食品在冻藏过程中出现的变色变味等化学变化，许多都是与氧的存在和酶的活性相关的。如前所述，在一般的冷冻加工贮藏条件下酶仍然保持其活性，只不过其催化的反应慢多了，很造成的质量下降是很明显的，如引起变色和变味。此种变化尤其是在解冻后更迅速，因为提供了反应所需的条件。
（一）脂类的氧化和降解
冻藏过程中食品物料中的脂类会发生自动氧化作用，导致食品物料出现哈喇味。此外脂类还会发生降解，游离脂肪酸的含量会随着冻藏时间的增加而增加。牛乳和冰淇淋中的固形物含量与脂类氧化的敏感性有关，冰淇淋中脂肪含量在39.5%以上时，-18℃冻藏3个月不会发生变味，而脂肪含量低则易发生；脂类的氧化受少量的铜、铁催化，如冰淇淋中1.25mg/kg的铜即会导致氧化味的产生。浓缩乳中加入螯合剂可减少氧化味的产生。乳和乳制品冷冻前的加热和均质对抑制氧化有作用。加热对氧化的抑制主要是由于硫氢基化合物的形成。而含硫化合物与乳或冰淇淋的加热味有关，一般预冻藏的乳品应先进行加热处理，加热温度应稍高于市售牛乳和冰淇淋。均质的抑制效应与其可减少金属离子浓度有关。抗氧化剂对脂类氧化有抑制作用。此外冻藏的温度对稳定性也有一定的影响。
（二）蛋白质的溶解性下降
冻结的浓缩效应往往导致大分子胶体的失稳，蛋白质分子可能会发生凝聚，溶解性下降，甚至出现絮凝、变性等。冻藏时间延长往往会加剧这一现象，而冻藏温度低、冻结速率快可以减轻这一现象。成分（总固形物）不同的乳品长期贮藏（120天）后发生的变化明显不同，热处理可明显延长未变性贮藏期。均质对蛋白质的稳定性有降低作用，且浓缩前均质比浓缩后均质要小一些。冷冻前牛乳的冷藏和冷处理对蛋白质稳定性有不利的影响，但冷藏前的加热处理对减少此影响有好处。加热还可减少冷藏时乳糖结晶的形成。
（三）其他
冻藏过程中食品物料还会发生一些其他变化，如pH、风味和营养成分的变化等。pH的变化一般是由于食品物料的成熟和未冻结部分溶质的浓缩所导致的，冻藏过程中食品物料pH的变化速率和程度与物料的缓冲能力、所含盐的组成、蛋白质和盐的相互作用、酶活性和贮藏温度有关。pH的变化所引起的质量变化并不明显，但理论上可知RH会影响酶的活性和细胞的通透性。
从冻藏过程中非酶反应和酶促反应速率变化的角度看，温度的降低一般会导致反应速率降低，但在冻藏过程中食品物料的非酶反应速率往往会增加，这种现象在浓度低的食品物料中尤为突出。酶活性受抑制的程度与温度有很大关系，一般在冻结点以下的0~10℃范围内，酶的活性可能降低也可能增加，温度再低时，酶的活性一般受到抑制。
酶在解冻时，尤其是在组织受到损伤时，其活性会大大加强，因而引起一系列生化反应，造成变色、变味、营养损失等变化。这需要在冻结前用热烫处理或化学处理等方法来将酶破坏或抑制。蔬菜一般用热烫处理。对于不适用漂烫处理的食品如水果制品，需要用硫处理或加入抗坏血酸作为抗氧化剂以减少氧化，或加入糖浆减少与氧接触的机会，有利于保护产品的风味和减少氧化。
