本发明涉及汁液处理技术领域，尤其涉及一种调整汁液浊度和品味的处理系统及其方法。
背景技术：
水果和蔬菜是人类重要的食品。果蔬汁已经发展成为世界食品市场重要的组成部分。果蔬汁种类有许多，可以是苹果汁、蓝莓汁、凤梨汁、胡萝卜汁、芹菜汁等多种。其中苹果汁是许多种加工果蔬汁饮料的基础原料，可以衍生成纯果汁、果菜混合汁、蔬菜汁、水果啤酒等。
苹果汁重要的质量指标是颜色和浊度及它们的稳定性，但是，苹果汁在加工和仓储过程，常发生褐变，味道变苦或变涩。
褐变一般分为两类，非酶促褐变和酶促褐变。非酶促褐变，主要由汁里的还原糖和氨基酸之间的美拉德反应引起的，也称为羰氨反应，经过复杂的历程最终生成棕色甚至黑色的大分子有机物质。目前，为防止非酶促褐变的发生，采用在果汁中添加维生素C和其他抑制剂的方法，以减少褐变和沉淀的产生，但是，维生素C只能在有氧情况下才容易水解，这使得添加维生素C防褐变的方法不稳定，防褐变预期效果不佳。
酶促褐变，由果蔬中的多酚氧化酶催化酚类物质氧化变色所致，在有溶氧的情况下，酶促褐变随着储存时间的增长而增加。目前，为防止酶促褐变的发生，采用滤膜过滤脱色的方法，以去除果汁中的大分子有机物来防止褐变和沉淀的产生，果汁中的大分子有机物包括残馀果胶、果胶酶、多酚、蛋白质等。但是，经滤膜的过滤脱色，滤膜的浓差极化和滤膜本身容易污染的问题一直困扰着业界，特别是滤膜内污染物的交叉感染。如何减少滤膜的负荷，使果蔬汁和其他种类的汁液颜色和浊度稳定，保持果汁味道稳定，减少褐变的发生，在技术上有很多改进空间。
技术实现要素：
为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种调整汁液浊度和品味的处理系统及其方法，以减少果汁褐变的发生，保持果汁颜色、浊度和品味的稳定。
于是，本发明提供了一种调整汁液浊度和品味的处理系统，包括：气液混合泵、置换塔和分离桶，置换塔内部设置有回流管，回流管上方为漏斗状的接斗，回流管内的汁液由其下方的出口流入分离桶中，待处理汁液进入输入有氮气的气液混合泵后，汁液和氮气被气液混合泵压缩成含有氮气泡的氮气饱和汁液，该汁液由置于置换塔底部的入口进入置换塔中，汁液从置换塔底部逐渐上浮，汁液上浮过程中溶解于汁液中的部分氮气泡分解成氮气并溶于汁液内，溶于汁液内的氮气将汁液内溶解的溶氧、挥发物质及大分子有机物排挤出汁液形成独立的大分子有机物，当汁液上浮到置换塔顶部的回流管上方的接斗处时，汁液因重力从接斗处沿回流管内壁下流，汁液下流时汁液中溶解的部分氮气泡破裂分解形成氮气并溶于汁液内，溶于汁液内的氮气将汁液内溶解的溶氧、挥发物质及大分子有机物排挤出汁液形成独立的大分子有机物，汁液和独立的大分子有机物从回流管下方流入分离桶内，并在分离桶底部沉淀，沉淀物由分离桶底部的阀门排出，所述大分子有机物浮于汁液上方由设置于分离桶上方的阀门排出。
其中，所述分离桶内还设置有用于增加分离桶内壁表面积的斜管，斜管壁上沾附有氮气泡和所述独立的大分子有机物。
所述氮气由与气液混合泵连接的氮气桶或者氮气供给设备提供，其包含有空气压缩机、除水设备和氮气分子筛。
所述氮气泡为微米至纳米尺寸的氮气泡。
上述处理系统，还包括：用于存储待处理汁液的存储槽，存储槽内的汁液从气液混合泵入口处进入气液混合泵。
所述置换塔顶部和分离桶顶部均设置有用于排放气体的单向阀。
本发明还提供了一种调整汁液浊度和品味的处理方法，包括：
待处理汁液进入输入有氮气的气液混合泵后，汁液和氮气被气液混合泵压缩成含有氮气泡的氮气饱和汁液；
含有氮气泡的氮气饱和汁液由置于置换塔底部的入口进入置换塔中，汁液从置换塔底部逐渐上浮，汁液上浮过程中溶解于汁液中的部分氮气泡分解成氮气并溶于汁液内，溶于汁液内的氮气将汁液内溶解的溶氧、挥发物质及大分子有机物排挤出汁液形成独立的大分子有机物；
当汁液上浮到置换塔顶部的回流管上方的接斗处时，汁液因重力从接斗处沿置于置换塔内部的回流管内壁下流，汁液下流时汁液中溶解的部分氮气泡破裂分解形成氮气并溶于汁液内，溶于汁液内的氮气将汁液内溶解的溶氧、挥发物质及大分子有机物排挤出汁液形成独立的大分子有机物；
汁液和独立的大分子有机物从回流管下方流入分离桶内，并在分离桶底部沉淀，沉淀物由分离桶底部的阀门排出，所述大分子有机物浮于汁液上方由设置于分离桶上方的阀门排出。
上述方法，还包括：在分离桶内设置用于增加分离桶内壁表面积的斜管，用所述斜管壁沾附氮气泡和所述独立的大分子有机物。
其中，所述氮气泡为微米至纳米尺寸的氮气泡。
汁液在置换塔中上浮、下流产生的气体和汁液在分离桶内分离产生的气体分别由设置置换塔顶部和分离桶顶部的单向阀排出。
本发明所述调整汁液浊度和品味的处理系统及其方法，通过设置气液混合泵、置换塔和分离桶，置换塔内部设置回流管的方式，使得汁液中含有氮气泡，含有氮气泡的氮气饱和汁液在置换塔内上浮、在回流管内下流过程中，均因汁液中的部分氮气泡分解成氮气，氮气将汁液内溶解的溶氧、挥发物质及大分子有机物排挤出汁液形成独立的大分子有机物，大分子有机物经分离桶分离出来的方式，将汁液中易于产生褐变的大分子有机物分离，以防止汁液褐变的发生，保持汁液颜色、浊度和品味的稳定。
附图说明
图1为本发明实施例所述调整汁液浊度和品味的处理系统结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明进行详细描述。
如图1所示，本实施例提供了一种调整汁液浊度和品味的处理系统10，包括：气液混合泵14、置换塔30和分离桶40，置换塔30内部设置有回流管38，回流管38上方为漏斗状的接斗36，回流管38内的汁液由其下方的出口39流入分离桶40中，待处理汁液进入输入有氮气的气液混合泵14后，汁液和氮气在气液混合泵14内压缩混合后，形成含有氮气泡的汁液，同时该汁液中也含有氮气，含有氮气泡的氮气饱和汁液由置于置换塔底部的入口32进入置换塔30中。
汁液内溶解有溶氧、挥发物质及大分子有机物，为克服汁液颜色、浊度和品味的改变，防止褐变的发生，本实施例采用减少汁液中的溶氧、挥发物质及大分子有机物的含量办法加以解决。
具体的，处理系统10位于图1的虚线框内，设立在储存槽11旁。储存槽11内储存待处理的汁液，它可以是果蔬汁或其它液体如酱油，味精水等。水泵12将储存槽11的汁液输送到气液混合泵14的入口16，在入口16附近还有氮气供应设备18的入口19，供输入氮气。
氮气供应设备18可以是一个氮气桶或是一套设备，包括：空气压缩机，除水设备及氮气分子筛，来除氧纯氮。纯氮百分比至少70%，优选为至少90%。
在气液混合泵14内，汁液和氮气压缩混合，形成微纳米氮气泡，并使汁液的溶氮含量快速增加。微纳米气泡代表气泡有微米级尺寸的，亦有接近纳米级尺寸的。1微米相当于1米的一百万分之一，而纳米即是毫微米，1纳米相当于10亿分之一米。这些微小的氮气泡混合在汁液内，使汁液的溶氮量达到过饱和，经出口20输送到置换塔30底部的入口32。
含微米甚至纳米级氮气泡的汁液，在置换塔30内由底部逐渐上浮，在此上浮过程中，微纳米氮气泡因是纯氮，氮分子为维持气相空间，分子间相互排斥，气泡不稳定，容易分解成为单一的氮分子，因此单一的氮分子被强迫地挤溶于汁液内，也就是说，部份氮气泡分解，其中的氮气更进一步挤溶于汁液内，这使得汁液内的气体溶解度维持过饱和，这把汁液内原有的溶氧、挥发物质、和其他溶解状态的大分子有机物质释放置换出来。因水在一定的压力、温度、和汁液物质浓度下，允许气体的溶解量有一最大值，该最大值暂且称为溶解临界值，当有巨量的微纳米氮气泡挤溶于汁液内，且远高于溶解临界值，原本溶解于汁液内的溶氧、挥发物质、和其他溶解状态的大分子有机物质被排挤出去。自然在此过程中，许多原来的的氮分子也被新溶进来的氮分子排挤出去，其他的溶解分子不停地被氮分子排挤出去。这个过程发生的现象称为释放置换。顺着流体上浮到置换塔30的上部，在累积到一定的正气压后，经由塔顶的单向阀34排出。塔内的汁液在上浮到接斗36位置，即顺着重力在管路38内向下回流。
在管路38内的重力回流过程中，汁液向下流，汁液里的溶解气体包括溶氧及其他气体，再进一步被氮气泡分解的氮气置换。重力回流过程中，液汁向下流，而氮气泡因受浮力上浮的影响，更易破裂分解，氮分子被挤溶于汁液内，并把其他的溶解分子排挤出去。排挤出来的气相物体顺着管线38上升，再经由单向阀34排出。完成氮气置换的汁液经出口39流出置换塔30，进入分离桶40的下部空间42。
分离桶40的下部空间42接收置换塔30进来的汁液，而汁液内的固体杂物，比重遠大于汁液比重的将沉淀在分离桶40的底部，经阀门41定期排出。其馀部份的汁液顺着原设定的斜管42上浮。
斜管42，主要是增加壁的表面积，在汁液的应用概念，大块残余果胶直接沉淀在分离桶40底部，斜管42壁主要是沾氮气泡和沾大分子物质，例如：多酚、蛋白质和其他的碳氢化合物。多酚类大分子物质在沾多氮气泡后，因整体比重小于平均汁液的比重，致上浮至液体表面44附近，经开关阀46收集。这部分的经济效益在特殊果汁可能会更高，例如蓝莓含大量花青素。
因此，汁液中比重本身小于平均汁液比重的物质，例如油脂类物质上浮在液体表面44。汁液中的大分子物质，例如：多酚、蛋白质、水果酶、和其他的碳氢化合物，因微纳米氮气泡的表面附着，使整体大分子有机物质的总体比重小于平均汁液的比重，致大分子有机物质上浮至液体表面44附近。
定期地打开阀46来收集这些大分子有机物质，并且定期地打开阀48来收气浮处理过的汁液。当分离槽40内的气体压力大于外界压力时，多余的气体经单向阀50排出。
处理系统10主要的传媒介质是微纳米气泡。处理系统10主要的优势是：(1) 微纳米气泡能在汁液中长时间滞留；(2) 氮溶解度达到过饱和，能加强溶氧释出置换的效果，过饱和溶氮并能把原先在溶解状态的大分子有机物质释出或挤出，成为非溶解状态的大分子有机固形物；(3) 分离槽40的斜管42在一般比重分离作业中的作用是通过增加壁的表面积来加快沉淀速度；但是，在此处理系统10中的主要作用是沾附氮气泡和沾附非溶解状态的大分子有机固形物，使许多大分子有机固形营养物质做气浮分离。
水在正常情况下，溶氧量约是5-14ppm，是溶氮量的两倍。在汁液里，汁液溶氧量和溶氮量都比水的溶氧量和溶氮量少，汁液的溶氮达到过饱和时，即对汁液内的溶氧产生排挤，强迫释出，被溶氮置换。
处理系统10另一主要优势是置换塔30内的设计，置换塔30在正气压下，外围管以汁液上浮分离方式来置换溶氧，接斗36和管路38以比重分离方式继续释出和置换溶氧。置换塔30內上部汁液以溢流方式，经接斗36及管路38内，受重力导引而向下流动，而汁液内的残余溶氧及其他溶于汁液的气体，因比重较低，被向上排挤释出。过饱和的溶氮，使汁液内的残余溶氧被更彻底地释出。这种比重分离的方式相比较于直接的置换方式，例如直接在置换塔30顶部的单向阀34处收集汁液，溶氧释出置换的效果更好。
在生产传统的浓缩苹果汁加工作业，原料先经过洗果、检果、破碎、榨汁、第一次杀菌，及添加果胶酶来分解果胶，然后输送到图1内的储存槽11，经由水泵12而进行溶氧释出作业，在溶氮过饱和下强迫许多大分子有机物质成为非溶解状态，并在分离桶40的阀46处分离出残余果胶及大分子有机物质，其余的果汁经阀48流出后收集。收集的苹果汁，两个影响因素，溶氧量和大分子有机物质含量得到控制，然后再进行过滤脱色、真空脱水浓缩、第二次杀菌，添加防腐材料，即可罐装成为浓缩苹果汁成品。因处理系统10已预先把大分子有机物质从溶解状态变成固形物，并经过分离桶40的气浮分离出大部分的大分子有机物质，剩下的大分子有机物质固形物，在过滤脱色分离作业将明显地减少滤膜的负荷，解決滤膜的浓差极化的问题，减少交叉感染及操作费用。
果汁中的大分子有机物质例如：多酚、蛋白质、水果酶等是對人体有益的营养物质，在生产混浊形态果汁的加工作业如混浊苹果汁，原料先经过洗果、检果、破碎、榨汁、第一次杀菌，及添加果胶酶来分解果胶，然后输送到图1内的储存槽11，经由水泵12而进入处理系统10，把混浊苹果汁内溶氮达到过饱和、溶氧释出，并將分离桶40的残余果胶及大分子有机物质上浮至液体表面44附近，经过阀46定量地控制分离出残余果胶及大分子有机物质，使其余的果汁经阀48流出后收集，溶氧量和大分子有机物质剩余含量都得到控制，然后再进行过滤，第二次杀菌，添加维生素C和食盐来防止浓度和口味的改变，即可罐装成为混浊苹果汁成品销售。因处理系统10已预先把大分子有机物质从溶解状态变成固形物，并经过分离桶40的气浮分离，定量地控制收集大分子有机物质，剩下在汁液里的大分子有机物质和添加的维生素C和食盐有一比例关系，即，汁液里的大分子有机物质含量越多，添加的维生素C和食盐就需要越多。现代营养食品因考虑长期食用高量食盐，容易在中老年引起心血管硬化，因此食品的食盐用量有一上限，而食盐上限也限制了大分子有机物质在汁液中的含量。经由分离桶40的阀46控制地收集，即可使汁液里的大分子有机物质剩余含量得到控制。
本实施例所述处理系统10在混浊苹果汁和浓缩苹果汁的加工作业，皆可以在溶氮过饱和下，把汁液内许多在溶解状态的大分子有机物质释出成为非溶解状态，这些分离出来的大分子有机物质能另外收集成为其他形式的营养成品。多酚类、花青素等反而有更高的商业价值。
类似的处理工艺流程亦可用于蓝莓汁和黑莓汁的生产。蓝莓和黑莓汁液颜色深，不易看出颜色和浊度改变，但味道常会变苦或变涩，经处理系统10的加工作业，能稳定其浊度和品味。
本实施例所述处理系统10除在鲜榨汁的质量维持取得效果外，亦可以应用于酱油加工，例如白酱油的生产，其处理工艺流程和上述雷同。
需要说明的是：微纳米氮气泡是纯氮，氮分子为维持气相空间，分子间相互排斥，气泡不稳定，容易分解成单一的氮分子。因此单一的氮分子被强迫地挤溶于汁液内。
使用上述处理系统10，本实施例还提供了一种调整汁液浊度和品味的处理方法，包括：
待处理汁液进入输入有氮气的气液混合泵后，汁液和氮气被气液混合泵压缩成含有氮气泡的氮气饱和汁液；
含有氮气泡的氮气饱和汁液由置于置换塔底部的入口进入置换塔中，汁液从置换塔底部逐渐上浮，汁液上浮过程中溶解于汁液中的部分氮气泡分解成氮气并溶于汁液内，溶于汁液内的氮气将汁液内溶解的溶氧、挥发物质及大分子有机物排挤出汁液形成独立的大分子有机物；
当汁液上浮到置换塔顶部的回流管上方的接斗处时，汁液因重力从接斗处沿置于置换塔内部的回流管内壁下流，汁液下流时汁液中溶解的部分氮气泡破裂分解形成氮气并溶于汁液内，溶于汁液内的氮气将汁液内溶解的溶氧、挥发物质及大分子有机物排挤出汁液形成独立的大分子有机物；
汁液和独立的大分子有机物从回流管下方流入分离桶内，并在分离桶底部沉淀，沉淀物由分离桶底部的阀门排出，所述大分子有机物浮于汁液上方由设置于分离桶上方的阀门排出。
综上所述，本发明实施例所述调整汁液浊度和品味的处理系统及其方法，通过设置气液混合泵、置换塔和分离桶，置换塔内部设置回流管的方式，使得汁液中含有氮气泡，含有氮气泡的氮气饱和汁液在置换塔内上浮、在回流管内下流过程中，均因汁液中的部分氮气泡分解成氮气，氮气将汁液内溶解的大分子有机物排挤出汁液形成独立的大分子有机物，大分子有机物经分离桶分离出来的方式，将汁液中易于产生褐变的大分子有机物分离，以防止汁液褐变的发生，保持汁液颜色、浊度和品味的稳定。本实施例所述处理系统10，将氮气经由气液混合泵12加压成为微纳米氮气泡，使汁液溶氮达到过饱和，在置换塔30内正气压下，经由上浮分离和重力分离方式，使更多的溶氧被置换释出，并把汁液内许多在溶解状态的大分子有机物质释出成为非溶解状态。溶氧量和大分子有机物质含量，皆能以物理方式做到有效控制，这使得得汁液的浊度、颜色和品味可维持稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。