蒜的帳在昨天的烹飪已經結清,昨天留下的四碗感官對照我仍然沒做,所以不再追加蒜的內容。今天換到一個家家戶戶每週都在做、卻很少被當成技法的步驟:冷凍與解凍。核心數字來自 Qian 等人 2022 年在 Food Chemistry 的牛肉實驗:同一塊牛里肌,超快速冷凍的解凍流失是 4.35%,慢速冷凍是 8.22%,差了近一倍。我另外用 Plank 方程式替「凍多快」估了一組數字,結果顯示家用冷凍的瓶頸是「肉與冷空氣之間的熱傳」,不是冷凍庫設幾度。最後給一個用雞胸或豬里肌就能做的對照實驗,並把解凍的食安規則逐條列在實踐裡。
先交代閱讀程度。Qian 2022 我只讀到 PubMed 的摘要,沒有全文,所以「超快速」與「慢速」各自的冷凍溫度與降溫速率我不知道,不寫。Jo 等人 2014 與 Rahman 等人 2014 兩篇(Korean J. Food Sci. Anim. Resour.)是開放取用,我讀的是經網頁摘要工具整理的版本,表格數字引用時我標出來源。美國農業部 FSIS 的解凍頁面今天連線被擋(403),食安規則改以 Clemson 大學推廣中心的 2024 年說明頁為主,該頁自述依據美國農業部的解凍方法。
📖 學
一、冰晶大小怎麼變成解凍流失
肌肉大約四分之三是水。水結冰時體積膨脹並把溶質推給還沒結冰的水,細胞外液濃度較低、先結冰,細胞內的水再被慢慢拉出來。這一段是食品科學教科書的標準說法,我今天沒有重新查原始文獻,下面的論述以它為前提。慢速冷凍時,細胞外冰有足夠時間長成大晶體,擠壓肌纖維並把水從細胞內拉出去;快速冷凍時,冰在細胞內外同時成核,晶體小而數量多,對組織的機械傷害較小。
Qian 等人 2022(Food Chemistry 373(Pt B):131461,DOI 10.1016/j.foodchem.2021.131461)用牛的背最長肌,比較超快速冷凍與慢速冷凍,冷凍 48 小時後解凍。摘要的結論是:超快速冷凍組解凍流失 4.35%,慢速組 8.22%;超快速組的冰晶大小分布窄,肌原纖維蛋白的溶解度較高、表面疏水性較低;解凍時,慢速組的水大量從「不易流動的水」轉成「自由水」,自由水從肌原纖維移向表面,再流進肌纖維之間的縫隙,形成肉眼看到的汁液流失。這裡「不易流動水/自由水」是低場核磁共振的測量分類,我只讀到摘要層級的描述。
Xia 等人 2026 年 1 月在 Foods 發表的綜述〈Advances in Freezing and Thawing Meat: From Physical Principles to Artificial Intelligence〉,說快速降溫是形成細緻冰晶的關鍵,並用 Ostwald 熟化描述儲存期的問題:小冰晶溶解、大冰晶長大。這與「冷凍庫溫度會因開門與除霜而波動」連起來,是我的推論:反覆升溫再降溫的冷凍庫,會把你一開始凍得很細的冰晶慢慢養粗。這個推論綜述沒有針對家用冷凍庫直接驗證。
二、Plank 方程式:凍一塊肉要多久
冷凍時間有一條經典的估算式,Plank 方程式(出自教科書,我今天沒有查原文,只引用公式形式):對一塊平板,
t = (ρ·L / (T冰點 − T環境)) × (P·a/h + R·a²/k)
其中 ρ 是密度,L 是凍結潛熱,a 是厚度,h 是表面熱傳係數,k 是凍結後肉的導熱係數,平板的形狀常數 P = 1/2、R = 1/8。這個式子假設整塊肉一開始就在冰點,忽略先降到冰點的顯熱,所以算出來是時間的下限。以下輸入全是我自己的估計值,不是從哪篇論文來的:
| 參數 | 取值 | 依據 |
|---|---|---|
| ρ | 1,050 kg/m³ | 瘦肉常見量級 |
| L | 21.0 萬 J/kg | 含水 74%、水的潛熱 33.4 萬 J/kg、約 85% 的水結成冰:0.74 × 334,000 × 0.85 = 210,086 |
| 冰點 | −1.5℃ | 肉的冰點略低於 0℃ |
| k | 1.5 W/(m·K) | 凍肉量級的猜測 |
| h | 8 W/(m²·K)(靜止冷空氣、裝袋);30(貼著金屬盤的粗估) | 猜測 |
代入「2 cm 厚、環境 −18℃、h = 8」:ρL/ΔT = 1,050 × 210,086 / 16.5 = 1.337 × 10⁷。括號內第一項 0.5 × 0.02 / 8 = 0.00125,第二項 0.125 × 0.02² / 1.5 = 0.0000333,合計 0.001283。t = 1.337 × 10⁷ × 0.001283 ≈ 17,160 秒,約 4.8 小時。
| 厚度 | 環境 −18℃、h = 8 | 環境 −18℃、h = 30 | 環境 −30℃、h = 8 |
|---|---|---|---|
| 1 cm | 2.4 小時 | 0.65 小時 | 1.4 小時 |
| 2 cm | 4.8 小時 | 1.4 小時 | 2.8 小時 |
| 4 cm | 9.8 小時 | 3.0 小時 | 5.7 小時 |
三個觀察,全是我的算術推論,不是論文結論。第一,這組輸入下括號裡第一項(表面熱傳)占了約 97%,第二項(內部傳導)幾乎可以忽略,所以時間大致正比於厚度:1 cm 到 4 cm 約差 4 倍。第二,把冷凍庫從 −18℃ 調到 −30℃,時間只乘以 16.5/28.5 = 0.58;把 h 從 8 提到 30,時間乘以 0.27。這代表同一塊肉,壓薄、貼金屬盤,比冷凍庫多調十幾度有效。第三,所有數字的絕對值都不可信(h 與 k 我是猜的,實際冷凍庫還有預冷階段),只有「厚度與 h 才是槓桿」這個比例關係可以參考。
三、這個效果有多大?別高估
Jo 等人 2014(Korean J. Food Sci. Anim. Resour. 34 卷,開放取用,PMC4662192)用韓牛(Hanwoo 1++ 等級)的牛後腿芯(eye of round),切成 1×1×5 cm、約 9 g 的長條,每組 3 個樣本,比較三種冷凍:自然對流 −24℃(NF)、單體快速冷凍 −45℃(IQF)、液態氮低溫 −100℃(CF),凍到中心 −12℃ 後儲存在 −24℃;解凍則比較 4℃ 冰箱(NCT)與 10℃ 流水(RT)直到 5℃。表中的解凍流失是 2.3% 到 4.5%:NF/NCT 為 3.63±1.57,IQF/NCT 為 4.46±0.10,CF/NCT 為 2.51±0.59,CF/RT 為 2.33±1.17,其餘約 3.6。表格的顯著性字母我看到的幾乎全部共用同一個字母,代表大多數組合統計上分不開。有趣的是,最快的 −100℃ 不見得最好,而且 −45℃ 的 IQF 組平均反而略高於 −24℃ 的 NF 組。另一個值得注意的數字是烹煮流失:未冷凍對照 17.0%,IQF/NCT 23.4±2.65,CF/NCT 24.4±1.02,也就是冷凍過的肉熟了之後多流掉約 6 到 7 個百分點的水,我讀到的兩組(IQF 與 CF)數字接近,NF 組的烹煮流失我沒讀到。
把兩篇放在一起:Qian 的兩組相差 3.9 個百分點(4.35 對 8.22),Jo 的組間差異(以及標準差 0.1 到 1.6)在同一個量級,所以快慢冷凍的好處是真的方向,但在 9 g 小樣本、3 次重複的條件下不一定量得出來。換成你家 150 g 的雞胸、每組兩塊、1 g 刻度的廚房秤,能偵測的差異更大,你的實驗多半只看得到趨勢。
四、多次冷凍解凍與安全
Rahman 等人 2014(Korean J. Food Sci. Anim. Resour. 34(4):482–495,PMC4662152)讓牛前腿肉在 −20℃ 反覆凍融三次,解凍流失從第一次的 3.6% 增加到第三次的 12.7%,保水力從 79.78% 掉到 54.67%,pH 從 6.15 降到最低 5.27,色澤與香氣在煮之前就顯著下降;結論是應盡量減少反覆冷凍解凍。同一篇的總生菌數在對照 5.12 log CFU/g 與各循環的 4.49 到 5.17 之間沒有明顯下降,我讀出來的意思是:冷凍不是殺菌步驟,食安靠的是解凍與烹煮的溫度控制(此處是我對該表的解讀,不是作者原句;大腸桿菌群與酵母黴菌在冷凍後降到低於 1 log,但整體生菌數沒變)。這篇還比較了 4℃ 冰箱、27℃ 自來水與 40℃ 溫水三種解凍,結論是冰箱解凍的品質最好。27℃ 與 40℃ 的解凍都落在食安建議要避開的溫度帶,那是實驗室條件,不要照做。
五、解凍的食安規則
Clemson 大學推廣中心(Stacy Kirby,HGIC 3892,2024 年 12 月 13 日)整理的規則如下,我只引用該頁寫到的:冰箱解凍最安全,食物維持在 40°F(約 4.4℃)以下;約 5 磅(2.3 公斤)的食物需要約 24 小時;冷水解凍要求防漏包裝、泡在 70°F(約 21℃)以下的水裡,每 30 分鐘換水,每磅約 20 到 60 分鐘;微波解凍每磅約 7 到 8 分鐘,但微波加熱不均,部分區域可能進入危險溫度帶,解凍後必須立刻烹煮;也可以直接帶凍烹煮。該頁另寫:「Once food is thawed, it should be fully cooked if intended for refreezing」(依該頁字面,解凍後如果要再冷凍,需先完全煮熟)。我用搜尋摘要讀到 FSIS 的三種安全解凍方式(冰箱、冷水、微波)與「不可放在流理台、室溫不超過兩小時」,但沒有開到頁面原文,所以這句只算轉述。
🧠 記
- 解凍流失是冰晶傷害加上蛋白質保水力下降的結果。Qian 2022 的牛肉:超快速冷凍 4.35%、慢速冷凍 8.22%(冷凍 48 小時後),只讀到摘要。
- 效果量要打折:Jo 2014 在 9 g 長條、3 次重複下,各冷凍方式的解凍流失 2.3% 到 4.5%,大多分不出差異;冷凍過的肉烹煮流失比未冷凍多約 6 到 7 個百分點(17.0% 對 23.4% 與 24.4%)。
- 我的 Plank 估算:厚度與表面熱傳係數是冷凍時間的槓桿,冷凍庫多調 12℃ 只換來約 0.58 倍的時間;絕對值不可信,只看比例。
- 反覆冷凍解凍傷品質:Rahman 2014 解凍流失 3.6% 到 12.7%(三次循環)。冷凍不等於殺菌,食安靠解凍方式與煮到足夠溫度。
- 邊界:Qian 的冷凍條件我不知道;Jo 與 Rahman 的數字經網頁摘要工具整理,顯著性只看到字母分組;Plank 的 h、k、L 全是我的假設;兩篇研究都是牛肉,雞、豬、魚的結果不一定相同;沒有任何一條是醫療或食安認證建議,請以你所在地主管機關的規定為準。
✍️ 實踐
目標是比較「壓薄快凍」與「厚塊慢凍」的解凍流失與烹煮流失。需要:雞胸肉或豬里肌約 600 g(新鮮、同一塊)、1 g 刻度的廚房秤、探針溫度計、2 個夾鏈袋與 2 個備用、鋁製烤盤、紙巾、冰箱(請確認在 4℃ 以下)、冷凍庫(−18℃ 或更冷)。
- 處理。生禽肉不要沖洗,砧板與刀具用完以熱肥皂水洗,生肉專用,洗手。把肉去除筋膜後切成 4 塊,每塊約 150 g,用秤逐塊記錄 m0(精確到 1 g)。隨機分組(丟硬幣即可):A 組 2 塊、B 組 2 塊。
- 冷凍。A 組(快):每塊單獨裝袋,壓成約 1.5 cm 的平片,擠掉空氣,攤平放在預先冰過的鋁盤上,直接放冷凍庫底部。B 組(慢):每塊捏成約 4 cm 厚的圓團,裝袋,放進紙盒或保麗龍盒再放進冷凍庫。兩組放同一格,冷凍 48 小時(與 Qian 的條件一致),期間不要開關冷凍庫門。
- 解凍。兩組同時放進冰箱下層,放在有邊的盤子上,避免生肉汁液滴到其他食物;至少 24 小時,用探針量中心,直到軟透、約 0 到 4℃ 為止(厚的 B 組可能較慢,記下各自耗時)。取出後把每塊兩面各用紙巾壓 3 秒吸掉表面水,秤 m1。
- 烹煮。兩組放同一鍋,同樣的油量與火力,同樣的翻面時間,煮到中心 74℃(這是美國農業部對禽肉的常見建議溫度,我今天沒有重新開頁面查證,請以你信任的食安來源核對),靜置 5 分鐘後秤 m2。
- 計算。解凍流失 = (m0 − m1) / m0 × 100%;烹煮流失 = (m1 − m2) / m1 × 100%。例:m0 = 150 g、m1 = 144 g,解凍流失 = 6/150 = 4.0%。
- 預測(是預測不是已知):A 組解凍流失低於 B 組,但差距不會有 Qian 的 3.9 個百分點那麼大,因為你的冷凍不是超快速。若兩組差距小於 1 個百分點(1 至 2 g),你的秤與手法分辨不出來,這與 Jo 的結論一致。烹煮流失大概兩組接近,都比新鮮肉高。有條件的話,多買一塊肉直接煮當新鮮對照。n 只有 2,結論不要寫成「證明」。
安全與過敏:冰箱解凍不要放在其他即食食物的上層;解凍後用冰箱解凍的肉請盡快煮完。Clemson 該頁寫紅肉解凍後可再冷藏約 3 到 5 天,家禽的天數該頁我沒讀到,不要套用,以主管機關建議為準;冷水解凍要換水並煮完;微波解凍後立刻煮;不要在流理台上放過夜。若你要用豆腐、魚、蝦替代做同樣實驗,它們分別是大豆、魚類、甲殼類過敏原,請先確認食用者沒有過敏,並別混用器具。生肉不要試吃,中心溫度以探針為準。
🔗 延伸學習
- The rise of thawing drip: Freezing rate effects on ice crystallization and myowater dynamics changes — Food Chemistry 373:131461(Qian et al., 2022) — 超快速與慢速冷凍解凍流失 4.35% 對 8.22% 的原始摘要;ScienceDirect 頁面我打不開,摘要是從 PubMed 記錄讀到的。
- Effect of Novel Quick Freezing Techniques Combined with Different Thawing Processes on Beef Quality — Korean J. Food Sci. Anim. Resour.(Jo et al., 2014) — 三種冷凍加兩種解凍的解凍流失與烹煮流失表,開放取用。
- Effect of Repeated Freeze-Thaw Cycles on Beef Quality and Safety — Korean J. Food Sci. Anim. Resour. 34(4):482(Rahman et al., 2014) — 三次凍融循環的解凍流失、保水力與微生物數據,開放取用。
- How to Thaw Food Safely — Clemson HGIC 3892(Kirby, 2024) — 冰箱、冷水、微波與直接烹煮四種解凍方式的時間與溫度規則。
💬 問 AI
我在寫一份「冷凍解凍與肉的保水」筆記,想請你協助檢查,並明確區分「文章說的」「你查證的」「你推論的」。食安相關只供學習,不是食安認證或醫療建議;不確定就直接說不確定,不要補數字。
文章說的:
1. Qian 等 2022(Food Chem 373:131461):牛背最長肌冷凍 48 小時後,超快速冷凍解凍流失 4.35%、慢速冷凍 8.22%;我只讀到摘要,不知道兩組的冷凍溫度與降溫速率。
2. Jo 等 2014(Korean J Food Sci Anim Resour):韓牛 1×1×5 cm 長條,NF −24℃ / IQF −45℃ / CF −100℃,解凍流失 2.3% 到 4.5%,多數組合沒有顯著差異;冷凍過的肉烹煮流失 23.4% 與 24.4%,對照 17.0%。
3. Rahman 等 2014:三次凍融,解凍流失 3.6% 到 12.7%,保水力 79.78% 到 54.67%。
4. 我的推論:以 Plank 方程式,L = 0.74 × 334,000 × 0.85 = 210,086 J/kg、h = 8、k = 1.5、環境 −18℃,2 cm 平板約 4.8 小時;表面熱傳項占約 97%,所以厚度與 h 比冷凍庫溫度重要。
請你:
(a) 查證第 1 點:Qian 2022 全文中「ultra-fast」與「slow」的冷凍介質、溫度、降溫速率與樣本大小是什麼?
(b) 檢查第 4 點我的 Plank 算術:ρL/ΔT 與括號兩項是否算對?肉的潛熱、導熱係數與家用冷凍庫 h 的合理範圍有沒有出處?請區分有出處的數字與你的估計。
(c) 第 2 點的顯著性字母我只看到摘要整理,Jo 2014 的 Table 1 實際哪些組合有顯著差異?
(d) 家用冷凍庫的溫度波動與除霜循環,有沒有文獻量過會讓冰晶再結晶(Ostwald 熟化)到什麼程度?
(e) 請依 USDA FSIS 的原始頁面,核對冷水解凍(水溫、換水間隔)、微波解凍後立即烹煮與「解凍後再冷凍」的規定,若與我上面寫的不同請指出。