CN109393296B - 一种改善米饭真空预冷过程中水分损失的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于米饭低温保藏的方法，涉及一种改善米饭真空预冷过程中水分损失的方法，其方法是将一种经过轻微冻结（表面微结冰，冰晶厚度达到1～2 mm）的可食性水球放在蒸煮后的米饭上，中间用单层湿纱布隔离，然后一并转移至真空预冷机中进行预冷，开启真空预冷机的制冷系统，再打开真空泵并控制压强下降速率，使得米饭在真空环境下快速冷却，预冷后可食性水球可进行回收，然后再经过微冻又可以进行下一次使用，从而达到循环利用。本发明不仅可以使得米饭获得快速的冷却速率，同时又能改善其在真空预冷过程中的水分损失，且还保持了米饭较高的色泽品质，最后，预冷结束后的可食性水球还能够做到循环利用，从而可以有效减少运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善米饭真空预冷过程中水分损失的方法。
背景技术
真空预冷主要是通过改善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：CN 101331971A）。
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改善其品质，而且也会极大地增加微生物污染的风险（二次污染）。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种改善米饭真空预冷过程中水分损失的方法，本发明不仅大大减少了米饭从中心温度90℃降至4℃所需的预冷时间，预冷时间和真空预冷几乎相同；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。
本发明所述的一种改善米饭真空预冷过程中水分损失的方法，包括：用经过微冻的可食性水球粒均匀地覆盖在蒸熟后的米饭上，后将它们一并放入真空预冷机的真空箱内进行抽真空冷却。移入真空预冷机后，开启冷凝器，再开启真空泵来持续降低米饭的温度直至达到设定温度。
本发明利用微冻的可食性水球粒均匀地覆盖在蒸熟后的米饭上，微冻后的可食性水球粒堆叠后不仅具有保湿和低温特性，同时又不会阻碍米饭的孔隙率，所以不仅可以大大减少了米饭所需的预冷时间，同时又减少其在预冷过程中的水分损失。同时，可食性水球相对于普通的水（直接喷）而言也具有明显的优势，可食性水球能够有效地避免大量液态水短时间内渗入至米饭中，从而不仅有效地维持了米饭的品质，还避免了二次污染。当然，可食性水球可以循环利用也是其另一更突出的优势。
将可食性水球覆盖在刚蒸煮后的米饭上，然后一并转移至真空预冷机中进行真空预冷，开启真空预冷机的冷凝器，减少冷凝器的温度，再开启真空泵，并控制压强下降速率，使米饭在真空环境下持续冷却，直至达到设定的温度（4℃）。
进一步地，在进行抽真空冷却过程中，压强下降系数控制在0.15 min-1～0.3 min-1的范围之内。
进一步地，所述可食性水球是微冻的。
进一步地，所述的可食性水球为食品级海藻酸钠与食品级乳酸钙的组合物。
进一步地，可食性水球的制作时，将质量分数为1～3 %的海藻酸钠溶液通过半球形容器添加进质量分数为0.3～1.2%的低温乳酸钙溶液中，使其在乳酸钙溶液中形成球形，并在该溶液中维持12h。
进一步地，低温乳酸钙溶液的温度为4±1℃，可食性水球的直径大小为10±2mm。
进一步地，将经过12h固定化后的水球放入-18±2℃的冷库中进行快速冻结，使表面形成1～2 mm的冰晶后立即取出。
进一步地，真空预冷过程中，微冻可食性水球的添加量和米饭的重量比为1:1至2:1。
进一步地，蒸煮后的米饭高度应控制在75±25mm的范围
进一步地，米饭真空预冷结束后，可食性水球可以回收，再经过微冻后又循环利用。
本发明的技术效果在于：
1）可食性水球经过微冻后，在表面形成100μm后的冰晶，均匀覆盖在蒸煮后的米饭上能够快速快速减少米饭表面的温度，特别是抑制水蒸气向外蒸发，从而有效减少水分损失。
2）真空预冷时，经过微冻后可食性水球所具备足够的制冷量（水的比热和相变潜热大）不仅不会影响米饭在真空环境下的降温速率（水球的空隙远大于米饭的空隙，不影响其在真空条件下的降温效果），而且还可以辅助真空预冷加快降温速率（水球能够与米饭进行热传导）。可食性水球对米饭的辅助降温可以减少由真空预冷所引起的降温，即真空预冷不需要完全整个降温段（从90℃到4℃）的降温，从而有助于减少水分的损失（真空预冷降温与水分损失存在正相关），相对于普通真空预冷而言，水球辅助真空预冷实现了更小的水分损失，且极大改善了对米饭色泽的影响，使得预冷后的米饭具有较好的色泽。
3）海藻酸钠作为一种典型的多糖常常被用于抗冻剂，本申请通过大量试验研究，创新性的将其应用于真空预冷，利用其有效地锁住水分释放的速度，这样就能够避免大量的水分在短时间内渗透至米饭中，与喷水真空预冷有明显的区别。此外，通过海藻酸钠与乳酸钙的复配，以及优化的比例选择，取得了较优化的真空预冷效果。
4）预冷后的可食性水球能够进行回收，并且能够再循环利用。
5）微冻较全部冻结而言，可以大大缩短时间，从而提高效率，节省能源。
附图说明
图1为不同预冷方式对米饭的降温曲线。
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
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；P i 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1000 mbar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1000 mbar下降至6.5 mbar所用的时间为8min，则压强下降速率系数为0.629 min-1。而如果压强从1000 mbar下降至6.5 mbar所用的时间为16min，则压强下降速率系数为0.315 min-1。
实施例1
（1）对大米和水的混合物（大米与水的重量比为1：1.5）进行蒸煮，通过控制混合物的重量和容器的大小，使得蒸煮后的米饭高度为200mm、长度和宽度均为1000mm，蒸煮时间为半小时，蒸煮方式为蒸汽蒸煮。
（2）可食性水球用配置好的海藻酸钠溶液和乳酸钙溶液制得，制备好的可食性水球继续放置在乳酸钙溶液中浸渍12 h，使其完全固定化，然后将固定化后的水球放入-18℃的冷库中冻，使得其表面形成1～2 mm的微冰晶（具体实施例1中，海藻酸钠溶液质量分数为2%，乳酸钙溶液质量分数为0.67%，微冻可食性水球与米饭的重量比为1.5：1，微冻可食性水球冻结时间为20min。实施例2、3、4中的“微冻水球辅助真空预冷”与实施例1中的“微冻水球辅助真空预冷”的真空预冷操作条件是一样的）。
（3）将微冻后的可食性冰球按一定比例添加到蒸煮后的米饭中，中间用单层纱布进行隔离。然后把装有可食性水球和米饭的容器一并放入真空预冷机的真空箱内，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0.2 min-1，30 s后启动冷凝器，同时把冷凝温度设定为-5±2℃，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6.5 mbar。
（4）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、真空预冷米饭进行预冷，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可食性水球辅助真空预冷操作条件相同（除添加水球外）。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。
比较实施例所采用的微冻可食性水球辅助真空预冷方法与风冷、真空预冷对米饭的预冷效果，结果见图1和表1、2。同样，比较例中微冻水球辅助真空预冷（重量比和载冷剂比例参数变化）的结果见表3、4所示。
从图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。微冻可食性水球辅助真空预冷与真空预冷有几乎相同的降温速率，且两者均远快于风冷。
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 | 微冻可食性水球辅助真空预冷 |
| 水分损失率（%） | 3.67±0.43 | 8.32±0.23 | 1.40±0.12 |
从表1可以获知，微冻可食性水球辅助真空预冷导致米饭损失为1.40%，而风冷和真空预冷的水分损失分别为3.67%和8.32%。不难发现微冻可食性水球辅助真空预冷较真空预冷而言有明显弥补水分损失的作用，而且也低于风冷引起的水分损失。
表2不同预冷方式对米饭色差的影响（0±2℃，贮藏3d）
| 色差参数 | 风冷 | 真空预冷 | 微冻可食性水球辅助真空预冷 |
| L* | 71.66±1.26 | 65.19±1.12 | 72.18±0.92 |
| a* | -1.23±0.21 | -1.14±0.16 | -1.05±0.15 |
| b* | 7.33±0.54 | 8.47±0.28 | 7.50±0.17 |
备注：字母a、b、c表示横向上的差异性显著P<0.05。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，微冻可食性水球辅助真空预冷的米饭在色泽上和风冷更为接近，特别是L*和b*，由此说明微冻可食性水球辅助真空预冷的米饭有较好的色泽，特别是在亮度值L*上，说明微冻可食性水球辅助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。
实施例2
实施例2的操作方法与实施例1相同，不同的是微冻可食性水球的添加量，为了形成对比和确定最佳的比例，我们选择了微冻可食性水球与米饭的比例分别为0.5:1和3:1来做比较，结果如表3所示：随着微冻可食性水球的添加能够有效地减少水分损失和预冷时间，但并非越多越好，当增加量达到3:1时，尽管获得较理想的水分损失值和预冷时间值，但色泽值L*多大，米饭颜色显得很白，与正常米饭色泽操作较为明显的差异。同时，微冻可食性水球的增加也会增加相应的成本。上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的可食性水球与米饭的重量比例能有效地改善了米饭水分损失率、预冷时间和色泽影响。
表3 不同金属冰添加量对米饭水分损失和色差的影响（0±2℃，贮藏3d）
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。
实施例3
表4 不同海藻酸钠与乳酸钙比例对米饭水分损失和色差的影响（0±2℃，贮藏3d）
| 指标 | Ⅰ | Ⅱ* | Ⅲ | Ⅳ | Ⅴ |
| 水分损失率（%） | 1.83±0.23 | / | 1.40±0.12 | 1.56±0.35 | 2.43±0.19 |
| 预冷时间（min） | 51.5±5.5 | / | 25.5±1.0 | 49.5±1.5 | 24.5±1.5 |
| L* | 77.18±1.59 | / | 72.18±0.92 | 78.19±0.26 | 69.16±0.35 |
| a* | -1.49±0.21 | / | -1.05±0.15 | -1.32±0.18 | -1.21±0.33 |
| b* | 7.98±0.36 | / | 7.50±0.17 | 7.33±0.26 | 7.98±0.23 |
上图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。其中Ⅰ：水球组成比例(0.5%海藻酸钠和0.67%乳酸钙)；Ⅱ：水球组成比例(4%海藻酸钠和0.67%乳酸钙)；Ⅲ：水球组成比例(2%海藻酸钠和0.67%乳酸钙)；Ⅳ：水球组成比例(2%海藻酸钠和0.17%乳酸钙)；Ⅴ：水球组成比例(2%海藻酸钠和1.35%乳酸钙)；*：表示制作困难。
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。
实施例3的操作方法与实施例1相同，不同的是形成水球的海藻酸钠和乳酸钙的比例，为了形成对比，我们选择了另外4种比例作为比较对象，即如上表4所述的Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ，本专利权利要求范围内的具体实施例是Ⅲ。从表4的结果中可以看出，实施例Ⅲ较其他几种比例而言获得了最低的水分损失。而预冷时间方面与Ⅴ的结果相似，但Ⅴ却导致了米饭最大的水分损失率。上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的水球组成比例能有效地减少了米饭水分损失率、预冷时间和色泽影响。
实施例4
表5 不同金属冰添加量对米饭水分损失和色差的影响（0±2℃，贮藏3d）
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。
实施例4的操作方法与实施例1相同，不同的是可食性水球是否需要全部冻结，为了形成对比，我们选择了全部冻结的速冻水球作为比较对象，即如上表5所述，本专利权利要求范围内的具体实施例是表面冻结。从表5的结果中可以看出，全部冻结的可食性水球与微冻可食性水球在水分损失率和预冷时间方面相似，差异不大，然而色泽方面特别是L*值则有非常明显的差异，而颜色过于偏白的米饭反而导致色泽失真。同时从表5中也发现，微冻时间为20min，要远低于全部冻结所花费的时间90min。
上述结果表明微冻可食性水球辅助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，从而大大促进了真空预冷技术在米饭预冷方面的应用。
Claims (6)
1.一种改善米饭真空预冷过程中水分损失的方法，其特征在于：将可食性水球覆盖在刚蒸煮后的米饭上，然后一并转移至真空预冷机中进行真空预冷，开启真空预冷机的冷凝器，减少冷凝器的温度，再开启真空泵，并控制压强下降速率，使米饭在真空环境下持续冷却，直至达到设定的温度；其中，可食性水球为食品级海藻酸钠与食品级乳酸钙的组合物，且可食性水球是微冻的；可食性水球的制作时，将质量分数为1～3 %的海藻酸钠溶液通过半球形容器添加进质量分数为0.3～1.2%的低温乳酸钙溶液中，使其在乳酸钙溶液中形成球形，并在该溶液中维持12h；微冻可食性水球的添加量和米饭的重量比为1:1至2:1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在进行抽真空冷却过程中，压强下降系数控制在0.15 min-1～0.3 min-1的范围之内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：低温乳酸钙溶液的温度为4±1℃，可食性水球的直径大小为10±2mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述微冻是将经过12h固定化后的水球放入-18±2℃的冷库中进行快速冻结，使表面形成1～2 mm的冰晶后立即取出。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：蒸煮后的米饭高度应控制在75±25mm的范围。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：米饭真空预冷结束后，可食性水球可以回收，再经过微冻后又循环利用。
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| 海藻酸钠-钙凝胶特性及其在低脂猪肉糜中应用的研究;罗阳等;《食品工业科技》;20120630;第374-376页 * |
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