CN104207021A

CN104207021A - 一种超声波协同高静压速冻米饭的方法

Info

Publication number: CN104207021A
Application number: CN201410353307.XA
Authority: CN
Inventors: 孙大文; 程丽娜; 曾新安; 王启军; 徐中岳
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: CN104207021B

Abstract

本发明公开了一种超声波协同高静压速冻米饭的方法，包括以下步骤：(1)制备米饭样品：大米经过清洗、浸泡、蒸煮、自然冷却至室温、真空包装后制成袋装米饭样品；(2)在高静压样品容器内注入冷凝媒介，打开冷凝循环设备进行预冷；(3)待温度达到-18～-20℃后，将米饭样品放入高静压样品容器内进行高静压处理：增压至150～400MPa，保压20～30min；(4)进行卸压操作，卸压完成后仍继续在高静压样品容器内于-18～-20℃浸渍2～3min；卸压及浸渍的过程中皆给予超声波处理；(5)置于-18～-20℃的冷库中长期贮存。本发明的方法能够加快米饭冷冻的速度，提高速冻米饭的品质。

Description

一种超声波协同高静压速冻米饭的方法

技术领域

本发明涉及冷冻食品技术领域，特别涉及一种超声波协同高静压速冻米饭的方法。

背景技术

方便米饭是指经短时间加热或经少量水浸泡后便可食用的方便米制品。冷冻米饭是其中一种，是指在常压下-40℃以下的环境中急速冷冻并在-18℃以下冻藏的产品，是利用食品冻藏原理加工的保鲜米饭产品，包装后直接速冻，因此复热后能最大程度的保持米饭原有的色、香、味，而且方便、快捷、健康、卫生。冷冻已被认为是延长蒸煮米饭的货架期，抑制回生，即抑制淀粉老化的最佳方式。影响冷冻效果的最主要因素就是冷冻速率。

一般来说，食品冷冻分慢冻和速冻两种。慢冻过程中由于热传递速度相对较慢，过冷度小，故胞外溶液先结晶，造成细胞收缩、失水，并且其中一些胞间冰晶会撕裂细胞间原有的一些紧密联系；而且形成的冰晶大而少，过大的冰晶会刺破细胞膜，进一步破坏组织结构，导致品质降低。而速冻过程中，热量传递速度大于水分渗透速度，主要形成数量多而体积小的胞内冰晶，因此加快冷冻过程的冻结速度来控制冰晶大小和分布，并且形成尽可能多的晶体，使得胞内外的水分都形成细小均匀的冰晶，是冻品品质的关键。此外，对于冷冻米饭来说，亦是最重要的一点，淀粉分子的特性表明了缓慢冷却会使糊化后的淀粉分子有时间取向排列，为加速老化提供条件；而快速冷却可使分子来不及聚集，抑制了淀粉的重结晶，即减轻了老化程度，减少了回生现象。而且快冻形成的冰晶越细小均匀，米饭复热解冻时溶解的越快，则穿过最大老化带的速度越快，亦减缓老化的程度。一般常压下的速冻，降温速率过快，食品表层首先冻结，限制了内层冻结时的膨胀，根据理论计算，冻结膨胀压最高可达8.5MPa，当外层承受不了内压时食品表层就会破裂。而在速冻过程中引入压力参数，采用高压速冻，由于水在不同压力下的冻结点不同，分为不同的冰区，从而控制冰晶的形成及分布。其基本原理为：首先将高静压样品容器进行预冷到-18℃或以下(由于冷却过程较慢(约1h)，而加压过程很快(2～3min))；再进行加压操作，高水分食品加压后，因高于高压下水的冰点(-21.9℃)而不冻；保压结束后，迅速解除压力至常压，进入冰点为0℃的冰区，此时-20℃的水变成极不稳定的过冷态，瞬间产生大量极细微的冰晶核，又因压力能同步传递到冻品各个部位，进而形成大量细小均匀的冰晶，且均匀分布于冻品组织中，使冷冻应力大大减小，基本避免了冻品组织的不可逆变性，获得保持原有品质的冷冻食品。对于冷冻米饭，如此快速、均匀的冻结，不仅能保持米饭的微观结构，抑制淀粉的重结晶；而且由于大米蛋白经历了高温处理，表现出了水中的溶解性很差的特性，然而高压能改变米饭蛋白的性质，增加复热后蛋白的消化率，促进米饭营养的吸收。

将超声波技术结合到高静压冷冻工艺中，在卸压过程中及卸压完成后的浸渍过程中进行超声波处理，由于超声波的空穴效应促进了晶核的形成，尤其在难于成核的低过冷度的环境中，且能抑制晶体的生长；一定强度的超声波作用能在枝状冰晶中产生裂缝，对较大冰晶具有破碎作用；强度大的超声产生的气泡还可有效地充当晶核，从而增加冰晶数量，减小体积。另外，超声波空穴效应产生强烈的搅动及微气化现象使得食品的传热、传质系数增大，从而更进一步加速食品的冻结。

Kanda等人对豆腐实验研究表明：经高压冻结的豆腐，形成的冰晶很细，几乎没有汁液流失，形状和质地与冻结前相比几乎没有改变。王章存等进行了高压处理对大米蛋白溶解性影响的研究，得出高压处理能够增加大米蛋白在溶解液中溶解度的结论。

Song-qing Hu等人进行了对生面团给予25kHz、288W或360W超声波辅助冷冻的研究，结果表明其冷冻时间上约减少12％；在最大穿透力上约增加30％，并且形成了大量的细小冰晶，微观组织结构保持良好。Shifeng Yu等人研究了冷冻速率对速冻米饭品质的影响，结果表明冷冻速度越快，米饭回生现象越少。

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201110217480.3公布了米糠油等品质改良剂在大米蒸煮时添加，能有效避免经蒸煮时和冷冻后米饭的粘连结块现象，明显改善冷冻米饭的观感、质地和口感。

生鲜食品虽然货架期短，但是由于它们的营养价值高，且方便、快捷，深受消费者的青睐，米饭作为人类主要的主食成分，速冻米饭的需求量日益增大。冷冻是保持其品质的最普遍方式，而对于其含水量较高、淀粉分子特殊性质等特性，速冻显的尤为重要，能最大程度地保证冷冻米饭的品质。传统的一些速冻法如常压冷冻(冰箱)、风冷、循环盐水、液氮冷冻等相对来说主要存在以下不足:

(1)冻结速率慢，形成的冰晶尺寸不一、分布不均，对细胞膜和结构有一定程度的损害，导致解冻后持水能力下降；即刻冷冻后，亦存在一定的直链淀粉的交联缠绕现象，有短期老化的产生。故常采用低直链淀粉含量的大米进行冷冻米饭加工，而舍去中、较低直链含量的大米，限制了大米的加工利用。

(2)储存时，对支链淀粉分子的重组排列抑制不够明显，容易产生较严重的米饭回生现象，直接影响食品的品质，尤其是强风冷却的米饭回生现象最严重。

(3)对米饭蛋白复热后的消化率低，直接影响米饭营养的吸收。

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超声波协同高静压速冻米饭的方法，得到的冷冻米饭内部水分几乎全部转化为细小而均匀的冰晶，实现了真正意义上的“速冻”，而且有效抑制了淀粉分子的重组排列，即减缓了米饭的回生速率，并且高压能够增加米饭复热后大米蛋白的消化率，提高了速冻米饭的品质，并且大大缩短了冷冻时间。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种超声波协同高静压速冻米饭的方法，包括以下步骤：

(1)制备米饭样品：大米经过清洗、浸泡、蒸煮、自然冷却至室温、真空包装后制成袋装米饭样品；

(2)在高静压样品容器内注入冷凝媒介，打开冷凝循环设备进行预冷；冷凝媒介的加入量由所需处理的米饭样品的体积及一次处理量决定，保证样品淹没的同时，液面需离样品容器上方约8～15cm；

(3)待温度达到-18～-20℃后，将米饭样品放入高静压样品容器内进行高静压处理：增压至150～400MPa，保压20～30min；

(4)进行卸压操作，卸压完成后仍继续在高静压样品容器内于-18～-20℃浸渍2～3min；卸压及浸渍的过程中皆给予超声波处理；

(5)置于-18～-20℃的冷库中长期贮存。

步骤(2)所述冷凝媒介为冰点低于-20℃的液体。

所述冷凝媒介为体积浓度为30～50％的乙醇溶液。

步骤(3)中所述高静压处理，具体为：

若米饭样品所用大米蛋白质含量大于8％时，高静压处理时的压力为150～200MPa；否则，高静压处理时的压力为200～400MPa。

步骤(4)中所述超声波处理，具体为：

采用20～600W、20～80kHz的超声波处理20～100s。

步骤(4)中所述超声波处理，具体为：

若米饭样品所用大米的直链淀粉含量在15％以下，则采用100～200W、60～80kHz的超声波处理20～40s；

若米饭样品所用大米的直链淀粉含量在15～25％，则采用200～400W、40～60kHz的超声波处理40～60s；

若米饭样品所用大米的直链淀粉含量在25～35％的，则采用400～600W、20～40kHz的超声波处理70～100s。

步骤(1)所述制备米饭样品，具体为：

大米经过常规洗米后，按重量比1:(1.3～2)加水浸泡20-30min，蒸煮20min，饭煮熟后，舀出放置室温下冷却，在0.1MPa下进行真空包装。

本发明的技术原理如下：

目前普遍认为直链淀粉和蛋白质含量是影响大米食用品质的两个关键因素，直链淀粉含量与米饭的硬度呈正相关，与粘性存在显著的负相关；蛋白质含量也与米饭硬度呈正相关。0～20℃是米饭的最大老化温度带，其中2～4℃时米饭老化最快，加快冷冻速度，最大速度通过最大老化温度带。米饭在高压冷冻下快速形成细小均匀的冰晶，冰晶形成速度远远大于淀粉分子的排列速度，使得链间空隙充斥着冰晶，而阻止直链的交联，且在冰晶成长过程中给予超声波处理，促进更多晶核的形成，及抑制大冰晶的形成且会破碎可能形成的较大冰晶，充分保证形成尽可能多且细小均匀的冰晶，从而保证微观结构及阻止淀粉分子的重排列。一般蛋白质含量越高，高静压处理压力相对较低，100～200MPa的压力范围一般被认为是蛋白质改性的压力条件，本发明中结合冷冻，为了同时保证冰晶的形成，选取150～200MPa进行处理，增加了米饭复热后的蛋白质消化率。一般直链淀粉含量越高，采用相对更高的超声强度进行处理，以保证尽可能多的细小冰晶在尽可能短的时间内形成，从而更加有效阻止淀粉分子的重排，虽然一般超声强度越大，对品质的损害亦越大，但是前期的高压处理对蛋白质之类的品质已有所改善，及瞬间的高压释放引起的瞬间大量晶核的形成，对品质已有所保护。浸渍过程为晶体生长的阶段，保证冰晶的完全形成，同时给予的超声波处理，又抑制了大冰晶的形成及促进了更多晶核的形成，以更加保证细小均匀的冰晶充斥在米饭颗粒内，形成的冰晶尺寸绝大部分都在30μm左右，保证微观结构的同时，在淀粉链间、枝状间形成的冰晶屏障，可有效阻止链间的交联及重组，即阻止了淀粉分子的重排列。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)采用本发明的方法，冻结速度得到大大提高，相比单独使用高静压冷冻、超声波冷冻、分别节省了5％、10％及以上的时间(p<0.05)，相比常规浸渍冷冻更是大大节省了时间(p<0.01)，约25％及以上，得到更佳品质的食品。并且复热时，穿过最大老化带时间短，品质进一步得到保证。

(2)本发明的方法得到的冷冻米饭晶体更细小、数量更多、分布更均匀，冷冻米饭内的水形成尽可能多的冰晶，甚至能完全形成冰晶，无其他相态的水存在，保证了微观结构的完整性。形成的晶体只有10％以下达到50μm或以上，绝大部分都是30μm左右，且90％以上的冰晶在细胞内；而单独使用高静压冷冻、超声波冷冻、常规冷冻的样品产生的晶体尺寸达到50μm或以上则分别有25％、30％、60％或以上，且分别仅有75％、70％、35％或以下的冰晶在细胞内。

(3)本发明的方法得到的冷冻米饭持水能力得到显著提高，保证了复热后米饭的口感。持水能力相比单独使用高静压冷冻、超声波冷冻、常规浸渍冷冻分别提升了5％、8％、20％及以上。

(4)采用本发明的方法，较单独使用高静压冷冻或超声波冷冻进一步减少了老化现象，较常规冷冻老化现象显著改善，抑制了直链淀粉的交联缠绕且局部有序的现象，亦抑制了支链淀粉的重结晶现象。其老化程度较单独使用高静压冷冻、超声波冷冻、常规浸渍冷冻分别降低了7％、9％、25％及以上。所以即使是中、较低直链淀粉含量的大米，也可用于冷冻米饭的加工，增加了大米的加工利用率。

(5)采用本发明的方法，所得速冻米饭的品质(质构、色泽、口感等)明显优于单独使用高静压冷冻或超声波冷冻(p<0.05)，更极显著地高于常压浸渍冷冻。

(6)采用本发明的方法，速冻米饭的蛋白质的体外消化率显著高于单独使用高静压冷冻或超声波冷冻，更极显著高于常压浸渍冷冻(p<0.01)。

附图说明

图1为本发明的实施例的超声波协同高静压冷冻装置示意图。

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为本实施例采用的超声波协同高静压冷冻装置示意图。如图1所示，包括冷凝循环机1、高静压设备2、多个声波换能器5、超声波控制箱6和高静压样品容器；高静压样品容器包括外腔3和内腔4，多个超声波换能器5均布在内腔4与外腔3之间，高静压样品容器的底端设有K型热电偶，用于测量内腔温度。多个超声波换能器5与超声波控制箱6连接，冷凝循环机1与高静压设备2连接，高静静压样品容器置于高静压设备2内部。

本实施的超声波协同高静压速冻米饭的方法，包括以下步骤：

选取较低直连淀粉含量类中的五芳斋糯米(直链淀粉含量为0.40％，蛋白质含量为7.50％)为实验原料，700g大米经过常规洗米后，加1200ml自来水浸泡30min，蒸煮17min左右，电饭煲自动跳档后，继续保温10min左右，舀出放置室温下冷却至常温，采用10*15cm的铝箔包装袋，在0.1MPa下进行真空包装，每袋装100g。于实验开始前的1h打开冷凝循环设备，降温至-18～-20℃，同时在高静压样品容器内注入一定量50％乙醇-水(V:V)溶液；将5袋密封的米饭放入高静压样品容器内，保证液面离样品容器顶端15cm，高静压压力设定为250MPa，增压完成后保压25min；随后即进行2s的卸压操作，卸压完成后仍继续在高静压样品容器内浸渍2min；卸压及浸渍的过程中给予180W、60kHz频率超声波(超声强度为0.13W/cm²)处理，超声处理总时间为25s(每隔10s超声5s)；浸渍完成后立即取出并置于-18℃冷库冻藏。在速冻时间相比常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻，分别节省了约35％、10％、6％左右。此速冻方式得到的米饭内部冰晶有90％分布于细胞内，而且形成的冰晶尺寸只有10％达到50μm或以上，90％的在30μm左右；而单独使用常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻处理的米饭则分别只有30％、60％、65％或以下的冰晶分布在细胞内，形成的冰晶尺寸达到50μm或以上的分别有68％、40％、35％或以上。经4℃解冻，微波(100％输出功率，3.5min)加热后，质构仪测试分析得，TPA参数明显优于常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻，尤其是硬度参数值极显著(p<0.01)低于常压浸渍冷冻，咀嚼度参数值极显著(p<0.01)高于常压浸渍冷冻。持水率较常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻分别显著提升了20％、8％、5％左右。体外蛋白消化率常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻分别显著提升了17％、7％、5％。且差式扫描热量法结果显示出本方法得到的速冻米饭支链淀粉回升晗值储藏7天后比常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻分别降低50％、12％、8％，说明此方式能有效抑制淀粉的老化，降低米饭的回生率。且冻藏6个月后，色泽(白度)无明显变化。

实施例2

选取低直链淀粉含量的国宝桥米(直链淀粉含量16.80％，蛋白质含量9.70％)为实验原料，500g大米经过常规洗米后，加1000ml自来水浸泡200min，蒸煮15min，电饭煲自动跳档后，继续保温12min左右，舀出放置室温下冷却至常温，采用16*24cm的铝箔包装袋，在0.1MPa下进行真空包装，每袋装200g。于实验开始前的1h打开冷凝循环设备，降温至-18～-20℃，同时在高静压样品容器内注入一定量50％乙醇-水(V:V)溶液；将3袋密封的米饭放入样品容器内，保证液面离高静压样品容器顶端10cm，高静压压力设定为180MPa，增压完成后保压20min；随后即进行2s的卸压操作，卸压完成后仍继续在高静压样品容器内浸渍2.5min；卸压及浸渍的过程中给予300W、40kHz频率超声波(超声强度为0.22W/cm²)处理，超声处理总时间为50s(每隔15s超声10s)；浸渍完成后立即取出并置于-18℃冷库冻藏。在速冻时间相比常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻，分别节省了约40％、12％、10％左右。此速冻方式得到的米饭内部冰晶有93％分布于细胞内，而且形成的冰晶尺寸只有约7％达到50μm或以上，约93％的在30μm左右；而单独使用常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻处理的米饭则分别只有33％、68％、74％或以下的冰晶分布在细胞内，形成的冰晶尺寸达到50μm或以上的分别有62％、30％、25％或以上。经4℃解冻，微波(100％输出功率，3.5min)加热后，质构仪测试分析得，TPA参数明显优于常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻，尤其是硬度参数值极显著(p<0.01)低于常压浸渍冷冻，咀嚼度参数值极显著(p<0.01)高于常压浸渍冷冻。持水率较常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻分别显著提升了25％、10％、7％左右。体外蛋白消化率常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻分别显著提升了18％、9％、6％。且差式扫描热量法结果显示出本方法得到的速冻米饭支链淀粉回升晗值储藏7天后比常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻分别降低65％、20％、15％，说明此方式能有效抑制淀粉的老化，降低米饭的回生率。且冻藏6个月后，色泽(白度)无明显变化。

实施例3

本实施的超声波协同高静压速冻米饭的方法，包括以下步骤：选取中直链淀粉含量的粤香粘(直链淀粉含量为29.64％，蛋白质含量为5.75％)为实验原料，1000g大米经过常规洗米后，加1800ml自来水浸泡30min，蒸煮23min左右，电饭煲自动跳档后，继续保温15min，舀出放置室温下冷却至常温，采用20*20cm的铝箔包装袋，在0.1MPa下进行真空包装，每袋装300g。于实验开始前的1h打开冷凝循环设备，降温至-18～-20℃，同时在高静压样品容器内注入一定量50％乙醇-水(V:V)溶液；将4袋密封的米饭放入样品容器内，保证液面离高静压样品容器顶端12cm，高静压压力设定为400MPa，增压完成后保压30min；随后即进行2s的卸压操作，卸压完成后仍继续在高静压样品容器内浸渍3min；卸压及浸渍的过程中给予560W、28kHz频率超声波(超声强度为0.36W/cm²)处理，超声处理总时间为80s(每隔10s超声10s)；浸渍完成后立即取出并置于-18℃冷库冻藏。在速冻时间相比常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻，分别节省了约30％、10％、6％左右。此速冻方式得到的米饭内部冰晶有90％分布于细胞内，而且形成的冰晶尺寸只有约12％达到50μm或以上，约88％的在30μm左右；而单独使用常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻处理的米饭则分别只有70％、62％、28％或以下的冰晶分布在细胞内，形成的冰晶尺寸达到50μm或以上的分别有67％、35％、27％或以上。经4℃解冻，微波(100％微波功率，3.5min)加热后，质构仪测试分析得，TPA参数明显优于常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻，尤其是硬度参数值极显著(p<0.01)低于常压浸渍冷冻，咀嚼度参数值极显著(p<0.01)高于常压浸渍冷冻。持水率较常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻分别显著提升了22％、9％、5％左右。体外蛋白消化率常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻分别显著提升了14％、7％、5％。且差式扫描热量法结果显示出本方法得到的速冻米饭支链淀粉回升晗值储藏7天后比常压浸渍冷冻、超声波冷冻、高静压冷冻分别降低45％、15％、9％，说明此方式能有效抑制淀粉的老化，降低米饭的回生率。且冻藏6个月后，色泽(白度)无明显变化。

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

1.一种超声波协同高静压速冻米饭的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)在高静压样品容器内注入冷凝媒介，打开冷凝循环设备进行预冷；

(5)置于-18～-20℃的冷库中长期贮存。

2.根据权利要求1所述的超声波协同高静压速冻米饭的方法，其特征在于，步骤(2)所述冷凝媒介为冰点低于-20℃的液体。

3.根据权利要求2所述的超声波协同高静压速冻米饭的方法，其特征在于，所述冷凝媒介为体积浓度为30～50％的乙醇溶液。

4.根据权利要求1所述的超声波协同高静压速冻米饭的方法，其特征在于，步骤(3)中所述高静压处理，具体为：

5.根据权利要求2所述的超声波协同高静压速冻米饭的方法，其特征在于，步骤(4)中所述超声波处理，具体为：

采用20～600W、20～80kHz的超声波处理20～100s。

6.根据权利要求5所述的超声波协同高静压速冻米饭的方法，其特征在于，步骤(4)中所述超声波处理，具体为：

7.根据权利要求1所述的超声波协同高静压速冻米饭的方法，其特征在于，步骤(1)所述制备米饭样品，具体为：

大米经过常规洗米后，按重量比1:(1.3～2)加水浸泡20～30min，蒸煮20min，饭煮熟后，舀出放置室温下冷却，在0.1MPa下进行真空包装。