专利摘要
本发明属于米饭加工设备领域，涉及一种用于辅助米饭真空预冷的装置。该装置由空心体基板(19)、容置腔(17)以及载冷剂(20)所组成，容置腔(17)内嵌至空心体基板(19)中并垂直贯穿由空心体基板(19)的上下平面，与空心体基板(19)除去容置腔(17)的其他部分形成密封的中空区域，中空区域内填充载冷剂(20)，该装置经低温处理后内置于真空预冷系统中的真空箱(1)中并与真空预冷系统协同完成蒸熟后米饭的预冷。该辅助装置组可以对蒸煮后的米饭进行辅助真空预冷，用于获得快速的预冷速率、低的水分损失和高的色泽指标，同时还可以实现米饭大批量工业化的生产。
权利要求
1.一种用于辅助米饭真空预冷的装置，其特征在于：该辅助装置（12）由空心体基板（19）、容置腔（17）以及载冷剂（20）所组成，容置腔（17）内置于空心体基板（19）中与空心体基板（19）中除去容置腔（17）的其他部分形成密封的中空区域，中空区域内填充载冷剂（20），该装置经低温处理后内置于真空预冷系统中的真空箱（1）中并与真空预冷系统协同完成蒸熟后的米饭的预冷；其中，容置腔（17）内置于空心体基板（19）中并垂直贯穿空心体基板（19）的上下平面，与空心体基板（19）的衔接处进行密封处理，与空心体基板（19）中除去容置腔（17）的其他部分形成所述的密封的中空区域；所述的空心体基板(19)为第一空心长方体或第一空心圆柱体或第一空心正方体；容置腔（17）为第二空心圆柱体或第二空心长方体或空心正方体；第一空心长方体的高度为75±25mm；第二空心圆柱体的直径为5±1mm，高度与第一空心长方体的高度相同为75±25mm，第二空心圆柱体在第一空心长方体内的分布密度为1个/100 mm
2.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于：多个相邻的所述装置（12）中间由螺纹条（11）和固定螺母（18）间隔开，形成相互串联的辅助装置组（7）。
3.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于：空心体基板（19）、容置腔（17）均由不锈钢组成，且不锈钢厚度为0.4mm。
4.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于：空心体基板(19)为第一空心长方体，容置腔（17）为第二空心圆柱体。
说明书
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种用于辅助米饭真空预冷的装置。
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)。由此可知，迫切需要一种能够改善目前米饭真空预冷的方法，特别是真空预冷的优化技术以及相应能够实现产业化的装备。不仅要获得快速预冷、低的水分损失、高的色泽需求，又能够实现大批量的工业化生产需求。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种用于辅助米饭真空预冷的装置，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；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，最后，该装置还能够实现大批量米饭同时预冷的需求，且操作极其方便。
技术方案如下
该装置由空心体基板、容置腔以及载冷剂所组成，容置腔内置于空心体基板中与空心体基板中除去容置腔的其他部分形成密封的中空区域，中空区域内填充载冷剂，该装置经低温处理后内置于真空预冷系统中的真空箱中并与真空预冷系统协同完成蒸熟后的米饭的预冷。
进一步地，容置腔内置于空心体基板中并垂直贯穿空心体基板的上下平面，与空心体基板的衔接处进行密封，与空心体基板中除去容置腔的其他部分处理形成所述的密封的中空区域。
进一步地，多个相邻的所述装置中间由螺纹条和固定螺母间隔开，形成相互串联的辅助装置组。
进一步地，空心体基板、空置腔均由不锈钢组成，且不锈钢厚度为0.4mm。
进一步地，空心体基板为第一空心长方体或第一空心圆柱体或第一空心正方体；容置腔为第二空心圆柱体或第二空心长方体或空心正方体。
进一步地，优选地，空心体基板为第一空心长方体；优选地为第二空心圆柱体。
进一步地，第一空心长方体的高度为75±25mm。
进一步地，第二空心圆柱体的直径为5±1mm，高度为75±25mm。
进一步地，第二空心圆柱体在第一空心长方体内的分布密度为1个/100mm2～1个/1600mm2，彼此之间相隔为10～40mm。
本发明所述的一种用于辅助米饭真空预冷的装置，包括：将蒸煮后的米饭块放入至一种经过低温、消毒处理后的辅助装置组中，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。
本发明利用低温处理后的辅助装置组(不仅具有保湿和低温特性，同时又不会阻碍米饭本身的孔隙率，因为该装置上下平面上含有大量均匀分布的空心圆柱体来预冷刚蒸煮后的米饭，结果表明其不仅可以大大降低米饭预冷所需的时间，同时又减少其在预冷过程中的水分损失。同时，该装置相对于普通的水喷雾而言也具有明显的优势，一是减少了“二次污染”；二是不影响米饭的品质；三是不影响米饭的色泽。当然，还可以无限次地循环利用也是其另一更突出的优势。最后，最为重要的是能够实现大批量的米饭的同时冷却，且操作方便、清洁。
本发明的技术效果在于：
1)低温和消毒处理后的该装置紧贴住米饭，可以快速地降低其表面的温度，有利于抑制水蒸气向外蒸发，从而有效地降低水分损失。
2)真空预冷时，经过低温处理后的该装置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(空心圆柱体提供足够的缝隙)，而且可以辅助真空预冷加快降温速率(不锈钢金属界面能够与米饭进行热传导)。该装置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预冷整个降温段(从90℃到4℃)，从而有助于减少水分的损失(真空预冷降温与样品的水分损失存在正相关)，较好地保持了米饭的品质。通过特定圆柱尺寸以及间隔分布数据的选择，获得了最优的米饭真空预冷效果。
3)该辅助装置组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)该辅助装置组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温度，特别是当米饭处于高温阶段(而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)洁净卫生，操作方便。同时，可以推广实现产业化发展。
6)能够充分利用工厂晚上电费便宜的特点，晚上预先冷却好该装置。
附图说明
图1真空预冷与辅助装置示意图；
图2辅助装置组示意图(空置腔17为第二空心圆柱体)；
图3辅助装置组示意图(空置腔17为第二空心长方体)；
图4辅助装置12的分解图。
1.真空预冷箱；2.真空泵；3.气动阀；4.制冷机组；5.低温循环泵；6.排气阀；7.辅助装置组；8.重量传感器；9.压力传感器；10.温度传感器；11.螺纹条；12.辅助装置；13.排水阀；14.冷凝器；15.数据处理器；16.电脑；17.容置腔；18.固定螺母；19.空心体基板；20.内置载冷剂
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P＝Pie-Yt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；Pi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1000mbar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1000mbar下降至6.5mbar所用的时间为8min，则压强下降速率系数为0.629min-1。而如果压强从1000mbar下降至6.5mbar所用的时间为16min，则压强下降速率系数为0.315min-1。
实施例1
本发明所涉及的辅助装置组7与真空预冷组合一并使用于米饭的预冷。其中，真空预冷机包括冷凝系统，真空系统，数据收集系统，和数据处理及操作系统组成，依次相连，包括制冷机组4、冷凝器14、低温液循环泵5、真空箱1、真空泵2、气动阀3、排气阀6、排水阀13、重量传感器8、压力传感器9和温度传感器10、数据处理器15和电脑16；冷凝系统由制冷机组4、低温液循环泵5和冷凝器14组成；真空系统由真空箱1和真空泵2组成；数据收集系统由重量传感器8、压力传感器9和温度传感器10组成；数据处理及操作系统由数据处理器15和电脑16组成。辅助装置即辅助装置组7由辅助装置12、螺纹条11和固定螺母18所组成，螺纹条11和固定螺母18将多个单元装置串联成辅助装置组，所述辅助装置12由空心体基板19、容置腔17和内置载冷剂20所组成，辅助装置组7低温处理后(具备足够的载冷量)内置于真空预冷中的真空箱1中并与真空预冷机协同完成蒸熟后的米饭块的预冷。当空心体基板19和容置腔17分别为空心长方体和空心圆柱体时，具体实施情况如下：
首先，先将辅助装置组7用自来水清洗干净，然后放入-18℃冷库中预冷4-6h，再用75％的低温酒精消毒处理，处理后再用低温自来水清洗待用；
其次，将蒸煮后的米饭块用消毒后的纱布进行包裹，包裹后的米饭块分别快速地放入至预处理好的辅助装置12的上平面上，通过调节螺纹条再将另一块空心长方体紧紧压住米饭的上表面，并压缩至其原始高度的90％。最后将其他蒸煮后的米饭通过同样的方式操作使其形成“米饭-空心长方体-米饭-空心长方体”的压缩状态，待上述操作完成后一并转移至真空预冷箱1中进行真空预冷。
最后，将真空箱门关闭，通过调节气动阀3的大小来控制压强下降速率，再开启制冷机组4和低温液循环泵5，使得冷凝器14的温度控制在-5±2℃的范围，最后开启真空泵2，同时需要控制最终的压强不低于650Pa，最后再通过数据处理系统来获得米饭降温过程中的压强下降速率和降温曲线曲线，待米饭的温度降至4℃时，关闭真空泵2、制冷机组4和低温液循环泵5，同时打开排气阀6和排水阀13，恢复至常压后，取出辅助装置组7，通过调节螺纹条11上的固定螺母18，将预冷结束后的米饭取出以检测其相关指标。辅助装置组7再通过上述步骤可以实现循环利用。
为了更好地表达权利要求中部分参数的范围对米饭品质和过程参数的影响，具体实施例1(即以下表中的“设计装置辅助真空预冷”)中空心圆柱体在空心长方体内的分布密度为1/400mm2、彼此之间的相隔距离为20mm；空心圆柱体的直径为5mm、高度为100mm；空心长方体高度为100mm、长度和宽度均为1000mm；米饭高度为200mm、长度和宽度均为1000mm；真空预冷机冷凝温度控制在-5±2℃之间，压强下降系数控制在0.2min-1。
实施例2
(1)对大米和水的混合物(大米与水的质量比为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，蒸煮时间为半小时，蒸煮方式为蒸汽蒸煮，米饭的长、宽度分布为1000mm。
(2)辅助装置组先用自来水进行清洗，清洗后放入-18±2℃的冷库中进行处理，4h后取出，再将其放入质量分数为75％的低温酒精中浸泡30s消毒，最后用4±1℃的自来水再冲洗2min。
(3)将蒸煮后的米饭用经过杀菌后的纱布包裹住，然后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-1，30s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650Pa。
(4)实施例2、3、4中“设计装置辅助真空预冷”的真空预冷操作条件与实施例1中“设计装置辅助真空预冷”相同。
(5)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、真空预冷米饭来进行对比，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设计装置辅助真空预冷操作条件相同(不同的就是，设计辅助真空预冷较真空预冷而言增加了内含载冷剂的辅助装置组)，真空预冷的米饭也是放入本实施例所设计的辅助装置组中，但该装置内部无载冷剂即装置无低温处理步骤。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，对于风冷，米饭也是采用本实施例所设计的辅助装置(图1)来隔开，但该装置内部无载冷剂即装置无低温处理步骤。
比较实施例所采用的设计装置辅助真空预冷方法与风冷、真空预冷对米饭的预冷效果，结果见表1、2、3而言。同样，比较例中设计装置辅助真空预冷(辅助装置参数变化)的结果见表4、5、6。
从表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。设计装置辅助真空预冷的预冷速率要快于真空预冷，且上述两者均远快于风冷。
表1不同预冷方式对米饭水分损失的结果
从表1也可以获知，设计装置辅助真空预冷导致米饭损失为1.54％，而风冷和真空预冷的水分损失分别为3.83％和8.18％。不难发现设计装置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，而且也获得了低于风冷所导致的水分损失率。同时，设计装置辅助真空预冷在预冷时间方面较其他预冷方式而言也最少，为23.5min，而风冷则接近180.5min。
表2不同预冷方式对米饭色差的影响(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。
由表2可以获知，设计装置辅助真空预冷的米饭在色泽上和风冷更为接近，特别是在亮度值L*上，说明设计装置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，米饭呈现较暗淡的色泽。
表3不同预冷方式对米饭质构的影响(低温0±2℃，贮藏3d)
备注：质构参数采用质构仪(美国FTC)检测。米饭冷藏3d后在干燥器中恒温至25℃检测。
由表3可以获知，低温贮藏3d后的设计装置辅助真空预冷的米饭在质构指标上与真空预冷有着明显的差距，但与风冷较为接近。更低的硬度和咀嚼性说明米饭具有更好的口感，说明设计装置辅助真空预冷较真空预冷而言具有明显改善米饭品质的作用，这与其水分损失少也有一定的关系。
实施例3
实施例3和实施例1操作方法一样，不同的是装置本身参数不一样，实施例3所选用的装置与实施例1中的装置不同在于空心圆柱体在空心长方体上的分布，实施例2中所选用的分布比例分别为密集孔隙Ⅰ，1个/64mm2，空心圆柱体与空心圆柱体间距8mm；松散孔隙Ⅱ，1个/2500mm2，空心圆柱体与空心圆柱体间距50mm，其他操作条件相同，预冷后所获得的结果如下表4所示：
表4不同装置(密度分布)辅助真空预冷方式对米饭品质和过程参数的影响
备注：质构和色差的数据是冷藏3d后检测的。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。
表4是不同装置辅助真空预冷方式对米饭品质和过程参数的影响，结果表明空心长方体上嵌入空心圆柱体的数量过多或者过少都对米饭品质有一定的影响。密集孔隙装置辅助真空预冷(空心圆柱体分布过密)会导致更高的水分损失、硬度、咀嚼型和更低的L*值，但却获得与本实施例(表4中设计装置辅助真空预冷)相似的预冷速率；松散孔隙装置辅助真空预冷(空心圆柱体分布过疏)虽然获得了较为理想的水分损失、硬度、咀嚼型和L*值，但预冷时间却明显增加了，且其他指标差异相差不大。上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的空心圆柱体在空心长方体上的分布密度及间距有效地降低了米饭水分损失率和预冷时间。
实施例4
实施例4和实施例1操作方法一样，不同的是装置不一样，实施例4所选用的装置与实施例1中的装置不同在于空心圆柱体直径大小的选择，实施例4中所选用的空心圆柱体直径分别为8mm和10mm(比5mm还小空心圆柱体不利于加工，所以未考虑)，其他操作条件如间距为20mm，分布密度为1/400mm2、空心长方体高度100mm、米饭高度200mm等均相同，预冷后所获得的结果如下表5所示：
表5不同装置(孔径大小)辅助真空预冷方式对米饭过程参数的影响
表5选用了不同孔径的空心圆柱体来对米饭进行辅助真空预冷，结果表明过大的孔径会明显导致水分损失的增加，相反预冷时间却相差不大。上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的空心圆柱体直径及间距有效地降低了米饭水分损失率和预冷时间。
实施例5
实施例5的操作方法与实施例1的操作方法相同，不同的是空心长方体的高度大小，为了验证本专利权利要求所设定参数的合理性，本实施例选用了如下几种对比(对比1、2)来比较其对米饭预冷过程中参数的影响，其结果如下：
表6不同装置(长方体19高度)辅助真空预冷方式对米饭过程参数的影响
从表6中可以看出，针对200mm高度的米饭进行设计装置辅助真空预冷，结果表明不同的空心长方体高度对米饭的真空预冷过程中水分损失率和预冷时间有一定的影响。增加空心长方体的高度能够有效地降低米饭在真空预冷过程中的水分损失和预冷时间，然而当高度达到100mm时，其效果已经和125mm高度的相似，相反，空心长方体高度过高会相应地增加成本。然而，当空心长方体的高度过低(25mm)时，导致了水分损失和预冷时间明显偏大的现象。上述结果表明本专利权利范围所选定的特定的空心空心长方体的高度能有效地降低了米饭水分损失率和预冷时间。
当然，从质量安全的角度上不难发现，消毒、低温处理后的设计装置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。
上述结果表明低温装置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，同时该装置操作方便，可以实现大批量米饭同时进行真空预冷。
一种用于辅助米饭真空预冷的装置专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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