在食品的冻结过程中，伴随若水由液态到固态的相变，由此引起食品物性、物理形态、组织结构的变化，并进一步引发食品一些生化特性的变化。分析这些变化产生的原因，对食品冷冻工艺的设计和优化有若重要的指导意义和参考价值。
一、食品在冻结过程中的变化
体积变化
水在4℃时密度最大，0℃时水结成冰，体积增大约9%。
由于食品含有各种干物质，所以冻结后体积变化与纯水不同，约增加6%，且随食品的含水量而变化。
食品冻结时表面水分首先结成冰，然后冰层向内部延伸。当内部的水分因冻结而膨胀时会受到外部冻结层的阻碍，于是产生内压，称做冻结膨张压，理论计算数值可高达8.7MP。外表冻结层不能承受膨胀压时就会破裂，如采用一196℃的液氨冻结金枪鱼时，由于厚度较大，冻品会发生龟裂。对这样的食品常采用分段冷却、冻结的方法，使其温度内外均衡后，逐渐降低冻结温度，以防止龟裂。
2.热物性变化
（1）比热容的变化：食品的比热容随含水量而异，含水量多的食品比热容大，含脂量多的食品比热容小。冰的比热容是2.OkJ/（kg·K），约为水的1/2.所以对一定含水量的食品，冻结点以上的比热容要比冻结点以下的大，具体请参考第四章相关内容。
在食品冻结过程中，随着时间的推移，冻结率在不断变化，会对食品的比热容带来影响。因此需根据食品的品温求出冻结率，对比热容进行修正。
（2）热导率的变化：构成食品主要物质的热导率如表4-14所示。水的热导率为0.6W/（m·K），冰的热导率为2.21W/（m·K），约为水的热导率的4倍。其他成分的热导率基本上是一定的。但因为水在食品中的含量一般是很高的，因此，当食品冻结时冰层由外向内推进使热导率提高，从而提高了冻结速度；解冻时冰层由外向内逐渐融化成水，热导率降低，从而降低解冻速度。
此外，热导率还受含脂量的影响，含脂量高则热导率小：热导率还有方向性，热流方向与肌肉纤维平行时热导率大，垂直时小。
3.干耗
食品冻结过程中，因食品中水分从表面蒸发或升华，造成食品质量减少，俗称“干耗”。干耗不仅给企业造成很大的经济损失，还给冻品的品质和外观带来影响。例如日宰2000头猪的肉联厂，干耗以2.8%或3%计算，要年损失约600t肉，相当于15000头猪。
干耗发生的原因是冻结室内的空气未达到水蒸汽饱和状态，其蒸汽压小于饱和水蒸气压，而食品含水量较高，其表层接近饱和水蒸气压，在蒸汽压差的作用下，食品表面的水分向空气中蒸发或升华，内层水分在扩散作用下向表面层移动。由于冻结室内的空气连续不断地经过蒸发器，空气中的水蒸气凝结在蒸发器表面，减湿后常处于不饱和状态，所以冻结过程中的干耗在不断进行着。
食品冻结过程中的干耗可用下式表示：
上述关系式表明，蒸汽压差、表面积愈大，则冻结食品的干耗愈大。如果用不透气的包装材料将食品包装后冻结，由于食品表面的空气层处于饱和状态，其蒸汽压差减小，就可减少干耗。
此外，冻结室中的空气温度和风速对食品的千耗也有影响。空气温度低，相对湿度高，蒸汽压差小，食品的千耗亦小。一般的，风速加大增加千耗量。
但如果冻结室内是高湿、低温，加大风速可提高冻结速度，缩短冻结时间，食品也不会过分干耗。
4.机械损伤
食品冻结时，冰晶的形成、体积的变化及内部的温度梯度等将导致机械应力，最终产生机械损伤。植物细胞内有大的液泡、含水量大，且细胞壁跪硬，更易受到机械损伤。机械应力与食品的尺寸、冻结速率和冻结终温有关，小尺寸的食品以及冻结速率慢时，机械应力有足够的时间得到释放和扩散，可以减少机械损伤。
5，蛋白质冻结变性
鱼、肉等动物性食品中，构成肌肉的主要蛋白质是肌原纤维蛋白质。在冻结过程中，肌原纤维蛋白质会发生冷冻变性，表现为盐溶性降低、ATP酶活性减小、盐溶液的黏度降低、蛋白质分子产生凝集使空间立体结构发生变化等。蛋白质变性后的肌肉组织，持水力降低、质地变硬、口感变差，作为食品加工原料时，加工适宜性下降。
蛋白质发生冷冻变性的原因目前尚不十分清楚，但可认为主要是由下述的一个或几个原因造成的：①冻结时食品中的水分形成冰晶，无机盐浓缩，盐析作用使蛋白质变性：②慢速冻结生成的大冰晶挤压肌细胞内的肌原纤维，集结成束，发生凝集而变性：③脂类分解的氧化产物对蛋白质的变性有促进作用；
④机械应力和冰品损伤细胞的超微结构（cytoskeleton），引起组成这些超微结构的蛋白变性。
6.变色
主要指冷冻水产品的变色，从外观上看通常有褐变、黑变、退色等现象。原因主要有两个：①自然色泽的分解，如红色鱼皮的退色、冷冻金枪鱼的变色等；②产生新的变色物质，如虾的黑变、蚂肉的褐变等。
变色不但使水产品的外观变差，有时还会产生异味，影响冻品的质量。
