CN109393297A - 一种降低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，涉及一种降低米饭真空预冷过程中水分损失的方法，其方法是将经过低温处理的金属冰铺设在蒸煮后的米饭上，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，预冷后金属冰可以再次经过低温处理后可进行回收，以便下一次使用，从而达到无限次的循环利用。本发明不仅可以使得米饭获得相当快速的冷却速率，同时又能降低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，预冷结束后的金属冰还能够做到循环利用，从而可以有效降低运行成本。
Description
技术领域
本发明属于食品加工技术，涉及一种降低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：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）。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种降低米饭真空预冷过程中水分损失的方法，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，预冷时间也快于真空预冷所需的时间；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，同样还能够获得较为理想的米饭色泽。
本发明所述的一种降低米饭真空预冷过程中水分损失的方法，包括：用经过低温处理的金属冰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。
本发明利用低温处理的金属冰覆盖在蒸熟后的米饭上，低温金属冰覆盖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，所以不仅可以大大降低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，金属冰相对于普通的水（直接喷）而言也具有明显的优势，金属冰由于无水分释放出来所以不会对米饭导致二次污染，而且对米饭的色泽影响也很小。当然，金属冰可以无限次地循环利用也是其另一更突出的优势。
技术方案
将金属冰均匀地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，降低冷凝器的温度，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，所述金属冰是经过低温和消毒处理后的。
进一步地，金属冰由内置载冷剂和不锈钢外壁所组成，内置载冷剂灌入至空心不锈钢槽内部后，上表面通过用不锈钢来进行焊接密封；优选地，所有不锈钢外壁均为304不锈钢材质，且壁厚为0.4mm。
进一步地，内置载冷剂为海藻酸钠、氯化钠和水的混合物，其中海藻酸钠的比例为1～3%，氯化钠的比例为10～15%，水余量。
进一步地，内置载冷剂的制备方法为：先将海藻酸钠完全溶解在沸水中，再将氯化钠逐渐添加其中并搅拌至溶解，冷却后制成特定的载冷剂。
进一步地，金属冰需先用自来水清洗干净，然后放入-18±2℃的冷库中预冷2～3h，满足载冷剂温度达到-5±2℃，然后用75%的酒精消毒1min，再用4±1℃自来水冲洗2min。
进一步地，真空预冷前，低温和消毒处理后的金属冰的添加量和米饭的重量比为2:1至3:1。
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，金属冰可以回收，再经过冷处理后又循环利用。
本发明的技术效果在于：
1）低温和消毒处理后的金属冰，均匀覆盖在蒸煮后的米饭上能够快速快速降低米饭表面的温度，特别是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，经过低温处理后的金属冰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（金属冰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），而且可以辅助真空预冷加快降温速率（金属冰能够与米饭进行热传导）。金属冰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（真空预冷降温与水分损失存在正相关），相对于普通真空预冷而言，金属冰辅助真空预冷实现了更小的水分损失，且极大降低了对米饭色泽的影响，使得预冷后的米饭具有较好的色泽，并且通过对金属冰特定载冷剂以及金属冰添加比例的选择，实现了较好的真空预冷效果。
（3）金属冰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）金属冰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问题，特别是当米饭处于较高温阶段（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）金属冰其固体特性可以无限次地循环使用。
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）金属冰需先用自来水清洗干净，然后放入-18±2℃的冷库中预冷2～3h（满足载冷剂温度达到-5±2℃），然后用75%的酒精消毒1min，再用4±1℃自来水冲洗2 min。其中，具体实施例1中金属冰中载冷剂的组成的比例为12.5%的氯化钠、85.5%水和2%的海藻酸钠。金属冰与米饭的重量比为2.5:1。同时，实施例2、3中“金属冰辅助真空预冷”的操作条件与实施例1中“金属冰辅助真空预冷”的操作条件相同。
（3）将低温和消毒处理的金属冰按2.5:1（金属冰与米饭重量比）的比例添加到蒸煮后的米饭中，中间用单层纱布进行隔离。然后把装有金属冰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0.2min-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6.5mbar。
（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金属冰辅助真空预冷操作条件相同（压强下降速率、冷凝器温度等）。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金属冰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，比较例中金属冰辅助真空预冷（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。金属辅助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 | 金属冰辅助真空预冷 |
| 水分损失率（%） | 3.69±0.33 | 8.29±0.26 | 1.89±0.24 |
从表1可以获知，金属冰辅助真空预冷导致米饭损失为1.89%，而风冷和真空预冷的水分损失分别为3.69%和8.29%。不难发现金属冰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（低温0±2℃，贮藏3d）
| 色差参数 | 风冷 | 真空预冷 | 金属冰辅助真空预冷 |
| L* | 73.25±1.24 | 63.19±1.34 | 72.33±0.45 |
| a* | -1.35±0.22 | -1.43±0.25 | -1.31±0.08 |
| b* | 7.24±0.46 | 8.13±0.35 | 7.54±0.07 |
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，金属冰辅助真空预冷的米饭在色泽上和风冷更为接近，由此说明金属冰辅助真空预冷后的米饭有较好的色泽，特别是在亮度值L*上，说明金属冰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，不同的是金属冰的添加量，为了形成对比和确定最佳的比例，我们选择了金属冰与米饭的重量比例分别为1:1和4:1来做比较，结果如表3所示：随着金属冰的添加虽然能够有效改善水分损失和降低预冷时间，但并非越多越好，当增加量达到4:1时，可能由于重力作用反而稍微地增加了预冷时间。当然，众所周知的是金属冰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金属冰与米饭重量比例能有效地降低了米饭水分损失率、预冷时间及色泽影响。其中，金属冰载冷剂的比例范围为12.5%氯化钠、85.5%水和2%的海藻酸钠。
表3 不同金属冰添加量对米饭水分损失、预冷时间和色差的影响低温（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
实施例3与实施例1的操作方法相同，不同的是金属冰中的载冷剂，为了形成对比，我们选择了多种比例的载冷剂作为比较，如表4中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ，而本实施例中使用的是12.5%氯化钠、85.5%水和2%的海藻酸钠（Ⅲ）。结果如表4所示：载冷剂不同也会导致结果之间存在差异，从表4的数据结果可以推测过高或者过低的海藻酸钠及氯化钠含量都会导致米饭预冷过程中参数及色泽的变化。金属冰中载冷剂III较其他载冷剂比例而言具有更低的水分损失率和预冷时间，其他指标如色泽方面则无明显差别。上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的载冷剂组成比例能有效地降低了米饭水分损失率、预冷时间及色泽影响。
表4 金属冰中不同载冷剂对米饭水分损失、预冷时间和色差的影响（0±2℃，贮藏3d）
| 指标 | Ⅰ | Ⅱ* | Ⅲ | Ⅳ | Ⅴ |
| 水分损失率（%） | 2.36±0.23 | / | 1.89±0.24 | 2.56±0.16 | 1.92±0.16 |
| 预冷时间（min） | 24.5±3.0 | / | 22.5±1.5 | 24.5±1.5 | 25.5±3.0 |
| L* | 70.65±1.31 | / | 72.33±0.45 | 72.26±0.46 | 71.33±0.49 |
| a* | -1.28±0.21 | / | -1.31±0.08 | -1.39±0.15 | -1.40±0.13 |
| b* | 7.77±0.35 | / | 7.54±0.07 | 7.49±0.14 | 7.77±0.16 |
备注：L*：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。上图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，其中Ⅰ：载冷剂组成比例(12.5%氯化钠、87%水和0.5%的海藻酸钠)；Ⅱ：载冷剂组成比例(12.5%氯化钠、83.5%水和4%的海藻酸钠)；Ⅲ：载冷剂组成比例(12.5%氯化钠、85.5%水和2%的海藻酸钠)；Ⅳ：载冷剂组成比例(7.5%氯化钠、90.5%水和2%的海藻酸钠)；Ⅴ：载冷剂组成比例(17.5%氯化钠、80.5%水和2%的海藻酸钠)；*：表示制作困难。
从质量安全的角度上不难发现，消毒后的金属冰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。
上述结果表明金属冰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 (10)
1.一种降低米饭真空预冷过程中水分损失的方法，其特征在于：将金属冰均匀地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，降低冷凝器的温度，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。
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：所述金属冰是经过低温和消毒处理后的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：金属冰由内置载冷剂和不锈钢外壁所组成，内置载冷剂灌入至空心不锈钢槽内部后，上表面通过用不锈钢来进行焊接密封；优选地，所有不锈钢外壁均为304不锈钢材质，且壁厚为0.4mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：内置载冷剂为海藻酸钠、氯化钠和水的混合物，其中海藻酸钠的比例为1～3%，氯化钠的比例为10～15%，水余量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：内置载冷剂的制备方法为：先将海藻酸钠完全溶解在沸水中，再将氯化钠逐渐添加其中并搅拌至溶解，冷却后制成特定的载冷剂。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：金属冰需先用自来水清洗干净，然后放入-18±2℃的冷库中预冷2～3h，满足载冷剂温度达到-5±2℃，然后用75%的酒精消毒1min，再用4±1℃自来水冲洗2 min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：真空预冷前，低温和消毒处理后的金属冰的添加量和米饭的重量比为2:1至3:1。
9.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。
10.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，金属冰可以回收，再经过冷处理后又循环利用。
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| JPH03125880A (ja) * | 1989-10-06 | 1991-05-29 | Isao Namiki | メタルアイス |
| CN101331971A (zh) * | 2008-08-07 | 2008-12-31 | 上海海洋大学 | 一种减小真空冷却过程中米饭水分损失的方法 |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 周前等: "《冷库技术》", 30 September 2018 * |
| 孙玥等: "抗冻保护剂在冷冻面食中的应用", 《粮食加工》 * |
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