各部位溫度趨于均勻，然后再用-40℃的氯化鈣鹽水浸漬或噴淋凍結至終點，可防止魚體表面龜裂現象的發生。另外，凍結過程中水變成冰晶后，體積膨脹使體液中溶解的氣體從液相中游離出來，加大了食品內部的壓力。凍結鰭魚肉的海綿化，就是由于鰭魚肉的體液中含有較多的氮氣，隨著水分凍結的進行成為游離的氮氣，其體積迅速膨脹產生的壓力將未凍結的水分擠出細胞外，在細胞外形成冰結晶所致。這種細胞外的凍結，使細胞內的蛋白質變性而失去保水能力，解凍后不能復原，成為富含水分并具有很多小孔的海綿狀肉質，嚴重的時候，用刀子切開的肉的斷面像蜂巢，食味變淡。

②比熱容和熱導率的變化　在一定壓力下水的比熱容為4.18kJ/（kg·K），冰的比熱容為2.0kJ/（kg·K）。冰的比熱容約是水的1/2。食品的比熱容隨含水量而異，含水量多的食品比熱容大，含脂量多的食品比熱容小。對一定含水量的食品，凍結點以上的比熱容大于凍結點以下的比熱容。比熱容大的食品在冷卻和凍結時需要的冷量大，解凍時需要的熱量也多。水的熱導率為0.6W/（m·℃），冰的熱導率為2.21W/（m·℃），約為水的熱導率的4倍。其他成分的熱導率基本上是一定的，但因為水在食品中的含量是很高的，當溫度下降，食品中的水分開始結冰的同時，熱導率變大，食品的凍結速度加快。另外，凍結食品解凍時，冰層由外向內逐漸融化成水，熱導率減小，熱量的移動受到抑制，解凍速度就慢。此外，食品的熱導率還受到含脂量的影響，含脂量高則熱導率小。熱導率還與熱流方向有關，當熱的移動方向與肌肉組織垂直時熱導率小，平行時則大。

③冰結晶的形成　水產品肌肉中生成的冰晶形狀、大小受冷卻溫度、冷卻速度的影響。一般冷卻速度快時，肌纖維內形成的冰晶數多，形狀小而圓，在肌纖維外形成大棒狀或樹葉狀冰晶，數量很少；冷卻速度慢，形成的冰晶數少，形狀大而呈棒狀、葉片狀等，多數在肌纖維間生成。冰晶形成的狀態與冷卻溫度有關，冷卻溫度高時，生成的結晶核少，結晶核成長速度慢，故形成的冰晶數量少而形狀大；而冷卻溫度低時，生成的結晶核很多，其成長速度快，形成的冰晶數量多而細小。

④冰結晶的長大及對肌肉組織的損傷　在凍結貯藏過程中，如果凍藏溫度經常波動，凍結食品中微細的冰結晶量會逐漸減少、消失，大的冰結晶逐漸生長，變得更大，整個冰結晶數量大大減少，這種現象稱為冰結晶的長大。冰結晶的長大是由于存在蒸汽壓差，冰結晶周圍的水或水蒸氣向冰結晶移動，附著并凍結在它上面的結果。凍結組織損傷的程度依組織內生成的冰晶大小、數量和分布的不同而不同。肌纖維有很大的彈性，在快速凍結中生成的小冰晶對肌肉組織沒有損傷，而慢速凍結中生成的大冰晶或者由于溫度波動造成的冰結晶長大，使肌肉組織局部受壓膨脹，損傷肌肉組織，從而加劇了凍結過程中蛋白質的變性，使得肌肉變硬。大冰結晶破壞肌肉組織，使肌肉組織在解凍時失去吸水能力，浸出物和水分一起流失而使組織粗糙、風味變差，營養價值下降。為了減少凍藏過程中因冰結晶的長大給凍品的品質帶來不良影響，可以采取兩種措施加以防止：一是采用快速深溫凍結方式，使形成細而小的冰晶，提高凍結率；二是凍結貯藏室的溫度要盡量低，并保持穩定，特別避免-18℃以上的溫度波動。

⑤干耗　干耗是食品冷凍加工和貯藏過程中的主要問題之一。它是由于冷凍加工和貯藏過程中水產品表面水分蒸汽壓和室內空氣蒸汽壓之間存在差值，引起水產品表面水分蒸發，從而導致水產品干耗，即質量損失。水產品在冷凍貯藏過程中發生的干耗，除了經濟上的損失之外，更重要的是引起水產品品質和質量的下降。一般采用鍍冰衣、包裝和降低凍藏溫度等方法來減少干耗。另外，水產品進入凍藏間之前，預先要有計劃，應保證凍藏間內裝滿，因為干耗與凍品表面以及凍藏間內留下的空間容積有關，余留空間容積越大，干耗也越大。

（2）水產品在凍結凍藏過程中的生化變化　水產品在凍結凍藏過程中的生化變化主要有蛋白質變性和脂肪的劣變。

①蛋白質變性　水產品在凍結凍藏過程中，低溫使肌肉中的蛋白質的空間構象被改變，從而導致其理化性質的改變和生物活性的喪失，如失去柔性、保水性降低、溶解度下降等。

②脂肪的劣變　水產品在冷凍和凍藏過程中的脂肪劣變主要為酶水解和自動氧化。水產品尤其是海產品中含有大量的不飽和脂肪酸，脂肪氧化是其風味和品質變差的主要原因之一。脂肪氧化后，水產品產生不愉快的刺激性臭味、澀味和酸味，統稱為酸敗。隨著酸敗的加劇，制品的脂質和部分肉質往往產生褐變，這種變色稱為油燒。油燒是由于不飽和脂質的氧化而生成的各種羰基化合物與氨、三甲胺、各種氨基酸、蛋白質等含氮化合物相互作用而引起的。另一方面，水產品在低溫貯藏時，雖然脂質的氧化有所抑制，但某些水解酶在低溫下仍然有一定的活性，也可以引起脂質的水解和品質劣變，故也稱為凍結燒。

水產品肌肉和內臟器官中含有脂肪水解酶和磷脂水解酶，在冷凍和凍藏過程中這些酶的活性雖然有所抑制，但仍有一定的活性，可以緩慢水解脂質，使甘油三酸酯變成甘油二酸酯或甘油一酸酯和游離脂肪酸，使磷脂變成溶血磷脂、磷脂酸、堿基化合物、游離脂肪等。脂質水解后造成水產品品質的下降，所生成的游離脂肪酸能夠促進蛋白質的變性，并且它與氧結合的速度大于氧與甘油酯中脂肪酸結合的速度，加速不飽和脂肪酸的自動氧化，使水產品的色、香、味及營養劣化。

在水產品的貯藏過程中，只要酶沒有被鈍化或失活，脂肪的水解反應就會發生。為防止或減少水產品的油脂氧化和水解，保持原有品質，可以采取以下行之有效的方法：避光保存、減少光線引發游離基產生的機會；加熱鈍化脂肪水解酶和磷脂水解酶，消除水解反應帶來的影響；鍍冰衣、密封包裝或真空包裝，以阻斷與氧氣的接觸，防止脂肪的自動氧化；降低凍藏溫度；凍藏時防止氨泄漏；添加脂溶性抗氧化劑，如抗壞血酸、茶多酚等，延緩或減慢油脂自動氧化。

（3）水產品在凍結凍藏過程中的顏色變化　水產品在凍結凍藏過程中的顏色變化主要有褐變、黑變和退色等現象。水產品變色的原因包括自然色澤的分解和產生新的變色物質兩方面，自然色澤被破壞如紅色魚皮的退色、冷凍金槍魚的變色等；產生新的變色物質如蝦類的黑變、鱷魚肉的褐變等。變色不但使水產品的外觀變差，有時還會產生異味，影響凍品質量。

①脂肪的變色　多脂魚類在凍藏過程中因脂肪氧化會發生氧化酸敗，嚴重時還會發黏，產生異味，表面發生黃褐變，喪失商品價值。

②紅色魚肉的褐變　最具代表性的是金槍魚肉的褐變。金槍魚肉在-20℃下凍藏2個月以上，其肉色由紅色向暗紅色、紅褐色轉變，商品價值下降。這種現象是由于肌肉中的肌紅蛋白被氧化，生成氧化肌紅蛋白的緣故。金槍魚是紅色魚類，肌肉中含有大量的肌紅蛋白，當魚死后，因肌肉中供氧終止，肌紅蛋白與氧分離成還原性狀態，呈暗紅色。如果把魚肉切開放在空氣中，還原性肌紅蛋白就從切斷面獲得氧氣，并與氧結合生成氧合肌紅蛋白，呈鮮紅色。如果繼續長時間放置，含有二價鐵離子的氧合肌紅蛋白和還原性肌紅蛋白都會自動氧化，生成含有三價鐵離子的氧化肌紅蛋白，呈褐色。金槍魚肉的變色程度取決于氧化肌紅蛋白生成率的高低。凍結金槍魚肉在凍藏中的變色，與凍藏溫度有很大的關系。凍藏溫度越低，氧化肌紅蛋白的生成率就越低，色澤保持時間長。金槍魚肉的凍結凍藏溫度至少要在-35℃以下，如果采用-60℃以下的超級低溫，保色效果更佳。

③蝦類的黑變　蝦類在凍結貯藏中，其頭、胸、足、關節及尾部常會發生黑變，出現黑的斑點或黑箍，使產品價值下降。產生黑變的原因主要是氧化酶（酚酶或酚氧化酶）使酪氨酸氧化，生成黑色素所致。黑變的發生與蝦的新鮮度有很大關系。新鮮的蝦凍結后，因酚酶無活性，在凍藏中不會發生黑變。而不新鮮的蝦其氧化酶活性化，在凍結貯藏中就會發生黑變。防止方法是煮熟后凍結，使氧化酶失去活性；摘除酪氨酸含量高、氧化酶活性強的內臟、頭、外殼，洗去血液后凍結。由于引起蝦黑變的酶類屬于需氧性脫氫酶類，故采用真空包裝是有效的。另外，用水溶性抗氧化劑浸漬后凍結，凍后再用此溶液鍍冰衣，凍藏中也可取得較好的保色效果。

④魚肉的褐變　鰭魚肉在凍結貯藏中會發生褐變，這是還原糖與羰基化合物的反應，即美拉德反應造成的。鰭魚死后，魚肉中的核酸系物質反應生成核糖，然后與氨基化合物反應，以N-配糖體、紫外光吸收物質、熒光物質作為中間體，最終聚合生成褐色的類黑精，使鰭魚肉發生褐變。-30℃以下的低溫貯藏可防止核酸系物質分解生成核酸，也可防止美拉德反應的發生。此外，魚的鮮度對褐變有很大的影響，一般應選擇鮮度好、死后僵硬前的鰭魚進行凍結。

⑤箭魚肉的綠變　凍結箭魚的肉呈淡紅色，在凍結貯藏中其一部分肉會變成綠色，稱為綠色肉。這種綠色肉在白皮、黑皮的鰭魚類也能看到，通常出現在魚體沿脊骨切成兩片的內面。綠色肉發酸，或有異臭味，嚴重時出現陰溝臭似的惡臭味。綠變現象的發生，是由于魚的鮮度下降，因細菌作用生成的硫化氫與血液中的血紅蛋白或肌紅蛋白反應，生成綠色的硫血紅蛋白或硫肌紅蛋白而造成的。此現象目前除注意凍結前的鮮度保持外，別無他法防止。

⑥紅色魚的退色　含有紅色表皮色素的魚類，在凍結貯藏過程中常可見到退色現象。這種退色受光的影響很大，紫外線350～360nm照射時，退色現象特別顯著。紅色魚的退色是由于魚皮紅色色素的主要成分類胡蘿卜素被空氣氧化的結果。當有脂類共存時，其色素氧化與脂類氧化還有相互促進作用。降低凍藏溫度可推遲紅色魚的退色。以紅娘魚為例，-3℃下，35天退色；-18℃下，50天退色；-30℃下，75天退色。此外，用不透紫外光的玻璃紙包裝；用0.1％～0.5％的抗壞血酸鈉或山梨酸鈉溶液浸漬后凍結，并用此溶液鍍冰衣，對防止紅色魚的退色均有效果。

綜上所述，食品在凍藏中發生變色的機制是各不相同的，要采用不同的方法加以防止。但是在凍藏溫度這一點上有共同之處，即降低溫度可使引起食品變色的化學反應速度減慢，如果降至-60℃左右，紅色魚肉的變色幾乎完全停止。因此為了更好地保持凍結食品的品質，特別是防止凍結水產品的變色，國際上水產品的凍藏溫度更趨于低溫化。

4.水產冷凍食品質量保持

（1）T.T.T概念　冷凍食品的貯藏期限與冷凍食品的質量、冷凍時間和冷凍溫度這三者有關。這種將凍結食品品質保持所容許的時間和品溫之間存在的關系稱為冷凍食品的T.T.T關系 ［即Time（時間）、Temperature（品溫）、Tolerance（容許、容忍）］。將這三者關系作圖就稱為T.T.T線圖，參見圖2-6。

圖2-6可以說明，對于每一種凍結食品來說，在一定的冷藏溫度下，食品所發生的質量下降與所需時間存在著一種確定關系。在整個貯運過程中，由冷藏和運輸過程（在不同的溫度條件下）所引起的質量變化是積累性的，并且是不可逆的，凍結食品的溫度越低，貯藏期就越長，但不是永遠不會變壞的。因此，冷凍食品貯存要考慮這幾種關系，在食品的保存期前盡快銷售完該種冷凍食品，以免造成不應有的損失。表2-2為各類凍結肉食品貯藏在三種溫度下的貯藏期限。

（2）品質下降率　對于冷凍食品的品質，從外觀上很難判斷，但可以從貯藏中的狀況和流通過程中判斷其品質。如圖2-6所示1線為多脂魚的T.T.T線圖。假設將此種魚在-25℃保藏，用P點表示，240d以內品質處于優良狀態，超過240d則不能保證品質。將240d作為品質下降率100％考慮的話，120d則品質下降率為50％。將前者稱T.T.T為100％，后者的T.T.T為50％，依此類推考慮，要計算1d內品質的下降率為：

1÷240×100％=0.417％

即這種魚在-25℃貯藏中，每天平均品質下降率為0.417％。在圖2-6的1線，可計算出這種冷凍魚在不同的貯藏溫度的品質下降率曲線。

（3）T.T.T的計算　冷凍品在冷庫貯藏時，即使在相當低的溫度下貯藏，也一定會使品質下降。在流通過程中也會發生品質下降問題。這就要考慮T.T.T的計算。如前所述，T.T.T在100％以內，品質在保證期內，則品質處于良好狀態。現在，將圖2-6中的冷凍魚，按表2-3所示那樣，從生產者到消費者手中經過7個階段，將天數乘以每天品質下降率，分別計算各自品質下降率的綜合數。從表2-3中顯示，從生產者的冷庫出貨時，T.T.T為41.700％，品質優良，但到消費者手中時T.T.T已達74％，若在流通階段，保管的期限和溫度過高，都可能超過100％，超過了品質的容許限度。

（4）冷藏鏈與T.T.T　為了防止水產冷凍食品質量變差，水產冷凍食品必須建立完善的貯藏、運輸、批發、銷售，以至消費者的各個環節間的低溫凍結流通體系。這種從生產到消費之間的由連續的低溫環節組成的流通體系，稱為冷藏鏈。

根據水產品貯藏的溫度不同，水產冷藏鏈可分為“冰鮮冷鏈”（0～2℃）、低溫冷鏈（-25～-15℃）、活體運輸冷鏈（-4～16℃）和“超低溫冷鏈”（-45℃以下）。對水產品來說，低溫冷鏈常由以下環節組成：漁船、陸上加工廠、冷藏庫、冷藏運輸工具（車、船等）、調劑冷藏庫、冷藏或保溫車、商場冷藏展示柜、家用冰箱。

在水產冷凍食品的冷藏鏈中，時間最長的環節是貯藏。根據T.T.T概念，影響冷凍食品品質的最主要因素是溫度，因此對貯藏溫度的管理十分重要。國際上水產冷凍食品的貯藏溫度趨向于低溫化，并要求穩定、少變動。運輸環節可看作是貯藏的延長，雖然時間較短，但還是要盡量避免因溫度變動而給水產冷凍食品帶來的品質影響。因此，水產冷凍食品在冷藏運輸過程中要嚴格管理溫度，使冷凍食品的品溫保持在-18℃以下。在銷售環節中，水產冷凍食品必須放在-18℃的低溫冷藏柜中出售。水產冷凍食品的流通期雖然不能預先確定，但作為商品一般要求保持6個月到1年的商品價值。冷凍食品的流通期越長，每天所容許的品質降低量應該越少。因此，加強對水產冷凍食品在貯藏和運輸過程中溫度的管理是非常重要的。

5.解凍

（1）解凍過程　凍結的水產品在利用之前一定要經過解凍。解凍是使凍品融化恢復到凍前的新鮮狀態。解凍過程是凍品中的冰晶還原成溶解水的過程，可以看做是凍結的逆過程。但由于在0℃時水的熱導率僅是冰的熱導率的1/4左右，因此在解凍過程中熱量不能充分通過解凍層傳入凍品內部。此外，為避免表面首先解凍的水產品被微生物污染和變質，解凍所用的溫度梯度也遠小于凍結所用的溫度梯度。因此，解凍所用的時間遠大于凍結所用的時間。

解凍狀態可分為半解凍和完全解凍，視解凍后的用途而定。但無論是半解凍還是完全解凍，都應盡量使水產品在解凍過程中品質下降最小，使解凍后的水產品質量盡量接近于凍結前的質量。水產品在解凍過程中常出現的主要問題是汁液流失，其次是微生物繁殖和酶促或非酶促反應。

造成汁液流失的原因與水產品的切分程度、凍結方式、凍藏條件以及解凍方式相關。切分得越細小，解凍后表面流失的汁液就越多。如果在凍結與凍藏中冰晶對細胞組織和蛋白質的破壞很小，那么，在合理解凍后，部分融化的冰晶也會緩慢重新滲入細胞內，在蛋白質顆粒周圍重新形成水化層，使汁液流失減少，保持了原有營養成分和風味。

微生物繁殖和水產品本身的生化反應速度隨著解凍升溫速度的增加而加速。關于解凍速度對其品質的影響存在兩種觀點：一種認為快速解凍使汁液沒有充足的時間進入細胞內；另一種觀點認為快速解凍可以減輕濃溶液對產品質量的影響，同時縮短了微生物繁殖與生化反應的時間。因此，解凍速度多快為最好是一個有待研究的問題。一般情況下，經過熱加工處理的蝦仁、蟹肉等，多用高溫快速解凍法，而大中型魚類常用低溫慢速解凍法。

（2）解凍方法　目前國內外用到的解凍方法有5種類型，但對于某個凍品采用什么解凍方法，可根據凍品的性質、大小、形狀、解凍后的用途、解凍時間、能源消耗等多種因素而定。如魚段、魚片的塊狀凍品，不應用流水法解凍；相反整魚的塊狀凍品應先用流水解凍使其散后，立即改為空氣解凍的方法為好；表皮呈藍色的秋刀魚、鮐魚以及墨魚等采用海水或水解凍，這樣可以保持其顏色和光澤；蝦類以噴淋解凍法較為適宜；方形的冷凍魚糜采用接觸解凍或微波、高頻解凍。

①空氣解凍　空氣解凍是一種最簡便最經濟的解凍方法，適用于多數凍品解凍。空氣解凍依靠空氣把熱量傳遞給凍品，使凍品升溫、解凍。但由于空氣熱導率低，解凍速度慢；解凍時間常受空氣溫度、濕度、流速和食品與空氣之間的溫差等的影響；且受空氣中灰塵、蚊蠅、微生物污染的機會較多。常在固定的裝置中進行。通過改變空氣溫度、相對濕度、風速、風向達到不同的解凍工藝要求。一般空氣溫度為14～15℃，相對濕度為95％～98％，風速2m/s以下。風向有水平送風、垂直送風或可換向送風。

②水解凍　由于水熱導率遠大于空氣，故把凍品放在水中解凍速度快，解凍時間明顯縮短，為空氣解凍時間的1/5～1/4（若使其流動，甚至達1/10），而且避免了質量損失。但存在的問題有：a.食品中的可溶性物質流失；b.食品吸水后膨脹；c.被解凍水中的微生污染等。因此，本法適用于有包裝的食品、凍魚的解凍。水解凍包括靜水解凍、流水解凍、淋水解凍和鹽水解凍等，水溫一般不超過20℃。

③真空解凍　該方法的原理是水的沸點隨著壓力的下降而下降，處于真空狀態的水在低溫下沸騰，冰也可直接升華變成水汽，沸騰或升華的水蒸氣在凍品表面凝結成水珠，放出的凝結熱被凍品吸收而使冰晶體融化，從而達到解凍的目的。其優點是：a.水產品表面不受高溫介質影響，而且解凍時間短，比空氣解凍法提高效率2～3倍；b.由于氧氣濃度極低，解凍中減少或避免了水產品的氧化變質，解凍后產品品質提高；c.因濕度很高，食品解凍后汁液流失少。其缺點是：對設備和真空泵的密封性要求苛刻，解凍裝置成本高，而且解凍產品外觀不佳。

④電解凍　電解凍包括高壓靜電解凍和不同頻率的電解凍。不同頻率的電解凍包括低頻（50～60Hz）解凍、高頻（1～50MHz）解凍和微波（915MHz或2450MHz）解凍。低頻解凍是將凍結水產品視為電阻，利用電流通過電阻時產生的焦耳熱，使冰融化達到解凍目的。由于冰結水產品是電路中的一部分，因此，要求水產品表面平整，內部成分均勻，否則會出現接觸不良或局部過熱現象。這種解凍方法要比水解凍和空氣解凍快2～3倍。高頻解凍和微波解凍是在交變電場作用下，利用凍結水產品中的極性基團作用，尤其是極性的水分子隨交變電場變化而旋轉的性質，相互碰撞，產生摩擦熱使食品解凍。該方法的優點是解凍時間短，一般只需真空解凍時間的20％；水產品表面與電極不接觸，減少細菌數量，降低酶的作用，減少水分和汁液流失，保持產品的鮮度和色澤，產品質量好；處理效率高，耗能低，占地面積小，改善了勞動條件和環境衛生。其缺點是凍品受熱不均勻，不適合完全解凍，特別是像魚這種厚薄不均、形態復雜的水產品，其突出的部分和有角的部分溫度上升很快，在其他部位尚未解凍之前，這些部位就會過熱，甚至有煮熟的危險；裝置成本較高，而且解凍不好控制。

⑤組合解凍　每一種解凍方法都有其自身的優缺點。如采用組合解凍，則可集中各種解凍方法的優點而避免其缺點，以達到凍品的最適解凍目的。組合解凍基本上是以電解凍為核心，再加以空氣或水解凍。例如，首先利用空氣解凍或水解凍，使凍結水產品表面溫度升高到-10℃左右，然后再利用低頻解凍。

總之，要做到正確解凍，應包括選定品質上等的冷凍魚，選擇適當的方法急速（1～2h）解凍，解凍終溫控制在10℃以下，可能的話控制在5℃以下更佳，即做到低溫又急速的矛盾統一，努力提高凍品質量。