变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法
【专利摘要】本发明公开了变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，包括以下步骤：将果汁置于冷库中预冷后；打开冷凝循环设备进行冷却，使得样品槽的温度与冷库的温度一致，然后将果汁置于样品槽内，降温至-5?-20°C并同时给予50?200V/cm的电场处理；在果汁发生成核现象后，增加电压为250?1000V/cm，进行果汁结晶冷冻浓缩，直至冷冻浓缩完成，最后固液分离、无菌灌装获得浓缩液。采用本发明的方法，可获得基本保持原果汁色泽、风味及营养成分的浓缩汁，而且此方法可大大提高原果汁的可溶性固形物含量。
【专利说明】变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冷冻食品【技术领域】，特别涉及一种变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓 缩品质的方法。
【背景技术】
[0002] 冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理，将水以固态方式从溶液中去 除的一种浓缩方法，特别适用于浓缩热敏性液态食品、生物制药、要求保留天然色香味的高 档饮品及中药汤剂等。冷冻浓缩主要包括冰晶成核、生长和固液分离3个过程，其中冰晶生 成的数量、大小、形状直接影响浓缩分离效果，因此获得理想冰晶是冷冻浓缩技术的关键。 渐进冷冻浓缩是常见冷冻浓缩方式之一，是在管式、板式、转鼓式以及带式设备中进行的， 亦称为层状冻结；具有固液分离方便、操作简单等特点，过冷度及冰晶夹带率是影响其浓缩 品质的主要因素，即需获得理想冰晶。
[0003] 在渐进冷冻浓缩中引用高静电，即高静电场下的冷冻，由于水分子是一种强极性 分子，在外电场作用下将产生偶极化，在电场力的作用下水分子的偶极矩将产生趋向外电 场方向的转向，定向在外电场方向上的水分子具有最稳定的状态，并且按能量的分布函数 出现最大值。这种稳定的状态和最大的分布，具有诱发冰核形成的作用，即过冷度会大大降 低。所以在冷冻浓缩的成核阶段施加外电场，使得过冷度降低，快速成核，即缩短了冷冻前 期成核阶段的时间，亦一定程度上降低了后期冰晶夹带的可能性。
[0004] 在冰晶生长阶段，若没有外电场的影响，水分子的偶极矩方向是任意的，各个自由 度方向呈现均匀分配；施加外电场后，这种均匀分配将被破坏，冰晶生长主要是沿电场方向 进行，其他方向会受到抑制。因为其他方向分布的水分子需要克服比正常状态下更大的位 能束缚，才能克服液固界面阻力，结合到冰晶的晶格结构中，完成相转变。这种冰晶生长的 抑制，恰好可预防枝状冰晶的快速生长，从而减少了杂质就很容易被各级分枝末端的缝隙 捕捉的可能，即进一步控制了冰晶夹带率。而且当冷冻温度较低时，外加电场可控制水分子 向固液界面运动的速度，从而避免了在较低冷冻温度时会出现的水分子运动速度超过溶质 向界面运动的速度而溶质被冰晶包埋的现象。当增大电场到某个临界值时，亦有可能出现 溶质脱除作用，即发生水分冻结时保持冰晶纯净现象，从而直接分离出溶质。另虽然此阶段 冰晶生长受到抑制，成长时间较长于常规冷冻中的此阶段，但是前期的成核阶段的时间得 到大大降低，故总体来说，结晶时间并未显著性延长。
[0005] 陈梅英等人进行了过冷度对冷冻浓缩过程冰晶生长的宏微观研究，结果表明：过 冷度是造成冷冻浓缩冰晶夹带率的重要影响因素之一，且相场模拟法表示当Λ= 0. 2的低 过冷度下，生长的冰晶尖端半径小，四周较光滑，无侧向分支。
[0006] 中国专利CN 1840635Α公布了一种经冷冻浓缩后超低温发酵荔枝酒的酿造方法， 所得荔枝酒色泽诱人、澄清透明。中国专利CN 102960794Α公开了一种荔枝果汁的冷冻浓 缩加工方法，荔枝果实经过臭氧处理后，避免加热杀菌，保留了原果汁的色泽、风味、香气， 且浓缩可将固形物浓度从原果汁的17%左右提高到25%以上。中国专利CN 102268063 A 公布了一种冷冻浓缩分离海洋生物活性物质的方法，在最大程度保持水解产物的生物活性 和风味的同时，将水解蛋白完好分离出来。
[0007] Marta Orlowska等研究表明由于外加直流电场的存在，水结晶过程的成核可被控 制，可减短成核时间。E. Xanthaki s等进行了高静电压直流电场对猪肉冷冻的实验，结果表 明形成的冰晶尺寸较小，保持了较好的微观结构。
[0008] 水果以其各自独特的风味及丰富的营养备受人们的青睐，但因一般水果皆具有较 强的季节性，加工成果汁是增加其产品多样性及经济价值的有效途径之一。为减少果汁储 藏和运输的成本，浓缩果汁的研究与开发成为了必须。目前具有常用的常压蒸发浓缩、多效 中温真空浓缩和近些年新兴的冷冻浓缩方法。一般原果汁本身就具有微生物含量较高，且 还有些许酶活，常温存放极易变坏等问题，故使用现有技术浓缩果汁相对来说主要存在以 下缺陷：
[0009] (1)原汁浓缩前需进行灭菌的前处理，增加工艺流程的复杂性。
[0010] (2)常见的常压蒸发浓缩及多效中温真空浓缩（一般在70°C左右），由于中高温的 缘故容易造成营养成分的损失，风味的改变，品质的下降。
[0011] (3)新兴的冷冻浓缩技术如悬浮冷冻浓缩或者渐进冷冻浓缩技术，前者易出现固 液分离困难的问题，后者易出现由于过冷度及冰晶生长速度造成的冰晶夹带损失的问题， 及冷冻温度较低时易出现溶质向固液界面运动速度低于水分子运动速度从而被包埋的现 象。
【发明内容】
[0012] 为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种变压直流电场 辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，提高浓缩果汁的品质，减少在浓缩过程中由于温度及 冰晶造成的损害。
[0013] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0014] 变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，包括以下步骤：将果汁置于冷 库中预冷后；打开冷凝循环设备进行冷却，使得样品槽的温度与冷库的温度一致，然后将果 汁置于样品槽内，降温至 _5?-20°C并同时给予50?200V/cm的电场处理；在果汁发生成 核现象后，增加电压为250?lOOOV/cm，进行果汁结晶冷冻浓缩，直至冷冻浓缩完成，最后 固液分离、无菌灌装获得浓缩液。
[0015] 所述置于冷库中预冷，具体为：
[0016] 置于温度为1_2°C的冷库中预冷。
[0017] 所述果汁为未经过杀菌处理的果汁。
[0018] 所述固液分离处理，是指冷冻浓缩完成后，直接打开样品槽底部侧边阀门，浓缩液 流出即可。
[0019] 所述果汁由以下方法制得：
[0020] 水果经过去皮、去核、打浆、酶解，过滤，澄清后，得到果汁。
[0021] 步骤（3)所述打浆，具体为：采用胶体磨匀浆。
[0022] 步骤⑷所述酶解，具体为：在果汁中加入果胶酶进行酶解。
[0023] 本发明在渐进冷冻浓缩的基础上，辅助以变压直流电场来进行冷冻，冷冻的晶体 成核阶段和生长阶段分别给予不同的高电压直流电的处理，从而达到前期减小过冷度，促 进成核，后期抑制冰晶的生长的效果，即冰晶夹带率得到大大控制，而且浓缩前无需经过任 何杀菌、钝酶处理，故综合可获得基本保持原果汁色泽、风味及营养成分的浓缩汁，可大大 提高原果汁的可溶性固形物含量
[0024] 与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
[0025] (1)本发明的方法所需的原果汁，无需经过任何杀菌处理，包括果实与果汁，直接 过滤后浓缩处理，操作工艺简单，且进一步保证了风味的保留效果。
[0026] (2)采用本发明的方法，施加外加直流静电场，在较高的场强下，果汁中的微生物 可被杀死及酶活被钝化，此处的原理及效果与脉冲电场处理果汁相似，而且伴随着冷冻的 进行，酶活得到更加地有效抑制。
[0027] (3)采用本发明的方法，在冰晶成核阶段的过冷度最小可达到2°C左右，避免了由 于过冷度过大造成的冰晶夹带的问题。
[0028] (4)采用本发明的方法，在冰晶生长阶段预防了枝状冰晶的大量、茁壮成长，从而 避免了缝隙夹带溶质等问题，即进一步保证了营养的保留。
[0029] (5)采用本发明的方法，在冰晶生长阶段可避免溶质被包埋的现象。
[0030] (6)采用本发明的方法，可大大提高原果汁的可溶性固形物浓度。
[0031] (7)采用本发明的方法，所得浓缩汁基本上保持了原果汁的风味、色泽及营养成 分，可最大程度的避免过冷度及冰晶有效成分夹带导致的溶质损失，及后期的固液分离困 难等问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0032] 图1为本发明的实施例的高静电压半导体冷冻处理装置的示意图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0034] 实施例1
[0035] 图1为本实施例采用的高静电压半导体冷冻处理装置的示意图。如图1所示，包 括高压发生器1、控制电箱2、光纤热电偶位置孔3、冷冻浓缩样品槽4、半导体制冷装置5、水 槽6、控制电箱样品容器7、铜板电极8、阀门9和内窥镜10。铜板电极具有上下对称的两块， 通电后，样品槽内是个均匀的电场体系；光纤热电偶用于测量样液温度变化，即判断成核时 间；半导体用于降低样品槽温度，冷凝循环设备亦可采用其他降温材料；内窥镜用于判断 内部结冰状况，即用来辅助判断结晶的程度。另冷冻浓缩槽的大小可根据实际需要自由更 改，以下实施例中采用的样品槽大小（长X宽X高）为15*15*50cm，且样品槽的4个侧面贴 有保温隔热的材料。
[0036] 本实施例的变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，包括以下步骤：
[0037] 荔枝品种"桂味"取自广东茂名某商业果园，成熟度8?9成。采摘后冷藏于泡沫 箱，6h内运输至实验室，严格挑选大小、形状、颜色均一的果实用于果汁冷冻浓缩实验。荔枝 去壳去核后，采用胶体磨匀浆，然后经过果汁酶解澄清后过滤，得到固形物含量6. 0° brix 的荔枝原汁，并置于1°C冷库预冷。打开半导体冷凝循环设备，设置温度为1°C，待达到设定 温度并平衡稳定后，取预冷好的桂味果汁10L置于样品槽内，并将光纤热电偶置于样品溶 液的中间偏低及偏高（约1/5-1/4)的位置，同时打开内窥镜；降低半导体温度（_6°C )，接 通电压发射器，设定电场强度为200V/cm，当光纤热电偶显示出拐点温度（即成核温度）变 化时，立即加大电场至1000V/cm，当内窥镜显示出约40%的已呈结晶固体状态，同时上层 热电偶显示温度为-3. 6°C左右（即冰点温度）时，温度变化曲线趋于平稳状态，表示浓缩完 成；然后直接打开浓缩液流出阀门，得到浓缩桂味荔枝汁，无菌装袋后，至于-18?_20°C冷 库冻藏。所得桂味浓缩汁，可溶性固形物浓度为22° brix，微生物的数量级较原果汁约降 低了 1〇6,基本上多酚氧化酶、过氧化物酶的活性无，冰晶夹带及包埋可溶性固形物浓度为 0. 3° brix左右；较单独使用半导体平板冷冻，微生物杀灭方面降低了 4个数量级，酶活方 面降低了 40%，冰晶夹带及包埋方面约降低了 2° brix ;而且本方法得到的桂味浓缩汁风 味浓厚、色泽依旧诱人亮白。
[0038] 实施例2
[0039] 本实施例的变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，包括以下步骤：
[0040] 番木瓜取自广东茂名某商业果园，成熟度8?9成。采摘后冷藏于泡沫箱，6h内运 输至实验室，严格挑选大小、形状、颜色均一的果实用于果汁冷冻浓缩实验。木瓜清洗后，切 块后直接用胶体磨匀浆，然后用果汁过滤机过滤，得到固形物含量为8. 0° brix的原汁，并 置于1°C冷库预冷。打开半导体冷凝循环设备，设置温度为1°C，待达到设定温度并平衡稳 定后，取预冷好的番木瓜汁10L置于样品槽内，并将光纤热电偶置于样品溶液的中间偏低 及偏高（约1/5-1/4)的位置，同时打开内窥镜；降低半导体温度（-KTC)，接通电压发射器 电源，设定电场为150V/cm，当光纤热电偶显示出拐点温度（即成核温度）变化时，立即加大 电场至500V/cm，当内窥镜显示出约30 %的已呈结晶固体状态，同时上层热电偶显示温度 为-1.8°C左右（即冰点温度）时，温度变化曲线趋于平稳状态，表示浓缩完成；然后打开浓 缩液流出阀门，得到浓缩番木瓜汁，无菌装袋后，至于-18?-20°C冷库冻藏。所得番木瓜浓 缩汁，可溶性固形物浓度为20° brix左右，微生物较原果汁降低了 107,冰晶夹带及包埋可 溶性固形物浓度为1.8° brix左右；较单独使用半导体平板冷冻，微生物杀灭方面降低了 5个数量级，冰晶夹带及包埋方面约降低了 4° brix ;而且本方法得到的番木瓜浓缩汁风味 浓厚、色泽依旧呈现诱人透亮橙黄色。
[0041] 实施例3
[0042] 红橙取自广东湛江某商业果园，成熟度8?9成。采摘后冷藏于泡沫箱，6h内运 输至实验室，严格挑选大小、形状、颜色均一的果实用于果汁冷冻浓缩实验。橙子去皮切块 后，采用胶体磨直接匀浆，然后用果汁过滤机直接过滤，得到固形物含量为13.0° brix的 原汁，并置于2°C冷库预冷。打开半导体冷凝循环设备，设置温度为2°C，待达到设定温度并 平衡稳定后，取预冷好的红橙汁10L置于样品槽内，并将光纤热电偶置于样品溶液的中间 偏低及偏高（约1/5-1/4)的位置，同时打开内窥镜；降低半导体温度（_20°C )，接通电压发 射器电源，设定电场为50V/cm，当光纤热电偶显示出拐点温度（即成核温度）变化时，立即 加大电场至250V/cm，当内窥镜显示出约20%的已呈结晶固体状态，同时上层热电偶显示 温度为-4. 9°C左右（即冰点温度）时，温度变化曲线趋于平稳状态，表示浓缩完成；然后打 开浓缩液流出阀门，得到浓缩红橙汁，无菌装袋后，至于-18?_20°C冷库冻藏。所得红橙浓 缩汁，可溶性固形物浓度为30° brix，微生物的数量级较原果汁降低了 107,基本上果胶酶 及过氧化物酶的活性无，冰晶夹带及包埋可溶性固形物浓度为4. Γ brix左右；较单独使 用半导体平板冷冻，微生物杀灭方面降低了 5个数量级，酶活方面约降低了 60%，冰晶夹带 及包埋方面约降低了 8° brix ;而且本方法得到的浓缩红橙汁风味浓厚、色泽依旧诱人红 色。
[0043] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，其特征在于，包括以下步骤：将 果汁置于冷库中预冷后；打开冷凝循环设备进行冷却，使得样品槽的温度与冷库的温度一 致，然后将果汁置于样品槽内，降温至-5?-20°C并同时给予50?200V/cm的电场处理； 在果汁发生成核现象后，增加电压为250?lOOOV/cm，进行果汁结晶冷冻浓缩，直至冷冻浓 缩完成，最后固液分离、无菌灌装获得浓缩液。
2. 根据权利要求1所述的变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，其特征在 于，所述置于冷库中预冷，具体为： 置于温度为1_2°C的冷库中预冷。
3. 根据权利要求1所述的变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，其特征在 于，所述果汁为未经过杀菌处理的果汁。
4. 根据权利要求1所述的变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，其特征在 于，所述固液分离处理，是指冷冻浓缩完成后，直接打开样品槽底部侧边阀门，浓缩液流出 即可。
5. 根据权利要求1所述的变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，其特征在 于，所述果汁由以下方法制得： 水果经过去皮、去核、打浆、酶解，过滤，澄清后，得到果汁。
6. 根据权利要求5所述的变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，其特征在 于，步骤（3)所述打浆，具体为：采用胶体磨匀浆。
7. 根据权利要求5所述的变压直流电场辅助提高果汁冷冻浓缩品质的方法，其特征在 于，步骤（4)所述酶解，具体为：在果汁中加入果胶酶进行酶解。
【文档编号】A23L2/12GK104207270SQ201410438784
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】孙大文, 程丽娜, 曾新安, 王启军, 朱志伟 申请人:华南理工大学