CN110902158A - 一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新材料加工技术领域，公开了一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，利用制备得到的纳米级包覆剂对氧化钙粉末进行包覆，改变了氧化钙的物理以及化学特性，减少热损失，优化了传热速率，将制备得到的包覆氧化钙进行煅烧，进一步形成改性氧化钙热源，显著提高氧化钙的产热速率和产热效率，能够减少反应加热过程中的热量损失，提高氧化钙的安全性和加热效率；本发明能够显著提高氧化钙热源的加热效率，产热稳定，使得单位质量的热源材料放热量提高了2‑3倍，且不易受潮变质，加热均匀，使用过程中不用翻转，解决现有氧化钙热源用量大，单位剂量产热少，热度不均的问题。
Description
技术领域
本发明属于新材料加工技术领域，具体涉及一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法。
背景技术
方便食品之所以深受消费者的欢迎，主要在于其具有食用便捷、口感较好、节省时间等特点，传统的方便食品均属于凉食型，要想获得更好的口感，还需要进行加热处理，因此，仍然有诸多不便之处。随着科技的进步，给人们的生活带来了越来越多的方便。食品加工行业也悄然发生变化。其中自热食物以其速热便捷的优点受到人们的喜爱。
自热食品的诸多优点拓展了其销售空间，成为各行各业人们应急的优先选择。一般自加热技术主要包括热源、激活剂和被加热食品三部分。起到加热作用的热源主要为金属、非金属、化工材料或几种原料的混合物。目前市面上应用最为广泛的热源为氧化钙，作用原理为利用生石灰水和反应所产生的热量来加热食品。其来源丰富，价格便宜，一度成为最为受欢迎的热源，但随着其缺点的暴露，包括，单位剂量产热少，用量大，初始反应温度过高，衰减较快，使用过程中存在安全隐患等问题，逐渐被其它热源材料取代。因此，想要重新树立氧化钙作为食品加热热源的地位，当前需要提高氧化钙热源在自加热食品中的加热效率，降低氧化钙用量，保持加热持续稳定，这对于重新应用氧化钙热源的优势性能具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，大大提高了氧化钙原料的加热效率，有助于氧化钙作为热源在各方面性能上的均衡改善。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，其优选方案为，利用制备得到的纳米级包覆剂对氧化钙粉末进行包覆，改变了氧化钙的物理以及化学特性，减少热损失，优化了传热速率，将制备得到的包覆氧化钙进行煅烧，进一步形成改性氧化钙热源，显著提高氧化钙的产热速率和产热效率，能够减少反应加热过程中的热量损失，再作为热源材料使用；
具体的，包括以下步骤：
包覆剂的制备：称取16.5-17.0克二氧化硅、11.0-13.0克氧化石墨置于研钵中，研磨混合均匀，得到混合研磨物料置于烧杯中，向烧杯中加入100-110毫升超纯水，超声分散10-15分钟，在搅拌下逐滴滴加9-12毫升摩尔浓度为6.0-6.5摩尔/升的盐酸，然后置于60-70℃水浴锅中，向烧杯中加入4.5-5.0毫升质量浓度为28-30%的过氧化氢水溶液，持续搅拌30-40分钟，得到均一悬浮液，向悬浮液中加入16-20毫升质量浓度为10-14%的聚乙二醇水溶液，并使用质量浓度为25-30%的氨水溶液调节混合体系的pH值在9.5-9.8范围，将以上混合物倒入水热反应釜中，在180-190℃下水热反应10-12小时，反应结束后自然冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤4-6次，在60-70℃真空干燥箱中干燥13-15小时，即得所述氧化石墨烯基纳米氧化硅，作为包覆剂使用，得到的氧化石墨烯基纳米氧化硅纯度高、粒度分散均匀，粒径大小在5-10纳米之间。
所述纳米级包覆剂分散性能好，能够完整的包覆氧化钙颗粒，显著提高氧化钙的产热速率和产热效率，能够减少反应加热过程中的热量损失，再作为热源材料使用，使得改性热源性能得到综合提升。
进行包覆：称取1100-1150克氧化钙粉末，置于振动研磨机中研磨至粒径大小在100-150微米之间，置于1.6-1.8倍体积的无水乙醇溶液中，超声分散10-15分钟，向分散液中加入30-35克制备得到的包覆剂和20-22克聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌30-40分钟，在40-50℃真空干燥箱中静置5-7小时，取出进行过滤，在100-105℃下烘干得到包覆氧化钙，置于220-230℃预热的马弗炉中升温煅烧1-2小时，升温速度为1.8-2.0℃/分钟，升温至430-450℃保温煅烧，煅烧结束后以3.6-4.0℃/分钟的速度降温至30-35℃，进行密封包装、干燥存放即可，降温过程中隔离外界冷空气。
采用本方案制备得到的该氧化钙改性热源单位材料的放热量由211kcal/kg提高至570-630kcal/kg，消耗量减少，反应均匀，放热持久，且用水量显著降低，仅为热源材料质量的4.0-4.5%即可，使得氧化钙原料作为自加热热源的性能得到综合提升，提高了氧化钙作为热源的使用安全性和使用效率。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有自热食品中，常用的氧化钙热源加热效率低，耗能高，且加热性能不佳的问题，本发明提供了一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，利用制备得到的纳米级包覆剂对氧化钙粉末进行包覆，改变了氧化钙的物理以及化学特性，减少热损失，优化了传热速率，将制备得到的包覆氧化钙进行煅烧，进一步形成改性氧化钙热源，显著提高氧化钙的产热速率和产热效率，能够减少反应加热过程中的热量损失，再作为热源材料使用，使得改性热源性能得到综合提升，提高氧化钙的安全性和加热效率；本发明能够显著提高氧化钙热源的加热效率，产热稳定，使得单位质量的热源材料放热量提高了2-3倍，且不易受潮变质，加热均匀，使用过程中不用翻转，解决现有氧化钙热源用量大，单位剂量产热少，热度不均的问题，适用于多种食物加热，存贮稳定，安全性能高，使得氧化钙热源用量减轻，便于携带，使用安全方便，拓展了其应用场合，经济效益和安全效益较显著提高。本发明有效解决了现有氧化钙作为热源在自热食品中应用效果不佳的问题，对氧化钙热源进行改性，大大提高了氧化钙原料的加热效率，有助于氧化钙作为热源在各方面性能上的均衡改善，能够实现促进自加热方便速食行业发展以及提高市场竞争力的现实意义，对于氧化钙热源材料性能研究应用具有较高价值，显著促进自热食品加工领域快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为采用本发明的方法加热自热食品与对照组的对比效果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，其优选方案为，利用制备得到的纳米级包覆剂对氧化钙粉末进行包覆，改变了氧化钙的物理以及化学特性，减少热损失，优化了传热速率，将制备得到的包覆氧化钙进行煅烧，进一步形成改性氧化钙热源；
具体的，包括以下步骤：
S1：包覆剂的制备：称取16.5克二氧化硅、11.0克氧化石墨置于研钵中，研磨混合均匀，得到混合研磨物料置于烧杯中，向烧杯中加入100-110毫升超纯水，超声分散10分钟，在搅拌下逐滴滴加9毫升摩尔浓度为6.0摩尔/升的盐酸，然后置于60℃水浴锅中，向烧杯中加入4.50毫升质量浓度为28%的过氧化氢水溶液，持续搅拌30分钟，得到均一悬浮液，向悬浮液中加入16毫升质量浓度为10%的聚乙二醇水溶液，并使用质量浓度为25%的氨水溶液调节混合体系的pH值在9.5-9.8范围，将以上混合物倒入水热反应釜中，在180℃下水热反应10小时，反应结束后自然冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤4次，在60℃真空干燥箱中干燥13小时，即得所述氧化石墨烯基纳米氧化硅，作为包覆剂使用，得到的氧化石墨烯基纳米氧化硅纯度高、粒度分散均匀，粒径大小在5-10纳米之间。
S2：进行包覆：称取1100克氧化钙粉末，置于振动研磨机中研磨至粒径大小在100-150微米之间，置于1.6倍体积的无水乙醇溶液中，超声分散10分钟，向分散液中加入30克制备得到的包覆剂和20克聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌30分钟，在40℃真空干燥箱中静置5小时，取出进行过滤，在100℃下烘干得到包覆氧化钙，置于220℃预热的马弗炉中升温煅烧1小时，升温速度为1.8℃/分钟，升温至430℃保温煅烧，煅烧结束后以3.6℃/分钟的速度降温至30℃，进行密封包装、干燥存放即可，降温过程中隔离外界冷空气。
实施例2
一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，其优选方案为，利用制备得到的纳米级包覆剂对氧化钙粉末进行包覆，改变了氧化钙的物理以及化学特性，减少热损失，优化了传热速率，将制备得到的包覆氧化钙进行煅烧，进一步形成改性氧化钙热源；
具体的，包括以下步骤：
S1：包覆剂的制备：称取16.8克二氧化硅、11.5克氧化石墨置于研钵中，研磨混合均匀，得到混合研磨物料置于烧杯中，向烧杯中加入105毫升超纯水，超声分散12分钟，在搅拌下逐滴滴加10毫升摩尔浓度为6.2摩尔/升的盐酸，然后置于65℃水浴锅中，向烧杯中加入4.8毫升质量浓度为29%的过氧化氢水溶液，持续搅拌35分钟，得到均一悬浮液，向悬浮液中加入18毫升质量浓度为12%的聚乙二醇水溶液，并使用质量浓度为28%的氨水溶液调节混合体系的pH值在9.5-9.8范围，将以上混合物倒入水热反应釜中，在185℃下水热反应11小时，反应结束后自然冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤5次，在65℃真空干燥箱中干燥14小时，即得所述氧化石墨烯基纳米氧化硅，作为包覆剂使用，得到的氧化石墨烯基纳米氧化硅纯度高、粒度分散均匀，粒径大小在5-10纳米之间。
S2：进行包覆：称取1130克氧化钙粉末，置于振动研磨机中研磨至粒径大小在100-150微米之间，置于1.7倍体积的无水乙醇溶液中，超声分散12分钟，向分散液中加入33克制备得到的包覆剂和21克聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌35分钟，在45℃真空干燥箱中静置6小时，取出进行过滤，在102℃下烘干得到包覆氧化钙，置于225℃预热的马弗炉中升温煅烧1.5小时，升温速度为1.9℃/分钟，升温至440℃保温煅烧，煅烧结束后以3.8℃/分钟的速度降温至33℃，进行密封包装、干燥存放即可，降温过程中隔离外界冷空气。
实施例3
一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，其优选方案为，利用制备得到的纳米级包覆剂对氧化钙粉末进行包覆，改变了氧化钙的物理以及化学特性，减少热损失，优化了传热速率，将制备得到的包覆氧化钙进行煅烧，进一步形成改性氧化钙热源；
具体的，包括以下步骤：
S1：包覆剂的制备：称取17.0克二氧化硅、13.0克氧化石墨置于研钵中，研磨混合均匀，得到混合研磨物料置于烧杯中，向烧杯中加入110毫升超纯水，超声分散15分钟，在搅拌下逐滴滴加12毫升摩尔浓度为6.5摩尔/升的盐酸，然后置于70℃水浴锅中，向烧杯中加入5.0毫升质量浓度为30%的过氧化氢水溶液，持续搅拌40分钟，得到均一悬浮液，向悬浮液中加入20毫升质量浓度为14%的聚乙二醇水溶液，并使用质量浓度为30%的氨水溶液调节混合体系的pH值在9.5-9.8范围，将以上混合物倒入水热反应釜中，在190℃下水热反应12小时，反应结束后自然冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤6次，在70℃真空干燥箱中干燥15小时，即得所述氧化石墨烯基纳米氧化硅，作为包覆剂使用，得到的氧化石墨烯基纳米氧化硅纯度高、粒度分散均匀，粒径大小在5-10纳米之间。
S2：进行包覆：称取1150克氧化钙粉末，置于振动研磨机中研磨至粒径大小在100-150微米之间，置于1.8倍体积的无水乙醇溶液中，超声分散15分钟，向分散液中加入35克制备得到的包覆剂和22克聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌40分钟，在50℃真空干燥箱中静置7小时，取出进行过滤，在105℃下烘干得到包覆氧化钙，置于230℃预热的马弗炉中升温煅烧2小时，升温速度为2.0℃/分钟，升温至450℃保温煅烧，煅烧结束后以4.0℃/分钟的速度降温至35℃，进行密封包装、干燥存放即可，降温过程中隔离外界冷空气。
采用本发明制备得到的改性氧化钙热源作为自加热米饭的加热热源，进行加热，同时以常规的氧化钙热源加热处理作为对照组，比较自加热米饭的升温情况，结果如图1所示。
本发明有效解决了现有氧化钙作为热源在自热食品中应用效果不佳的问题，对氧化钙热源进行改性，大大提高了氧化钙原料的加热效率，有助于氧化钙作为热源在各方面性能上的均衡改善，能够实现促进自加热方便速食行业发展以及提高市场竞争力的现实意义，对于氧化钙热源材料性能研究应用具有较高价值，显著促进自热食品加工领域快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。
Claims (6)
1.一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，其特征在于，利用制备得到的纳米级包覆剂对氧化钙粉末进行包覆，将制备得到的包覆氧化钙进行煅烧，进一步形成改性氧化钙热源；包括以下步骤：
（1）称取16.5-17.0克二氧化硅、11.0-13.0克氧化石墨置于研钵中，研磨混合均匀，得到混合研磨物料置于烧杯中，向烧杯中加入100-110毫升超纯水，超声分散10-15分钟，在搅拌下逐滴滴加9-12毫升盐酸，然后置于60-70℃水浴锅中，向烧杯中加入4.5-5.0毫升过氧化氢水溶液，持续搅拌30-40分钟，得到均一悬浮液，向悬浮液中加入16-20毫升聚乙二醇水溶液，并使用质量浓度为25-30%的氨水溶液调节混合体系的pH值在9.5-9.8范围，将以上混合物倒入水热反应釜中，在180-190℃下水热反应10-12小时，反应结束后自然冷却至室温，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤4-6次，在60-70℃真空干燥箱中干燥13-15小时，即得所述包覆剂；
（2）称取1100-1150克氧化钙粉末，置于振动研磨机中研磨至粒径大小在100-150微米之间，置于1.6-1.8倍体积的无水乙醇溶液中，超声分散10-15分钟，向分散液中加入30-35克制备得到的包覆剂和20-22克聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌30-40分钟，在40-50℃真空干燥箱中静置5-7小时，取出进行过滤，在100-105℃下烘干得到包覆氧化钙，置于220-230℃预热的马弗炉中升温煅烧1-2小时，升温速度为1.8-2.0℃/分钟，升温至430-450℃保温煅烧，煅烧结束后以3.6-4.0℃/分钟的速度降温至30-35℃，进行密封包装、干燥存放即可。
2.如权利要求1所述一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，其特征在于，所述包覆剂粒径大小在5-10纳米之间。
3.如权利要求1所述一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，其特征在于，步骤（1）所述盐酸摩尔浓度为6.0-6.5摩尔/升。
4.如权利要求1所述一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，其特征在于，步骤（1）所述过氧化氢水溶液质量浓度为28-30%。
5.如权利要求1所述一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，其特征在于，步骤（1）所述聚乙二醇水溶液质量浓度为10-14%。
6.如权利要求1所述一种提高氧化钙热源在自热食品中的加热效率的方法，其特征在于，步骤（2）所述煅烧结束后，降温过程中隔离外界冷空气。
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| PB01 | Publication | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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