+ Biến đổi vi sinh vật:
Khi thủy sản hạ nhiệt xuống đến điểm đóng băng, vi sinh vật hoạt động chậm lại. Xuống đến -100C vi sinh vật không phát triển được nhưng nấm men nấm mốc chưa bị ức chế. Phải xuống đến – 150C thì nấm mốc mới ngừng phát triển. Do đó nhiệt độ dưới – 150C sẽ ngăn ngừa được vi sinh vật, vi khuẩn nấm men nấm mốc, vì ở khoảng nhiệt độ này ẩm độ chỉ còn lại rất thấp. Tuy nhiên người ta thấy rằng ở nhiệt độ -200 C vẫn còn lại vài loại vi sinh vật sống được nhưng không đáng kể.
ngoài ra, ở khoảng nhiệt độ -1 ÷ -50C gần như đa số nước tự do của tế bào thủy sản bị kết tinh thành đá. Nếu lạnh đông chậm, các tinh thể nước đá to, sắc làm vỡ tế bào vi trùng ở giai đoạn này. Do đó phương pháp lạnh đông chậm tiêu diệt vi sinh vật tốt hơn phương pháp lạnh đông nhanh nhưng lại gây hại cho cấu trúc của sản phẩm.
+Biến đổi hóa học: - Biến đổi protein
Ở khoảng nhiệt độ -1-<-50C protein bị biến tính đặc biệt là myosin. Thời gian lạnh đông càng kéo dài (chậm) thì protein càng bị biến tính. Làm lạnh đông nhanh sẽ ít bị biến tính protein. Dưới -200C thì protein hầu như không bị biến tính.
- Biến đổi lipid
Mỡ cá rất nhiều vì vậy rất dễ bị oxy hóa nhanh chóng tạo mùi ôi khét. Do thời gian lạnh đông rất ngắn nên sự biến đổi lipid ở đây ít xảy ra mà chủ yếu xảy ra ở giai đoạn bảo quản. Thời gian bảo quản càng dài cùng với sự có mặt của oxi thì sự oxi hóa chất béo xảy ra càng nhanh. Có thể ngăn chặn sự oxi hóa chất béo bằng cách mạ băng hay bao gói trong bao bì plastic có hút chân không.
- Biến đổi glucide
Khi lạnh đông chậm glycogen phân giải ra rất nhiều acid lactic. Ở nhiệt độ thấp thì phản ứng sinh lactic chậm lại nhưng ở nhiệt độ cao thì acid lactic sinh ra nhiều.
- Biến đổi vitamin
Vitamin ít bị biến đổi trong quá trình lạnh đông, đa số chúng bị mất trong quá trình chế biến, rữa.
Ở nhiệt độ lạnh vitamin A tương đối bền vững, vitamin B, PP bị mất một ít. Vitamin C bị mất nhiều khi sản phẩm mất nước, cháy lạnh. Vitamin E bị hao hụt toàn bộ.
- Biến đổi chất khoáng
Nhiệt độ lạnh đông không ảnh hưởng đến chất khoáng nhưng sự biến đổi cơ cấu sản phẩm khi lạnh đông khiến hao hụt một lượng lớn khoáng chất tan trong dịch tế bào chảy ra khi rã đông.
+ Biến đổi vật lý: - Tăng thể tích
Nước trong thủy sản đóng băng làm tăng thể tích lên 10%, làm cho sản phẩm không bằng phẳng ở giữa do khi lạnh đông phần nước phía ngoài sẽ được đóng băng trước và tăng thể tích, đẩy phần nước chưa được đóng băng vào giữa và khi phần nước ở giữa đóng băng thì tăng thể tích, phần nước này không còn chỗ để giãn ra nên bắt buộc phải nhô lên trên làm cho sản phẩm bị ghồ ghề bề mặt.
- Sự giảm trọng lượng
Sản phẩm lạnh đông bị giảm trọng lượng do bốc hơi nước hoặc do thiệt hại lý học trong quá trình làm lạnh đông.
Thiệt hại lý học do xáo động trong khi lạnh đông khiến cho nhiều mảnh nhỏ bị vỡ vụn, chẳng hạn như sản phẩm bị hóa lỏng bởi luồng không khí mát.
chuyền, làm tróc mất một phần trọng lượng khi tách khỏi mâm. Nếu xịt nước dưới mặt đáy để tách sẽ giảm được thiệt hại này.
Riêng việc làm giảm trọng lượng do bốc hơi nước tùy thuộc vào các yếu tố như thiết bị cấp đông, thời gian lạnh đông, do sự chênh lệch áp suất mặt hơi nước trên bề mặt sản phẩm với môi trường, loại sản phẩm, cỡ dạng sản phẩm, tốc độ dòng khí thổi và điều kiện vận hành máy.
Mức giảm trọng lượng thủy sản nhỏ cao hơn thủy sản lớn. Tỷ suất hao hục tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt, mà cá nhỏ lại có tổng diện tích bề mặt lớn hơn cá lớn. Ngoài ra, cá đông từng con hao hục nhiều hơn cá đông dạng khối. Bao gói cá khi lạnh đông cũng làm giảm hao hục rất nhiều. Nhưng nếu bao gói không chặt, trọng lượng sẽ hao hụt do bốc hơi bề mặt bên trong lớp bao gói. Gói sản phẩm vẫn còn nguyên trọng lượng nhưng bên trong lượng nước đã bị tách ra bớt.
- Thay đổi màu sắc
Do mất nước, các sắc tố hemoglobin, myoglobin và hemoxyamin chuyển thành methomoglobin, metmyoglobin và methomoxyamin làm màu sắc sậm lại. Ngoài ra do tốc độ lạnh đông chậm hay nhanh mà tinh thể đá được hình thành to hay nhỏ, nhiều hay ít khác nhau. Tinh thể băng nhỏ thì thủy sản đông lạnh có màu lợt hơn thủy sản làm lạnh đông chậm có tinh thể băng to.
- Sự cháy lạnh
Sự cháy lạnh dễ dàng xảy ra do sự mất nước ở bề mặt sản phẩm trong quá trình lạnh đông và trữ đông. Kết quả hình thành các đốm nâu không mong muốn trên bề mặt sản phẩm, làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm. Ngoài ra khi bị cháy lạnh làm cho sản phẩm bị mất trọng lượng do sự bay hơi nước kéo theo sự khô héo, đen bề mặt,…làm cho sản phẩm bị xốp.
Trong quá trình lạnh đông người ta có thể hạn chế sự cháy lạnh bằng cách châm nước đầy đủ vào block, tính toán thời gian lạnh đông thích hợp và điều chỉnh nhiệt độ lạnh đông ổn định. Ngoài ra người ta có thể dùng phương pháp mạ băng để làm bóng bề mặt và bổ sung nước lại ở những chỗ bị mất.