一种变频超声辅助冷冻面团的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冷冻食品技术领域,特别涉及一种变频超声辅助冷冻面团的方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 食品冻藏技术是通过降低温度以及改变食品中水的形态的方式,来抑制微生物及 酶类的活动和降低食品基质中的活性,从而防止食品腐败,保持食品的新鲜度和营养价值。
[0003] 目前,食品快速冷冻技术如风冷、平板接触、循环盐水、液氮冷冻等方法也有长足 发展。此外,超声波辅助冷冻、超高压辅助冷冻、电场辅助冷冻等新型冷冻方式也在进行着 从实验室逐渐走向工业化的探索。
[0004] 超声波是频率高于20kHz的声波,其空化效应和热效应使其在微小元件清洗、物 品加热等领域得到广泛的应用。超声波辅助冷冻的原理是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。
[0005] 2013年,HuFen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, 探宄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。
[0006] 超声波多用于清洗和检测,如中国专利ZL201280003822. 4公布了一种超声波清 洗装置和超声波清洗方法;ZL201220010620.X介绍了一种超声波加热仪;近年来,超声波 也在超声辅助冷冻方面有了长足的发展,中国专利ZL201310100261. 6介绍了变频超声波 强化提高荔枝冷冻速度与品质的方法;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方法。
[0007] 面食是我国主食之一,由于运输和贮藏的需要,冷冻面食成为市场上重要部分,但 由于现有面食冷冻技术有限,冷冻面食的风味口感不佳、蒸煮损失大、营养流失严重。本发 明介绍的微波辅助面食冷冻能有效保持面食的原始风味和品质,最大限度减小冷冻过程对 面食品质的影响。
[0008] 综上所述,采用现有的冷冻面团的方法的缺陷在于:传统方法冻结的面团会产生 较大的冰晶,对面食的结构产生破坏,从而解冻吐水、蒸煮变形且口感不佳。此外,现有的新 型冷冻方法各有弊端,超高压辅助冷冻对设备要求高且设备昂贵,不利于工业大量生产。
【发明内容】
[0009] 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变频超声辅助 冷冻面团的方法,通过超声波辅助浸渍冷冻来提高冷冻面团的质量:减小面团冰晶的大小, 从而将汁液流失率、营养损失以及对口感的破坏降低到最小。
[0010] 本发明的另一目的在于提供实现上述变频超声辅助冷冻面团的方法的装置。
[0011] 本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0012] 一种变频超声辅助冷冻面团的方法,包括以下步骤:
[0013] (1)对面团进行发酵;
[0014] (2)对发酵好的面团进行浸渍冷冻,冷冻循环液的温度为-20°c~-25°c;浸渍冷 冻过程中,当面团的中心温度达到-1°C~-3°C时,启用频率为60kHz~80kHz的超声波进 行辅助冷冻;当面团的中心温度达到_3°C~_5°C时,启用频率为20kHz~50kHz的超声波 进行辅助冷冻,直至面团的中心温度达到18 °C后,停止超声,停止浸渍,对面团进行冷藏。
[0015] 步骤(2)所述频率为60kHz~80kHz的超声波,功率为1000W,工作周期为IOs;每 个工作周期内,工作3s,停止7s;或者
[0016] 每个工作周期内,工作4s,停止6s。
[0017] 步骤(2)所述频率为20kHz~50kHz的超声波,功率为1000W,工作周期为IOs;每 个工作周期内,工作3s,停止7s;或者
[0018] 每个工作周期内,工作4s,停止6s。
[0019] 步骤(1)所述对面团进行发酵,具体为:
[0020] 在面团发酵过程中,使用超声波检测超声波在面团发酵过程中的衰减△a,当超 声波的衰减Aa达到1~2时,将面团周围紧密包裹食品级保鲜袋,进行步骤(2);
[0021] 其中,
[0022] t为发酵刚开始的时刻,h为进行超声波检测的时刻,L为待检测面团的厚度,A0 为超声波的边缘信号强度;f(t)为t时刻检测到的超声波的强度衰减系数;f_为ti时刻检 测到的超声波的强度衰减系数。
[0023] 所述L为I. 5mm~3mm〇
[0024] 所述冷冻循环液为乙醇-丙二醇水溶液或质量浓度为55%的酒精水溶液。
[0025] 实现所述的变频超声辅助冷冻面团的方法的变频超声辅助冷冻面团的装置,其特 征在于,包括超声波辅助冷冻槽,所述超声波辅助冷冻槽包括超声波处理腔、超声波换能 器、带有铠式头的热电偶、温度记录仪、超声波控制面板;
[0026] 所述声波换能器设于超声波处理腔的下方,与超声波控制面板连接;
[0027] 所述带有铠式头的热电偶与温度记录仪连接。
[0028] 所述的变频超声辅助冷冻面团的装置,还包括超声波衰减检测器;所述超声波衰 减检测器包括丙烯酸托盘、超声波换能器、脉冲发生器、电脑和信号接收器;所述丙烯酸托 盘包括上部和下部,被测面团夹于上部和下部之间;所述超声波换能器为两个,分别设于丙 烯酸托盘的上部的上方及丙烯酸托盘的下部的下方;脉冲发生器与其中一个超声波换能器 连接,另一个声波换能器与信号接收器连接;所述信号接收器连接分别与电脑、脉冲发生器 连接。
[0029] 与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:
[0030]I、本发明的变频超声辅助冷冻面团的方法可以控制冷冻成核时间,且相比传统平 板接触冷冻减小冰晶的粒径大小达25%以上从而保证了产品解冻后无吐水现象,保持原始 风味,蒸煮不变形。
[0031] 2、本发明提高了冷冻效率并且使冷冻腼腆具有更好的微观结构。
[0032] 3、本发明在发酵过程中加入了检测环节,掌控了从发酵过程过渡到冷冻过程的最 佳时机,使出品质3;稳定可控。
[0033] 4、本发明结合超声检测设备和超声波辅助冷冻设备,实现了效益最大化,最大程 度保证冷冻产品质量。
【附图说明】
[0034]图1为本发明的实施例1的变频超声辅助冷冻面团的装置示意图。
[0035] 图2为本发明的实施例1的超声波衰减检测器。
[0036] 图3为本发明的实施例2制备得到的冷冻面团和对照组的冰晶的粒径大小分布 图。
[0037] 图4为本发明的实施例3制备得到的冷冻面团和对照组的冰晶的粒径大小分布 图。
【具体实施方式】
[0038] 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。
[0039] 实施例1
[0040] 本实施例的变频超声辅助冷冻面团的装置如图1所示,包括超声波辅助冷冻槽和 超声波衰减检测器4 ;所述超声波辅助冷冻槽包括超声波处理腔2、超声波换能器3、带有铠 式头的热电偶5、温度记录仪6、超声波控制面板7 ;所述超声波处理腔2设有冷冻液循环出 口 1和冷冻液循环入口 8。所述声波换能器设于超声波处理腔的下方,与超声波控制面板连 接;所述带有铠式头的热电偶与温度记录仪连接。
[0041] 如图2所示,所述超声波衰减检测器包括丙烯酸托盘42、超声波换能器41、脉冲发 生器44、电脑45、信号接收器46 ;所述丙烯酸托盘包括上部和下部,被测面团43夹于上部 和下部之间;所述超声波换能器为两个,分别设于丙烯酸托盘的上部的上方及丙烯酸托盘 的下部的下方;脉冲发生器与其中一个超声波换能器连接,另一个声波换能器与信号接收 器连接;所述信号接收器连接分别与电脑、脉冲发生器连接。
[0042] 下面对处理装置各组成部分做详细的介绍:
[0043] 冷冻液循环出口:乙醇-丙二醇水溶液(冻结点_38°C)或55%酒精水溶液(冻结 点_40°C)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-20 °C~-25 °C的低温。
[0044] 超声波处理腔:内装满冷冻液,为面团提供浸渍冷冻环境。同时作为超声波的发出 设备对进行超声处理。
[0045] 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。
[0046] 超声波衰减检测器:自行组装设备,在发酵过程中,随机定时抽取2g~4g面团做 检测,若Aa达到1~2,检测器升起。
[0047] 带有铠式头的热电偶:热电偶可准确测量面团中心的温度,当温
度达到 0°C~-3°C时,60kHz~80kHz超声波启动,当温度达到-3°C~-5°C时,20kHz~50kHz超声 波启动,知道中心温度达到-18°C停止。铠式头可给予热电偶一定的硬度,使热电偶在物体 中不至于变形。
[0048] 温度记录仪:连接热电偶和电脑,有效传递温度数据。
[0049] 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。
[0050] 冷冻液循环入口:处理开始之前,打开循环冷冻液入口,待冷冻液面与待处理样品 齐平时,打开出口,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-20°C~-25°C。
[0051] 超声波换能器:超声发出方向与被测面团垂直。
[0052] 丙烯酸托盘:将待测面团压倒固定的厚度L,且超声波透过性良好。
[0053] 脉冲发生器:向超声波换能器提供能量。
[0054] 示波器和电脑:用于直观显示超声波强度的衰减和数据处理。
[0055] 信号接收器:接受边缘信号和经过衰减的信号。
[0056] 本实施例的变频超声辅助冷冻面团的方法,具体步骤如下:
[0057] 取原料:面粉500g、盐10g、酵母20g、水300g放入搅拌器均匀。紧接着将面团放 入80cm*60cm*30cm超声波处理腔中,静置,等待面团醒发。同时将冷冻液循环出口和入口 接在型号为HRS-140F的制冷机上,设置温度-23°C,开启设备预冷。用50kHz,500W的超声 波进行检测,当Aa达到1. 5时,开启冷冻液循环出口和入口,流量为6L/min。当面团中心 温度达到〇°C时,开启70kHz,1000W超声,以IOs为一个工作周期,超声工作3s,停止7s。待 面团中心温度达到-3°C,将超声频率转换为20kHz,待面团中心温度达到-18°C时,停止超 声,取出面团。将其放入冻藏室。对照组为未进行气孔大小检测的样品,定时在醒发30min 后进行超声辅助冷冻,其他条件一样。研宄本发明和对照组的冷冻曲线发现,对照组中心温 度由〇°C降低到_18°C用时比本发明多70%,分析原因可能为,当面团气孔数量不够大时, 超声波产生的热不能及时排出,反而减慢了冷冻速率。
[0058] 其中,
[0059] t为发酵刚开始的时刻,h为进行超声波检测的时刻,L为待检测面团的厚度,取 值范围为I. 5mm~3mm,Atl为超声波的边缘信号强度;f(t)为t时刻检测到的超声波的强度 衰减系数;f(tl)Sti时刻检测到的超声波的强度衰减系数。
[0060] 实施例2
[0061] 取原料:面粉500g、盐10g、酵母20g、水300g放入搅拌器均匀。紧接着将面团放 入80cm*60cm*30cm超声波辅助冷冻仪器中,静置,等待面团醒发。同时将冷冻液循环出口 和入口接在型号为HRS-140F的制冷机上,设施温度-23°C,开启设备预冷。用50kHz,700W 的超声波进行检测,当Aa达到2时,开启冷冻液循环出口和入口,流量为6L/min。当面团 中心温度达到_1°C时,开启80kHz,1000W超声波,以IOs为一个工作周期,超声工作3s,停 止7s。待面团中心温度达到-4°C,将超声频率转换为20kHz,待面团中心温度达到。-18°C 时,停止超声,取出面团。将其放入冻藏室。经过切片观察,与普通的_20°C平板接触冷冻, 本发明样品冰晶平均粒径大小仅17. 6ym,为对照的34%,且经过R统计软件统计冰晶的粒 径大小分布得出(如图3所示),用变强度微波辅助的冷冻样品冰晶大小分布均匀,标准差 仅为4. 96ym,而对照组的冰晶大小分布不均,标准差为34. 05ym。
[0062] 实施例3
[0063] 取原料:面粉500g、盐10g、酵母20g、水300g放入搅拌器均匀。紧接着将面团放 入80cm*60cm*30cm超声波辅助冷冻仪器中,静置,等待面团醒发。同时将冷冻液循环出口 和入口接在型号为HRS-140F的制冷机上,设施温度-23°C,开启设备预冷。用50kHz,1000W 的超声波进行检测,当Aa达到1.5时,开启冷冻液循环出口和入口,流量为6L/min。当面 团中心温度达到-2°C时,开启80kHz,1000W超声波,以IOs为一个工作周期,超声工作4s, 停止6s。待面团中心温度达到-5°C,将超声频率转换为40kHz,待面团中心温度达到-18°C 时,停止超声,取出面团。将其放入冻藏室。对照组为未进行气孔大小检测的样品,定时在 醒发90min后进行超声辅助冷冻,其他条件一样。研宄本发明和对照组的冷冻曲线发现,对 照组中心温度由〇°C降低到-18°C用时比本发明多63%,且经过切片分析,本发明样品中冰 晶平均粒径大小仅22. 5ym,为对照的73 %,且经过R统计软件统计冰晶的粒径大小分布得 出,用变强度微波辅助的冷冻样品冰晶大小分布均匀,标准差仅为8.33ym,而对照组的冰 晶大小分布不均,标准差为20. 19ym。图4用R软件直观地表达了实验组和对照组的冰晶 平均大小及的统计学分布概况。
[0064] 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。
【主权项】
1. 一种变频超声辅助冷冻面团的方法,其特征在于,包括以下步骤: (1) 对面团进行发酵; (2) 对发酵好的面团进行浸渍冷冻,冷冻循环液的温度为-20°C~-25°C;浸渍冷冻过 程中,当面团的中心温度达到-1°C~_3°C时,启用频率为60kHz~80kHz的超声波进行辅 助冷冻;当面团的中心温度达到-3°C~_5°C时,启用频率为20kHz~50kHz的超声波进行 辅助冷冻,直至面团的中心温度达到18 °C后,停止超声,停止浸渍,对面团进行冷藏。2. 根据权利要求1所述的变频超声辅助冷冻面团的方法,其特征在于,步骤(2)所述频 率为60kHz~80kHz的超声波,功率为1000W,工作周期为10s;每个工作周期内,工作3s, 停止7s;或者 每个工作周期内,工作4s,停止6s。3. 根据权利要求1所述的变频超声辅助冷冻面团的方法,其特征在于,步骤(2)所述频 率为20kHz~50kHz的超声波,功率为1000W,工作周期为10s;每个工作周期内,工作3s, 停止7s;或者 每个工作周期内,工作4s,停止6s。4. 根据权利要求1所述的变频超声辅助冷冻面团的方法,其特征在于,步骤(1)所述对 面团进行发酵,具体为: 在面团发酵过程中,使用超声波检测超声波在面团发酵过程中的衰减△a,当超声波 的衰减Aa达到1~2时,将面团周围紧密包裹食品级保鲜袋,进行步骤(2); 其中,t为发酵刚开始的时刻,h为进行超声波检测的时刻,L为待检测面团的厚度,A^为超 声波的边缘信号强度;fa)为t时刻检测到的超声波的强度衰减系数;f_为ti时刻检测到 的超声波的强度衰减系数。5. 根据权利要求4所述的变频超声辅助冷冻面团的方法,其特征在于,所述L为 1. 5mm~ 3mm〇6. 根据权利要求1所述的变频超声辅助冷冻面团的方法,其特征在于,所述冷冻循环 液为乙醇-丙二醇水溶液或质量浓度为55%的酒精水溶液。7. 实现权利要求1~6任一项所述的变频超声辅助冷冻面团的方法的变频超声辅助冷 冻面团的装置,其特征在于,包括超声波辅助冷冻槽,所述超声波辅助冷冻槽包括超声波处 理腔、超声波换能器、带有铠式头的热电偶、温度记录仪、超声波控制面板; 所述声波换能器设于超声波处理腔的下方,与超声波控制面板连接; 所述带有铠式头的热电偶与温度记录仪连接。8. 根据权利要求7所述的变频超声辅助冷冻面团的装置,其特征在于,还包括超声波 衰减检测器;所述超声波衰减检测器包括丙烯酸托盘、超声波换能器、脉冲发生器、电脑和 信号接收器;所述丙烯酸托盘包括上部和下部,被测面团夹于上部和下部之间;所述超声 波换能器为两个,分别设于丙烯酸托盘的上部的上方及丙烯酸托盘的下部的下方;脉冲发 生器与其中一个超声波换能器连接,另一个声波换能器与信号接收器连接;所述信号接收 器连接分别与电脑、脉冲发生器连接。
【专利摘要】本发明公开了一种变频超声辅助冷冻面团的方法,包括以下步骤:(1)对面团进行发酵;(2)对发酵好的面团进行浸渍冷冻,冷冻循环液的温度为-20℃~-25℃;浸渍冷冻过程中,当面团的中心温度达到-1℃~-3℃时,启用频率为60kHz~80kHz的超声波进行辅助冷冻;当面团的中心温度达到-3℃~-5℃时,启用频率为20kHz~50kHz的超声波进行辅助冷冻,直至面团的中心温度达到18℃后,停止超声,停止浸渍,对面团进行冷藏。本发明提高了冷冻效率并且使冷冻腼腆具有更好的微观结构。本发明能够改善面团的冷冻品质:使其内部冰晶个体变小,数量变多,从而改善了冷冻面团的质量。
【IPC分类】A23L3/375, A23L3/30
【公开号】CN104905382
【申请号】CN201510304133
【发明人】孙大文, 张孜, 朱志伟, 蒲洪彬, 曾新安
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月5日