食品中的水包括結(jié)合水和自由水。食品中的結(jié)合水與蛋白質(zhì)、碳水化合物等膠體物質(zhì)結(jié)合在一起。在凍結(jié)過(guò)程中這部分結(jié)合水不會(huì)轉(zhuǎn)變成冰結(jié)晶,屬于不凍結(jié)水。食品中的自由水并非純水,而是溶有溶質(zhì)的稀溶液,由于稀溶液中溶質(zhì)的作用,造成溶液的蒸氣壓下降,使得食品開(kāi)始結(jié)冰的冰點(diǎn)溫度比水的凍結(jié)點(diǎn)0℃要低(拉烏爾定律)。根據(jù)拉烏爾定律第二法則,溶液凍結(jié)點(diǎn)降低與溶質(zhì)濃度成正比,每增加1mol/L濃度冰點(diǎn)下降1.86℃。
凍結(jié)點(diǎn)(freezing point)是指一定壓力下液態(tài)轉(zhuǎn)向固態(tài)的溫度點(diǎn)。低于凍結(jié)點(diǎn)的這一溫度被稱(chēng)為過(guò)冷點(diǎn),凍結(jié)點(diǎn)和過(guò)冷點(diǎn)之間的溫度差為過(guò)冷度。凍結(jié)點(diǎn)和過(guò)冷點(diǎn)之間的水處于亞穩(wěn)態(tài)(過(guò)冷態(tài)),極易形成冰結(jié)晶。冰結(jié)晶的形成包括冰晶的成核和冰晶的成長(zhǎng)過(guò)程。
一般所指的溶液或食品物料的凍結(jié)點(diǎn)是它們的初始凍結(jié)溫度。溶液或食品物料凍結(jié)時(shí)在初始凍結(jié)點(diǎn)開(kāi)始凍結(jié),隨著凍結(jié)過(guò)程的進(jìn)行,水分不斷地轉(zhuǎn)化為冰結(jié)晶,凍結(jié)點(diǎn)也隨之降低,這樣直至所有的水分都凍結(jié),此時(shí)溶液中的溶質(zhì)、水(溶劑)達(dá)到共同固化,這一狀態(tài)點(diǎn)(B)被稱(chēng)為低共熔點(diǎn)(eutectic point,cryohydric freezing point)或冰鹽凍結(jié)點(diǎn)。
食品物料由于溶質(zhì)種類(lèi)和濃度上的差異,其初始凍結(jié)點(diǎn)會(huì)不同。即使是同一類(lèi)食品物料,由于品種、種植、飼養(yǎng)和加工條件等的差異,也使其初始凍結(jié)點(diǎn)不盡相同。實(shí)際上一些食品物料的初始凍結(jié)點(diǎn)多表現(xiàn)為一個(gè)溫度范圍。表4-1列出了一些常見(jiàn)食品物料的初始凍結(jié)點(diǎn)。表4-2則列出了一些溶液和食品物料的低共熔點(diǎn)。