纯水的冻结曲线图片

A. 冻融过程及影响因素

（一）冻融过程

冻土是指具有负温并含冰晶的土水体系，是由土壤矿物颗粒、有机质构成其固相骨架，水、冰和汽充填其中孔隙的四相体。冻土可分为多年冻土（即永久性冻土）和季节性冻土，这里主要讨论季节性冻土。

土壤中所含水率的多少，由四相体中水分所占相对比例表示，称之为含水率。天然条件下土壤各点的含水率因位置和时间而异，为了区分不同含水率土壤的水分所具有的不同特性，按照土壤中水分存在的形态和土壤中水分所承受的作用力的性质及大小，将土壤分为重力水、毛管水、薄膜水、结合水（弱结合水和强结合水）四种类型。

土壤在冻结或融化过程中，一个显著的特征就是发生水、冰或冰、水之间的相态变化，使水分子之间的位能减少或增大，从而引起向外界释放或吸收热量的能量交换过程。

如前所述，在土壤冻结过程中，随着温度降至冻结温度，首先重力水和毛管水（又称为自由水）开始冻结，由于自由水占土壤液态水中的大部分，故此时土壤中液态水含量急剧减少，到自由水全部冻结后，部分薄膜水开始冻结。全部自由水和部分薄膜水冻结，是土壤水分相变的重要部分，称此段相变的温度区间为剧烈相变温度区。随着温度的继续下降，剩余薄膜水再逐渐冻结，但这一部分相变水量很少，该段相变的温度区间称为冻结相变温度区。而不存在相变的正温区称为未相变温度区。这样，在温度坐标上，可把冻结过程中的土壤自上而下分为冻结相变区、剧烈相变区和未相变区三个区域（如图3-15所示）。土壤融化过程与冻结过程相反，随着温度的升高，首先相变（由冰变为液态水）的部分为薄膜水。之后再相变的部分为自由水。结果土壤中的液态水含量随着温度的升高而不断增加，直至全部融化为止。剧烈相变区、冻结相变区的划分仍然适于土壤的融化过程。因此三个区域贯穿于整个冻融过程。

土壤的季节性冻融过程如图3-16所示，可分为不稳定缓慢冻结阶段（图中的AB段），快速冻结阶段（BC段），拟稳定冻结阶段（CD段）和融化阶段（DEF段）四个阶段。曲线ABCDEF为土壤冻结过程中冻结或融化锋面的推进过程线。该曲线反映了相变温度场在时空上的变化规律。由图可见，土壤季节性冻融过程的特点表现为单向冻结和双向融化，上边界负温变化大而下边界正温变化小，冻结深度及冻融过程主要受上边界气象条件及土壤条件的制约。

图3-15 冻融过程中土壤相变分区示意图

图3-16 土壤季节性冻融过程示意图

（二）影响因素

影响土壤冻结深度的因素很多，但其中最主要的是地表负积温。在冬季，随着气温的下降，地表的温度逐渐降低，并在温度梯度的作用下逐渐向下传播，引起土壤温度由上至下逐渐降低。当土壤某一深度的温度降低到该深度土壤的冻结温度（主要与含水率和含盐量有关）时，土壤便开始冻结。因此土壤冻结过程与地表温度变化过程有着密切的关系，冻结深度主要取决于冻结期地表的负积温强度。图3-17为土壤冻、融深度与地表负积温的关系。从图3-17中可以看出，冻结深度Z_f与地表负积温ST_s之间存在明显的相关关系，可以由以下关系式描述：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

式中，A、B为经验系数，反映除负积温以外其他因素对冻融深度的影响，A表示负积温为0（即温度稳定通过0℃）时土壤的冻结深度，B表示在一定的温度梯度作用下土壤的冻结速度。

在实际应用中，气温资料比地温资料更容易获得，同时地表负积温与气温负积温变化同步且相关关系显著。为了便于应用，可以类似地建立起冻结深度与气温负积温ST_a之间的经验关系

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

当地下潜水位埋深为2.5 m时，上式中A=4.912（cm），B=4.797（cm/℃^1/2d^1/2），线性相关系数为0.992，自由度为39。从回归结果看，土壤冻结深度与气温负积温相关关系显著。

图3-17 土壤冻结、融化深度与地表负积温的关系

此外，风、雨、雪等对土壤温度亦产生断续的影响，风对土壤温度的直接影响是很小的，但风干所引起的土壤水分蒸发将导致土表冷却，因为在蒸发的过程中需要热量。

通常雨水对土壤起冷却的作用，因为绝大多数的雨水的温度低于土壤温度，冷的渗透水通过土体而渗入土壤，能使心土迅速冷却，由于水的比热很大，故早春过量的冷雨将阻碍土壤温度上升。冬季土壤上的积雪覆盖层能当作良好的绝缘体，它加速并延长温度的变化过程，在有雪的情况下，冻结深度相对要浅一些，除非空气的温度在长时期内降得很低。

试验地区历史最大冻土深度为95 cm，1999～2000年最大冻土深度62.0 cm（2000年02月09日）。试验期冻土深度变化过程见图2-9。

B. 什么叫冻结

1.水从液态变成冰的相变过程。2.在低温下使食品组织中的大部分水分冻结成冰晶。
关于食品的冻结
我的答案可以详细一点：
1.冻结点：是指一定压力下液态物质由液态转向固态的温度点。
2.低共熔点：溶液中的溶质和水达到共同固化，这一状态点称为低共熔点或冰盐冻结点。
3.冻结过程：冻结曲线：
冻结率：食品在冻结点与低共熔点之间的任一温度下，其中水分的冻结的比例称冻结率，以百分数表示。
最大冰晶生成带：当食品通过-1～-5℃的温度范围时，有80%的水分发生冻结，是冰晶生成的主要范围，称为最大冰晶生成带。
4.冻结速度与晶体分布
5.冻结时的放热量计算
6.冻结时间的计算
7.食品冻结时的变化：物理变化：产生膨胀压、溶质重新分布、溶质浓缩、干耗
化学变化：变色、蛋白质冻结变性
组织变化
生物和微生物变化
7.冻结方法：

C. 什么是食物的冰点

0度， 是生蔬菜肉类的冰点，储藏温度控制在0度左右，能有效保持食物的水分和营养。

缓慢冻结对成品的不良影响，除大冰晶的危害以外，还有胶体的浓缩问题。当胶体中电解质浓缩到一定程度时，胶体即产生不可逆的化学反应，以致解冻以后出现蛋白质凝固等现象，不能恢复原来的胶体状态。

食品冻结方法按冻结的快慢,分为速冻与慢冻;按冷冻介质和食品接触的方式，分为直接接触法和间接接触法。冻结方法根据具体产品的质量要求和技术经济指标选用。直接接触法应用较广，它包括静置法、强制通风法、喷淋法等。

(3)纯水的冻结曲线图片扩展阅读：

技术原理：食品冻结过程任何水溶液的冰点都低于纯水的冰点0℃,这一自然现象称为冰点降低。降低的程度取决于溶质的性质和浓度。新鲜食品中的水分一般占2/3,最高达95%以上,水中溶有糖、酸、矿物质以及胶体物质，所以食品的冰点均在 0℃以下。

冻结过程是食品中水分不断冻结成冰的过程。随着温度的降低，水分由液相转变为固相的变化可以用冻结曲线表示。冰晶大小和胶体浓缩是影响冻结食品质量的重要因素。

D. 冷冻肉的保藏原理

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、黄色、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 .

E. 食品冻结曲线分哪几个阶段各阶段有何特点

半导体放电管的主要参数：
VT：通态压降
VDRM：断态电压
VS：转折电压
IDRM：断态电压下流过的最大泄漏电流
IH：维持电流
IS：最大转换电流

当外加电压低于VDRM时，漏电流很小，处于断开状态。不影响被保护组件的正常工作。当外加电压大于VS时，半导体放电管很快进入导通状态，压降很小，起到了保护作用。外加电压恢复正常后，电流很快就降到低于维持电流IH，放电管自然恢复，回到阻断状态。
该器件的优点是导通电压小，几乎无热耗，可重复使用，能承受较大的冲击电流，响应快，使用安全、可靠，其性能优于其它瞬间过压保护元器件。

F. 求一篇关于冷冻干燥技术的综述

真空冷冻干燥技术的现状及发展趋势

1 引言

近几年来, 真空冷冻干燥技术发展非常迅速, 国内尤为突出。十年前, 国内生产冻干设备的工厂只有3 家,现在已近30 家。冻干产品由生物制品到药品,再发展到出口冻干食品。生产冻干食品的厂家从无到有,目前已有几十家。冻干理论研究也活跃起来,有十几所高等院校和科研机关在研究冻干过程的传热传质,发表论文数十篇,出版了5 本专著。可以肯定地说,冻干设备、工艺和理论研究已经取得了可喜的成果,但也存在着不足。

2 冻干设备的现状及发展趋势

医药用冻干机已经基本成熟, 国内也制定了相应技术标准。有关厂家生产的医药用冻干机,已能代替进口设备。其压盖、清洗、消毒灭菌等功能齐全,产品质量和自动化程度较高,只是水分在线测量仪和个别电器元件等尚需进口。食品冻干机发展较快,生产厂家较多,质量、性能、规格型号各不相同。前几年多从国外引进,近几年已经基本国产化了。

目前,国产食品冻干机还都是非标准化产品。大部分生产厂家走的是仿制道路。有的厂家在采用国外先进技术的同时, 并且进行了很大的改进。如: 加热板内采用了特殊导流装置, 使板内流体的流量均匀, 保证了加热的均匀和稳定; 捕水器在工作中可实现交替捕水和融冰, 捕水器盘管内氨液制冷方式由传统的氨液相变制冷改为氨液无相变制冷, 使捕水器盘管内温度均匀, 结霜性能良好。除仿制之外, 国内自己的研制能力也在提高, 有的单位已经脱离了仿制国外机型, 抽气系统采用低架式水蒸汽喷射泵抽水蒸气, 省去了捕水器和制冷系统, 使设备价格有所降低。设计采用地车式装卸料, 地车采用万向胶轮支撑运输装卸料盘的料车进出冻干箱。它与我国台湾产地车运送料盘不同,与丹麦ATLAS 公司等引进的设备采用上吊车的结构也有区别, 是两者优点的结合, 既省去了车间铺吊轨、影响美观、进出冻干室需搬道叉的麻烦,又克服了地车送料盘装卸料时间长、传导加热温度不均匀等缺点。这种设备结构简单,制造容易,使用方便。

食品冻干机还存在着许多不足, 无论是国产还是引进设备其共同的缺点是价格贵, 耗能高,收回投资慢。因此,降低成本,减少能耗是食品冻干机今后的主攻方向。除此之外,国产冻干机还存在一些不足之处：

(1) 搁板温度不均匀,造成冻干产品含水率不均匀,产品合格率受影响。造成温度不均匀的原因各不相同。有的是搁板结构和材料质量不好;有的是加热流体分流或流程有缺欠; 有的是捕水器在干燥箱内绝热不好。

(2) 干燥速率低, 干燥箱内各点干燥快慢不一致,反映在产品上仍然是合格率受影响。其原因除搁板温度不均匀外,还与真空系统配置得不合理有关。主要体现在捕水器配置得不合理;水蒸汽喷射泵性能不稳定;抽气口位置不合理等。

(3) 无法判断干燥何时结束,这是重要缺欠,因为它可能造成产品含水率高而不合格,也可能造成干燥时间过长而浪费能源。

(4) 捕水器效率低。主要体现在捕水器面积大而捕水量小,有部分无效面积,其根本原因是捕水器设计不合理。

(5) 真空度不稳定。除操作原因外,可能是真空系统设计不合理。对于水蒸汽喷射泵而言,可能出现的问题是蒸汽锅炉压力不稳定。

食品用冻干机的研究方向和发展趋势应该是:

(1) 改进结构,优化设计,降低成本,减少能耗。国外有些冻干机不采用不锈钢制造, 而采用低碳钢涂覆食品用可烘干树脂, 涂层厚度为0. 12～0. 20 mm ,在室温下就会发出红外线。搁板表面涂高性能远红外发射材料,增强其辐射能力, 料盘表面处理, 增强其吸热能力。料盘在两块辐射搁板之间有一最佳位置, 而不是取中间位置,因此应优化设计。捕水器的结构、尺寸、结霜特性的优化,更有实际意义,因为它的造价目前几乎相当于冻干箱的造价, 运转功耗较大。对于冻干机而言, 加热系统只是补充升华热,功率消耗本不应太高,但现有设备并不尽如人意,应该通过结构优化,降低能耗。

(2) 保证质量, 提高性能。有的厂家生产的冻干机从安装好之后, 一直不能投入正常生产; 有的冻干机虽然能生产,但能耗太高,生产的产品越多,赔钱越多; 还有的元器件不断出现故障,影响正常生产。因此,今后生产的冻干机质量必须保证,可靠性要好。提高性能是指除加热速率、抽气速率、温度均匀性、真空度稳定性之外,增强设备新的功能。例如增加冻干结束的判断功能,最简单的办法是称重法。目前已经有人试验,但都不太成功。原因是没有离开天平和地秤的模式,致使小设备安装困难,大设备笨重而不稳定。应该发展重量传感器,用很小的一次元件给出重量随时间的变化。

(3) 开发连续式冻干设备, 当前生产的冻干机都是间歇式产品, 随着工业技术的发展,人民生活水平的提高,消费量会增大,因此发展连续冻干设备,增加冻干产品的产量是必然趋势。

3 冻干工艺的现状及发展趋势

目前,研究冻干工艺的人员比研究冻干设备的人员要多,研究食品冻干工艺的人员比研究医药冻干工艺的人员要多。被研究的冻干食品品种也越来越多。仅就本校已研究过的冻干品种有:

(1) 中草药类:人参、冬虫夏草、山药。

(2) 水果类:桃、梨、苹果、香蕉、草莓。

(3) 蔬菜类:葱、菠菜、洋葱、胡萝卜。

(4) 肉类:牛肉、牛肝、鸡肝。

(5) 水产类:虾、海带、海参、扇贝。

(6)其它类:蜂蜜、幼竹鲜汁、紫草红色素、“勿忘我”鲜花等。

本校研究的冻干工艺都没有进行优化研究, 不能算是最佳工艺, 从实验室走入生产车间还应该进一步优化, 使其适合于产业化、快速、节能的要求。有的单位对几种食品的冻干工艺研究得比较出色,其中比较有代表性的食品是蘑菇、大蒜粉、芦笋、速溶咖啡、速溶茶等,并给出了脱水大蒜和脱水洋葱的技术要求,这是冻干食品走向成熟的标志。

西药、血液制品和生物制品的冻干工艺比较难,工艺成熟与否关系重大,产品质量直接关系到人的生命安全。所以研究人员比较少,研究成果有一定时间的保密性。西药冻干的关键问题是避免染菌,一但染菌就会造成重大事故。生物制品则要求更加严格,除避免染菌外还要防止菌种变异,保持活菌活毒的活性。在冻干过程中要加入添加剂和保护剂,这是技术水平很高的工作, 国内外有不同的冻干保护剂, 我国六大生物制品研究所之间也各有妙方。

生物体的冻干工艺已经提到了日程上,本校将灰鼠皮肤去毛冻干后在沈阳药科大学做药理实验证明了与新鲜皮肤的药理作用相同, 复水后在生物显微镜下做组织观察, 与鲜皮细胞组织基本相同。现正在国家自然科学基金的资助下,与中国医科大学合作开展家兔角膜的冻干实验研究。

4 冻干理论的研究现状及发展趋势

真空冷冻干燥技术的理论研究可概括为低压低温传热传质的理论研究,非稳态流场的理论研究和热物性参数与其测量方法研究三大部分。其中低压低温传热传质的理论研究进行得比较早,效果比较明显,目前公认的冻干模型可归纳成三种:

一种是1976 年Sandall 等提出的冰界面均匀后移的稳态模型(URIF) ;

另一种是1968 年Dryer [6 ]等提出的准稳态模型;

第三种是1979 年Litchield 等提出的吸附- 升华模型。

这几种模型都可以描述冻干过程,但又都存在着不足,描述传热过程比较准确,描述传质过程误差较大。主要问题是在传质过程中要发生固- 汽相变,水蒸气在多孔的通道中传递,通道长度要随时间不同而变化,是非稳态过程。多孔通道的结构尺寸还与预冻速度、被冻干物料的物质结构等有关。从近几年的研究报道中还没有见到有新的突破。冻干过程传热传质的理论研究重点是研究发生在被冻干物料内部的过程。非稳态流场的理论研究,重点是研究物料之外、冻干机之内的低压低温空间环境。描述该空间环境的参数有温度、压力、湿度等,这些参数形成的温度场、压力场、湿度分布等都是随时间变化的非稳态流场,这些非稳态流场的模拟方法至今还是个难题。冻干机捕水器中的非稳态流场中又增加了一个汽- 固相变的问题,使研究更加复杂化。因此,近几年虽然有人研究并发表了论文,但都没有形成有效的理论,仍然是值得深入研究的课题之一。无论是传热传质理论研究还是非稳态流场理论研究,都需要一些热物性参数,例如被冻干物料的密度、导热系数、传质系数、水分含量等。由于被冻干物料是各种各样的,无法查找这些数据,需要自己测量。测量时采用什么方法、什么仪表、什么原理等都是研究的课题。还有一类热物性参数测量更是比较困难,这就是在低温低压下湿空气和霜层的特性参数。例如,在真空条件下霜层的密度、厚度、导热系数等都随时间、温度、压力而变化,研究工作相当困难,进展缓慢。

5 结束语

从上述分析可见,冻干技术发展很快,存在问题也不少。迈向21 世纪的冻干技术,除了在设备、工艺和理论方面开展更新、更好、更深入地研究之外,还有待于开拓市场。目前冻干产品销售情况不景气, 除国际市场受东南亚经济危机的影响外, 也受冻干产品质量和品种的制约。国内市场受冻干产品的价格限制,也受新鲜果蔬生产和保鲜技术的冲击。开拓市场的方向应该是上品种、重质量、降价格、面向国外。冻干技术还需开发新的应用领域,生命科学、材料科学等都是冻干技术的交叉学科,是很有发展前途的领域,应该作为开发应用新领域的首选范围。 http://china.pharme.cn/Info/55318/Index.shtml

G. 什么叫冻结点食品的冻结率是如何计算出来的

食物的冻结点就是指食物中的水分从液体状态，随温度降低，水分子内活性降低变为固体容状态的温度点。

正常水的冻结点是0摄氏度，但如果水中溶解有无机盐，或者溶解有糖，味精等有机物，水的冻结点会变的更低，有可能在零下2-3度甚至更低才能冻结。而食物中大都含有无机盐，糖或者其他有机酸等影响冻结的成分，使得食品的冻结点改变。

但是不同食品因为含有不同的成分，没有相应的冻结率可算。只有单纯的盐水或者糖水等，才有随浓度变化的有规律的温度冻结曲线。

H. 冻结过程中食品温度的分布特点

冻结过程中食品温度的分布特点：一般食品温度越低质量变化越缓慢，质量变化是由酶、微生物及氧化作用等引起，它们都随温度降低而作用受弱。此外因蒸发而引起的干耗速度亦随温度降低而变弱。防止微生物繁殖的临界温度是－12℃，但在此温度下酶及非酶作用以及物理变化都还不能有效地抑制。所以必须采用更低的温度，实际使用时的推荐温度是—18℃。在也这样低的温度下食品内含有的水分必定要结冰，冰晶危害。

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I. 为什么市面上卖的纯净水会结冰

你的说法有漏洞。
1、虽然纯净水属于软水，但不代表它是纯净物。即便化学书上回说实验室的蒸馏水答是纯净物，但是当水流过你的容器壁时，会带走一部分容器壁。此时你的水已经不是纯净物了。
2、你装纯净水的容器（瓶子）可以算是凝结核。
3、如果纯净水你已经打开过了，那么空气中的尘埃就可以算作凝结核；如果你直接冷冻，你的瓶子如果质量不好可能会炸裂或崩开，水也可能会接触空气。
4、瓶壁也会掉落微粒，可以算作凝结核。
综上所述，市面上卖的纯净水结冰是正常现象，结冰点与0摄氏度(≈+273.15K)相差不大。

J. 简述食品冻结曲线的三个阶段及其在实际中的应用意义

初阶段
初阶段 ，即从初温到冰点，这时放出的是显热，此热量与全部放出的热量比较，其值较小，故降温快，曲线较陡。

中阶段
此时食品大部分水结成冰。由于冰的潜热大于显热约50~60倍。整个冻结过程中绝大部分热量在此阶段放出。降温慢，曲线平坦。

终阶段
从成冰到终温，此时放出的热量一部分是冰的降温，一部分是余下的水继续结冰。冰的比热容比水小。照理曲线更陡，但因还有残留的水结冰，其放出的热量大于水和冰的比热容，所以曲线不及初阶段那样陡。