一种改良米饭真空预冷处理方法与流程

本发明属于食品加工
技术领域：
，具体涉及一种改良米饭真空预冷处理方法。
背景技术：
：真空预冷主要是通过降低物料环境的压强以引起物料中自由水的蒸发，而水蒸发所需要的巨大潜热来自于物料本身从而使得物料快速降温。不难发现物料具有一定的孔隙结构和自由水含量是保证其能够被真空预冷的关键。米饭具有明显的空隙结构和高的水分含量，原理上非常适合于真空预冷技术。相关研究结果也表明，较风冷而言，米饭在真空预冷条件下能获得极其快速的预冷速率。相反，虽然真空预冷能够获得快速的预冷速率，但较大水分损失的代价则是无法避免的，一般认为米饭从90℃降至4℃需要损失10％左右的水分，而风冷在相同的降温段范围内则一般损失3-4％的水分。为此，如何改善真空预冷过程中米饭水分损失大的问题成为非常迫切需要解决的难题。目前，针对米饭真空预冷过程中水分损失的改善的方法主要是采用喷水方式，即将蒸煮后的米饭用打散器使其结构疏松，并均匀喷淋液态水，利用喷射的液体水补充真空预冷过程中水分的损失(专利公开号：cn101331971a)。上述提到的喷水真空预冷方法虽然能够弥补物料水分的损失，但也很难保证喷射的水分能够均匀地覆盖在每粒米饭的表面，往往会导致米饭水分分布不均匀，从而影响其品质。同时，米饭作为一种富含淀粉类制品，直接喷射水分不仅会降低其品质，而且也会极大地增加微生物污染的风险(二次污染)。由此可知，迫切需要一种能够改良目前米饭真空预冷操作的方法，在获得快速预冷、低的水分损失的同时，又能够确保较高的色泽需求。技术实现要素：基于此，本发明的目的在于，提供一种改良米饭真空预冷处理的方法，本发明不仅大大降低了米饭从中心温度90℃降至4℃所需的预冷时间；同时还减少了米饭在预冷过程中的水分损失，使水分损失控制在2％以内，效益显著，且还能够获得较为理想的色泽。同时，操作简单方便，又降低能耗。本发明所述的一种改良米饭真空预冷处理的方法，包括：真空预冷前将制冷机组、换热器将辅助装置组和冷凝器降至到设定的温度，再将蒸煮后的米饭放入至辅助装置组中，开启真空预冷机的真空泵并控制压强下降速率，再根据米饭降温过程中温度的变化来调节两支管的流量变化以获得最佳的预冷效果。技术方案：蒸煮后的米饭块真空预冷之前，先开启制冷机组、低温液循环泵和电动阀，并通过热交换器将辅助装置组和冷凝器的温度下降至设定的温度；然后，再将蒸煮后的米饭块逐一地放入辅助装置组中，打开真空泵并控制压强下降速率，根据米饭所处不同的温度段，通过调节电动阀的开度来控制其相对应的支管路ⅰ、ⅱ的流量，从而可以实现对辅助装置组(7)和冷凝器温度的控制。进一步地，辅助装置组由辅助单元装置组成，电动阀所对应的管路上流量通过软管分流载冷剂至辅助装置组中的每个辅助单元装置中，最后再汇集回收至循环管路中，辅助装置组和与支管路ⅱ通过活接相连。进一步地，辅助单元装置主要框架为不锈钢所组成的空心长方体，同时，空心圆柱体内置于空心长方体中并垂直贯穿由空心长方体长、宽所组成的上下平面，衔接处进行密封处理与空心长方体中除去空心圆柱体的其他部分形成中空区域，电动阀所对应的管路上流量通过软管分流载冷剂至辅助装置组中的每个辅助单元装置的中空区域中。进一步地，空心圆柱体在空心长方体内的分布密度为1个/100mm2～1个/1600mm2，彼此之间相隔10～40mm。进一步地，所述辅助单元装置的四个角均可以与四根螺纹条连接在一起，并通过固定螺母固定，通过增加单元辅助装置的数量可以形成上下相互间隔一定距离的辅助装置组。进一步地，将蒸煮后米饭块放置在辅助单元装置的上平面，然后其上部的另一辅助单元装置可以向下移动使其下平面紧紧贴住米饭的上表面，并形成一定的挤压，压缩至米饭高度为原高度的90％。进一步地，空心长方体，其高度为75±25mm；空心圆柱体，其直径为5±1mm，高度为75±25mm；米饭的高度为空心长方体高度的2倍，即150±50mm。进一步地，真空预冷米饭前，通过开启制冷机组、低温液循环泵，并通过热交换器将总管路的温度控制为-5±2℃。进一步地，当米饭温度处于90～50℃时，调节电动阀的开度，使得电动阀所对应的支管路流量ⅱ为总流量的80±10％，电动阀所对应的支管路ⅰ流量占总流量的20±10％；当米饭温度处于50～20℃时，调节电动阀的开度，使得电动阀所对应的支管路ⅱ的流量为总流量的50±10％，电动阀所对应的支管路ⅰ流量占总流量的50±10％；当米饭温度处于20～4℃时，调节电动阀的开度，使得电动阀所对应的支管路ⅱ流量为总流量的20±10％，电动阀所对应的支管路ⅰ流量占总流量的80±10％。进一步地，在进行抽真空冷却过程中，压强下降系数控制在0.15min-1～0.3min-1的范围之内。本发明最大的创新点：目前的真空预冷操作方法主要是将米饭直接放入至真空预冷机中，通过抽真空使得米饭蒸发降温，虽然可以获得快速的预冷方式，但导致的水分损失确相当大，按照每1％的水分损失下降6～8℃计算，将近86℃(90～4℃)的温差会导致10％左右的水分损失，大部分水蒸气被冷凝器所冷凝而最终被排出，这是企业所无法接受的，相反这也极大限制了真空预冷技术在米饭预冷方面的应用。而通过外界补水的方法都往往会导致米饭品质变差以及二次污染等问题。本专利提出了一种改善米饭真空预冷的方法，其主要创新点如下：其一，将冷却冷凝器的部分冷量分流给辅助装置，利用辅助装置组与米饭热传导效应，特别在米饭较高温度时大大降低其表面的温度，从而可以减少真空预冷所引起的水分损失(真空预冷导致的水分损失与其所对应需降的温度有关)；其二，由不锈钢和相应孔隙结构所组成的特殊辅助装置组，不仅加快热传导的进行，同时又不影响米饭真空预冷的效果；其三，根据米饭所处的温度段，优化控制流经冷凝器和辅助装置组所对应的流量，可以更高效地利用能源。本发明的技术效果在于：1)预冷前期，通过降温后的辅助装置组可以快速降低其表面的温度，有利于抑制水蒸气向外蒸发，从而有效降低水分损失。2)真空预冷时，经过低温处理后的该装置所具备足够的制冷量，不仅不会影响米饭在真空环境下的降温速率(空心圆柱体提供足够的缝隙)，而且可以辅助真空预冷加快降温速率(不锈钢金属界面能够与米饭进行热传导)。该装置对米饭的辅助降温可以降低由真空预冷所引起的降温，即真空预冷不需要完全预冷整个降温段(从90℃到4℃)，从而有助于减少水分的损失(真空预冷降温与样品的水分损失存在正相关)，较好地保持了米饭的品质。通过特定圆柱尺寸以及间隔分布数据的选择，获得了最优的米饭真空预冷效果。3)该辅助装置组只是起到辅助降温作用，特别是前阶段的降温，避免了从外界直接补水。所以可以避免米饭品质变差和二次补水所导致的二次污染。4)该辅助装置组外壁相对薄的尺寸和高的导热系数可以极大程度地降低米饭的温度，特别是当米饭处于高温阶段(该区域温度段的降温也是真空预冷过程中水分损失较大的阶段)。5)洁净卫生，操作方便。同时，可以推广实现产业化发展。6)流量的优化控制，可以大大提高能源使用效率。附图说明图1改良的米饭真空预冷操作示意图；图2辅助装置组示意图；图3辅助单元装置12分解图。1.真空预冷箱；2.真空泵；3.气动阀；4.制冷机组；5.低温循环泵；6.排气法；7.辅助装置组；8.重量传感器；9.压力传感器；10.温度传感器；11.软管；12.辅助单元装置；13.电动阀；14.电动阀；15.流量计；16.流量计；17.排水阀；18.冷凝器；19.数据处理器；20.电脑；21.换热器；22.支管路ⅰ；23.支管路ⅱ；24.总管路；25.螺纹条；26.空心圆柱体；27.固定螺母；28.空心长方体。具体实施方式以下通过实施例对本发明作进一步说明。本发明所用真空预冷机为km-100设备(实验型小型真空预冷机)，真空预冷机主要有真空箱、冷凝器、真空泵以及操作界面等，其中操作界面可以控制管路阀门开启的大小、真空泵开启及关闭、冷凝器开启及关闭、排水阀的开启及关闭。本发明所用的压强下降速率系数由公式p＝pie-yt确定。其中，p为运行过程中真空预冷机真空箱体内绝地压强，单位为mbar；pi为当地大气压，单位为mbar；t为真空箱抽气时间，单位是min；y则为压强下降速率，单位为min-1；以当地大气压1000mbar降至绝地压强6.5mbar所用时间t来计算压强下降速率y值。压强下降速率系数y表示压强下降速率的快慢，压强下降速率系数越大，表示压强下降的速率越快，所用时间也越短。反之，则压强下降的速率越慢，所用时间也越长。例如，如果压强从1000mbar下降至6.5mbar所用的时间为8min，则压强下降速率系数为0.629min-1。而如果压强从1000mbar下降至6.5mbar所用的时间为16min，则压强下降速率系数为0.315min-1。实施例1本发明所涉及的辅助装置组7与真空预冷组合一并使用于米饭的预冷。其中，真空预冷机包括冷凝系统，真空系统，数据收集系统，和数据处理及操作系统组成，依次相连，包括制冷机组4、冷凝器18、低温液循环泵5、热交换器21、支管路ⅰ22、电动阀13、流量计15、支管ⅱ23、电动阀14、流量计16和软管14、真空箱1、真空泵2、气动阀3、排气阀6、排水阀17、重量传感器8、压力传感器9和温度传感器10、数据处理器19和电脑20；冷凝系统由制冷机组4、低温液循环泵5、热交换器21、支管路冷量①、支管路冷量②所组成；支管路冷量①由冷凝器18、支管路ⅰ22、电动阀13所组成用于冷凝米饭蒸发时所产生的水蒸气；支管路冷量②由支管ⅱ23、电动阀14、流量计16和软管14所组成用于冷却辅助装置组7；真空系统由真空箱1和真空泵2组成；数据收集系统由重量传感器8、压力传感器9和温度传感器10组成；数据处理及操作系统由数据处理器19和电脑20组成。辅助装置即辅助装置组7由辅助单元装置12、螺纹条25和固定螺母27组合而成，所述辅助单元装置12由空心长方体28、空心圆柱体26组合而成，单元装置组7由支管路冷量②提供冷量来协同完成蒸煮后的米饭的预冷。具体实施情况如下：首先，先将辅助装置组7用自来水清洗干净，再用75％的低温酒精消毒处理，处理后再用低温自来水清洗，最后与支管路ii连接；其次，将蒸煮后的米饭块用消毒后的纱布进行包裹，包裹后的米饭块分别快速地放入至预处理好的辅助单元装置12的上平面上，通过调节螺纹条25和固定螺母27再将另一块空心长方体28紧紧压住米饭的上表面，并压缩至其原始高度的90％。最后将其他蒸煮后的米饭通过同样的方式操作使其形成“米饭-空心长方体28-米饭-空心长方体28”的压缩状态，待上述操作完成再进行真空预冷。最后，将真空箱门关闭，通过调节气动阀3的大小来控制压强下降速率，再开启制冷机组4和低温液循环泵5，使得冷凝器18的温度控制在-5±2℃的范围，最后开启真空泵2，同时需要控制最终的压强不低于650pa，最后再通过数据处理系统来获得米饭降温过程中的压强下降速率和降温曲线曲线，待米饭的温度降至4℃时，关闭真空泵2、制冷机组4和低温液循环泵5，同时打开排气阀6和排水阀17，恢复至常压后，通过调节螺纹条25上的固定螺母27，将预冷结束后的米饭取出以检测其相关指标。为了更好地表达权利要求中部分参数的范围对米饭品质和过程参数的影响，具体实施例1(即以下表中的“改良真空预冷”)中空心圆柱体17在空心长方体19内的分布密度为1/400mm2、彼此之间的相隔距离为20mm；空心圆柱体17的直径为5mm、高度为100mm；空心长方体19高度为100mm、长度和宽度均为1000mm；米饭高度为200mm、长度和宽度均为1000mm；真空预冷机冷凝器18温度控制在-5±2℃之间，压强下降系数控制在0.2min-1，预冷过程中支管的操作如下：当米饭温度处于90～50℃时，调节电动阀13、14的开度，使得电动阀14所对应的支管路流量ⅱ23为总流量的80％，电动阀13所对应的支管路ⅰ(22)流量占总流量的20％；当米饭温度处于50～20℃时，调节电动阀13、14的开度，使得电动阀14所对应的支管路ⅱ23的流量为总流量的50％，电动阀13所对应的支管路ⅰ22流量占总流量的50％；当米饭温度处于20～4℃时，调节电动阀13、14的开度，使得电动阀14所对应的支管路ⅱ23流量为总流量的20％，电动阀13所对应的支管路ⅰ22流量占总流量的80％；维持总管24的温度为-5±2℃，控制管路流量为80l/min；压强下降系数控制在0.2min-1。实施例2(1)对大米和水的混合物(大米与水的质量比为1：1.5)进行蒸煮，通过控制混合物的重量和容器的大小，使得蒸煮后的米饭形成高度为200mm的米饭块，蒸煮时间为半小时，蒸煮方式为蒸汽蒸煮，米饭的长、宽度分布为1000mm。(2)辅助装置组7先用自来水进行清洗，再用75％的低温酒精中消毒，在用4±1℃的自来水冲洗2min，然后再与支管路ⅱ23连接。(3)真空预冷前，开启制冷机组4、低温液循环泵5和电动阀13、14，并通过热交换器21将辅助装置组7和冷凝器18的温度下降至设定的温度-5±2℃。(4)维持总管24的温度为-5±2℃，控制管路流量为80l/min。(5)待辅助装置组7和冷凝器18的温度下降至设定的温度-5±2℃时，将蒸煮后的米饭块用经过杀好菌的纱布包裹住。然后放入辅助装置组7空心长方体28上面，再用另一块空心长方体28紧紧压住米饭的上表面，并压缩至其原始高度达到90％。将其他蒸煮后的米饭通过同样的方式操作使其形成“米饭-空心长方体28-米饭-空心长方体28”，再将温度探头插入至米饭的几何中心，关闭真空预冷机真空箱门，开启真空泵，把真空泵的压强下降速率系数调节为0.2min-1，开启真空泵，控制电磁阀的大小使得真空箱内的压强最终值不低于6.5mbar。为了更好地表达本专利权利要求范围中部分参数的范围对预冷过程中米饭品质和过程参数的影响。实施例2、3、4、5、6、7中“改良真空预冷”的操作参数与实施例1中“改良真空预冷”的操作参数相同。(6)通过操作界面观察温度的变化，待米饭的温度降至4℃时，关闭真空泵，开启排气阀，待压强恢复至常压后，取出已冷却好的米饭，并称重。同时，分别采用风冷、真空预冷米饭进行对比，使米饭的中心温度从90℃降至4℃，记录每种方法的预冷时间和计算米饭预冷结束后的水分损失，其中真空预冷操作条件和改良真空预冷操作条件相同(不同的就是，改良真空预冷较真空预冷而言分流了部分冷凝器的冷量至辅助装置7中，真空预冷的米饭也是放入本专利辅助装置7中，但无载冷剂流过)。风冷采用温度为2±1℃，风速为1±0.5m/s的冷库(4000mm*3000mm*2400mm，2.5kw)进行预冷，风冷的米饭也是放入本专利所设计的辅助装置组7中，但该装置内部无载冷剂流过。实验之前可以通过电表实验前后读数之差来大概估计耗电量。比较实施例所采用的改良真空预冷方法与风冷、真空预冷对米饭的预冷效果，结果见表1、2、3、4所示。同样，比较例中改良真空预冷(辅助装置参数变化)的结果见表5、6、7。从表1中可以看出，不同的预冷方式对米饭的降温曲线存在着差异。改良真空预冷的预冷速率要快于真空预冷，且均远快于风冷。表1不同预冷方式对米饭水分损失的结果指标风冷真空预冷改良真空预冷水分损失率(％)3.83±0.238.18±0.341.63±0.45预冷时间(min)180.5±0.5525.5±1.520.5±0.5从表1可以获知，改良真空预冷导致米饭损失为1.63％，而风冷和真空预冷的水分损失分别为3.83％和8.18％。不难发现改良真空预冷较真空预冷而言有明显弥补水分损失的作用，而且也低于风冷所引起的水分损失。同时，改良真空预冷在预冷时间方面较其他预冷方式而言也是最少，为20.5min，而风冷接近180.5min。表2不同预冷方式对米饭色差的影响色差参数风冷真空预冷改良真空预冷l*72.61±1.5964.12±1.5673.69±0.42a*-1.26±0.12-1.13±0.11-1.79±0.23b*7.51±0.578.38±0.327.33±0.14备注：l*：表示黑白，值越大色泽越偏白；a*：表示红绿，+表示偏红，-表示偏绿；b*：表示黄蓝，+表示偏黄，-表示偏蓝。数字表示所呈现色泽的大小，值越大则所对应的色泽值也越大。由表2可以获知，改良真空预冷的米饭在色泽上和风冷更为接近，由此说明改良真空预冷的米饭有较好的色泽，特别是在亮度值l*上，说明改良真空预冷对米饭色泽影响小。相反，真空预冷后的米饭在亮度上要明显低于其他两种预冷方式，米饭呈现较暗淡的颜色。表3不同预冷方式对米饭质构的影响(低温0±2℃，贮藏3d)色差参数风冷真空预冷改良真空预冷硬度19.75±0.5631.81±2.4018.45±1.36弹性0.30±0.000.40±0.000.31±0.00咀嚼型11.70±1.4047.50±1.8012.78±1.60备注：质构参数采用质构仪(美国ftc)检测。米饭冷藏3d后在干燥器中恒温至25℃检测。由表3可以获知，改良真空预冷的米饭在质构指标上和风冷更为接近，说明改良真空预冷对米饭质构指标或者感官影响小。相反真空预冷后的米饭却在硬度和咀嚼型等指标上要明显高于其他两种预冷方式。表4不同预冷方式耗电量的比较指标风冷真空预冷改良真空预冷耗电量(度)128.47.7上述结果表明改良真空预冷不仅能够获得极快的预冷速率和低的水分损失，而且还能够获得较理想的色泽值；当然，从表4中也可以看出预冷完每批次米饭后，改良真空预冷有着更低的能耗(耗电量)。实施例3实施例3和实施例1操作方法一样，不同的是装置不一样，实施例3所选用的装置与实施例1中的装置不同在于空心圆柱体26在空心长方体28上的密度分布大小，实施例3中所选用的分布比例分别为密集孔隙，1个/64mm2，空心圆柱体26与空心圆柱体26间距8mm；松散孔隙，1个/2500mm2，空心圆柱体26与空心圆柱体26间距50mm，其他操作条件相同(空心圆柱体直径为5mm)，预冷后所获得的结果如下：表5不同装置辅助(分布密度)真空预冷方式对米饭品质和过程参数的影响备注：质构和色差的数据是冷藏3d后检测的。表5是不同装置辅助真空预冷方式对米饭品质和过程参数的影响，结果表明空心长方体8上嵌入空心圆柱体26的数量过多或者过少都对米饭品质有一定的影响。密集孔隙装置辅助真空预冷(空心圆柱体分布过密)会导致更高的水分损失，但却未获得比本实施例即表5中改良真空预冷更快的预冷速率；松散孔隙装置辅助真空预冷(空心圆柱体分布过疏)虽然获得了较为理想的水分损失，但预冷时间却明显增加了。上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的空心圆柱体26在空心长方体28上的分布密度及间距能同时很好地降低了米饭水分损失率和预冷时间。实施例4实施例4和实施例1操作方法一样，不同的是装置不一样，实施例4所选用的装置与实施例1中的装置不同在于空心圆柱体26直径大小的选择，实施例4中所选用的空心圆柱体26直径分布为8mm和10mm(比5mm还小空心圆柱体不利于加工，所以未考虑)，相互间距为40mm，其他操作条件相同，预冷后所获得的结果如下：表6不同装置辅助(空心圆柱体26直径)真空预冷方式对米饭过程参数的影响表6选用了不同孔径的辅助装置对米饭进行真空预冷，结果表明过大的孔径会明显导致水分损失的增加，相反预冷时间却相差不大。由此，上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的空心圆柱体26直径及间距有效地降低了米饭水分损失率和预冷时间。实施例5实施例5和实施例1操作方法一样，不同的是不锈钢厚度不一致。本实施例在选择不锈钢材料时，选用了304不锈钢，厚度为2、4mm做比较(本实施例辅助装置的不锈钢厚度为0.4mm)，结果表明，厚度的增加对米饭水分损失、色泽和感官影响不大，但会略增加预冷时间，另外一方面增加不锈钢厚度也会导致成本的增加。基于此，选用0.4mm厚的不锈钢板不仅预冷速率可以更快，还能够降低成本，同时也方便操作。实施例6实施例6的操作方法与实施例1相同。不同的是空心长方体28的高度大小(米饭高度为200mm)，为了验证本实施例所设定参数的合理性，本实施例选用了如下几种高度进行对比(对比1、2)来比较其对米饭预冷过程中过程参数的影响，其结果如下：表7不同装置(长方体28高度)辅助真空预冷方式对米饭过程参数的影响从表7中可以看出，针对200mm高度的米饭进行改良真空预冷，结果表明不同的长方体28的高度对米饭的真空预冷过程中水分损失率和预冷时间有一定的影响。增加长方体28的高度能够有效地降低米饭在真空预冷过程中的水分损失和预冷时间，然而当高度达到100mm时，其效果已经和125mm高度的接近，相反，长方体28高度过高反而会增加成本和降低空间使用率。上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的空心长方体28的高度能有效地降低了米饭水分损失率和预冷时间。实施例7表8不同操作方法辅助真空预冷方式对米饭过程参数的影响备注：权利要求9中米饭温度对应的载冷剂分流量如下：当米饭温度处于90～50℃时，调节电动阀13、14的开度，使得电动阀14所对应的支管路流量ⅱ23为总流量的80％，电动阀13所对应的支管路ⅰ(22)流量占总流量的20％；当米饭温度处于50～20℃时，调节电动阀13、14的开度，使得电动阀14所对应的支管路ⅱ23的流量为总流量的50％，电动阀13所对应的支管路ⅰ22流量占总流量的50％；当米饭温度处于20～4℃时，调节电动阀13、14的开度，使得电动阀14所对应的支管路ⅱ23流量为总流量的20％，电动阀13所对应的支管路ⅰ22流量占总流量的80％。实施例7的操作方法与实施例1相同，不同的是支管路ⅰ22、ⅱ23流量大小的调节。从表8中可以看出，针对不同操作方法(支管路ⅰ22、ⅱ23流量随米饭温度变化来调节)来辅助真空预冷，结果表明不同的操作方法对米饭的改良真空预冷过程中水分损失率和预冷时间有一定的影响。单一固定的流量较本实施例所设定的调节流量(随温度变化而调节)而言有更高的水分损失率和预冷时间。上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的流量比例能有效地降低了米饭水分损失率和预冷时间。从质量安全的角度上不难发现，消毒、低温处理后的辅助装置组参与辅助真空预冷与样品仅仅存在着热传导的关系，属于纯物理手段，对样品的卫生和安全不存在任何负面影响。当前第1页12