一种焦糖的制备方法和装置与流程

本发明属于食品添加剂加工技术领域，具体地说是一种焦糖的制备方法和装置。

背景技术：

焦糖亦称焦糖色，俗称酱色，焦糖是一种在食品中应用范围十分广泛的天然着色剂、是食品添加剂中的重要一员。焦糖，在食品色素市场上占有重要的地位，是目前食品工业使用的食品添加剂中最受欢迎的一种。它广泛用于调味品、食品、饮料、药品等行业中。

焦糖是以优质的蔗糖、葡萄糖或其他淀粉糖为主要原料，采用特殊的配方及工艺技术加工制成的天然色素。该色素具有水溶性好、着色力强、性质稳定、安全无毒等特点，是目前食用色素中用量最大、使用范围最广的一种。焦糖能增加食品的感官性质、提高食品的商品价值，因此，焦糖色素在工业中的应用将越来越广泛。

60年代，由于焦糖环化物四-甲基咪唑的问题，曾一度被怀疑对人体有害而被各国政府禁用。后经科学家们的多年努力研究，证明它是无害的，联合国粮食与农业组织(fao)，联合国世界卫生组织(who)，国际食品添加剂联合专家委员会(jecfa)，均已确认焦糖是安全的，但对其四-甲基咪唑作了限量的规定。由此，世界各国的焦糖工业加速了发展。

目前国内外生产普通焦糖的方式有两种。一种是常压法，即在常压下将原料加热至160℃以上进行焦化，进一步处理得到焦糖色；一种是低压法，即将原料加入带有搅拌的反应器中，加热到一定温度后，控制反应器内保持略高于常压的压力，保温一定时间，制得产品。两种方法的反应温度均要达到160℃以上，热能需求量大，生产过程中容易脱水过度而出现树脂化现象，严重影响产品质量。

据文献介绍、英、法、德各国年产量均在1.1万吨以上，美国年产量在10万吨以上，而我国的年产量却未见有统计数字，笔者估计约有12～15万吨。我国的焦糖工业是非常落后，绝大部分产量是由作坊式的手工方法生产的，能够用比较科学的方法生产的厂家寥寥无几，而且仅能生产单一的在酱油中应用的耐盐焦糖，品质较差，卫生指标也很差。焦糖色素是人类使用历史最悠久的食用色素之一，也是目前人们使用的食品添加剂中用量最大、最受欢迎的一种。色率高，着色能力强，体现发酵酱油特有的红褐色，红润、亮丽。粘度适中，溶解性好，耐盐度高，品质稳定。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种焦糖的制备方法和装置，可得到高品质、低能耗的各种焦糖制品的制作。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种焦糖的制备方法，包括以下步骤：

将原料送至料斗中，并对料斗进行预热，此时原料的温度为t0；

干燥除水，将原料送到反应釜中，对原料进行加热，使原料温度达到t1；

熔化，继续对原料进行加热，使原料温度上升到熔化温度点，此时温度为t2，然后停止加热，保持温度在t2；

添加辅料，往原料中添加辅料，添加过程中始终保持温度维持在t2，使原料与辅料融合均匀形成混合物料；

降解反应，继续对混合物料加热，使混合物料的温度上升到t3，出现降解反应，在降解反应过程中释放出二氧化碳，打开反应釜的排气阀门，将二氧化碳排出；

焦化反应，降解反应完成后，不再产生二氧化碳，向反应釜中加入预设量的空气或氧气，保持原料的温度为t3，形成焦糖制品；

测试，抽检焦糖制品，查看是否达到预设指标，若是，则停止保温、进一步加热和输入空气或氧气；

冷却，将焦糖制品冷却到设定温度以下；

将焦糖制品从反应釜中取出，然后清洗反应釜；

对焦糖制品进行包装，完成制备。

所述熔化过程中，采用过热蒸汽直接喷射原料进行加热；

如果是制备固态粉末焦糖模式，在加热过程，不断的甩动反应釜；

原料为糖粉末，糖粉末被甩起的瞬间，过热蒸汽对糖粉末进行喷射加热，持续加热糖粉末，在糖粉末落回反应釜底部前，进行氧气或冷空气向下喷射，将糖粉末表面降温，糖粉末到达反应釜底部仍然是颗粒状，但该糖粉末内部已经加热到熔化状态。

所述方法还包括以下步骤：

在焦化反应过程中，对反应釜内部的压力和温度进行实时检测监控，实时调整，使反应釜内部的压力的温度保持在设定条件下。

所述方法还包括以下步骤：

热量回收，将从反应釜排出的具有余热的气体引入热交换器，将余热吸收并对待反应的原料进行预热。

所述降解反应过程中，实时检测反应釜内部的压力，当检测到压力大于设定值后，打开反应釜的排气阀门将产生的二氧化碳气体排出。

所述冷却过程中，先采用冷却水或水蒸汽进行冷却，使焦糖制品的温度降至120℃以下，然后再采用空气进行冷却。

所述测试过程中，包括对焦糖制品的色值和ph值进行间歇性检测；

检测到的焦糖制品的褐化程度越高，色值数值越高，达到设定的色值则表征当前焦糖制成品达到设定的色值指标；

检测到的焦糖制成品的ph值指标，达到设定的ph值则表征当前焦糖制成品达到设定的ph值指标。

一种焦糖的制备装置，所述装置包括主机、底架和反应釜，底架上通过转轴转动安装有支架，反应釜设在支架内，底架上装设有举顶气缸，该举顶气缸的活塞轴与支架一侧连接，支架一侧安装有甩动电机，甩动电机的活塞轴装有主动齿轮，该主动齿轮啮合连接有主转动齿轮，该主转动齿轮通过转轴转动安装在支架上，反应釜一侧通过甩动轴与主转动齿轮连接，反应釜另一侧装接有气管，该气管一端伸入反应釜内、另一端与主机连接，气管固定装在辅助转动齿轮上，支架上转动设有与辅助转动齿轮啮合连接的小齿轮，反应釜上设有主料仓、辅料口、出料阀门、温度传感器、压力传感器、ph值传感器和色值传感器，气管上设有进气阀门。

所述主机主控模块，分别与主控模块连接的温度检测模块、压力检测模块、甩动动力控制模块、电动阀门控制模块、色值检测模块、ph值检测模块、过热蒸汽控制模块、气体压缩控制模块、数据存储模块、人机交互模块以及通信接口模块，其中：

温度检测模块还与温度传感器连接，压力检测模块还与压力传感器连接，电动阀门控制模块与反应釜上的各个阀门、气体压缩控制模块连接，甩动动力控制模块与甩动电机连接，色值检测模块与色值传感器连接，ph值检测模块与ph值传感器连接，过热蒸汽控制模块与过热蒸汽发生设备连接。

所述气管包括空气/氧气管路和蒸汽管路，主料仓包括料斗和尾气热交换器，尾气热交换器缠绕在料斗外围。

本发明利用过热蒸汽作为加热源；通过控制反应釜的温度、压力确保反应过程的品质可控；控制反应过程的氧气/空气输入时间点及输入量，提高了制成品的品质，提高了冷却效果；在反应过程中配合甩动搅拌模式，物料搅拌效果更好，更不会出现附着反应釜内壁的状态；同时本发明可以制作液态焦糖，也可以制作固态颗粒焦糖，得到更高品质的焦糖，生产能耗更低。

附图说明

附图1为本发明方法的流程示意图；

附图2为本发明制备过程的加热曲线示意图；

附图3为本发明制备过程中的压力控制示意图；

附图4为本发明装置的立体结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如附图4所示，本发明揭示了一种焦糖制备装置，包括主机20、底架2和反应釜21，底架2上通过转轴转动安装有支架4，反应釜21设在支架4内，底架2上装设有举顶气缸1，该举顶气缸1的活塞轴与支架4一侧连接，支架4一侧安装有甩动电机7，甩动电机7的活塞轴装有主动齿轮8，该主动齿轮8啮合连接有主转动齿轮6，该主转动齿轮6通过转轴转动安装在支架4上，反应釜21一侧通过甩动轴与主转动齿轮6连接，反应釜21另一侧装接有气管17，该气管17一端伸入反应釜21内、另一端与主机20连接，气管17固定装在辅助转动齿轮15上，支架4上转动设有与辅助转动齿轮15啮合连接的小齿轮22，反应釜21上设有主料仓、辅料口12、出料阀门5、温度传感器14、压力传感器13、ph值传感器和色值传感器3，气管17上设有进气阀门16，所述气管包括空气/氧气管路和蒸汽管路，分别向反应釜内通往蒸汽、空气/氧气。主料仓包括料斗11和尾气热交换器10，尾气热交换器10缠绕在料斗11外围。举顶气缸1从支架4一侧将支架顶升或者拉下，支架以与底架安装的转轴为转动点进行转动，实现一侧向上、一侧向下的倾倒效果。

主动齿轮8的尺径小于主转动齿轮6的尺径，甩动电机7带罢主动齿轮8转动，进而带动主转动齿轮6转动，从而带动反应釜21圆周转动形成具有离心力的甩动，而此时反应釜在垂直方向上的位置是不变的，反应釜的轴心进行圆周运动的形式甩动，单不同的甩动状态，反应釜内的物质转动的作用力方向动态变化。本发明可以转动模式也可以反复摆动模式工作，根据不同材料工艺要求进行设定，物料搅拌更均匀，更不容易出现附着反应釜内壁状况。

通过甩动电机，用于控制反应釜的甩动及内部原料的均衡搅拌功能，甩动与转动的效果不同，转动过程会产生离心力，迫使物料贴附在反应釜内壁，容易结块而甩动可以克服以上缺点。甩动过程，物料在反应釜底部被掀起，在反应釜顶部落下。这样物料与反应釜中间的过热蒸汽或氧气形成对流。过热蒸汽更充分加热到原料上，氧气更充分参与反应过程。

所述主机包括主控模块，分别与主控模块连接的温度检测模块、压力检测模块、甩动动力控制模块、电动阀门控制模块、色值检测模块、ph值检测模块、过热蒸汽控制模块18、气体压缩控制模块19、数据存储模块、人机交互模块以及通信接口模块，其中：

温度检测模块还与温度传感器连接，压力检测模块还与压力传感器连接，电动阀门控制模块与反应釜上的各个阀门、气体压缩控制模块连接，甩动动力控制模块与甩动电机连接，色值检测模块与色值传感器连接，ph值检测模块与ph值传感器连接，过热蒸汽控制模块与过热蒸汽发生设备连接。根据各个传感器的检测，实现实时的反馈控制。

在尾气热交换器10上可设置一个尾气电动阀门9，辅料口也设置电动阀门，对辅料的添加实现控制。

本实施例中，主控模块的主控芯片可以为plc、单片机、数字信号处理系统芯片dsp、嵌入式系统芯片等，具体主控芯片型号可根据实际需要选取，例如本实施例中可选择现有应用较为成熟的plc控制器，西门子品牌西门子s7-1200plc控制器。所述通信接口模块用于连接到互联网或通过物联网与其他设备连接，实现数据互联或进行数据传输。作为优选，所述通信接口模块中的通信接口包括固定网络接口、无线网络接口或物联网接口。

所述数据存储模块中存储的数据内容包括有糖浆输送数据模型，该数据模型可由现有技术中的数据建立、待制作的原料品种、状态、重量、进入反应釜的初始温度、辅料品质、状态、品质要求参数、相关的制作工艺等信息，可由现场测试得到，或者以现有参数为参照。

所述人机交互模块，其可包括显示屏、指示灯、键盘、按钮、语音播放设备等输入输出设备，通过该人机交互模块，可实现让操作人员与智能控制模块的互动。该人机交互模块以能够实现人机交互为目的，并无特定型号或者结构，在此对其工作原理或具体结构不再详述。

所述温度检测模块，通过设置于反应釜内部的温度传感器检测制作过程的温度参数，反馈控制各个相应的阀门及蒸汽发生设备确保装置工作在一定的温度，确保焦糖制作过程在设定温度进行反应，如附图2所示。

所述压力检测模块，用于检测反应釜内的压力，通过主控模块反馈，调节过热蒸汽阀门、尾气排放阀门、进料阀门、出料阀门、氧气输入阀门，氧气输入阀门与外部的气体压缩模块连接，根据反应釜的内部压力及输入流量要求，设定气体压缩模块的初始压力，到达预设值。在焦糖制作过程，某个阶段会产生大量二氧化碳，导致反应釜内部压力增大，通过检测压力参数可以体现出制作进程，从而实现相应的控制，如附图3所示。

所述色值传感器间歇式检测焦糖制成品的色值指标，褐化程度越高，色值数值越高，达到设定的色值则表征制成品达到该指标；所述ph值传感器间歇式检测焦糖制成品的ph值指标，不同的制成品需求的ph值指标不同，达到设定的ph值则表征制成品达到该指标。间歇性检测的频率随着越接近既定指标而加快，以此提高检测效率与检测精度。

所述电动阀门控制模块，用于接收主控模块指令，控制过热蒸汽阀门、氧气输入阀门、尾气排放阀门、进料阀门、出料阀门、检测采用阀门，控制反应釜内部的压力、温度、反应过程的氧气量及冷却模式。所述气体压缩模块，采用现有技术存在的常规压缩设备，并无特定型号。

所述过热蒸汽发生设备，包括饱和蒸汽发生部分及过热器部分组成，根据制作工艺的不同阶段产生不同温度的过热蒸汽，采用现有技术存在的常规电加热装置，操作便捷，而且费用低廉。

另外一方面，如附图1、2和3所示，本发明还揭示了一种焦糖的制备方法，包括以下步骤：

将原料送至料斗中，并对料斗进行预热，此时原料的温度为t0，温度为t0～t1。反应釜内的压力可根据情况设定。原料包括葡萄糖、蔗糖、淀粉糖及其他糖原，原料可以为液体状或固态颗粒状。

干燥除水，将原料送到反应釜中，对原料进行加热，使原料温度达到t1。对于干燥除水的温度t1，受到反应釜内部压力的不同而有所不同，常压状态下该温度t1为100℃，而且随着反应釜内部压力变化，t1也会适当的跟随变化。

熔化，继续对原料进行加热，使原料温度上升到熔化温度点，此时温度为t2，然后停止加热，保持温度在t2。采用过热蒸汽对原料直接加热，过热蒸汽温度为150℃至500℃，根据不同工艺要求进行设定温度限值，同时根据加热的量控制蒸汽流量，对待反应原料进行加热。

添加辅料，往原料中添加辅料，添加过程中始终保持温度维持在t2，使原料与辅料融合均匀形成混合物料。

原料经过过热蒸汽加热，到达熔化温度点，在熔化过程，没有氧气参与避免提前氧化，出现焦化，使焦糖制成品出现苦涩口感。在加热过程，反应釜进行甩动，并同时进行水平晃动，使糖浆的温度都均衡。熔糖过程中，根据不同材料特性及制作要求，控制反应釜的压力，可以工作在正压状态，热效率高，熔点升高，也可以工作在负压状态，熔点降低。在熔化状态下，投放适量的辅料，制成相应风味的焦糖制品。常见的辅料包括：黄油、奶油、果肉、香精、巧克力、香料及催化剂。温度的均衡及无氧状态下，可降低制成品的四-甲基咪唑的生成量，提高焦糖制成品品质。

降解反应，继续对混合物料加热，使混合物料的温度上升到t3，出现降解反应，在降解反应过程中释放出二氧化碳，打开反应釜的排气阀门，将二氧化碳排出，该排出的二氧化碳具有较高的余热，可将该余热回收，用于对原料进行预热，从而起到节省能耗的作用。

焦化反应，降解反应完成后，不再产生二氧化碳，向反应釜中加入预设量的空气或氧气，保持原料的温度为t3，形成焦糖制品。降解反应过程完成后，二氧化碳不再产生，开始进入糖脱水，环开裂的化学变化环节，也是焦糖褐化的环节，此时需要加入适量的氧气或空气参与化学反应，进行醛醇缩合。氧气作为有效参与化学反应的成分，氧气量过多，氧化过度，造成焦糖制品出现苦涩口感，氧气量过少，制成的焦糖芳香成分比例较低，气味清淡影响产品的有效风味含量。根据不同原料就口感风味要求，本发明通过对空气/氧气输入的时间上可控制，在输入量上可调节，在氧气的初始温度可控，实现更好的制备品质。

在焦化反应过程中，进行实时监控：实时监控反应釜的温度、压力参数。根据制作工艺要求，控制排气阀门、过热蒸汽输入阀门、氧气\空气输入阀门、入料阀门、出料阀门，综合协调处理，进行动态调节，使得温度、压力各参数保持在设定范围。在需要降温过程，可通过较低的蒸汽或冷空气进行冷却，多余热量通过排气口排出。确保整个过程处于预设参数范围内运行。氧气输入时间及输入量的控制，根据工艺要求，在相应的制作阶段，输入氧气，根据原料的质量和产品风味要求，调整输入量。

测试，抽检焦糖制品，查看是否达到预设指标，若是，则停止保温、进一步加热和输入空气或氧气。包括对焦糖制品的色值和ph值进行间歇性检测；检测到的焦糖制品的褐化程度越高，色值数值越高，达到设定的色值则表征当前焦糖制成品达到设定的色值指标；检测到的焦糖制成品的ph值指标，达到设定的ph值则表征当前焦糖制成品达到设定的ph值指标。

冷却，将焦糖制品冷却到设定温度以下。先采用冷却水或水蒸汽进行冷却，使焦糖制品的温度降至120℃以下，然后再采用空气进行冷却。通过两段式冷却，避免制成品的干燥失重大而不达标。

将焦糖制品从反应釜中取出，然后清洗反应釜。制作完成后，开启反应釜的出料口阀门，将反应釜倒置为垂直位置，制成品通过出料口倾倒出反应釜，收据制成品后，通过蒸汽阀门输入蒸汽，并配合相应的甩动，清洗反应釜内部的残留物质，产生的废水也从出料口排除，再通入空气吹干反应釜内部水分。完成后，关闭阀门，反应釜重新回到水平位置。等待下一个周期的制作。

对焦糖制品进行包装，完成制备。

另外，在熔化过程中，如果是制备固态粉末焦糖模式，在加热过程，不断的甩动反应釜，确保粉末颗粒不至于凝聚到一起。

原料为糖粉末，糖粉末被甩起的瞬间，过热蒸汽对糖粉末进行喷射加热，持续加热糖粉末，在糖粉末落回反应釜底部前，进行氧气或冷空气向下喷射，将糖粉末表面降温，糖粉末到达反应釜底部仍然是颗粒状，但该糖粉末内部已经加热到熔化状态。

持续以上加热模式，所有糖粉末都处于独立熔化状态，而在高速甩动过程不凝结在一起。

糖粉悬浮与辅料粉末/液体融合：糖粉在加热过程开始胶质化，颗粒间出现相同的带电特性，彼此互相排斥，形成悬浮状。悬浮熔化状糖粉与辅料粉末充分混均。

混合原料微熔滴独立焦化：再经过持续加热，持续高速甩动过程中，混均的材料颗粒单独进行降解反应，在一定的氧气氛围下进行焦糖反应。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。