本发明涉及一种加工制作豆浆的工艺，具体涉及一种以黑米为添加剂的，且无需过滤豆渣却口感顺滑的豆浆制品的加工制作工艺。
背景技术：
豆浆是一种老少皆宜的营养食品，享有“植物奶”的美誉，非常适合于各种人群。但是，豆浆中还含有一些对人体有毒的物质，如对胃蛋白酶和胰蛋白酶有阻碍作用的因子，可破坏具有溶血和凝血作用的血球凝集素等，为了除去这些毒素对人体的不良影响，豆浆必须煮沸加工后才可食用。
随着健康意识的逐渐加强，为了干净卫生，很多家庭选择自制豆浆。市场上大部分的豆浆机，采用了所谓的“拉法尔技术”，也就是采用大网孔，无底网的拉法尔网，匹配x型强力旋风刀片，豆浆原料在经过拉法尔网收缩颈时，流速骤然加快，配料在立体空间被高速剪切，各种植物蛋白、碳水化合物、膳食纤维、维生素、微量元素等营养精华充分融入豆浆中。这样形成的豆浆制品营养丰富，而机器本身也更易清洗。然而，由于受到技术原理和产品成本的限制，市售的豆浆机加工的豆浆制品，不管原料是否经过长时间浸泡，粉碎熬煮后形成的豆浆中都会存在颗粒明显的豆渣，这些颗粒状的豆渣和豆浆本身不能形成稳定的体系，静置后将沉淀下来，如果不经过过滤处理，豆浆下层将会沉积大量豆渣颗粒，影响口感。即便是升级版的家用豆浆机，如市售的免滤型dj13b-c630sg豆浆机，加工后的豆浆中还是有大量可沉淀的豆渣存在，只是比传统的豆浆机加工形成的豆渣沉淀少点，豆渣颗粒细小些，但并没有从根本上避免豆渣沉淀的形成。
黑米为黑稻加工产品，属于粳米类，是由禾本科植物稻经长期培育形成的一类特色品种。稻粒外观呈长椭圆形，稻壳灰褐色。黑米呈黑色或黑褐色，营养丰富，食、药用价值高，自古就有“药米”、“贡米”、“寿米”的美誉。黑米富含淀粉、蛋白质、b族维生素、维生素e、钙、磷、钾、镁、铁、锌等营养元素，尤其黑米所含锰、锌、铜等无机盐大都比大米高1~3倍，更含有大米所缺乏的维生素c、叶绿素、花青素、胡萝卜素及强心甙等特殊成分，因而黑米比普通大米更具营养价值。由于黑米粒外部有一层坚韧的种皮包裹，不易煮烂，故黑米应先浸泡一夜再煮。黑米若不煮烂，不仅大多数营养素不能溶出，而且多食后易引起急性肠胃炎，对消化功能较弱的孩子和老弱病者更是如此。因此，消化不良的人不要吃未煮烂的黑米。
淀粉是葡萄糖分子聚合而成的，将淀粉混合于水中并加热，达到一定温度后，淀粉粒溶胀、崩溃，形成粘稠均匀的透明糊状溶液，此过程称为淀粉的糊化。淀粉糊化本质是水进入微晶束，拆散淀粉分子间的缔合状态，使淀粉分子失去原有的取向排列，而变为混乱状态，即淀粉粒中分子间的氢键断开，分散在水中成为胶体溶液。
淀粉与水混合后，体系达到一定的温度后会开始糊化，糊化温度不是一个确定的温度点，而是一个温度范围。黑米由于外层种皮包裹，不易煮烂，即使经过浸泡，其糊化温度也相比大米高，大约是在60℃-65℃的温度区间内。在此区间内，黑米中的淀粉颗粒可以吸水膨胀，当其体积膨胀到一定限度后，颗粒便会破裂，颗粒内的淀粉分子向各方向伸展扩散，溶出颗粒体外，扩展开来的淀粉分子之间会互相联结、缠绕，形成一个网状的含水胶体。在此过程中，体系的粘度也会逐渐增加。
淀粉要完成整个糊化过程，要经过三个阶段：即可逆吸水阶段、不可逆吸水阶段和颗粒解体阶段。在可逆吸水阶段，淀粉处在室温条件下，即使浸泡在冷水中也不会发生任何性质的变化。淀粉颗粒虽然由于吸收少量的水分使得体积略有膨胀，但却未影响到颗粒中的结晶部分，所以淀粉的基本性质并不改变。处在这一阶段的淀粉颗粒，进入颗粒内的水分子可以随着淀粉的重新干燥而将吸入的水分子排出，干燥后仍完全恢复到原来的状态，故这一阶段称为淀粉的可逆吸水阶段。在不可逆吸水阶段，淀粉与水处在受热加温的条件下，水分子开始逐渐进入淀粉颗粒内的结晶区域，这时便出现了不可逆吸水的现象。这是因为外界的温度升高，淀粉分子内的一些化学键变得很不稳定，从而有利于这些键的断裂。随着这些化学键的断裂，淀粉颗粒内结晶区域则由原来排列紧密的状态变为疏松状态，使得淀粉的吸水量迅速增加。淀粉颗粒的体积也由此急剧膨胀，其体积可膨胀到原始体积的50～100倍。处在这一阶段的淀粉如果把它重新进行干燥，其水分也不会完全排出而恢复到原来的结构，故称为不可逆吸水阶段。最后是颗粒解体阶段，淀粉颗粒经过第二阶段的不可逆吸水后，很快进入解体阶段。因为，这时淀粉所处的环境温度还在继续提高，所以淀粉颗粒仍在继续吸水膨胀。当其体积膨胀到一定限度后，颗粒便出现破裂现象，颗粒内的淀粉分子向各方向伸展扩散，溶出颗粒体外，扩展开来的淀粉分子之间会互相联结、缠绕，形成一个网状的含水胶体。这就是淀粉完成糊化后所表现出来的糊化性质。
技术实现要素：
本发明在不改变现有豆浆机工作原理的情况下，从制造豆浆原料的性质出发，通过改变豆浆机微控制单元的工作模式，有效利用黑米糊化后的淀粉胶体包裹住豆渣，让豆渣均匀且稳定地分布于豆浆整体之中，静置后也不会沉积到底部，这样不仅使豆浆喝起来的口感始终顺滑，不会喝到后来因为豆渣的大量存在而十分难以下咽，而且也有效地利用了豆渣和黑米的营养。
本发明就是利用淀粉在糊化成胶的过程中，原有的葡萄糖分子之间氢键断开后，葡萄糖分子与豆浆中的水分子、植物蛋白分子，脂肪分子之间重新排布成胶，并在此过程中将豆渣包裹其中，这样会形成一种豆渣均匀分布在新胶体中的常温下的稳态相。这样也就使得豆渣不会沉淀，豆浆喝起来也就不会先顺滑，后粗糙难下咽，整体显得顺滑了。
由于黑米的糊化温度和煮沸豆浆的温度不在同一温区，所以需要设置豆浆机的微控制单元，精密控制体系的温度；更重要的，为了使得糊化成胶的淀粉能更好地包裹住豆渣颗粒，还需要设置豆浆机的微控制单元，实现加热单元和破碎单元之间的精确配合。
利用本发明加工豆浆的过程如下：首先将浸泡后的大豆和脱壳的黑米粒放入豆浆机中，添加适量的清水，放置安装好后启动豆浆机，豆浆机的微控制单元按照下面的方式驱动加热和破碎单元进行配合工作：最初的5分钟内，微控制单元没有输出加热信号，加热器是不工作的，系统内豆浆原料的温度和环境温度一致；而此段时间内，微控制单元输出连续的破碎信号，破碎电动机带动破碎器以3600转/分钟的转速工作。这段时间内的操作目的是破碎原料中的大豆和黑米颗粒，使大豆中的营养成分和黑米中的淀粉尽可能释放出来。
接下来，微控制单元控制破碎器以1200转/分钟的转速工作，同时微控制单元输出连续的加热信号，控制加热器以10℃/min的升温速率加热豆浆原料从环境温度升温到65℃；当系统温度升到65℃后，微控制单元立刻输出间断的脉冲式破碎信号，使得破碎机器以下面的方式工作：在监测到原料温度达到65℃时，破碎器以5000转/分钟的转速工作5秒，接着停止工作15秒，再以5000转/分钟的转速工作5秒，接着再停止工作15秒，如此反复45次（耗时15分钟），在这15分钟的时间内，微控制单元无加热的信号输出，豆浆原料在保温作用下维持在65℃。该过程的意义非常重要，它是保证糊化成胶后的淀粉能均匀包裹住豆渣颗粒的关键，间断脉冲式的破碎方式可以在破碎机刀片转动时使豆渣因被搅动扬起并被切割，而当刀片停止后，不同粒径的豆渣会因为其所受重力g、连续相对其外表面产生的曳力p（和所在连续相的粘性相关），以及浮力f，这三者的合力的不同，在体系中竖直方向上的下落速度产生差异，粒径较大的颗粒以更快的速度沉降到容器底部，而粒径越小的颗粒沉降速度越慢；注意到此时体系温度一直维持在淀粉的糊化温度，随着糊化程度的加深，体系的粘度也变大，豆渣颗粒受到的曳力p也会增大，足够细小的豆渣将会嵌入淀粉胶束中，无法自由沉降而停留在一定深度的豆浆中，而颗粒越大的豆渣越向下层沉降；当破碎机刀片再次转动时，容器下层沉降下来的较大颗粒的豆渣将会被再次搅动扬起，再次被刀片切割破碎，刀片停止旋转后，不同粒径的豆渣颗粒将再次被筛分，这样的过程循环往复多次后，绝大部分的豆渣颗粒都被切割到了足够小的粒径，而被糊化态的淀粉胶束牢牢地约束包裹起来，无法沉降了。如果在糊化温度下，采用连续破碎的工作模式，由于该模式下，破碎器在不断旋转，由于刀具尺寸结构一定，旋转的参数恒定，拉法尔网的开孔参数也恒定，使得破碎后的豆渣颗粒会在此工作模式下形成相对稳定的分层分布，也就是说，颗粒大小不同的豆渣虽然在围绕破碎器旋转轴的方向上处于高速运动状态，但是在平行于旋转轴的竖直方向上的相对运动却是不显著的，会形成一种相对稳定的动态平衡的分布状态，在这样的状态下，由于破碎器的刀片在竖直方向上的位置是一定的，不同大小的豆渣颗粒在竖直高度上的位置也是相对稳定的，不同大小的颗粒分布在一定的高度段内，形成了层状分布，那么，无论刀具转速有多快，都无法有效剪切位于其它高度位置上的较大的豆渣颗粒，一旦破碎器停止工作，较大的颗粒依然会慢慢沉降到容器下层，因为虽然此时淀粉已经糊化具有了相当的粘度，但是依然无法阻挡这些颗粒的下沉趋势，因为这些颗粒所受到的重力g依然大于曳力p与浮力f之和。而脉冲式的破碎处理，恰恰可以破坏这种动态平衡，保证所有豆渣颗粒得到有效的剪切，变成均匀的非常细小的豆渣颗粒，实现整个豆浆体系中豆渣的细小均匀分布，且静置后也不会沉降。
完成上述过程后，微控制单元立刻再次输出加热信号，加热器以15℃/分钟的速率加热原料温度到104℃，并在此温度下维持5分钟后停止加热；与此同时，该时间段内微控制单元输出连续的破碎信号，破碎器以1200转/分钟的转速工作，并且和加热单元同时停止工作。该过程的作用是煮沸豆浆，破坏豆浆中对人体有害的成分。
需要注意的是，在加工豆浆的整个过程中，除了在间断脉冲式的处理过程中，破碎机有停止工作的时段外，其余过程中都保持旋转工作状态，这样操作的目的除了最基本的破碎原料颗粒的作用以外，还有两个重要作用，一是强化传热的效果，提高传热速的同时改善系统温度的均匀性；二是避免容器底部因集中加热产生焦糊的现象。
根据以上的阐述，可以看到，本发明的最显著特点是，控制加热单元保证体系处于黑米的糊化温度下，同时控制破碎单元进行间歇性的脉冲破碎操作，上述过程中加热单元和破碎单元通过微控制单元实现精确配合。
利用本发明提供的豆浆加工工艺，可以在省却豆渣过滤步骤的情况下，保证不会因豆渣沉淀于豆浆成品的底部影响整体口感，同时提高了原料利用率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进行进一步的说明：
以下实施例仅用于详细解释本发明，并不以任何方式限定本发明的范围。
实施例1
取100g大豆和20g脱壳后的黑米颗粒，清水浸泡12小时后放入豆浆机中，加入1升的清水后，安装好设备，设定程序为，最初的5分钟内，微控制单元没有输出加热信号，加热器是不工作的，系统内豆浆原料的温度和环境温度一致；而此段时间内，微控制单元输出连续的破碎信号，破碎电动机带动破碎器以3600转/分钟的转速工作。接下来，微控制单元控制破碎器以1200转/分钟的转速工作，同时微控制单元输出连续的加热信号，控制加热器以10℃/min的升温速率加热豆浆原料从环境温度升温到65℃；当系统温度升到65℃后，微控制单元立刻输出间断的脉冲式破碎信号，使得破碎机器以下面的方式工作：在监测到原料温度达到65℃时，破碎器以5000转/分钟的转速工作5秒，接着停止工作15秒，再以5000转/分钟的转速工作5秒，接着再停止工作15秒，如此反复45次（耗时15分钟），在这15分钟的时间内，微控制单元无加热的信号输出，豆浆原料在保温作用下维持在65℃。完成上述过程后，微控制单元立刻再次输出加热信号，加热器以15℃/分钟的速率加热原料温度到104℃，并在此温度下维持5分钟后停止加热；与此同时，该时间段内微控制单元输出连续的破碎信号，破碎器以1200转/分钟的转速工作，并且和加热单元同时停止工作。
完成上述的加工处理步骤后，将豆浆机中的全部产品倒入1.5升容量的大烧杯中，静置1小时后，标记测量烧杯底部沉淀的豆渣高度，结果显示无可观测高度的豆渣沉淀。
比较例1
取100g清水浸泡12小时后的大豆，放于豆浆机中，经过和实施例1中同样的处理过程后，豆浆机中全部产品倒入1.5升大烧杯中，结果显示烧杯底部的豆渣沉淀高度为6cm。
比较例2
取100g大豆和20g脱壳后的黑米颗粒，清水浸泡12小时后放入豆浆机中，加入1升的清水后，安装好设备，设定程序为，最初的5分钟内，微控制单元没有输出加热信号，加热器是不工作的，系统内豆浆原料的温度和环境温度一致；而此段时间内，微控制单元输出连续的破碎信号，破碎电动机带动破碎器以3600转/分钟的转速工作。接下来，微控制单元控制破碎器以1200转/分钟的转速工作，同时微控制单元输出连续的加热信号，控制加热器以10℃/min的升温速率加热豆浆原料从环境温度升温到65℃；当系统温度升到65℃后，微控制单元立刻输出连续的破碎信号，使得破碎机器以5000转/分钟的转速连续工作15分钟，在这15分钟的时间内，微控制单元无加热的信号输出，豆浆原料在保温作用下维持在65℃。完成上述过程后，微控制单元立刻再次输出加热信号，加热器以15℃/分钟的速率加热原料温度到104℃，并在此温度下维持5分钟后停止加热；与此同时，该时间段内微控制单元输出连续的破碎信号，破碎器以1200转/分钟的转速工作，并且和加热单元同时停止工作。
完成上述的加工处理步骤后，将豆浆机中的全部产品倒入1.5升容量的大烧杯中，静置1小时后，标记测量烧杯底部沉淀的豆渣高度，结果显示可观测的豆渣沉淀高度为3cm。
通过实施例1可以看到，采用本发明的工艺制备出来的豆浆产品中不会形成豆渣沉淀。而在比较例1中，由于没有加入含有淀粉的黑米颗粒，也就无法形成可以包裹豆渣防止沉淀的淀粉胶体，造成制备出来的豆浆中形成大量的豆渣沉淀。而在比较例2中，虽然加入了富含淀粉的黑米颗粒，也在糊化温度下进行了破碎的处理，但是由于形成的动平衡分布阻碍了破碎器刀片对豆渣的有效剪切，造成制备出来的豆浆中依然有明显的豆渣沉淀。