一方で、食品や組織中における氷の生成は、組織や細胞に大きなダメージを及ぼします。
この原因として、水が氷に変化すると、体積が約10%増加し、組織や細胞の微細構造を物理的に破壊すること、生成した氷結晶が周囲から 水分を奪って、大きく成長することが挙げられます。
特に冷却速度が遅い場合は、氷結晶の成長速度が速く、個々の結晶は大きくなります。さらに、組織中に含まれていた水分に偏りが生じる ことによる傷害も加わります。
凍結した食品の食感が悪くなる、食材中に含まれていた水分が漏れて外に出てしまうのは、これらが原因です。
組織や細胞のダメージを防ぐためには、氷の結晶をできるだけ小さく抑え、組織中の水分の偏りを生じにくくする必要があります。
冷凍食品メーカーでは水分量をコントロールし、低温で急速凍結することで、凍結時の品質変化を防いでいます。

図：緩慢凍結と急速凍結したバチマグロ筋肉内の氷結晶組織の比較

急速凍結で微細な氷結晶が作られたとしても、貯蔵中に氷結晶は大きく成長してしまいます。 これは「氷結晶の再結晶化」と呼ばれるものです。
冷凍貯蔵中ではわずかに水分の移動が起こり、これが氷結晶の再結晶化や霜の発生、表面の乾燥に大きく関係しています。 この水分の移動は、貯蔵温度が高い場合や温度変化がある場合に、促進されます。
そのため、再結晶化を防ぐには、可能な限り低温で保存し、貯蔵時の温度変化を避ける必要があります。

図：バチマグロをマイナス40℃で凍結保存した時の氷結晶の変化