（一）蛋白质变性
食品中的结合水是与原生质、胶体、蛋白质、淀粉等结合的，在冻结时，水分从其中分离出来而结冰。这也是一个脱水过程，过程往往是不可逆的，尤其是缓慢的冻结，其脱水程度更大，冰晶体主要在细胞间隙中形成，胞内水分产生外移，原生质胶体和蛋白质等分子过多失去结合水，分子受压凝集，会破坏其结构，或者由于原生质体中因浓缩作用而使无机盐浓度提高，产生盐析作用而使蛋白质变性。蛋白质在贮藏过程中发生变性是肉类、乳类、蛋类、豆类等富含蛋白质的食品在贮藏或加工过程中发生的一种变性现象。蛋白质的水解和变性对食品质量有很大的影响。蛋白质的变性主要有热变性、冻结变性、脱水变性等。蛋白质冻结变性主要指含蛋白质的食品如动物肉类、鱼贝类等在冻结贮藏后，其所含蛋白质的ATPase活性减少，肌球蛋白的溶解性降低。防止蛋白质冻结变性的方法即为快速冻结、低温贮藏，冻结前添加糖类、磷酸盐类、山梨醇、天冬氨酸等氨基酸、柠檬酸等有机酸、氧化三甲胺等物质，均可防止或减轻蛋白质的冻结变性。
水产品中的脂肪在耐低温的磷脂酶作用下水解产生不稳定的游离脂肪酸，其氧化产物醛、酮等可促使蛋白质变性，此作用在冻藏时较突出。这些情况都会使这些物质失掉对水的亲和力，以后水分即不能再与之重新结合。蛋白质变性或不可逆的凝固，会造成细胞死亡，解冻后组织解体、质地软化、流出汁液、风味下降等。
（二）淀粉老化
淀粉类食品在慢速冻结过程中，其保水性会减少，发生淀粉老化的现象。淀粉老化的最适温度是2~4℃，亦称淀粉的最大老化温度带。慢速冻结过程中，食品不能快速通过这个温度带，淀粉类食品就易发生淀粉老化现象。在食品食用和保藏过程中，经常遇到食味不可口，如新鲜蛋糕放置几天后变硬，这种发生淀粉老化的面包和蛋糕吸水率减小，从而失去了原有的柔软度，可口性也差。
（三）变色
食品冻结中的变色主要是水产品的变色。从外观上看有褐变、黑变、退色等现象。水产品变色的原因如下。
（1）自然色泽被氧化、分解。如金枪鱼肉褐变，红色鱼皮的退色等。
（2）产生新的变色物质。如虾类的黑变，鳕鱼肉的褐变等。冻结产品的变色有褐变、黑变、退色等，会影响产品外观和风味。常见变色的原因有：美拉德反应，如鳕鱼肉中的核酸系物质反应生成核糖，再与氨基化合物反应发生的褐变；酪氨酸酶的氧化造成虾的黑变；肌肉的肌红蛋白受空气中氧的作用而变色。
