食品速凍（quick freezing）是指運用適宜的凍結技術，在盡可能短的時間內將食品溫度降低到其冰點以下的低溫，使其所含的全部或大部分水分隨著食品內部熱量的散失而形成微小的冰晶體，最大限度地減少生命活動和生理變化所需要的液態水分，最大限度地保留食品原有的天然品質，為低溫凍藏提供一個良好的基礎。
優質速凍食品應具備以下五個要素：
（1）凍結要在-18～-30℃的溫度下進行，並在20min內完成凍結。
（2）速凍後的食品中心溫度要達到-18℃以下。
（3）速凍食品內水分形成無數針狀小冰晶，其直徑應小於100μm。
（4）冰晶體分布與原料中液態水分狀態接近，不損傷細胞組織。
（5）當食品解凍時，冰晶體融化的水分能迅速被細胞吸收而不產生汁液流失。
（六）果蔬凍結和凍藏期間的變化
1．速凍時的變化
（1）物理變化
① 體積膨脹龜裂：0℃時冰的體積比水的體積增大約9%，含水多的果蔬凍結時體積會膨脹。當內部的水分因凍結而膨脹時，會受到外部凍結層的阻礙，結果產生內壓，即所謂的凍結膨脹壓，根據理論計算凍結膨脹壓可達到8.5MPa。凍結過程中的膨脹壓的危害是產生龜裂，當食品外層承受不了內壓時，便通過破裂的方式來釋放內壓。食品含水量高、厚度厚、表麵溫度下降極快時易產生龜裂。
② 比熱容下降：冰的比熱容是水的1/2，預冷卻對提高凍結效率意義重大，含水多的果蔬食品比熱容大。比熱容大的食品速凍時需要的製冷量大。果蔬食品一般含水率在75%～95%，冷卻狀態比熱容為3.36～3.78kJ/(kg·K)，速凍狀態比熱容下降為1.68～2.10kJ/(kg·K)。
③ 熱導率增加：冰的熱導率是水的4倍。由於速凍時冰晶層向內推進使熱導率提高，從而加快了速凍過程。
④ 體液流失：凍結食品解凍後，因內部冰晶融化成水，有一部分不能被細胞組織重新吸收回複到原來狀態而造成體液流失。流失液中包含有溶於水的各種營養、風味成分，會使其質和量兩方麵都受損失。所以流失液的產生率是評定速凍食品質量的重要指標。一般流失液量的多少與含水率有關，含水量多的葉菜類比豆類、薯類流失液量要多。原料凍結前經加鹽或加糖處理，則流失液量少。原料切分越細，流失液量越多。速凍比慢凍的流失液量少。
⑤ 幹耗：凍結過程會有一些水分從食品表麵蒸發出來，從而引起幹耗。幹耗不僅會造成產品質量損失，也影響產品外觀質量。凍結過程溫度較高(蒸氣壓差大)、濕度低、風速大、食品表麵積大等，都會使凍結時幹耗增大。
（2）組織學變化凍結時果蔬食品組織損傷要比其他食品大，因為① 植物組織細胞含水量較高，水凍結時組織受凍結膨脹壓損傷大。② 植物細胞壁比動物細胞膜缺乏彈性，凍結時易脹破。
（3）化學變化① 蛋白質變性：冰結晶時，無機鹽濃縮，鹽析作用或鹽類直接作用可使蛋白質變性。冰結晶生成時，蛋白質失去部分結合水，會使其互相凝聚變性。② 變色：速凍果蔬由於酶活性抑製得不夠，會發生酶促褐變。還可能因其他種種原因引致的變化，降低其質量。
2．凍藏期間的變化
凍結食品一般在-18℃以下的凍藏室中保藏，由於食品中90%以上的水分已凍結成冰，微生物已無法生長繁殖，食品中的酶也已受到很大的抑製，故可作較長時間的貯藏。但是在凍藏過程中，由於凍藏溫度的波動，凍藏期又較長，在空氣中氧的作用下還會緩慢地發生一係列的變化，使凍藏食品的品質有所下降。
（1）幹耗與凍結燒在凍藏室內，由於凍結食品表麵的溫度、室內空氣溫度和空氣冷卻器蒸發管表麵的溫度三者之間存在著溫度差，因而也形成了水蒸氣壓差。凍結食品表麵的溫度如高於凍藏室內空氣的溫度，凍結食品進一步被冷卻，同時由於存在水蒸氣壓差，凍結食品表麵的冰結晶升華，跑到空氣中去。這部分含水蒸氣較多的空氣，吸收了凍結食品放出的熱量，密度減小向上運動，當流經空氣冷卻器時，就在溫度很低的蒸發管表麵水蒸氣達到露點，凝結成霜。冷卻並減濕後的空氣因密度增大而向下運動，當遇到凍結食品時，因水蒸氣壓差的存在，食品表麵的冰結晶繼續向空氣中升華。
這樣周而複始，以空氣為介質，凍結食品表麵出現幹燥現象，並造成質量損失，俗稱幹耗。凍結食品表麵冰晶升華需要的升華熱是由凍結食品本身供給的，此外還有外界通過圍護結構傳入的熱量、凍藏室內電燈、操作人員發出的熱量等也供給熱量。當凍藏室的圍護結構隔熱不好、外界傳入的熱量多、凍藏室內收容了品溫較高的凍結食品、凍藏室內空氣溫度變動劇烈、凍藏室內蒸發管表麵溫度與空氣溫度之間溫差太大、凍藏室內空氣流動速度太快等時都會使凍結食品的幹耗現象加劇。
凍結食品表麵層發生的冰晶升華，使其出現脫水多孔層，凍藏期間逐漸向裏推進，使內部的脫水多孔層加深，大大增加了與空氣的接觸麵積，使其容易吸收外界空氣及庫內的各種氣味，引起較多的氧化反應，變色、變味，這就是所謂的凍結燒(freezer burn)。凍結燒部位的含水率非常低(僅2%～3%)，凍結食品質量將明顯降低。
為了減少和避免凍結食品在凍藏中的幹耗與凍結燒，在冷藏庫的結構上要防止外界熱量的傳入，提高冷庫外牆圍護結構的隔熱效果。同時減少開門的時間和次數，庫內操作人員離開時要隨手關燈，減少外界熱量的流入。在冷庫內要減少庫內溫度與凍品溫度及空氣冷卻器之間的溫差，合理地降低凍藏室的空氣溫度和保持凍藏室較高的相對濕度，溫度和濕度不應有大的波動。
對於食品本身來講，其性質、形狀、表麵積大小等對幹耗都會產生直接的影響，但很難使它改變。從工藝控製角度出發，可采用加包裝或鍍冰衣和合理堆放的方法。
（2）冰結晶成長和重結晶重結晶是凍藏期間反複解凍和再結晶後出現的一種結晶體積增大的現象。剛凍結完的果蔬食品，它的冰結晶大小並不完全一致，但在長時間凍藏過程中，微細的冰結晶會逐漸合並成長為大的冰結晶，這種現象稱為冰結晶成長。其原因是冰結晶周圍的水和水蒸氣向冰結晶移動，附著並凍結在其上麵。凍結食品內的水存在有固相、液相和氣相三相，它們的飽和水蒸氣壓之間有下述關係：① 液相水蒸氣壓＞固相冰水蒸氣壓；② 氣相水蒸氣壓＞固相冰水蒸氣壓；③ 小冰晶水蒸氣壓＞大冰晶水蒸氣壓。由於壓差的存在，水蒸氣總是從高的一方向低的一方移動，並不斷附著、凝固到冰結晶上麵，使大冰晶越長越大，而小冰晶逐漸減小、消失。從而加大了細胞的機械損傷，蛋白質變性和體液流失。
凍藏室內的溫度變化是產生重結晶的原因。重結晶的程度直接取決於單位時間內溫度波動次數和程度，波動幅度越大，次數越多，重結晶的情況也越劇烈，其中細胞間隙中的重結晶現象最為明顯。因此，即使凍結工藝良好，冰結晶微細均勻，但是凍藏條件不好，經過重複解凍和再結晶，就會促使冰晶體顆粒迅速增大，其數量則迅速減少，以致嚴重破壞了組織結構，使食品解凍後失去了彈性，口感風味變差，營養價值下降。為防止冰結晶成長和重結晶所造成的不良影響，可以采取：① 深度低溫速凍方式，使其凍結率提高，殘留液相水少。② 凍藏溫度盡量低，且少波動、小波動。
（3）變色果蔬在速凍前一般要將原料進行燙漂處理，破壞過氧化酶，使速凍果蔬在凍藏中不變色。如果燙漂的溫度與時間不夠，過氧化酶失活不完全，綠色蔬菜在凍藏過程中會變成黃褐色；如果燙漂時間過長，綠色蔬菜也會發生褐變，這是因為蔬菜葉子中含有葉綠素而呈綠色，當葉綠素變成脫鎂葉綠素時，葉子就會失去綠色而呈黃褐色，酸性條件會促進這個變化。果蔬在熱水中燙漂時間過長，果蔬中的有機酸溶入水中使其變成酸性的水，會促進發生上述變色反應。所以正確掌握果蔬燙漂的溫度和時間，是保證速凍果蔬在凍藏中不變顏色的重要環節。
第二節果蔬凍結的方法及設備
目前，生產中應用的果蔬凍結的方法很多，但按使用的冷凍介質與食品接觸的方式可分成空氣凍結法、間接接觸凍結法和直接接觸凍結法三大類。
一、空氣凍結裝置(air freezer)
在空氣凍結法中，冷空氣以自然對流或強製對流的方式與食品換熱，強製對流凍結也稱送風凍結法又稱鼓風凍結法，是利用流動空氣作冷凍介質的凍結方法。它適用的凍結原料種類和規格較寬，應用範圍廣泛。空氣作為冷凍介質既經濟又衛生，且容易實現凍結機械化。當凍結間內空氣靜止時，凍結緩慢，達不到速凍要求。送風凍結法是利用低溫和高速流動的空氣，促使果蔬食品快速散熱，可達到速凍要求。此類速凍設備的關鍵是使高速流暢的低溫空氣與果蔬物料充分接觸，要求所用的空氣溫度往往為（-35±2）℃。因為需要的溫度低，所以，須采用二段壓縮製冷機械，空氣流速要達到10～15m/s(慢凍流速則為3～5m/s)。送風速凍法的缺點一是凍結初期食品表麵會發生明顯的脫水幹縮現象，即所謂的表麵凍傷；二是速凍設備中蒸發管經常出現結霜現象，須經常除霜。
由於空氣的導熱性能差，與食品間的換熱係數小，故所需的凍結時間較長。但是，空氣資源豐富，無任何毒副作用，其熱力性質早已為人們熟知，因此，用空氣作介質進行凍結仍是目前應用最廣泛的一種凍結方法。
（一）流態化凍結裝置(fluidization freezer)
1.食品流態化凍結原理
流化床是流體與固體顆粒複雜運動的一種形態，固體顆粒受流體的作用，其運動形式變成類似流體狀態。在流態化速凍中，低溫空氣氣流自下而上，使網帶上的顆粒物料在其作用下形成類似沸騰狀態，像流體一樣運動，並在運動中被快速凍結。根據低溫氣流的速度不同，物料的狀態可分為固定床階段、臨界流化床階段、正常流化床階段三類。
（1）固定床階段當氣體流速較低時，氣流從顆粒間穿過，其對顆粒的作用力還不足以使顆粒運動，物料層靜止不動，床層高度不變，這稱為固定床階段。但床層壓力降隨氣流速度的增大而增大。當流速增大到一定值，壓力降等於單位麵積床層上物料的實際質量時，床層開始鬆動並略有升高，床層空隙率也稍有增加，但床層整體並無明顯的運動。
（2）臨界流化床階段進一步提高流速，顆粒開始被流體吹起並懸浮在氣流中，顆粒間相互碰撞、混合，造成床層膨脹，空隙率增大，床層高度明顯上升，整個床層呈現出類似液體沸騰的形態，即開始進行流化狀態，但此時的流化狀態還不太穩定，這種臨界狀態稱為臨界流化床階段。對應於B點的氣流速度稱為臨界流化速度，也稱起始流化速度。此時的床層處於不穩定狀態，極易形成“流溝”。流溝的出現使氣流分布不均勻，大部分氣體不能與物料顆粒充分接觸使通過床層。流溝若出現在食品流態化凍結過程中，不但降低凍結速度，引起食品凍結不均勻，而且白白地浪費冷量。
（3）正常流化床階段當流速繼續增加到某一數值，氣流對顆粒的作用力與顆粒的質量達到平衡時，由於顆粒時上時下無規則地運動，空隙率增加，顆粒與周圍冷氣流密切接觸和相對摩擦，大大強化了物料與氣流間的傳熱，加速了物料的製冷，從而實現了食品的單體快速凍結。
以上實驗說明，固定床、臨界流化床、正常流化床等現象的實質為流體和顆粒的相互作用。要實現食品的流態化凍結，就應抓住這些實質性的問題，設置合理的工作參數，避免不利因素的影響和不良現象的發生。
2.流態化凍結裝置的結構形式
食品流態化凍結裝置，按其機械傳送方式可分為：斜槽式流態化凍結裝置；帶式流態化凍結裝置（其中又可分為一段帶式和兩段帶式流態化凍結裝置）；振動流態化凍結裝置（其中包括往複振動和直線振動流態化凍結裝置兩種）。如果按流態化形式可分為：全流態化和半流態化凍結裝置。
（1）斜槽式流態化凍結裝置斜槽式流態化凍結裝置也稱盤式流態化凍結裝置。這種凍結裝置沒有傳送帶，其主體部分為一塊固定的多孔底板(稱為槽或盤)，槽的進口稍高於出口，以使食品可借助風力自動向前移動。凍結的食品由滑槽連續排出，作業是連續化的。
在斜槽式流態化凍結裝置中，產品層的厚度可達到120～150mm，雖然厚度增加可使凍結量提高，但風機的能量消耗也將過多。產品層的厚度、凍結時間和凍結產量，均可通過改變進料速度和排出堰的高度來調節。
該裝置的蒸發溫度在-40℃以下，垂直向上的風速為6～8m/s，凍品間風速為1.5～5m/s，凍結時間一般為5～10min。
斜槽式流態化凍結裝置的主要特點是無傳送帶和振動篩等傳輸機構，因而結構緊湊、簡單、維修量小，易於操作，成本低，凍結速度快，凍品降溫均勻，質量好。其缺點是裝機功率大，單位耗電指標高。隻適宜凍結表麵不太潮濕的球狀或圓柱狀蔬果。此外，可以在預留的隧道內用小型貨架車凍結較大塊的果蔬。
（2）一段帶式流態化凍結裝置在該裝置中，產品是靠傳送帶輸送的，而不是像斜槽式凍結裝置那樣借助氣動來通過凍結空間。
凍品首先經過脫水振蕩器2，去除表麵的水分，然後隨變速進料帶4進入“鬆散相”區域5，此時的流態化程度較高，食品懸浮在高速的氣流中，從而避免了食品間的相互粘結。待食品表麵凍結後，經勻料棒6均勻物料，到達“稠密相”區域7，此時僅維持最小的流態化程度，使食品進一步降溫凍結。凍結好的食品最後從出料口14排出。
與斜槽式流態化凍結裝置比較，該裝置的特點是允許凍結的食品種類更多、產量範圍更大；由於顆粒之間摩擦強度小，因此，易碎食品通過凍結間時損傷較小。但由於食品厚度較小、凍結時間較長，所以占地麵積較大。該裝置適用於凍結軟嫩或易碎的果蔬，如草莓、黃瓜片、青刀豆、蘆筍、油炸茄子等。操作時應根據食品流化程度確定物料層厚度，對易於實現流態化的食品，如青豌豆、黃瓜片等，料層厚度控製在40～60mm，青刀豆控製在60～80mm。對不易實現流態化的，如油炸茄子、櫻桃、番茄等，料層厚度控製在80～150mm。
（3）兩段帶式流態化凍結裝置該裝置將一段帶式凍結裝置的傳送帶分為前後兩段，其他結構與一段帶式基本相同。第一段傳送帶為表層凍結區，功能相當於一段式的“鬆散相”區域，該段中帶子的移動速度可比第二段中帶子的速度快三倍，這樣，該段帶子上的產品層較薄，再加上該段的氣流速度也較高，從而在很短的時間內，使食品的表層先凍結，防止了食品顆粒粘結；第二段傳送帶為深溫凍結區，功能與一段式的“稠密相”區域相同，要求將食品的中心溫度凍結到-18℃以下。兩段傳送帶間有一高度差，當凍品由第一段落到第二段時，因相互衝撞而有助於避免彼此粘結。
與一段帶式凍結裝置相比，該裝置適用範圍廣，可以用於凍結青刀豆、豌豆、豇豆、嫩蠶豆、辣椒塊、黃瓜片、油炸茄塊、蘆筍、胡蘿卜塊、芋頭、蘑菇、葡萄、李子、草莓、桃子、板栗等果蔬類。
（4）往複振動式流態化凍結裝置往複振動式流態化凍結裝置，其主體部分為一帶孔不鏽鋼鋼板，在連杆機構帶動下作水平往複式振動。鋼板厚2～3mm，孔徑3mm，孔距8mm，每500mm長度上為一孔群，間隔20mm，以增強流化床的強度。脈動旁通機構為一旋轉風門，可按一定的角速度旋轉，使通過流化床和蒸發器的氣流量時增時減(10%～15%)，因而可以調節到適於各種食品的脈動旁通氣流量，以實現最佳流態化。
裝置運行時，食品首先進入預冷設備，表麵水分被吹幹，表麵硬化，避免了相互間的粘連，進入流化床後，凍品受鋼板振動和氣流脈動的雙重作用，冷氣流與凍品充分混合，實現了完全的流態化。凍品被包圍在強冷氣流中，時起時伏，像流體般向前傳送，確保了快速的凍結。這種凍結方式消除了流溝和物料跑偏現象，使冷量得到充分有效的利用。
（二）隧道式凍結裝置(tunnel freezer)
隧道式凍結裝置，由於它不受食品形狀的限製，所以在我國肉類加工廠和水產冷庫中被廣泛使用，專門用來凍果菜的很少。凍結果蔬的多數是在傳送帶式或流化床式凍結裝置中附加一條凍結隧道，專供凍結體積較大的清蒸茄子、青玉米、甜玉米、整番茄、桃瓣等果蔬產品。將處理過的物料裝入托盤，放到下帶滾輪的載貨架車上，從隧道一端陸續送入，經一定時間(幾個小時)凍結後，從另一端推出。蒸發器和冷風機裝在隧道的一側，風機使冷風從側麵通過蒸發器吹到果蔬物料，冷風吸收熱量的同時將其凍結。吸熱後的冷風再由風機吸入蒸發器被冷卻，如此不斷反複循環。所使用的風機大都是軸流式的，風速增高產品幹耗亦有所增大。這種裝置的總耗冷量較大。優點是適用於不同形狀的果蔬食品凍結。 隧道式凍結裝置共同的特點是：冷空氣在隧道中循環，食品通過隧道時被凍結。根據食品通過隧道的方式，可分為傳送帶式、吊籃式、推盤式凍結隧道等幾種。