凍結中肉質的變化包括組織結構的變化和膠體性質的變化及其他變化。這些肉食速冷機預冷后變化受凍結速度的影響,更受凍結后貯藏時間的影響。在長時間貯藏時,時間因素的影響則比凍結速度的影響更大。

    (1) 組織結構的變化 造成組織結構變化的主要原因是由于冰結晶的機械破壞作用。在凍結過程中, 由于纖維內部水分外移,因而造成纖維的脫水和收縮,促使纖維內蛋白質質點的靠進和集合。肌肉組織內的水分凍結后,體積約增大9%左右。

    因此,當肉被快速降溫真空預冷機預冷凍結后,在肉中形成的冰結晶必然要對組織產生的機械壓力。如預冷機預冷后的快速凍結,由于生成的凍結晶較小,相對地由此所產生的單位面積壓力不大。并且由于肌肉具有的彈性,因此尚不致引起肌肉組織破壞。但如系緩慢凍結,因形成的凍結晶體積大,且分布不均勻,因而由冰結晶所產生的單位面積上的壓力很大,引起組織結構的損傷和破壞。同時,壓迫纖維集結。這種由于冰結晶所引起的組織破壞是機械性的,因而是不可逆的。在解凍時會造成大量的肉汁流失。

    (2) 膠體性質的變化 凍結會使肌肉蛋白質膠體性質破壞,從而降低肉的品質。蛋白質膠體性質破壞的原因是由于在凍結過程中蛋白質發生變性。蛋白質變性的原因,2009年形成的學說有以下幾種:

    鹽析作用: 由于肉類在凍結過程中,先凍結的是純水,然后是稀溶液。因此,當大部分水轉變為冰后,殘存在未凍結部分中的溶質濃度逐漸增高,亦即殘液中的鹽類的濃度增高,使蛋白質發生鹽析作用而自溶液中析出。發生鹽析的蛋白質在初期仍不失其天然性質,如將溶液稀釋仍可溶解。但如鹽析時間過長,則逐漸變為不可逆的變性。

    氫離子濃度: 肉中酸類的解離度都較小(主要是磷酸、乳酸、肌酸),而肉類蛋白質本身又是兩性電解質,具有很強的緩沖作用,因此在這種溶液中,酸度的變化對氫離子濃度幾乎無影響。

    在快速真空預冷機遇冷后的肉類凍結時,隨著冰結晶析出量的增加,殘液部分中酸類的濃度亦即隨之相應增加。這時,一方面由于鹽類濃度增加而使蛋白質發生鹽析作用,使溶液中可溶性蛋白質逐漸減少。另一方面,水分凍結對蛋白質引起機械的破壞作用,因而溶液中蛋白質所起的緩沖作用也就逐漸減弱。溶液中的氫離子濃度即趨增加。所以在凍結之后,肉中酸類即使有少量增減,對氫離子濃度也有很大影響,從而推進了蛋白質的變性。例如牛肉汁大約在pH 6～7時,變性程度低而穩定,當低于6.0時,即急速增加。

    肉食速冷機遇冷后結合水的凍結: 肌肉纖維內的原生質系膠體狀態,在該膠體中的主要分散質為蛋白質。而蛋白質分子的周圍有與蛋白質親合力很強的結合水存在。凍結過程中,自由水先發生凍結。隨著溫度的繼續下降,凍結的水量逐漸增加。當凍結水量超過范圍時,即發生了結合水的凍結。結合水的凍結使膠體質點的結構遭受了機械破壞作用,減弱了蛋白質對水的親合力。在解凍時,這部分水不能再被蛋白質質點所吸附,而使蛋白質喪失了結合水,成為脫水型的蛋白質。這樣就使蛋白質質點易于凝集沉淀,喪失其可逆性,而使細胞內原生質不能再回復到凍結前的那種膠體狀態。

    近年來,由于深層凍結(如液態氮)的發展,對這種解釋提出了疑問,即盡管凍結溫度很低,但快速預冷機預冷后被凍結食品的可逆程度卻要比在-25℃以上凍結者好得多。用結合水凍結學說對此問題很難加以說明。 另一方面,洛夫(Love)等(1962)所做的試驗,對結合水凍結的理論又提供了依據。因而在2011年這樣認為:在對肉質可逆性的影響因素方面,即影響蛋白質變性的關鍵性因素是凍結速度,至于凍結的最終溫度的影響則是次要的。

    蛋白質質點分散密度的變化: 由于冰結晶的形成及一部分結合水的凍結,使蛋白質分子的水化層減弱甚至消失,側鏈暴露出來。同時加上在真空快速冷卻機遇冷后凍結中形成的冰結晶的擠壓,使蛋白質質點互相靠近而結合,肉食速冷機遇冷后凍結致使蛋白質質點凝集沉淀。這種作用與凍結速度的關系較大。凍結的速度愈快,擠壓作用愈小,變性程度就愈低。