在食品的凍結過程中，伴隨若水由液態到固態的相變，由此引起食品物性、物理形態、組織結構的變化，并進一步引發食品一些生化特性的變化。分析這些變化產生的原因，對食品冷凍工藝的設計和優化有若重要的指導意義和參考價值。
一、食品在凍結過程中的變化
體積變化
水在4℃時密度最大，0℃時水結成冰，體積增大約9%。
由于食品含有各種干物質，所以凍結后體積變化與純水不同，約增加6%，且隨食品的含水量而變化。
食品凍結時表面水分首先結成冰，然后冰層向內部延伸。當內部的水分因凍結而膨脹時會受到外部凍結層的阻礙，于是產生內壓，稱做凍結膨張壓，理論計算數值可高達8.7MP。外表凍結層不能承受膨脹壓時就會破裂，如采用一196℃的液氨凍結金槍魚時，由于厚度較大，凍品會發生龜裂。對這樣的食品常采用分段冷卻、凍結的方法，使其溫度內外均衡后，逐漸降低凍結溫度，以防止龜裂。
2.熱物性變化
（1）比熱容的變化：食品的比熱容隨含水量而異，含水量多的食品比熱容大，含脂量多的食品比熱容小。冰的比熱容是2.OkJ/（kg·K），約為水的1/2.所以對一定含水量的食品，凍結點以上的比熱容要比凍結點以下的大，具體請參考第四章相關內容。
在食品凍結過程中，隨著時間的推移，凍結率在不斷變化，會對食品的比熱容帶來影響。因此需根據食品的品溫求出凍結率，對比熱容進行修正。
（2）熱導率的變化：構成食品主要物質的熱導率如表4-14所示。水的熱導率為0.6W/（m·K），冰的熱導率為2.21W/（m·K），約為水的熱導率的4倍。其他成分的熱導率基本上是一定的。但因為水在食品中的含量一般是很高的，因此，當食品凍結時冰層由外向內推進使熱導率提高，從而提高了凍結速度；解凍時冰層由外向內逐漸融化成水，熱導率降低，從而降低解凍速度。
此外，熱導率還受含脂量的影響，含脂量高則熱導率小：熱導率還有方向性，熱流方向與肌肉纖維平行時熱導率大，垂直時小。
3.干耗
食品凍結過程中，因食品中水分從表面蒸發或升華，造成食品質量減少，俗稱“干耗”。干耗不僅給企業造成很大的經濟損失，還給凍品的品質和外觀帶來影響。例如日宰2000頭豬的肉聯廠，干耗以2.8%或3%計算，要年損失約600t肉，相當于15000頭豬。
干耗發生的原因是凍結室內的空氣未達到水蒸汽飽和狀態，其蒸汽壓小于飽和水蒸氣壓，而食品含水量較高，其表層接近飽和水蒸氣壓，在蒸汽壓差的作用下，食品表面的水分向空氣中蒸發或升華，內層水分在擴散作用下向表面層移動。由于凍結室內的空氣連續不斷地經過蒸發器，空氣中的水蒸氣凝結在蒸發器表面，減濕后常處于不飽和狀態，所以凍結過程中的干耗在不斷進行著。
食品凍結過程中的干耗可用下式表示：
上述關系式表明，蒸汽壓差、表面積愈大，則凍結食品的干耗愈大。如果用不透氣的包裝材料將食品包裝后凍結，由于食品表面的空氣層處于飽和狀態，其蒸汽壓差減小，就可減少干耗。
此外，凍結室中的空氣溫度和風速對食品的千耗也有影響。空氣溫度低，相對濕度高，蒸汽壓差小，食品的千耗亦小。一般的，風速加大增加千耗量。
但如果凍結室內是高濕、低溫，加大風速可提高凍結速度，縮短凍結時間，食品也不會過分干耗。
4.機械損傷
食品凍結時，冰晶的形成、體積的變化及內部的溫度梯度等將導致機械應力，最終產生機械損傷。植物細胞內有大的液泡、含水量大，且細胞壁跪硬，更易受到機械損傷。機械應力與食品的尺寸、凍結速率和凍結終溫有關，小尺寸的食品以及凍結速率慢時，機械應力有足夠的時間得到釋放和擴散，可以減少機械損傷。
5，蛋白質凍結變性
魚、肉等動物性食品中，構成肌肉的主要蛋白質是肌原纖維蛋白質。在凍結過程中，肌原纖維蛋白質會發生冷凍變性，表現為鹽溶性降低、ATP酶活性減小、鹽溶液的黏度降低、蛋白質分子產生凝集使空間立體結構發生變化等。蛋白質變性后的肌肉組織，持水力降低、質地變硬、口感變差，作為食品加工原料時，加工適宜性下降。
蛋白質發生冷凍變性的原因目前尚不十分清楚，但可認為主要是由下述的一個或幾個原因造成的：①凍結時食品中的水分形成冰晶，無機鹽濃縮，鹽析作用使蛋白質變性：②慢速凍結生成的大冰晶擠壓肌細胞內的肌原纖維，集結成束，發生凝集而變性：③脂類分解的氧化產物對蛋白質的變性有促進作用；
④機械應力和冰品損傷細胞的超微結構（cytoskeleton），引起組成這些超微結構的蛋白變性。
6.變色
主要指冷凍水產品的變色，從外觀上看通常有褐變、黑變、退色等現象。原因主要有兩個：①自然色澤的分解，如紅色魚皮的退色、冷凍金槍魚的變色等；②產生新的變色物質，如蝦的黑變、螞肉的褐變等。
變色不但使水產品的外觀變差，有時還會產生異味，影響凍品的質量。
