[科普中國]-冰晶成長

簡介

速凍食品適合較長期貯藏，因此其凍藏期一般較長。在凍藏過程中，由于凍藏溫度的波動(dòng)和環(huán)境中氧的作用，速凍食品會(huì)緩慢地發(fā)生下面一系列變化，其中就包括冰晶成長。剛生產(chǎn)出來的速凍食品，它的冰晶大小并不完全均勻一致。在凍藏過程中，由于凍藏時(shí)間較長，微細(xì)的冰晶會(huì)逐漸合并，成長為較大的冰晶，這種現(xiàn)象稱為冰晶成長。

冰晶成長的原因冰晶成長的原因之一是冰晶周圍的水或水蒸氣向冰晶移動(dòng)，附著并凍結(jié)在上面。在速凍食品的內(nèi)部存在有三個(gè)相，即固相(大小不同的冰晶)、液相(殘留的未凍結(jié)水溶液)及氣相(水蒸氣)。它們的飽和水蒸氣壓之間有下述關(guān)系：①液相的水蒸氣壓>冰晶的水蒸氣壓；②氣相的水蒸氣壓>冰晶的水蒸氣壓；③小型冰晶的水蒸氣壓>大型冰晶的水蒸氣壓。由于壓差的存在，水蒸氣就從蒸氣壓高的一方向蒸氣壓低的一方移動(dòng)，并不斷附著、凝結(jié)到冰晶上面，使大冰晶越長越大，而小冰晶逐漸減少、消失。大冰晶的形成使細(xì)胞受到機(jī)械損傷的程度增加，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，解凍后液汁流失增加，食品的風(fēng)味和營養(yǎng)價(jià)值等都受到影響。

冰晶成長的另一個(gè)原因是重結(jié)晶導(dǎo)致冰晶成長。重結(jié)晶是指凍藏過程中，由于凍藏溫度的波動(dòng)，導(dǎo)致反復(fù)解凍和再結(jié)晶所出現(xiàn)的結(jié)晶體積增大的現(xiàn)象。重結(jié)晶的程度直接取決于單位時(shí)間內(nèi)溫度波動(dòng)的次數(shù)和程度，溫度波動(dòng)幅度越大、次數(shù)越多，重結(jié)晶的程度也越深，就會(huì)促使冰晶體顆粒迅速增大、數(shù)量迅速減少，以致嚴(yán)重破壞速凍食品的組織結(jié)構(gòu)，使其解凍后失去彈性，使食品像慢凍那樣受到嚴(yán)重的損傷。

剛生產(chǎn)出的速凍食品具有細(xì)微的冰晶結(jié)構(gòu)。在其凍藏過程中，如果凍藏溫度經(jīng)常變動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)重結(jié)晶。當(dāng)溫度上升時(shí)，速凍食品細(xì)胞內(nèi)的冰晶融化成水，使液相增加，由于水蒸氣壓差的存在，水分透過細(xì)胞膜擴(kuò)散到細(xì)胞間隙中去，當(dāng)溫度又下降時(shí)，它們就附著并凍結(jié)到細(xì)胞間隙中的冰晶上面，使冰晶成長。因此，當(dāng)凍藏溫度波動(dòng)時(shí)，細(xì)胞間隙中的冰晶成長(重結(jié)晶)最為明顯1。

如何防止冰晶成長帶來的不良影響要防止凍藏過程中因冰晶成長給速凍食品帶來的不良影響，可以從以卜．兩方面加以防止：①采用深溫速凍方式，使食品中90%的水分在凍結(jié)過程中來不及移動(dòng)，就在原位變成極微細(xì)的冰晶，這樣形成的冰晶的大小及分布比較均勻。同時(shí)由于是深溫速凍，凍結(jié)食品的終溫比較低，食品的凍結(jié)率提高了，殘留的液相少，也可減緩凍藏中此類冰晶的成長。②凍藏溫度應(yīng)盡量低，并且少變動(dòng)，特別要避免-18℃以上溫度的變動(dòng)。

一般食品如要長期貯藏，-18℃的溫度已能滿足，但目前速凍產(chǎn)品貯藏溫度仍有降低的趨勢，有的降到-30℃甚至-40— -50℃，這主要是為了保持速凍產(chǎn)品的色澤。值得注意的是凍藏溫度應(yīng)與速凍溫度相匹配。如果速凍溫度低而凍藏溫度高，則凍結(jié)中形成的小冰晶會(huì)在貯藏中逐漸增大而失去速凍的優(yōu)點(diǎn)，最后結(jié)果亦與緩慢凍結(jié)相同2。

冰晶成長的控制1.減少冷凍食品的結(jié)構(gòu)破壞有兩個(gè)方面:(1)要形成小冰晶的基質(zhì);(2)要防止這些冰晶在食品流通過程中長大。從熱力學(xué)角度來講,即使溫度被充分控制,但在能量方面,冰晶的分布仍然朝著有利于形成一個(gè)單一大晶體的目標(biāo)發(fā)展。這是一個(gè)對(duì)溫度非常敏感的過程。例如, 如果我們收集了平均直徑25μm的冰晶, 已證明在-18℃下不經(jīng)過24d的時(shí)間,直徑就會(huì)翻番;而在-5℃僅存放24h就會(huì)出現(xiàn)同樣的結(jié)果。

2.自然界在這方面同樣也提供某種可能的解決辦法。已經(jīng)證明原本在北極魚內(nèi)發(fā)現(xiàn)的能阻止結(jié)冰的抗凍蛋白,通過用一個(gè)冰晶格限制在特定位置而生效?？箖龅鞍椎拇嬖谑贡П砻嫔L的能量分布改變。雖然它們抗結(jié)冰的能力不大，只能降低1℃～2℃結(jié)冰溫度, 但它對(duì)重結(jié)晶的作用顯著。因?yàn)檫@些蛋白已經(jīng)移植給了多種多樣的植物,所以,通過優(yōu)化育種 ,未來的冷凍食品可能提供具有抗重結(jié)晶性的栽培品種,用于將來的冷凍食品。

3.對(duì)于某些食品可以保持冷凍的品質(zhì)。采用滲透脫水,軟性水果放在糖溶液中冷凍,對(duì)于它們最終的品質(zhì)就有多重作用。首先,滲透脫水將水從細(xì)胞中擠出,降低了從水到冰的膨脹所聚積的壓力;其次,碳水化合物的滲入則表現(xiàn)出能產(chǎn)生更好的生化穩(wěn)定性,尤其在顏色和風(fēng)味的保持方面。這些保護(hù)性因素的機(jī)理還不十分清楚 ,但可能與解凍組分的玻璃轉(zhuǎn)化溫度升高有幾分關(guān)系。解凍組分中粘度降低了反應(yīng)物之間相互接觸的速率。魚類產(chǎn)品利用此技術(shù)取得了延長貨架期的效果3。