1
第八章食品之熱性質
第一節食品之熱量與溫度
一、熱量與溫度
熱量單位Kcal(calorie)、BTU(British thermal unit)
1 Kcal=3.966 Btu 1 Btu=0.252 Kcal
例如37 ℃=37x(9/5)+32=98.6℉
250℉=(250-32)x5/9=121.1 ℃
2
A物體(10℃)的溫度較B物體(2℃)為高，但B的比熱較A高，故熱含
量A較B高。當A與B接觸時，熱量的流動是由高溫A往低溫B流動。
3
二、顯熱與潛熱
1公斤水加1Kcal熱量後，水溫增加1℃，此熱量稱為顯熱
(Sensible heat)。熱量增減，溫度不會升降，此熱量稱為潛熱
(Latent heat)。
每公斤0 ℃的水結成0℃的冰時，需去除80 Kcal熱量這個熱量稱
為潛熱，
冰的潛熱實際值為79.68Kcal。
4
=80x0.84
=80x0.75
-1-
5
6
三、食品的比熱
使1克物體溫度升降1℃ 所需加入或移除的熱量稱為比熱
(specific heat)。水的比熱為1(cal/g℃)，冰為0.5。食品的比熱越
大，則其發生溫度變化時，欲移除或增加的熱量越多。
a=食品的含水率(%)，b=食品的固形份比率(%)
0.5=冰的比熱
0.4=食品固形份的平均比熱
食品的含水率為80%，固形份為20%，求其比熱?
凍結點以上的比熱C1=80+(0.4x20)/100=0.88
凍結點以下的比熱C2=(0.5x80)+(0.4x20)/100=0.48
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四、食品的熱容量
使食品溫度上升△T℃時，所需加入的熱量稱熱容量。食品的熱容量越大，冷凍或解
凍所需移除或增加的熱量越多。假設質量Ｍ克、比熱S的食品，溫度上升或下降
△T℃時吸收或放出熱量Ｈ卡，則
Ｈ＝ＭS△T
Ｈ(熱容量)：所吸收或放出的熱量，單位是cal。Ｍ：質量，單位是公克。
Ｓ：比熱，單位是cal/g℃。△T＝T
2
－T
1
或T
1
－T
2
：溫度差，單位是℃。
將1公斤含水率80%固形份為20%的食品30℃，降溫至10℃，需移除多少熱量? (比
熱由上頁得0.88)，
若由零下5 ℃降至零下15 ℃ ，需移除多少熱量? (比熱0.48)
Ans: H=1x0.88x(30-10)=17.6 Kcal
Ans; H=1x0.48x(-5-(-15))=4.8Kcal
將1公斤30 ℃的水冷凍成零下18 ℃冰塊， 須移除多少熱量?冰的比熱為0.5(cal/g℃)
Ans:30 ℃水0 ℃水=1x1x(30-0)=30Kcal，0 ℃水0 ℃冰=1x80=80Kcal
0 ℃冰-18 ℃冰=1x0.5x(0-(-18)=9Kcal，三者合計為119Kcal(30+80+9)熱量
30℃水
0℃水
0℃冰
-18℃冰
-30Kcal
-80Kcal
-9Kcal
補充
8
五、食品的熱傳導率
水的熱傳導率為0.5 kcal/m.h.℃，冰為2.0。故凍結狀態的食品較未
凍結狀態者的熱傳導率大，熱傳導率越大，凍結時品溫下降較快。
故，冷凍速度比解凍為快。
-2-
9
六、食品的熱含量
焓
(Enthalpy)：1公斤食品在一定溫度下所含有的熱量。
溫度越高，熱含量越高。
1公斤豬肉由20 ℃
降溫至0 ℃需移除
多少熱量?
Ans: 65.1-50.6
=14.5 KCal
10
第二節 傳熱
一、熱傳導(Heat conduction)
：為固體的傳熱方式。
有厚度、距
離的問題
11
二、熱對流(Heat convection)
沒 有 厚 度 ，
但 有 表 面 積
的問題
熱傳係數
Kcal/h
12
三、熱輻射(Heat Radiation)
冷凍食品的熱傳受熱傳導及熱對流的影響較大，
熱輻射幾乎可以忽略。
-3-
13
14
四、熱貫流(Heat transmision)
五、熱傳導率(Heat conductivity)
熱由冷藏(凍)庫外側的高溫流體(空氣)，通過隔熱壁傳到庫內側
的熱傳現象，稱為熱貫流。經包裝的冷凍食品，包裝材料可視
為冷藏(凍)庫的隔熱壁，其熱貫流係由傳導、對流、輻射三種熱
傳造成。
熱傳導率
λ(Kcal/m.h.℃)係物體傳熱快慢的常數， λ 越大表示熱
傳越好，固體
λ 最大、液體次之、氣體最小。
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不同食物或組織的熱傳導率(λ)也不同。
16
溫度越低，熱傳導率(λ)越大，溫度越易下降。
因冰的熱傳較水為大。
-4-
17
六、熱傳達率(Coefficient of surface heat treansfer)
熱傳達率
α係固體與流體之間的傳熱係數，為固體與流體溫差1℃
接觸面積1m
2
時，1小時的傳熱量。
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水的熱傳達率大於空氣。
故在蒸氣室中，較無蒸氣的加熱室中為熱。
19
風速越快，熱傳達率越大。
20
空氣流向與蒸發器直角交叉者較平行者之熱傳達率大。
(與P.21頁表11比較)
-5-
21
空氣流向與蒸發器直角交叉者較平行者之熱傳達率大。
(與P.20頁表10比較)
22
七、熱貫流率(Coefficient of Overall heat transmission)
熱貫流率(K)指流體溫差1℃，貫流面積1m
2
時，1小時的傳熱量。
係由傳導、對
流、輻射三種
熱傳造成。
23
24
八、食品冷凍的熱傳方式
食品
的熱
食品
表面
未包裝
食品
包裝食品
二次冷媒
(空氣)
熱傳達
熱傳達
熱貫流
蒸發器
表面
對流
一次冷媒
熱貫流
冷卻水
機械循環
-6-
25
26
第三節 食品原料的冷凍負荷
一、原料冷凍負荷的計算
植物食品須考量呼吸熱、動物食品須考量僵直熱
27
若蔬菜在凍
結前經過殺
菁處理，則
不須考慮呼
吸熱。
初 溫 t1
凍 結 點 t0
終 溫 t2
-q1顯 熱
-q3顯 熱
-q2潛 熱
28
顯熱
顯熱
固形物26%
若希望在12小時內完成凍結至零下20 ℃，則須多少噸的冷凍機?
-7-
29
0.474
0.844
30
若希望在12小時內完成凍結至零下20 ℃，則須多少噸(
公制
)的冷凍機?
Ans:98590/12=8215.8Kcal/hr 每小時須移除熱量
1冷凍噸=3320Kcal/hr(公制)，8215.8/3320=2.475噸
1冷凍噸(
公制
)的能力
可將1000公斤0 ℃水於
24小時內結成0 ℃的冰 。
冰的潛熱為79.68Kcal
1000X79.68=79680Kcal
79680/24=
3320Kcal/hr
q1
q2
q3
0.844
0.474
30.384
9.006)
98.59
98590
30.384
9.006
60.05%
1冷凍噸(
美制
)的能力
=3024Kcal/hr
1冷凍噸(
英制
)的能力
=3386Kcal/hr
31
未經殺菁處理蔬菜，須考慮呼吸熱。
呼吸熱
t
1
32
13,704 Kcal
13,704 /10=1370.4 Kcal/hr
1370.4/3320=0.41冷凍噸(
公制
)
(10 小時)
-8-
33
34
冷卻時間越長，呼吸熱q’越大。
35
冷凍負荷考量因素：
1.降溫需移除熱量
室溫
凍結點潛熱凍藏溫度
2.呼吸熱(未殺菁植物)或僵直熱(動物)
3.發酵熱：酒精發酵、醋酸發酵等
4.蒸發熱、昇華熱
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二、繪圖法求原料的冷凍負荷
含水率74%
溫度35℃
100 Kcal
10 Kcal
-20℃
D
A
B
C
E
-9-
37
以繪圖法計算1公噸含水率74%寡脂肉由35℃凍結到零下20℃的
冷凍負荷?
假設於10小時內完成，須多少冷凍噸之冷凍機?
<解>
含水率74%繪垂直線與35℃等溫線交於B點，再畫平行線交於C點得100
Kcal/Kg，此為35℃下的熱含量。
AB線與零下20℃的等溫線交於D點，再畫平行線交於E點，得零下20℃的熱
含量為10 Kcal/Kg。
100-10=90 Kcal/Kg (
35℃凍結到零下20℃需移除熱量
)
1000 Kg x90 Kcal/Kg=90000 Kcal
90000 /10=9000 Kcal/hr
9000/3320=2.7冷凍噸
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第四節 凍結時間的求法
一、影響凍結時間的因素
1.表面溫度差的影響
凍結所需時間係指食品中心溫度由凍結點到達完全凍結所需的時
間，凍結速度越快，凍結所需時間越短。凍結速度與表面溫度差
(Ts-Tr)成正比，Ts 為食品表面溫度，Tr為二次冷媒(空氣)的溫度。
2.食品大小的影響
食品顆粒越小，熱傳快，凍結所需時間越短。
3.表面及內部熱傳遞的相互影響
食品表面及內部熱傳遞越快，凍結所需時間越短。
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4.熱傳達率及熱傳導率的影響
5.食品比熱的影響
食品熱傳達率或熱傳導率越大，凍結速度越快，凍結所需時間
越短。冰的熱傳導率較水為大，故凍結狀態食品的冷卻速度較
新鮮狀態為快。
比熱越大凍結速度越慢，凍結所需時間越長。
6.凍結方法的影響
流動空氣較靜止空氣凍結速度快，凍結所需時間短。急速凍結
較緩慢凍結需要的時間短。食品厚度越薄，凍結所需時間越短。
40
二、凍結所需時間的計算
1.未包裝凍結食品凍結所需時間的計算法
凍結所需時間與冷凍負荷及食
品厚度成正比，與溫差
δ成反比
-10-
41
2.包裝凍結食品
利用紙箱等包裝的凍結食品，其凍結所需時間可用下式求得。
42
43
三、繪圖法求凍結所需時間
1.利用線圖求接觸
凍結所需時間，
食品初溫20~0℃，
厚度20~100 mm，
凍結終溫在零下
4~10℃，凍結板
溫度在零下
10~40℃。
圖5代號意義
44
H
I
凍結時間
初溫
凍結終溫
凍結板溫度
厚度
-11-
45
[例]食品的初溫(ti)為20℃，厚度為60 mm，將其裝入塗蠟紙，熱
封後裝入未加蓋的紙箱中(W+Ca)，利用零下35℃(tp)的凍結板凍
結到零下4℃或10℃(tm)時，所需凍結時間各為何?
[解]
由圖5W+Ca位置畫垂直線與b=60 mm的斜線交於B(tm=零下4℃)、
C點(tm=零下10℃)。將B、C點畫水平線與零下35℃溫度線交於D、
E，將D、E畫垂直線與ti=+20℃溫度線交於F、G，再將F、G畫底
部平行線與凍結時間交於H (87分)、I(96分鐘)點。故，凍結至零下
4℃須87分鐘，凍至零下10℃需96分鐘。
46
[例]初溫10℃、15公分厚的魚片，未經包裝送入溫度零下
30℃、風速6 cm/sec之凍結室凍結，求凍結時間?
[解]
找出食品厚度15、風速6，依圖6畫平行線交於零下30℃線
得A點，由A點化垂直線交初溫10℃線於B點。由B點畫平行
線交於凍結時間得10.5小時。
47
10.5小時
零下30℃
10℃
風速6
A
B
初溫
厚度
凍結室溫度
凍結時間
風速
48
四、品溫半減法求冷卻所需時間
(法國Thevenot提出)
32
16
8
4
1
2
0
Z=5
δ=32-0=32 (溫差)
δ/2=16
16=
8=
=4
=2
假設初溫34℃的食肉放置在2℃的
冷空氣冷卻時，測得第一次溫度
半減所需時間Z1=3小時，欲將此
食肉溫度降至3℃時，所需的冷卻
時間為何?
δ=34-2=32 (溫差)
34-2/2=16
(δ/2)
34-16=
18
18-2/2=8
(δ/4)
18-8=
10
10-2/2=4
(δ/8)
10-4=
6
6-2/2=2
(δ/16)
6-2=
4
4-2/2=1
(δ/32)
4-1=
3
5x3=15小時
Z=5
34
18
10
6
4
3
-16
-8
-4
-2
-1
δ/32=1
-12-
49
[例]初溫32℃的食肉放置在0℃的冷空氣冷卻時，測得第一次
溫度半減所需時間Z1=5小時，欲將此食肉溫度降至1℃時，所
需的冷卻時間為何?
[解]
32-0/2=16 32-16=
16
16-0/2=8 16-8=
8
8-0/2=4 8-4=
4
4-0/2=2 4-2=
2
2-0/2=1 2-1=
1
初溫32℃ 食肉經過5x5=25小時溫度變成1℃
半衰期Z1=5小時，經過1次半衰期溫度變成32/2
1
=16，兩次半
衰期溫度變成32/2
2
=8 ，n次半衰期溫度變成32/2
n
=1，故 2
n
=32
n=5 [n=log(32)/log(2)]
5x5=25小時。
32
16
8
4
2
1
5h
5h
5h
5h
5h
-13-