一、食品的成分
食品的成分可分為有機和無機，屬于有機的有蛋白質、糖、脂肪、維生素等，屬于無機的有水和礦物質等，下面分別予以介紹。
(1)蛋白質。蛋白質是一類復雜的有機化合物，是高分子的含氮物質。它是一切生命活動的基礎，是構成生物體細胞的主要原料。
蛋白質由多種氨基酸組合而成。目前己知蛋白質中的氨基酸共有三十多種，每種蛋白質至少含千種以上的氨基酸。由于各種蛋白質中所含氨基酸的種類和數量不同，因而其營養價值也不同。按蛋白質中所含氨基酸種類的不同可將其分為*蛋白質和不*蛋白質，食品中如肉、魚、蛋、乳等動物蛋白質都是*蛋白質，一般植物性食品所含蛋白質為不*蛋白質。蛋白質在動物性食品中含量較多，在植物性食品中含量較少，如牛肉含20.1%，豬肉含16.9%，雞蛋含14.8%,鯉魚含18.1%，蘋果含0.2%，番茄含0.6%，但如大豆等植物性質食品所含的蛋白質也較多。
由于微生物的作用，能使蛋白質分解而產生氨、硫化氫等各種有毒的物質，這種現象稱為*。
(2)糖類。糖是由碳、氫、氧三種元素組合而成的有機物質，其中氫和氧的比例對絕大多數糖來說，是與水中的氫和氧比例一樣。因此，糖又稱為碳水化合物。糖是供給人體熱量的zui主要的和的原料。在動物性食品中，含糖量不多，約占2%，在植物性食品中含有大量糖，約占80%。
糖可分為單糖、雙糖、多糖三類。單糖是不能被水解的簡單糖分子，屬于單糖的有葡萄糖、果糖、半乳糖等多種;雙糖水解后能生成兩分子單糖，屬于雙糖的有蔗糖、麥芽糖和乳糖等多種;多糖在水解時能生成多分子的單糖，屬于多糖的有淀粉、纖維素和糖元。水果、蔬菜中的糖，在保管和運輸過程中，由于呼吸作用被空氣中的氧所氧化成二氧化碳和水，并放出熱量。如果在缺氧呼吸時，則生成酒精和二氧化碳。
(3)脂類。脂類可分為脂肪與類脂兩類。脂肪是由各種不同的脂肪酸和甘油結合而成的三脂肪酸甘油脂。構成脂肪的脂肪酸分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸;類脂是一些類似脂肪的物質，其理化性質與脂肪相似，但其化學組成中，除含有脂肪酸、甘油等外，還含有磷、胺基、糖等成分。
脂肪的氧化分解過程與溫度有關。溫度高時，氧化作用進行得快些。所以，降低溫度能保證脂肪的質量。
(4)維生素。維生素是低分子的有機化合物，它在食品中含量很少。但對人體的新陳代謝起著重要作用。
維生素分為*和*兩大類，*包括*,D,E,K:*包括*1,B2,Bb,B12,C,P,PP及*等。
(5)酶。酶是由生物細胞中所產生的一種特殊蛋白質。酶在食品中的含量很少，起著生物催化劑的作用，它能加速生物化學反應，但本身不起變化，也不參加到反應后的生成物中去。
酶的性質與蛋白質相似。酶的作用強弱與溫度有關。酶不耐熱，一般在40℃~50℃時活性zui強，而低于。0℃時或高于70℃~100℃時，酶的活性即變弱終止。每一種酶都有其zui適宜的溫度。
各種酶有不同的zui適宜的酸堿值(PH值)。一般在中性或弱酸、弱堿的介質中，酶具有zui大的活性。
(6)水。一切食品中均含有水分，但含量多少不同。有的食品含水量較多，如水果、蔬菜中約含95%，肉含50%，魚含70%~80%;有的食品含水量較少，如乳粉含3%~4%,食糖含1.5%~3%
食品中的水分是以游離水和膠體結合水兩種形式存在。游離水含于食品的汁液和細胞液中，是良好的溶劑。膠體結合水是位于膠體空間以及膠粒周圍水膜中的水。膠體結合水與游離水的性質不同，它失去了普通水的流動性，比熱較游離水小些。其凍結點較游離水低得多，一般在-25℃以下。
食品中由于含有大量水分，造成了微生物生長繁殖的良好條件，容易引起食品發生質量變化。
(7)礦物質。礦物質是構成生物組織細胞所*的成分，它直接參加機體的新陳代謝過程，維持滲透壓以及血液、淋巴等生物體液的酸堿值。
各種食品中都含有少量的礦物質，一般占其總重量的0.3%~1.5%左右。食品中所含的礦物質如鈉、鉀、鈣、鎂、鐵、磷、碘等，是以可溶性鹽類和有機化合物的形態存在的。
在魚、肉和蛋品中多半是酸式鹽，在乳、水果、蔬菜中主要是堿式鹽。
二、食品變質的原因
新鮮的食品在常溫下放置一定時間后會變質、腐爛，以致*不能食用。引起食品變質的主要原因有以下幾種:
1.由微生物的作用所引起的變質
由于食品中含有多種營養物質和一定量的水分，適合于細菌、酵母、霉菌等微生物的生一長繁殖活動。大量的微生物在生活過程中分泌各種酶類物質，促使食品發生分解，由高分子的物質分解為低分子的物質，首先降低食品的質量，進而發生變質和腐爛。因此，在食品變質的原因中，微生物的作用往往是zui主要的。
微生物的生存和繁殖需要一定的環境條件，如氧氣、溫度、濕度等。其中溫度是微生物生存的重要條件。一般來說，溫度在。0℃左右即可阻止微生物的繁殖。但對某些嗜冷性微生物，如霉菌、酵母菌，它們的耐低溫能力很強，即使在-8℃的低溫下，仍可進行繁殖。大部分水中細菌也都是嗜冷性微生物，它們在0℃以下仍能繁殖。因此，用低溫保藏食品，必須維持足夠低的溫度，才能抑制微生物的作用，使它們停止生長和繁殖活動，喪失分解食品的能力。
2.由酶的作用引起的變質
酶是一種特殊的蛋白質，是活細胞所產生的一種有機催化劑。
無論是動物性食品還是植物性食品，它們本身都含有酶。酶在適宜的條件下，會促使食品中的蛋白質、脂肪和碳水化合物等營養成分分解。另外，霉菌、酵母、細菌等微生物對食品的破壞作用，也是由于這些微生物生活過程中分泌的各種酶所引起的。
酶的活性與溫度有關。在低溫((0℃以下)時，酶的活性很小。隨著溫度升高，酶的活性增大，催化的化學反應速度也隨之加快。溫度每升高10℃，反應速度增加2~3倍。因此，食品保持在低溫條件下，可以防止由酶的作用而引起的變質。
3.由非酶引起的變質
有一部分食品的變質與酶無直接關系。如油脂的酸敗，這是由于油脂與空氣接觸，發生氧化反應而產生品質酸敗。*、天然色素等，也會發生氧化破壞。
無論是由細菌、霉菌、酵母引起的食物變質，還是由酵或非酶引起的變質，在低溫環境下，都可延緩、減弱其作用，但是低溫并不能*阻止它們的作用。即使在凍結點以下的低溫，食品進行*儲藏時，其質量也會有所降低。因此，各類食品都規定有合理的冷藏期限。但要注意的是已經變質的食品，在低溫情況下也不能改變它原來的狀態。
三、食品冷加工的特點
食品可分為植物性食品和動物性食品兩大類。由于它們具有不同的特性，因此，利用低溫進行儲藏時，應采用不同的處理方法。
1.植物性食品的冷加工
水果、蔬菜等植物性食品在儲藏時，它們仍然是具有生命力的有機體。因此，它們能控制體內酶的作用，并對外界微生物的侵入有抵抗能力。但另一方面，由于它們是活體，要進行呼吸，同時它們與采摘前不同的是不能再從母株上得到水分與其他營養物質，只能消耗其體內的物質而逐漸衰弱。因此，為了*保藏植物性食品，就必須維持它們的活體狀態，同時又要減弱它們的呼吸作用。低溫能減弱果蔬類植物性食品的呼吸作用，延長食品的儲藏期限。但溫度又不能過低，溫度過低會引起植物性食品生理病害，甚至凍死。因此，儲藏溫度應該選擇在接近冰點但又不使食品凍壞的溫度。如同時采用氣調措施，調節氣體的含氧、含二氧化碳量，就能取得良好的儲藏效果。
2.動物性食品的冷加工
畜、禽、魚等動物性食品在儲藏時，因物體細胞都己死亡，因此不能控制引起食品變質的酶的作用，也不能抵抗微生物的侵害。如果把動物性食品放在低溫條件下，則酶的作用受到抑制，微生物的繁殖受到阻止，體內起的化學變化就會變慢，食品就可較一長時間維持它的新鮮狀態。因此，儲藏動物性食品時，要求在凍結點以下的低溫保藏。
四、食品冷加工的過程
1.食品冷加工過程中的熱交換
食品冷加工的過程也就是食品與周圍介質進行熱交換的過程。食品冷加工的熱交換是一個極復雜的過程，它是以傳導、輻射、對流、呼吸、水分蒸發五種形式進行的。熱交換的速度與食品的導熱系數、形狀、散熱面積、呼吸強度、食品和介質之間的溫度差以及介質的性質、流動速度等因素有關。
食品冷加工時熱交換的速度與食品本身的導熱系數成正比。食品的導熱系數越大，單位時間傳導的熱量就越多，食品冷卻或凍結得就越快。各種食品由于化學組成不同，其導熱性也不相同。水比脂肪的導熱系數大些，因此含水多，含脂肪少的食品傳熱速度就快;而含水少，含脂肪多的食品傳熱速度就慢。
食品的散熱表面積的大小與熱交換的速度有直接關系。散熱表面積大，單位時間內食品與周圍介質之間交換的熱量也就越多，因而食品冷卻或凍結得就越快。食品與周圍冷卻介質之間的溫度差，對熱交換的速度有決定性的影響。溫度差越大，熱交換進行得越強烈。
在食品冷加工中，食品的形狀、導熱系數以及食品本身的溫度都是固定的因素，為了加速食品冷加工過程，根據熱交換的原理，可以采取下列幾種方法:
(1)減少食品的厚度。凍結時間是與凍品厚度平方成正比，所以減少凍品厚度是縮短凍結時間的有效方法。
(2)降低介質的溫度。介質溫度和凍品初溫之間的溫差與凍結時間成反比，因此降低冷卻介質溫度也能縮短凍結時間。但介質溫度降低，冷凍機耗能增大，所以要選擇合理的低溫。
(3)提高食品表面對介質的放熱系數。這種方法實際生產中應用較為廣泛，如采用強烈吹風的隧道式凍結裝置，采用導熱性較好的不凍溶液和金屬平板接觸凍結等，其目的都是提高食品的放熱系數。另外，當凍品厚度較大(如超過20cm)，即使增大放熱系數，凍結時間也不會縮短很多。
2.食品凍結過程中的冰結晶
食品的凍結，是將食品中所含的水分大部分轉變成冰的過程。因此，結晶表現了凍結過程的zui基本的實質。當食品中液態水分結成固態冰晶時，即有大量熱量從食品中傳出，同時食品的溫度也隨之降低。
(1)食品中溶液的凍結。溶液的凍結與純水不同，它的凍結點較水的冰點低些。溶液的凍結點、溶液的濃度、溶質的離解程度和溶劑的性質有關。
食品凍結時，溶液濃度的變化過程較普通溶液復雜得多，因為在食品所含的水中溶有多種礦質和有機物質。因此，在凍結過程中，隨著汁液中的水分析出而形成冰結晶，使尚未凍結的汁液的濃度增大，凍結點降低。食品中剩余的汁液越少，其濃度越大，汁液凍結點也就越低。這樣，食品的繼續凍結就需要在溫度大大降低的條件下進行。
大多數食品的凍結點在-2℃~-1℃。含有大量溶質(糖、鹽、酸)的食品，其凍結點較低，約為-5℃~3.5℃左右。一般食品溫度在-20℃時，有90%左右的水分凍結成冰。
食品的凍結zui終溫度越低，被凍結的水量就越多，因而也就有利于食品的*保藏。一般要求食品的凍結zui終溫度(中心溫度)為-12℃~-5℃。
(2)食品凍結的溫度曲線和zui大冰結晶生成帶。食品凍結時的溫度曲線是根據凍結速度而變化的，但不論是快速凍結或慢速凍結，在凍結過程中，溫度的下降可分三個階段。
在zui初階段，食品的溫度迅速下降，直到降低至結晶溫度為止。第二階段即冰晶形成階段，以近于水平線段表示。這階段在-5℃~0℃左右，這時食品內部80%以上水分都已凍結，這種大量形成冰結晶的溫度范圍，稱為冰結晶的zui大生成帶。在冰結晶形成時放出的潛熱相當大，因此，通過zui大冰結晶生成帶時熱負荷zui大，相對需要較長的時間。當慢速凍結時，食品內冰晶的形成以較慢速度由表面向中心推移，而食品中心溫度在很一長時間內處于停滯階段，水平線段較長。當快速凍結時，由于強烈的熱傳導，冰晶形成很快地從食品表面層推移到食品中心，因此水平線段很短。zui后，進入第三階段，此線段表明凍結后的食品繼續凍結到規定的zui終溫度的降溫過程。
(3)凍結速度與凍結晶的分布。食品中的水分分布，大致可分為兩部分:細胞內的水分和細胞間隙中的水分。在食品的細胞間隙內，水蒸氣張力比細胞內小，鹽的濃度也小些，凍結點則高些。當食品凍結時，細胞間隙內水分首先結成冰晶。由于冰的飽和蒸氣壓較水為低，因此，在食品凍結初期，當細胞外的水分已凍成冰，而細胞內的水分因冰點較低仍處在液體狀態時，由于兩者飽和蒸氣壓的不同，致使細胞中的水分以蒸氣狀態透過細胞膜而擴散至細胞間隙中。如果是慢速凍結，就使大部分水凍結于細胞間隙內，并形成較大的冰結晶。
水在轉變成冰時，體積約增大9%~10%，結果使細胞因受壓擠一而變形，甚至造成細胞膜破裂。于是當食品解凍時，冰晶融化成水，食品汁液流失。
如果采用快速凍結時，由于冰結晶形成的速度大于水蒸氣的擴散速度，因而冰結晶可均勻地分布在食品細胞內與細胞間隙中，并形成小的結晶體。這樣就不會使細胞變形和破裂。
3.食品冷加工過程中的水分蒸發
食品在冷加工過程中，會產生食品表面水分蒸發(又稱干耗)。隨著水分蒸發雖會有熱量散出，能加速食品的冷加工過程，但這種蒸發不僅造成食品的重量損失，使食品發生干縮現象，一而且降低了質量，使食品的味道和外觀變壞。
產生干耗的原因在于食品表面水蒸氣壓力與冷間內空氣中水蒸氣壓力之間存在著差值。食品表面的水蒸氣壓力處于飽和，而空氣中水蒸氣壓力處于不飽和。水蒸氣的壓力差引起食品表面水分的蒸發，一而食品蒸發的水氣即被冷間內不飽和空氣所吸收。水蒸氣的這種轉移過程又叫擴散過程。在擴散過程中，食品表面水分的蒸發又造成食品內部水分濃度比例的變化，因一而使食品中心的水分向表面轉移。水分在食品內部轉移叫作內部擴散。
凍結食品的水分蒸發與冷卻食品不同。冷卻食品表面水分蒸發表現為內部擴散和外部擴散，凍結食品的水分蒸發類似冰的升華過程，而沒有食品內部的擴散現象。由于冰的升華，經過若干時間后，使凍結食品表面形成了海綿狀的脫水層，水蒸氣通過脫水層在壓差作用下擴散到周圍空氣中去，同時，空氣不斷充滿海綿層，使食品內氧化作用加強，造成食品形狀、顏色改變，質量降低。
冷間內制冷設備運行時，空氣溫度與制冷設備內的蒸發溫度存在較大的溫差(5℃~10℃)。空氣流過冷卻排管時，溫度到達露點并析出水分，然后流至食品，外墻處受熱，其相對濕度降低，又可吸收從食品表面蒸發的水分，隨后空氣又回至冷卻排管處冷卻，并將吸收的水分冷凝在冷卻排管上。
冷間空氣溫度與蒸發溫度之間的溫差，對食品干耗影響*。要求冷間空氣保持較高的相對濕度，就必須減小溫差。冷間內空氣的流動速度對食品干耗也影響*，一般冷藏間以自然對流為佳。當采用強制循環時，空氣流速一般控制在0.3m/s以下。另外，食品在冷間的干耗量還與食品的種類、大小、表面狀態、堆放位置、保藏期、冷間容量大小、開門次數、周圍空氣的狀態等因素有關。減少冷藏食品干耗的主要辦法有下列幾種:
(1)用聚乙烯(無毒)塑料薄膜袋對食品進行密閉式包裝。
(2)對冷藏食品入庫前進行鍍冰衣，冷藏過程中進行定期噴水或重鍍冰衣。
(3)減小冷間空氣溫度與蒸發溫度的差值，保持冷間空氣有較高的相對濕度
(4)減小強制空氣循環中的氣流速度。
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