喷雾干燥，冰晶与冷冻食品之间的故事
声明：本文章由“苏州晶云”妥善人员编辑组汇编而成，如需转载请联系本网站客服，或注明来源保留本文章链接。
冷冻食物的发展
不知从何时起，咱们的冰箱冷冻层就已被各种牌子的速冻水饺、汤圆、手挠饼、冷冻肉填满；超市冷柜里，火锅店里的各种丸子，外卖淘宝上的生鲜冷鲜，更是随处可见各种冷冻食物的身影。下班后，比较于花两个小时买菜、洗菜、炒菜、拾掇，我更倾向于一碗只需15分钟就能食到的甜旨水饺。不得不说，冷冻食物确实解放了咱们的双手，给生活带来了许多便当。再加上这年头疫情的重复，为求心安，家中冰箱常备菜肉已成趋势。依据国家统计局提供数据，2019年全国规划以上冷冻食物工业企业完成经营收进2.01万亿元，同比增加9.5%，增速别离高出全部规划以上工业、全国食物工业经营收进增速5.7、5.3个百分点，实现较高速增加。据中研普华研究院推测，未来10年我国冷冻食物行业将仍处于成长期，估量复合年均增加率10%左右。
冷冻保鲜自身是一种效果较好、保存时刻较长、成本较低的保鲜方法。但这种方法对食物品行究竟有没有什么影响呢？这是某一天小编回家着急做饭，就用热水冻住冻猪肉，却看到了半袋子血水和一些烂掉的肉纤维而引发的考虑，那一顿炒肉食起来没滋没味儿。再细想起来，冰箱里重复冻过的牛肉也早已失往了最开始的血红色泽。想必咱们和我有着相同却又简单被漠视的阅历吧？就此，小编充沛发扬理科生的天赋，并为咱们调查清楚构成这全部的暗地黑手——冰晶。下面，就让咱们来听听它的“自辩”吧！
冰晶：咱们好，我是冰晶。我对给咱们的食物品行构成了影响表达歉意，请答应我从以下几个方面进行解说。
1.我的身世—水构成冰晶的机理和进程
冰晶的母体是冰，而冰来自于水的冻住，这是众所周知的常识。可是这其中的原理你们知道吗？构成冰晶的要害步骤是成核。
依据“经典成核理论”，纯过冷水结晶是一个均相成核进程，即依托自身的原子运动构成晶核。假如过冷水中构成了一个半径为r的细微晶体，该区域的能量将会发生转变，由两部分组成：必定体积的液体转变为固体导致的体积自由能下降；细微晶体外表构成液-固相界面，增加了外表自由能。这两部分对总自由能奉献是相反的:
ΔG = VΔGv + ΔG
= 4πr3·ΔGv/3 + 4πr2σ
ΔGv为单位体积内固液吉布斯自由能之差，在过冷水中，为负值；σ为界面能，恒为正值。当细微晶体出现后，能否长大，取决于其体积增加时系统自由能是否下降。当r较小时，外表自由能占主导，跟着r的增大，系统吉布斯自由能上升，这种自发进程会不断减小到消失，晶体化解；当r较大时，体积自由能占主导，跟着r的增大，系统吉布斯自由能下降，这种细微晶体就可以长大，称为晶核。
这样就存在一个临界晶核半径r*，使得ΔG出现一个极大值点，即称心
dΔG/dr = 0, 得r* = -2σ/ΔGv
该极大值点的ΔG，便是过冷水均相结晶的自由能能垒。而该能垒与温度相关，关于纯过冷水来说，低于-40 ℃才简单越过自由能能垒构成均相结晶。但在实际生活中，水结冰是异质成核进程，成核发生在液体和固体鸿沟的触摸部位。固液界面能下降成核所需的自由能，过冷度相对较低（结晶成核所需要到达的一个温度差，温度要下降到冰点以下），然后更简单结晶。
展开全文
一旦成核后，冰晶就要开始成长了。众所周知，全部分子都是在不断运动的，只是水分子在构成冰时，分子热运动是削弱的。但初始构成的晶核并不安稳，简单被其他水分子的热运动涣散。只要温度继续下降到必定程度，水分子热运动进一步削弱，才能构成安稳的晶核，它为冰晶成长奠定了根底。水分子移动并有次序的结合到安稳晶核上，也就让冰晶越长越大。
这里所说到的成核与成长，也是操控结晶进程的要害。操控结晶进程可以从调剂晶体成核或成长的视点下手，但一般需要一起操控这两种要素。从整体结果的视点动身，需对每个单元参数(如降温速率、晶种添加、反溶剂添加等)进行评判，以确认最要害工艺参数，进而确认成核或成长哪一个对结晶进程起主导作用。
关于结晶进程的操控，传统看点多关注于成核，由于最初构成的晶核的品种、数量和尺度至关重要。但是，在成长占主导地位之前有多个要素会影响到晶核产生、成核速率和晶核数量，往往导致成核进程难以操控。因此，基于最终质料物理特征的操控要求，须将结晶工艺的要点从成核操控转向成长操控，其中最要害的操控要素即为过饱和度和晶种。
2.我对食物冻住的影响—速/慢冻冻住食物时冰晶行为
关于冰晶的成长，有一个非常重要的影响要素——降温速率。当缓慢冷却时，因降温至食物中水冰点以下的时刻很长，初始水分子构成的晶核，易被其他水分子的热运动涣散，导致构成安稳晶核的数量减少。一起漫长的降温进程给予水分子充沛的时刻集中结合到少数安稳晶核上，所以长成了大冰晶；而当快速冷却时，因温度灵敏降至过冷温度，立刻构成了大量安稳晶核。一起水分子没有充沛的时刻聚集，所以只能涣散到各安稳晶核上，构成了无数只小小的冰晶。
拿到食物冷冻层面来说，有一个更专业的名词——冻住速度，它是指食物外表与中心温度点间的最短距离，与食物外表到达0 ℃以后食物中心温度降到比食物冻住点低10 ℃所需的时刻之比。冻住速度的快慢一般可用食物中心温度下降的时刻或冻住层伸延的距离来划分。食物的中心温度从-1 ℃下降至-5 ℃所需的时刻（即经过最大冰晶生成区的时刻），在30 min以内,回于快速冻住，超越30 min则回于慢速冻住。快速冻住常让冰晶出现针状杆状，粒子巨细在0.5~100 μm之间；慢速冻住则常让冰晶出现圆柱状或块状，粒子巨细在100~1000 μm之间。
全部动植物都是由细胞膜或者细胞壁围绕细胞所构成。水分是各生物体的主要成分。动植物类食物中的水分以两种情状存在于细胞内和细胞空隙：一种会与蛋白质、糖类等物质结合参与细胞构成，称为结合水，它的冰点很低，但含量不高；一种大量存在于细胞表里，称为游离水，可作为介质，自由活动。
在慢速冻住中，相较于细胞内的结合水，细胞空隙中的游离水会最早构成冰晶。一旦冰晶构成后，其周边的溶液浓度会增大，细胞表里构成渗透压差，再加上冰晶对细胞构成的挤压甚至于对细胞壁细胞膜构成的破坏，均会导致细胞内水分不断透过细胞壁细胞膜向胞外扩散并聚集在冰晶四周，使其不断长大，进一步体积膨胀。此时此刻，对细胞的不可逆损害已经构成了，细胞膜破裂，因水分大量分出细胞外构成盐析作用加强致使蛋白质不可逆变性等等。
这种情状下的食物冻住时，冰晶熔化构成的游离态汁液很难再被从头吸取，构成“血水”，里边溶有大量的蛋白质、糖类等养分物质。一起因食物细胞损害，它也失往了原本的外形、养分和风味。