食品中的水包括结合水和自由水。食品中的结合水与蛋白质、碳水化合物等胶体物质结合在一起。在冻结过程中这部分结合水不会转变成冰结晶,属于不冻结水。食品中的自由水并非纯水,而是溶有溶质的稀溶液,由于稀溶液中溶质的作用,造成溶液的蒸气压下降,使得食品开始结冰的冰点温度比水的冻结点0℃要低(拉乌尔定律)。根据拉乌尔定律第二法则,溶液冻结点降低与溶质浓度成正比,每增加1mol/L浓度冰点下降1.86℃。
冻结点(freezing point)是指一定压力下液态转向固态的温度点。低于冻结点的这一温度被称为过冷点,冻结点和过冷点之间的温度差为过冷度。冻结点和过冷点之间的水处于亚稳态(过冷态),极易形成冰结晶。冰结晶的形成包括冰晶的成核和冰晶的成长过程。
一般所指的溶液或食品物料的冻结点是它们的初始冻结温度。溶液或食品物料冻结时在初始冻结点开始冻结,随着冻结过程的进行,水分不断地转化为冰结晶,冻结点也随之降低,这样直至所有的水分都冻结,此时溶液中的溶质、水(溶剂)达到共同固化,这一状态点(B)被称为低共熔点(eutectic point,cryohydric freezing point)或冰盐冻结点。
食品物料由于溶质种类和浓度上的差异,其初始冻结点会不同。即使是同一类食品物料,由于品种、种植、饲养和加工条件等的差异,也使其初始冻结点不尽相同。实际上一些食品物料的初始冻结点多表现为一个温度范围。表4-1列出了一些常见食品物料的初始冻结点。表4-2则列出了一些溶液和食品物料的低共熔点。