Во время замораживания клеточного сока в межклеточных пространствах из него в виде льда выделяется вода, а растворенные в клеточном соке вещества отделяются и создают высокое осмотическое давление в межклеточном пространстве. Внутри клеток кристаллы образуются с опозданием. Высокое осмотическое давление в межклеточной жидкости вызывает перемещение влаги из клеток в межклеточное пространство. Кристаллы льда в межклеточных пространствах увеличиваются в объеме, отрывают клетки одна от другой и деформируют их. Чем медленнее при этом идет замораживание, тем больше тканевого сока переходит в межклеточное пространство и больше травмируется сарколемма. Потери тканевого сока зависят не только от гидрофильных свойств тканей, но и от степени разрушения структуры тканей кристаллами льда.
Изменение структуры тканей вызывает изменение цвета из-за разрушения гемоглобина во время замораживания и частичного его перемещения в кровяную плазму, окружающую ткань.
Цвет рыбы изменяется также вследствие оптического преломления кристаллов разных размеров и форм и в зависимости от скорости замораживания. В случае быстрого замораживания продукт становится бледным с желтоватым оттенком, а при медленном он приобретает темно-красный цвет.
Укрупнение кристаллов льда при замораживании (рекристаллизация) не только ухудшает качество продукта, но и приводит к уменьшению его массы. Степень усушки мороженой рыбы зависит от вида, способа упаковки и условий хранения. В среднем усушка при хранении составляет 0,1—0,4% в месяц.
Повышение концентрации веществ при кристаллизации вызывает химические изменения белков. В результате обезвоживания и действия солей, концентрация которых в тканевом соке увеличивается при вымораживании воды, происходит денатурация белков тканей рыбы. Одновременно происходит распад некоторых химических веществ тканей рыбы (аденозинтрифосфата, креатинфосфата, гликогена и др.). При замораживании происходит разрушение гликогена с образованием молочной кислоты, креатинфосфата с образованием креатина и фосфорной кислоты. Наиболее интенсивно эти процессы протекают в интервале температур от -2 до -5°С. Происходит взаимодействие активных групп белковых молекул с образованием прочных связей между ними. Постепенно растворимость белков снижается.
При замораживании рыбы до температуры -18°С часть ферментов еще активна. К группе таких ферментов относятся окислительные каталаза, пероксидаза, вызывающие окисление жиров.
Денатурация белков изменяет состояние мяса. Консистенция его становится более жесткой, водянистой, нарушается коллоидное состояние тканей. Эти изменения происходят в результате вымораживания воды и увеличения концентрации солей, которые и денатурируют белки.