CN104186901A - 双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，所述冰淇淋的制备过程包括混合原料、巴氏杀菌、均质、老化、搅拌、凝冻、灌装成型、硬化，在冰淇淋的凝冻阶段，采用变强度超声波进行处理，具体为：在成核阶段，使用强度为0.2～0.6W/cm²的超声波处理；在晶核生长阶段，采用强度为0.5～0.9W/cm²的超声波。本发明加快了冰淇淋冷冻速度，提高了冰淇淋口感和品质，减少运输贮藏过程中温度波动对冰晶形态的影响。

Description

双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法

技术领域

本发明涉及冷冻食品技术领域，特别涉及一种双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法。

背景技术

冷冻是加工食品的重要手段，为了获得理想的冷冻结果，许多辅助手段逐渐被人们熟知，其中，利用超声波辅助冷冻就是近年来发展较快的产业之一。

2009年，Alizadeh等提出冷冻分为三个阶段，分别是预冷阶段(pre-coolingstage)、相变阶段(phase transition stage)和低温冷冻阶段(tempering stage)。其中，相变阶段是决定冷冻过程速率和冰晶质量的关键阶段。在相变阶段，过冷水开始成核，并释放出潜热(相变阶段多发生在-1～-7℃)。水的结晶过程又分为成核和冰晶生长两个阶段，成核阶段结束后，大多数液态水变为固态，然后随着热量与物质的不断传递，冰晶慢慢长大。

1982年，Mason等在文章中总结到：超声波对结晶有明显的辅助作用。空化作用是超声在液体媒质中传播时产生的一种效应，是指超声空化泡的形成、生长、振荡、崩溃一系列过程中所产生的物理、化学作用。超声强化成核的机理大多认为是基于超声的空化效应。超声空化产生的微射流和冲击波可以破碎已形成的晶体，并可以加速物质的扩散过程，使固体颗粒得以及时分散获得较小的晶体颗粒。

2013年，Fen Hu提出了预置气泡的概念，她将气泡预置在需要超声冷冻的样品中，探究了气泡对超声波辅助结晶的影响，结果表明预置气泡可以提高超声波辅助冷冻的效率，既缩短启动超声波和开始成核之间的滞留时间。预置气泡的大小和数量也对液体冷冻的结果有影响，气泡越多、越小、越均匀更有利于成核。

冰淇淋的冷冻分为两个过程，一是凝冻，冷冻到-4～-9℃的同时挤压空气；二是硬化，利用冷空气或平板式硬化把温度降到-18℃。在凝冻过程中空气被挤进混合料，称为“膨胀”，膨胀率是影响冰淇淋口感的关键，所以，冰淇淋制作过程中，均匀的搅拌非常重要。搅拌良好的冰淇淋膨胀率可达60％～130％。当硬化到-29℃时，在优质冰淇淋糖浆玻璃状连续相中分布着许多直径小于20μm的冰晶体。

2008年，刘海森等人发明了一种冰淇淋用乳化剂，并公布了乳化稳定剂的制备方法。单苷酯20～30％、蔗糖酯20～30％、瓜尔胶30～40％和黄原胶15～25％，通过配料、乳化、均质、喷雾干燥等步骤后制得冰淇淋用乳化稳定剂，具有一般乳化稳定剂的功效，将乳化稳定剂应用于冰淇淋的制备中，还可以改善冰淇淋组织结构，使冰淇淋口感细腻、香甜。

2009年，贾俊强等人研究了超声波处理对麦胚清蛋白结构和功能性质的影响。结果表明在超声波的作用下，蛋白的起泡性及其气泡的稳定性有明显的提高。起泡性是蛋白质非常重要的特性，对于蛋糕、冰淇淋等食品的口感和质地有明显影响。

中国专利ZL01123889.5公布了一种食品快速冷冻或冷却的装置。中国专利ZL02241523.8、ZL200510060873.2、ZL95107114.9公布了通过改善冷冻装置达到快速冷冻物品的目的。中国专利ZL201310438305.6，公布了一种用低强度超声波辅助速冻调控冰淇淋中冰晶大小的方法，但是该专利仅使用较低的强度，仅在结晶出发点附近采用超声波，没有根据冰淇淋冰晶形成的特点选择更为合适的超声波处理条件和位点。

综上所述，现有的对改善冰淇淋存在以下缺陷：

(1)传统方法针对配料不断进行优化，只停留在化学层面片面解决膨胀率和冰晶大小的问题，并未从根本控制冰晶的数量、大小和分布。

(2)传统方法能耗大，时间长。

(3)单点使用超声波，超声设备利用率低。且不能将超声波的空化作用效果充分利用。若强度较低，不能有效激发结晶；若强度较高，又会在晶核生长过程中产热，影响整个冷冻过程。

发明内容

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双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，加快了冰淇淋冷冻速度，提高了冰淇淋口感和品质，减少运输贮藏过程中温度波动对冰晶形态的影响。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，所述冰淇淋的制备过程包括混合原料、巴氏杀菌、均质、老化、搅拌、凝冻、灌装成型、硬化，在冰淇淋的凝冻阶段，采用变强度超声波进行处理，具体为：在成核阶段，使用强度为0.2～0.6W/cm²的超声波处理；在晶核生长阶段，采用强度为0.5～0.9W/cm²的超声波处理。

所述原料包括奶油、鸡蛋、砂糖、牛乳、水和起泡剂。

在冰淇淋的凝冻阶段，使用搅拌刮刀对冰淇淋进行搅拌，所述搅拌刮刀在搅拌时与冰淇淋的凝冻腔体内壁相接触；

所述搅拌刮刀为长方形的板状结构，上面设有多个小孔；所述小孔的直径为5mm，孔间距为25mm。

所述多个小孔按蜂窝状排列。

所述起泡剂为黄原胶、明胶、魔芋胶、卡拉胶和瓜尔豆胶中的至少一种。

在成核阶段，使用强度为0.2～0.6W/cm²的超声波处理20～40s。

在晶核生长阶段，采用强度为0.5～0.9W/cm²的超声波进行间隔处理，每处理10s停2s，共处理40～120s。

所述成核阶段的温度为-1～-2℃。

所述晶核生长阶段的温度为-2～-10℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明的方法，在冰淇淋的凝冻成核过程和晶核生长过程，分别用不同强度的超声波进行处理，较低强度超声波可有效促进成核，较高强度超声波可有效促进传热传质。相比单点超声更进一步加快了冷冻速率，提高冰淇淋品质。

(2)本发明的方法，在原料中加入起泡剂，并使用搅拌刮刀进行搅拌，有利于更多气泡的产生，为成核过程提供了大量的晶核；同时，搅拌刮刀非常贴近于冰淇淋凝冻腔体内壁，防止形成的冰晶局部大量聚集而导致传热减慢。

(3)本发明的方法，在传统的冰淇淋凝冻基础上，辅助以双点变强度超声波和预置气泡进行冷冻，超声波可以进一步产生气泡，利于广泛成核，使得冰淇淋冰晶数量更多，形态更均匀，从而冰淇淋的口感更加柔和，具有更好的口融性；同时用特制的搅拌器进行搅拌，这可以强化超声波的作用，提高传热速度，从而缩短凝冻时间。

(4)本发明的方法，结晶的速率明显提高，相比未经过超声处理的样品，时间缩短了10％；比未在初始阶段加入气泡和引入机械搅拌的样品，时间缩短了7％左右。

(5)本发明的方法，由于冰晶小且数量众多，融化时调味作用更加明显。因此可减少调味料的使用量。并且，在从厂商到商家的运输过程中，难免有温度波动，均匀且数量众多的小冰晶可以防止某一大冰晶在运输过程中二次生长。

(6)本发明的方法，由于双点变强度超声作用产生一定数量的气泡，冰淇淋的膨胀率易于控制，不易出现松软或带冰渣的现象。

附图说明

图1为本发明的实施例所用的处理装置的示意图。

图2为本发明的实施例的冰淇淋凝冻腔体的示意图。

图3为本发明的实施例的多孔搅拌刮刀的示意图。

具体实施方式

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。

实施例1

图1为本实施例所用的处理装置的示意图。如图1所示，包括电动机1、超声波处理槽2、循环冷冻液出口3、冰淇淋凝冻腔体4、多孔搅拌刮刀5、循环冷冻液入口6、超声波换能器7和超声波控制面板8。

下面对本实施例的处理装置各组成部分做详细介绍：

电动机：电动机用于向多孔搅拌刮刀的旋转提供动能。待冰淇淋样品进入凝冻腔体之后，开启电动机，使其带动多孔搅拌刮刀旋转。

超声波处理槽：内装满冷冻液，为冰淇淋凝冻腔体提供浸渍冷冻环境。同时作为超声波的发出设备。在达到超声处理条件时，触发按钮，进行超声处理。

循环冷冻液出口：50％(v/v)的乙二醇水溶液或者50％(v/v)的乙醇水溶液从这个出口流出，出口开关在处理过程中保持打开状态，利于冷冻液充分循环，从而保持在-17℃以下的低温。

冰淇淋凝冻腔体：冰淇淋凝冻腔体如图2所示，腔体壁上有三个凹槽，用于放置T型热电偶41。凹槽长度分别为1/3，2/3和3/3筒高，利于测定不同位置的温度。凝冻筒体壁厚1mm，利于快速传热。使用时，将3个T型热电偶分别放入冰淇淋凝冻腔体凹槽处，连接多通道数据记录仪42，连接电脑，即可记录实时温度曲线。

多孔搅拌刮刀：多孔搅拌刮刀如图3所示，为长方形的板状结构，上面设有多个小孔；孔间距为25mm(以孔心计)，每平方分米16个，以图3所示的蜂窝状排列方式排列。利于在搅拌过程中产生更多的气泡，使超声效果更加明显。

循环冷冻液入口：处理开始之前，打开循环冷冻液入口和出口，并使其流入速率和流出速率保持一致。这样，超声处理槽的环温可以达到-17℃以下。

超声波换能器：处理开始前，开启超声波电源，当触发按钮时，即可发出超声波。

超声波控制面板：根据面板的显示，选择合适的超声处理参数。

本实施例的双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法包括以下步骤：

取原料：水2L，全脂奶粉350g，鸡蛋200g，糖粉350g，生粉40g，香草粉10g，明胶50g。其中糖粉用粉碎机打碎；鸡蛋用打蛋器打成浓稠状；生粉加水溶解，不得有块状物；明胶先用水浸泡，然后用70℃水浴使其完全溶解。本实验先将奶粉加水煮至沸腾，冷却到70℃左右后，冲入蛋液，一边加热一边倒入糖粉，并趁热将明胶和生粉溶液混入溶液，稍冷后加入其它添加剂。经过巴氏杀菌、冷却至4℃、均质、老化后，进入凝冻腔体进行凝冻，凝冻过程中采用变强度超声波进行处理。冷冻剂为50％乙二醇水溶液(v/v)，保持超声槽中冷冻液为-20℃。将三根T型热电偶分别从凹槽放入凝冻腔体中，深度分别为凝冻腔体的1/3,2/3,3/3，开启电动机使搅拌刮刀旋转，搅拌刮刀在搅拌时与冰淇淋的凝冻腔体内壁相接触；并立即开始记录原料液的温度。当温度下降至-1.5℃时，采用0.4W/cm²的超声波处理30s，此时，随着潜热的释放，温度瞬间升高，随后温度平稳下降，当温度再次下降至-2℃时，采用0.8W/cm²的超声波间隔处理60s(处理10s停2s)。当温度达到-10℃左右，进行灌装成型，然后再转移到硬化室进行硬化。经过观察制片得出，凝冻过程中经双点超声处理的样品冰晶的大小约为仅在温度为-1.5℃时，采用0.4W/cm²的超声波处理30s时的85％。膨胀率为未加超声时的110％。

实施例2

取原料：水2L，脱脂奶粉400g，黄油500g，白砂糖550g，黄原胶、卡拉胶及明胶10g。其中白砂糖用粉碎机打碎；多糖类胶先用水浸泡，然后用70℃水浴使其完全溶解。先将奶粉加水煮至沸腾，稍微冷却后，加入黄油，一边加热一边倒入糖粉，并趁热混入黄原胶和明胶，稍冷后加入其它添加剂。经过巴氏杀菌、冷却至4℃、均质、老化后，进入凝冻室进行凝冻，凝冻过程中采用变强度超声波进行处理。冷冻剂为50％乙二醇水溶液(v/v)，保持超声槽中冷冻液为-18℃。将三根T型热电偶分别从凹槽放入凝冻腔体中，深度分别为凝冻腔体的1/3,2/3,3/3，开启电动机使搅动刮刀旋转，搅拌刮刀在搅拌时与冰淇淋的凝冻腔体内壁相接触，并立即开始记录原料液的温度。当温度下降至-1℃时，采用强度0.3W/cm²的超声波处理20s，随后当成核升温结束，温度再次下降至-2℃时，采用0.7W/cm²的超声波间隔处理100s(处理10s停2s)。当温度达到-10℃左右，进行灌装成型，然后再转移到硬化室进行硬化。凝冻过程中经双点超声处理的样品凝冻时间为仅在-1℃时，采用强度0.3W/cm²的超声波处理20s的样品的78％，且经过观察制片得出，冰晶的大小约为未加超声时的82％。膨胀率为未加超声时的115％。

本实施例的处理装置与实施例1同。

实施例3

取原料：水2L，全脂奶粉350g，人造奶油175g，葡萄糖浆120g，白砂糖400g、黄原胶、明胶、CMC等15g。其中白砂糖用粉碎机打碎；多糖类胶先用水浸泡，然后用70℃水浴使其完全溶解。先将奶粉加水煮至沸腾，一边搅拌一边倒入糖粉，并趁热混入多糖类胶，稍冷后加入其它添加剂。经过巴氏杀菌、冷却至4℃、均质、老化后，进入凝冻室进行凝冻，凝冻过程中采用变强度超声波进行处理。冷冻剂为50％乙二醇水溶液(v/v)，保持超声槽中冷冻液为-19℃。将三根T型热电偶分别从凹槽放入凝冻腔体中，深度分别为凝冻腔体的1/3,2/3,3/3，开启电动机使搅动刮刀旋转，搅拌刮刀在搅拌时与冰淇淋的凝冻腔体内壁相接触，并立即开始记录原料液的温度。当温度下降至-1℃时，采用强度0.2W/cm²的超声波处理20s，随后当成核结束，温度再次下降至-2℃时，采用0.9W/cm²的超声波间隔处理80s(处理10s停2s)。当温度达到-10℃左右，进行灌装成型，然后再转移到硬化室进行硬化。凝冻过程中经双点超声处理的样品凝冻时间为仅在-1℃时，采用强度0.2W/cm²的超声波处理20s的样品的84％，且经过观察制片得出，冰晶的大小约为未加超声时的85％且分布均匀。膨胀率为未加超声时的109％。

本实施例的处理装置与实施例1同。

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。

Claims (9)

1.双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，所述冰淇淋的制备过程包括混合原料、巴氏杀菌、均质、老化、搅拌、凝冻、灌装成型、硬化，其特征在于，在冰淇淋的凝冻阶段，采用变强度超声波进行处理，具体为：在成核阶段，使用强度为0.2～0.6W/cm²的超声波处理；在晶核生长阶段，采用强度为0.5～0.9W/cm²的超声波处理。

2.根据权利要求1所述的双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，其特征在于，所述原料包括奶油、鸡蛋、砂糖、牛乳、水和起泡剂。

3.根据权利要求2所述的双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，其特征在于，在冰淇淋的凝冻阶段，使用搅拌刮刀对冰淇淋进行搅拌，所述搅拌刮刀在搅拌时与冰淇淋的凝冻腔体内壁相接触；

所述搅拌刮刀为长方形的板状结构，上面设有多个小孔；所述小孔的直径为5mm，孔间距为25mm。

4.根据权利要求3所述的双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，其特征在于，所述多个小孔按蜂窝状排列。

5.根据权利要求2所述的双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，其特征在于，所述起泡剂为黄原胶、明胶、魔芋胶、卡拉胶和瓜尔豆胶中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，其特征在于，在成核阶段，使用强度为0.2～0.6W/cm²的超声波处理20～40s。

7.根据权利要求1所述的双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，其特征在于，在晶核生长阶段，采用强度为0.5～0.9W/cm²的超声波进行间隔处理，每处理10s停2s，共处理40～120s。

8.根据权利要求1或6所述的双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，其特征在于，所述成核阶段的温度为-1～-2℃。

9.根据权利要求1或7所述的双点变强度超声波提高冰淇淋冷冻速度与品质的方法，其特征在于，所述晶核生长阶段的温度为-2～-10℃。