冷冻肉的保藏原理
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发布时间：2022-04-23 23:07
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时间：2023-10-13 03:27
1. 在低温下微生物物质代谢过程中各种生化反应减缓，因而微生物的生长繁殖就逐渐减慢。
2. 温度下降至冻结点以下时，微生物及其周围介质中水分被冻结，使细胞质粘度增大，电解质浓度增高，细胞的pH值和胶体状态改变，使细胞变性，加之冻结的机械作用细胞膜受损伤，这些内外环境的改变是微生物代谢活动受阻或致死的直接原因。 肉的冷却贮藏是指使产品深处的温度降低到0～1 ℃左右,然后在0 ℃左右贮藏的方法。冷却肉因仍有低温菌活动,所以贮存期不长,一般猪肉可以贮存1周左右。为了延长冷却肉的贮存期,可使产品深处的温度降低到-6℃左右。但由于原料种类的不同,冷却处理的条件也有差异。
1.冷却方法
在每次进肉前,使冷却间温度预先降到-2～-3℃,进肉后约经14～24h的冷却,待肉的温度达到0℃左右时,使冷却间温度保持在0～1℃。在空气温度为0℃左右的自然循环条件下所需冷却时间为:猪、牛胴体及副产品24h,羊胴体18h,家禽12h。
2.冷却肉的贮藏及贮藏期的变化
冷却肉的贮藏系指经过冷却后的肉在0℃左右的条件下进行的贮藏。冷却肉冷藏的目的,一方面可以完成肉的成熟过程,另一方面达到短期保藏的目的。短期加工处理的肉类,不应冻结冷藏。因为冻结后再解冻的肉类,即使条件非常好,其干耗、解冻后肉汁流失等都较冷却肉大。
(1) 冷藏条件 肉在冷却状态下冷藏的时间取决于冷藏环境的温度和湿度。根据国际制冷学会第四届委员会推荐冷却动物肉的冷藏条件和冷藏期如表1-4-1。
肉在冷藏期间的温度和湿度应当保持均恒,空气流速以0.1～0.2m/s为宜。
(2) 冷藏过程中肉的变化 低温冷藏的肉类、禽等,由于微生物的作用,使肉品的表面发粘、发霉、变软,并有颜色的变化和产生不良的气味。
发粘和发霉：发粘和发霉是冷藏肉最常见的现象。温度在0℃时,当最初肉表面污染的细菌数每平方厘米100个,16d达到发粘;当达到10个时,只有7d就达到发粘。当温度上升时,发粘的时间明显地缩短。
空气的湿度对发粘亦有很大影响。从相对湿度100%降低到80%,而温度保持在4℃时形成发粘的时间延长了1.5倍。 表1-4-1 冷却肉的冷藏温度和期限 品 种 温度 ( ℃) 相对湿度 (%) 预计贮藏期 (d) 牛 肉
小牛肉
羊 肉
猪 肉
腊 肉
腌猪肉
食用副食品
取出肉脏鸡 -1.5～0
-1～0
-1～0
-1.5～0
-3～1
-1～0
-1～0
0 90
90
85～90
85～90
80～90
80～90
75～80
85～90 28～35
7～21
7～14
7～14
30
120～180
3
7～11 肉色的变化:在较低的温湿度条件下,能很好地保持肌肉的鲜红色,且持续时间也较长。当湿度为100%时,16℃条件下肌肉变为褐色的时间不到2d;在0℃时可延长10d以上;如温度相同,都在4℃条件下,湿度为100%时,鲜红色可保持5d以上,若湿度70%时缩短到3 d。
空气的流动速度大,会促进肉表面的干耗,从而促进肉的氧化。为了提高冷藏效果,气调冷藏在肉类冷藏领域已被应用。
除此之外,还有少数会变成绿色、*、青色等,这都是由于细菌、霉菌的繁殖,使蛋白质分解所产生的特殊现象。
干耗:肉在冷藏中,初期干耗量较大。时间延长,单位时间内的干耗量减少。冷藏期超过72h,每天的重量损失约0.02%。另外,冷藏期的干耗与空气湿度有关。湿度增大,干耗减小。
(3) 延长冷却肉贮藏期的方法 延长冷却肉类贮藏期的方法有CO2、抗菌素、紫外线、放射线、臭氧的应用及用气态氮代替空气介质等。2011年实际应用的有以下几种:
CO2:在低温条件下,CO2浓度在10%时可以使肉上的霉菌增长缓慢;20%时则会使霉菌活动停止。CO2具有很大的溶解性,并随温度降低而增大,还能很好地透过细胞膜。肉的脂肪、蛋白质和水都能很好地吸收CO2。因此,在较短的时间内CO2的浓度足以增大到不仅能抑制肉表面上的微生物,也能抑制组织深部微生物的增长。由于CO2在脂肪中有很高的溶解性,脂肪中氧含量即减少,从而延缓脂肪的氧化和水解。在温度0℃和CO2浓度为10%～20%条件下贮藏冷却肉,贮藏期可延长1.5～2.0倍(大于在氮气中保藏时间)。
CO2法的缺点是当浓度超过20%时,由于CO2与血红蛋白和肌红蛋白的结合,肉的颜色变暗。另外采用CO2贮藏需要特别结构的贮藏室。
紫外线照射: 用紫外线照射冷却肉的条件是空气温度为2～8℃,相对湿度为85%～95%,循环空气速度2m/min。用紫外线照射的冷却肉,其贮藏期能延长一倍。
紫外线照射的缺点是只能使肉表面层灭菌;照射会使某些维生素(如维生素B6)失效;肉表面由于肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的变化和氧合肌红蛋白(MbO2)转变成高铁肌红蛋白(MeTMb)而发暗;由于形成臭氧,脂肪的氧化过程显著增强;胴体难以被均匀地照射;紫外光对人眼晴和皮肤有害。 温度在冰点以上,对酶和微生物的活动及肉类的各种变化,只能在一定程度上有抑制作用,不能终止其活动。所以肉经冷却后只能作短期贮藏。如要长期贮藏,需要进行冻结,即将肉的温度降低到-18℃以下,肉中的绝大部分水分(80%以上)形成冰结晶。该过程称其为肉的冻结。
1.肉冻结前处理
冻结前的加工大致可分为三种方式:①胴体劈半后直接包装、冻结;②将胴体分割、去骨、包装、装箱后冻结;③胴体分割、去骨然后装入冷冻盘冻结。
2.冻结过程
一般肉类冰点为-1.7～-2.2℃。达到该温度时肉中的水即开始结冰。在冻结过程中,首先是完成过冷状态。肉的温度下降到冻点以下也不结冰的现象称作过冷状态。在过冷状态,只是形成近似结晶而未结晶的凝聚体。这种状态很不稳定,一旦破坏(温度降低到开始出现冰核或振动的促进),立即放出潜热向冰晶体转化,温度会升到冻结点并析出冰结晶。降温过程中形成稳定性晶核的温度,或开始回升的最低温度称作临界温度或过冷温度。畜、禽、鱼肉的过冷温度为-4～-5℃。肉处在过冷温度时水分析出形成稳定的凝聚体,随之上升到冻结点而开始结冰。
冻结时肉汁形成的结晶,主要是由肉汁中纯水部分所组成。其中可溶性物质则集中到剩余的液相中。随着水分冻结,冰点下降,温度降至-5～-10 ℃时,组织中的水分大约有80%～90%已冻结成冰(表1-4-2)。通常将这以前的温度称作冰结晶的最大生成区(zone of maximum icecrystal formation)。温度继续降低,冰点也继续下降,当达到肉汁的冰晶点,则全部水分冻结成冰。肉汁的冰晶点为-62～-65℃。 表1-4-2 肉的冻结温度和肉汁中水分的冻结率 冻结温度(℃) -1.5 -2.5 -5 -7.5 -10 -17.5 -20 -25 -32.5 冻结率(%) 30 63.5 75.6 80.5 83.7 88.5 89.4 90.4 91.3 3.冻结速度
一般在生产上冻结速度常用所需的时间来区分。如中等肥度猪半胴体由0～4℃冻结至-18℃,需24h以下为快速冻结;24～48h为中速冻结;若超过48 h则为慢速冻结。
肉的冻结过程是首先肌细胞间的水分冻结并出现过冷现象,而后细胞内水分冻结。这是由于细胞间的蒸汽压小于细胞内的蒸汽压,盐类的浓度也较细胞内低,而冰结点高于细胞内的冰点。因此,细胞间水分先形成冰晶。随后在结晶体附近的溶液浓度增高并通过渗透压的作用,使细胞内的水分不断向细胞外渗透,并围绕在冰晶的周围使冰晶体不断增大,而成为大的冰颗粒。直到温度下降到使细胞内部的液体冻结为冰结晶为止。
快速冻结和慢速冷结对肉质量有着不同的影响。慢速冻结时,在最大冰晶体生成带(-1～-5℃)停留的时间长,纤维内的水分大量渗出到细胞外,使细胞内液浓度增高,冻结点下降,造成肌纤维间的冰晶体愈来愈大。当水转变成冰时,体积增大9%,结果使肌细胞遭到机械损伤。这样的冻结肉在解冻时可逆性小,引起大量的肉汁流失。因此慢速冻结对肉质影响较大;快速冻结时温度迅速下降,很快地通过最大冰晶生成带,水分重新分布不明显,冰晶形成的速度大于水蒸汽扩散的速度,在过冷状态停留的时间短,冰晶以较快的速度由表面向中心推移,结果使细胞内和细胞外的水分几乎同时冻结,形成的冰晶颗粒小而均匀,因而对肉质影响较小,解冻时的可逆性大,汁液流失少。
肉的冻结最佳时间，取决于屠宰后肉的生物化学变化。在尸僵前、尸僵中及解僵后分别冻结时，肉的品质和肉汁流失量不同。尸僵前冻结，由于肌肉的ATP、糖原、磷酸肌酸、肌动蛋白含量多，乳酸、葡萄糖少，pH值高，肌肉表面无离浆现象，肌原纤维结合紧密，肌微丝排列整齐，横纹清晰，这时快速冷冻，冰晶形成小且数量多，存在于细胞内。当缓慢解冻时可逆性大，肉汁流失少。但急速解冻会造成大量汁液流失。
尸僵前冻结，短时间贮藏后，解冻时肉缺乏坚实性和风味，有待解冻后成熟时改善。
尸僵中冻结，由于肉持水性低，易引起肉汁流失。西尾氏对不同时间冷冻比较其品质认为：宰后1d冻结的肉最好，3d的较好，以后质量下降。解僵后冻结，由于持水性得到部分恢复，硬度降低，肉汁流失较少，并且比尸僵肉在解冻后解体处理时容易分割。
4.冻结工艺
冻结工艺分为一次冻结和二次冻结。
(1) 一次冻结 宰后鲜肉不经冷却,直接送进冻结间冻结。冻结间温度为-25℃,风速为1～2m/s,冻结时间16～18h,肉体深层温度达到-15℃,即完成冻结过程,出库送入冷藏间贮藏。
(2) 二次冻结 宰后鲜肉先送入冷却间,在0～4℃温度下冷却8～12h,然后转入冻结间,在-25℃条件下进行冻结,一般12～16h完成冻结过程。
一次冻结与二次冻结相比,加工时间可缩短约40%,减少大量的搬运,提高冻结间的利用率,干耗损失少。但一次冻结对冷收缩敏感的牛、羊肉类,会产生冷收缩和解冻僵直的现象,故一些国家对牛、羊肉不采用一次冻结的方式。二次冻结肉质较好,不易产生冷收缩现象,解冻后肉的保水力好,汁液流失少,肉的嫩度好。
5.冻结肉的冷藏
冻结肉冷藏间的空气温度通常保持在-18℃以下,在正常情况下温度变化幅度不得超过1℃。在大批进货、出库过程中一昼夜不得超过4 ℃。冻结肉类的保藏期限取决于保藏的温度、入库前的质量、种类、肥度等因素,其中主要取决于温度。因此对冻结肉类应注意掌握安全贮藏,执行先进先出的原则,并经常对产品进行检查。冻结肉的冷藏条件和期限见表1-4-4。 表1-4-4 冻结肉类的冷藏期 肉的种类 温度( ℃) 相对湿度(%) 贮藏期限（月） 牛 肉
小牛肉
猪 肉
猪 肉
猪肉片
猪 肉
羊 肉
兔 肉
禽 类
内脏（包装） -18～-23
-18
-18～-23
-29
-18
-18
-18～-23
-18～-23
-18
-18 90～95
90～95
90～95
90～95
90～95
90～95
90～95
90～95
90～95
90～95 9～12
8～10
7～10
12～14
6～8
3～12
8～11
6～8
3～8
3～4 6.冻结及贮藏对肉质量的影响
冻结中肉质的变化包括组织结构的变化和胶体性质的变化及其他变化。这些变化受冻结速度的影响,更受冻结后贮藏时间的影响。在长时间贮藏时,时间因素的影响则比冻结速度的影响更大。
(1) 组织结构的变化 造成组织结构变化的主要原因是由于冰结晶的机械破坏作用。在冻结过程中, 由于纤维内部水分外移,因而造成纤维的脱水和收缩,促使纤维内蛋白质质点的靠进和集合。肌肉组织内的水分冻结后,体积约增大9%左右。
因此,当肉被冻结后,在肉中形成的冰结晶必然要对组织产生一定的机械压力。如系快速冻结,由于生成的冻结晶较小,相对地由此所产生的单位面积压力不大。并且由于肌肉具有一定的弹性,因此尚不致引起肌肉组织破坏。但如系缓慢冻结,因形成的冻结晶体积大,且分布不均匀,因而由冰结晶所产生的单位面积上的压力很大,引起组织结构的损伤和破坏。同时,压迫纤维集结。这种由于冰结晶所引起的组织破坏是机械性的,因而是不可逆的。在解冻时会造成大量的肉汁流失。
(2) 胶体性质的变化 冻结会使肌肉蛋白质胶体性质破坏,从而降低肉的品质。蛋白质胶体性质破坏的原因是由于在冻结过程中蛋白质发生变性。蛋白质变性的原因,2009年形成的学说有以下几种:
盐析作用: 由于肉类在冻结过程中,先冻结的是纯水,然后是稀溶液。因此,当大部分水转变为冰后,残存在未冻结部分中的溶质浓度逐渐增高,亦即残液中的盐类的浓度增高,使蛋白质发生盐析作用而自溶液中析出。发生盐析的蛋白质在初期仍不失其天然性质,如将溶液稀释仍可溶解。但如盐析时间过长,则逐渐变为不可逆的变性。
氢离子浓度: 肉中酸类的解离度都极小(主要是磷酸、乳酸、肌酸),而肉类蛋白质本身又是两性电解质,具有很强的缓冲作用,因此在这种溶液中,酸度的变化对氢离子浓度几乎无影响。
在肉类冻结时,随着冰结晶析出量的增加,残液部分中酸类的浓度亦即随之相应增加。这时,一方面由于盐类浓度增加而使蛋白质发生盐析作用,使溶液中可溶性蛋白质逐渐减少。另一方面,水分冻结对蛋白质引起机械的破坏作用,因而溶液中蛋白质所起的缓冲作用也就逐渐减弱。溶液中的氢离子浓度即趋增加。所以在冻结之后,肉中酸类即使有少量增减,对氢离子浓度也有很大影响,从而促进了蛋白质的变性。例如牛肉汁大约在pH 6～7时,变性程度低而稳定,当低于6.0时,即急速增加。
结合水的冻结: 肌肉纤维内的原生质系胶体状态,在该胶体中的主要分散质为蛋白质。而蛋白质分子的周围有与蛋白质亲合力很强的结合水存在。冻结过程中,自由水先发生冻结。随着温度的继续下降,冻结的水量逐渐增加。当冻结水量超过一定范围时,即发生了结合水的冻结。结合水的冻结使胶体质点的结构遭受了机械破坏作用,减弱了蛋白质对水的亲合力。在解冻时,这部分水不能再被蛋白质质点所吸附,而使蛋白质丧失了结合水,成为脱水型的蛋白质。这样就使蛋白质质点易于凝集沉淀,丧失其可逆性,而使细胞内原生质不能再回复到冻结前的那种胶体状态。
近年来,由于深层冻结(如液态氮)的发展,对这种解释提出了疑问,即尽管冻结温度很低,但被冻结食品的可逆程度却要比在-25℃以上冻结者好得多。用结合水冻结学说对此问题很难加以说明。 另一方面,洛夫(Love)等(1962)所做的试验,对结合水冻结的理论又提供了依据。因而在2011年这样认为:在对肉质可逆性的影响因素方面,即影响蛋白质变性的关键性因素是冻结速度,至于冻结的最终温度的影响则是次要的。
蛋白质质点分散密度的变化: 由于冰结晶的形成及一部分结合水的冻结,使蛋白质分子的水化层减弱甚至消失,侧链暴露出来。同时加上在冻结中形成的冰结晶的挤压,使蛋白质质点互相靠近而结合,致使蛋白质质点凝集沉淀。这种作用与冻结速度的关系极大。冻结的速度愈快,挤压作用愈小,变性程度就愈低。
(3) 肉在冻结冷藏中的其他变化
干缩: 干缩的程度因空气的条件(温度、湿度、流速)、肉的等级和大小、包装状态而不同。当温度高、湿度低、空气流速快、冷藏时间长、脂肪含量少、形状小、无包装的情况下干缩量显著增大。上述各种条件同时显著不利时,可以使肉质变为海棉状体,使肉质和脂肪严重氧化。这是因为在冻结冷藏时的干缩与冰的升华相似。在这个过程中,没有水分的移动。因此,冻结肉表层水分蒸发后就形成一层脱水的海棉状层。海棉状层下的冰晶继续升华,以水蒸气的状态透过表层,海棉状层即由此而不断加深。
而另一方面则进行着空气的扩散,使空气不断积累在逐渐加深的脱水海棉状层中,致使肉中形成一层具有高度活性的表层,在这里发生着强烈的氧化作用,并吸附各种气味。
降低肉的干缩损耗,不仅对质量有利,也有极大的经济意义。如以每年冷藏5000T冷冻肉计算,如冷藏时干缩损耗降低0.5%,即可使25T肉免于损失。
变色: 冻肉的颜色在保藏过程中逐渐变暗,主要是由于血红素的氧化以及表面水分的蒸发而使色素物质浓度增加所致。冻结冷藏的温度愈低,则颜色的变化愈小。在大约-50～-80℃变色几乎不再发生。
汁液流失: 冻结冷藏肉解冻时,内部的冰结晶融化成水,但此时的水不能完全被组织所吸收,因而流出于组织之外称为汁液流失。汁液流失的多少可作为确定冻结肉品质好坏的指标之一。一般所称之汁液流失是指解冻时和解冻后自然流出的汁液,称之为自由流失(freedrip)。在自由流失之外,再加以98～1862KPa的压力所流出来的汁液称之为可榨出流失(expressible drip)。两者总称为汁液流失。
汁液流失的总量以及自由流失和可榨出流失之间的比例,与冻结前的处理、原料的种类和形态、冻结的湿度、冻结速度、冻结冷藏的时间及期间的温度、管理、解冻方法等有关。
原料新鲜(除去随着解冻而发生僵直的情况),冻结速度快,冻结冷藏温度低且稳定,冻结冷藏时间短者,一般流失汁液少。冻结以后马上解冻,则几乎不发生汁液流失。汁液流失随着在冻结状态的时间增长而增加,但到一定的最大值后则不再增加。发生汁液流失的原因基本上是由于蛋白质胶体发生的不可逆变化,使原来处于凝胶结构中的水分不能继续保持而流出组织之外。
对于牛肉,其宰后成熟经过的时间与液汁流失有关。宰后经5h后冻结者汁液流失少,但24h后增加,直至5d,这一段时间进行冻结者都与24h冻结者大致相同。成熟的牛肉,即使是形成较大的冰结晶,由于牛肉的持水性好,当其解冻时汁液流失也较少。 脂肪的变化: 在低温下,虽然氧分子的活化能力已大大消弱,但仍然存在。因此,脂肪也依然受到氧化,特别是含不饱和脂肪酸较多的脂肪。在各种肉类中,以畜肉脂肪最稳定,禽肉脂肪次之,鱼肉脂肪最差。猪脂膘在-8℃下贮藏6个月以后,脂肪变黄而有油腻气味;经过12个月,这些变化扩散到深25～40mm处;但在-18℃下贮藏12个月后,肥膘中未发现任何不良现象。
微生物和酶: 在很低的冷藏温度下,微生物不易生长和繁殖。但是如果冻结肉在冷藏前已被细菌或霉菌污染,或者在冷藏条件不好的情况下冷藏时,冻结肉的表面也会出现细菌和霉菌的菌落,特别是溶化的地方易发现。
关于组织蛋白酶经冻结后的活性,有报告认为经冻结后增大,若反复冻结和解冻时,其活性更大。
7.冻结肉的解冻
解冻是冻肉消费或进一步加工前的必要步骤,是将冻肉内冰晶体状态的水分转化为液体,同时恢复冻肉原有状态和特性的工艺过程。解冻实际上是冻结的逆过程。解冻肉的质量与解冻速度和解冻温度有关。缓慢解冻和快速解冻有很大差别。
试验表明,在空气温度为15℃条件下,牛肉1/4胴体快速解冻时,损耗为3%;在3～5 ℃进行缓慢解冻时,损耗只有0.5%～1.5% . 由此可见,缓慢解冻可降低损耗1.5%～2.5%。肉的保藏时间越长、解冻温度越高,肉汁的损失也越大。40℃时损失11.5%,7℃时损失4.35%,1℃时损失2.55%。
解冻的方法很多,但常用的有以下几种:
(1) 空气解冻法
将冻肉移放到解冻间,靠空气介质与冻肉进行热交换解冻的方法。一般把在0～5℃空气中解冻称为缓慢解冻,在15～20℃空气中解冻称为快速解冻。
(2) 液体解冻法
液体解冻法主要用水浸泡或喷淋的方法。其优点是解冻速度较空气解冻快。缺点是耗水量大,同时还会使部分蛋白质和浸出物损失,肉色淡白,香气减弱。水温10℃,解冻20h;水温20℃,解冻10～11h。解冻后的肉,因表面湿润,需放在空气温度1℃左右的条件下晾干。如果封装在聚乙烯袋中再放在水中解冻则可以保证肉的质量。在盐水中解冻,盐会渗入肉的浅层。腌制肉的解冻可以采用这种方法。猪肉在温度6℃的盐水中10h可以解冻,肉汁损失仅为0.9% .
(3) 蒸汽解冻法
蒸汽解冻法的优点在于解冻的速度快,但肉汁损失比空气解冻大得多。然而重量由于水汽的冷凝会增加0.5%～4.0% .
(4) 微波解冻法
微波解冻可使解冻时间大大缩短。同时能够减少肉汁损失,改善卫生条件,提高产品质量。此法适于半片胴体或四分之一胴体的解冻。具有等边几何形状的肉块利用这种方法效果更好。因为在微波电磁场中,整个肉块都会同时受热升温。微波解冻可以带包装进行,但是包装材料应符合相应的电容性和对高温作用有足够的稳定性。最好用聚乙烯或多聚苯乙烯,不能使用金属薄板。 (5) 真空解冻
真空解冻法的主要优点是解冻过程均匀和没有干耗。厚度0.09m,重量31kg的牛肉,利用真空解冻装置只需60min .
