一种防止汤汁在真空预冷过程中飞溅的方法

摘要

本发明公开了一种防止汤汁在真空预冷过程中飞溅的方法。该方法将汤汁放入真空预冷机的真空箱内，利用转子或者搅拌桨使需冷却的液体在真空预冷过程中始终维持搅拌状态，开启真空泵抽气，同时启动冷凝器，将汤汁温度降低至设定温度；对于冷凝温度在?10～1℃；当压强下降速率系数在0.6～0.8min

说明书

技术领域

本发明涉及一种防止汤汁在真空预冷过程中飞溅的方法，属于液体食品真空冷却技术 领域。

背景知识

目前，针对真空预冷过程中液体飞溅的问题解决方法并不多。仅有的几篇文章或者专 利提及。大体来说是从以下两方面进行入手：其一就是通过控制压强的下降速率或者降压- 复压的方式来抑制真空预冷过程中气泡的破裂而防止飞溅；其二就是研制挡板，通过在盛 装液体的容器上方增设挡板来抵挡液体的飞溅。虽然上述方法都能取得一定的效果，然而 并未从根本上解决防飞溅问题。飞溅的机理其实就是在真空状态下气泡由容器壁面或底部 产生后脱离并沿表面进行上升，由于底部与表面压强差较大的缘故，从而使得上升的气泡 变大，同时上升过程中的气泡有结合或者混合与一起从而导致气泡变得更大，而大的气泡 在上升至气液界面时会发生猛烈爆破，从而将液体飞溅出去。上述所提到的方法如控制压 强下降速率或者降压-复压的方式虽然可以抑制气泡的破裂但同时也导致了降温速率的大 大下降，并不利于物料的快速预冷，而增加挡板不仅无法完全挡住液体的飞溅反而会使液 体飞溅至挡板后引起二次污染和增加水分损失。

如何能够既抑制水分的飞溅，同时又不增加预冷的时间成为目前工业化生产中迫切需 要解决的问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺点，提供一种防止汤汁在真空预冷过程中飞溅的方 法，在不增加预冷的时间的前提下，避免真空预冷压强在下降过程中真空箱内汤汁向外飞 溅，使汤汁实际水分损失率与理论水分损失率之差控制在1％的范围内。

本发明在真空预冷过程中，利用转子或者搅拌桨始终使汤汁处于高速搅拌的状态来解 决现有技术中的缺陷，不仅操作简单，效益非常显著，不仅能够有效地减少预冷过程中的 飞溅量，同时又不影响其降温速率。

本发明技术方案通过如下技术方案实现：

一种防止汤汁在真空预冷过程中飞溅的方法：将汤汁放入真空预冷机的真空箱内，同 时利用转子或者搅拌桨使需冷却的液体在真空预冷过程中始终维持搅拌状态，开启真空泵 抽气，同时启动冷凝器，将汤汁温度降低至设定温度；冷凝温度为-20～1℃；

对于冷凝温度在-10～1℃；当压强下降速率系数在0.6～0.8min^-1范围时，控制搅拌的 转速在1500rmp以上；当压强下降速率系数在0.3～0.5min^-1范围时，控制搅拌的转速为 1200-1500rmp；当压强下降速率系数在0.1～0.2min^-1范围时，控制搅拌的转速为 600-1200rmp；

冷凝温度在-11～-20℃，当压强下降速率系数在0.6～0.8min^-1范围时，控制搅拌的转速 在1800rmp以上；当压强下降速率系数在0.3～0.5min^-1范围时，控制搅拌的转速为 1500-1800rmp；当压强下降速率系数在0.1～0.2min^-1范围时，控制搅拌的转速为 900-1200rmp。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述压强下降速率系数通过公式(1)：P＝P_ie^-Yt确 定；其中，P为运行过程中真空预冷箱体内绝地压强，单位为mbar；P_i为当地大气压(初 压)，单位为mbar；t为真空箱抽气时间，单位是min；Y为抽气速率指数，单位为min^-1； 以Pi(1000mbar)降至P(6.5mbar)所用时间t(min)来计算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。本发明所用的压强下降速率系数均由上述公式计算而得。

优选地，压强下降速率系数控制在0.2～0.6min^-1范围之内。

优选地，汤汁放入真空预冷机的真空箱内时的温度为40～90℃。

优选地，汤汁温度降低至设定温度为0～10℃，也就是指汤汁最终温度被预冷至到0～ 10℃。

优选地，汤汁放入真空预冷机的真空箱内时，汤汁控制在其盛装容器的1/3～1/2范围 内。

优选地，测试汤汁温度的温度探头放入至容器壁面。

优选地，所述汤汁的黏度值小于0.1pa·s。

本发明压强下降范围为1000mbar到6.5mbar。

将汤汁放入真空箱体内，同时利用转子或者搅拌桨使需冷却的液体在真空预冷过程中 始终维持在高速搅拌状态，然后开启真空泵开始抽气，30s后启动冷凝器并设定冷凝温度， 最终将汤汁温度预冷至设定温度。

本发明操作过程如下：将需冷却的汤汁放入至真空箱内，然后利用转子或者搅拌桨使 得汤汁始终维持在高速旋转下，转速控制在一恒定值，并将冷凝温度设定在某一温度范围 之内，并将温度探头插入汤汁中，然后关闭真空箱门，设定压强下降速率系数，开启真空 泵进行抽气，30s后开启制冷系统，控制压强不低于6.1mbar。通过温度探头探测液体内部 温度，待内部温度下降至某设定值后，关闭真空泵，放气，待真空恢复至大气压时，再关 闭搅拌，从而完成预冷要求。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1)本发明汤汁预冷时间与无搅拌真空预冷时间几乎相同，甚至更快，同时发现转速更 快时，预冷时间会更短，这是通过控制压强下降速率或者反压-复压方式无法实现的。

2)本发明发现当搅拌转速值大于某一临界转速值时，可以实现实际水分损失率和理论 水分损失率之差小于1％；但搅拌转速并非越大越好，超过一定值时，对抑制汤汁水分的飞 溅并没有实质效果。

3)本发明发现汤汁预冷过程中压强下降速率系数与搅拌速度的内在关系，通过合理匹 配汤汁压强下降与搅拌速度，有效地抑制汤汁水分的飞溅，使得汤汁实际水分损失量远远 小于无搅拌真空预冷实际水分损失量。

4)本发明发现真空预冷过程中增加搅拌功能不仅能够有效地减少飞溅量，同时又不影 响其降温速率，本发明方法比单纯控制压强下降速率效果要优越的多。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方 式不限如此。

下面实施例中，将需冷却的汤汁放入至真空预冷机的真空箱(所用真空预冷机为KM-50 设备，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、排气阀和排水阀的开启 及关闭)内，其中汤汁控制在其盛装容器的1/3～1/2范围，然后利用转子进行搅拌，开启 真空泵，同时将冷凝温度设置在某一温度范围，将转子的搅拌速度控制在某一恒定值。将 温度探头插入至汤汁的壁面以防其影响搅拌效果，同时关闭真空箱门，设定某一压强下降 控制速率系数，压强下降最终值不低于6.1mbar，待汤汁的温度降至4℃时，关闭真空泵， 开启排气阀，待压强恢复至常压后，再停止搅拌，取出已冷却好的汤汁。

实施例中，压强下降速率系数公式，如公式(1)所示：

P＝P_ie^-Yt(1)

其中：P为运行过程中真空预冷箱体内绝地压强，单位mbar；P_i为当地大气压(初压)， 单位mbar；t为设备抽气时间，单位是min；Y为抽气速率指数，min^-1；以Pi(1000mbar) 降至P(6.5mbar)所用时间t(min)来计算Y值。

理论水分损失公式，如公式(2)所示：m_wc_pΔT＝Δmh_fg(2)

其中：m_w为汤汁预冷前重量，kg；c_p为比热，以4.187kJ/(kg·K)计；ΔT为预冷前后温 度差，K；Δm为理论水分损失量，kg；h_fg为相变潜热，以2246kJ/kg计。理论水分损失量 的概念是真空预冷过程中物料为了完成降温所必需的水分损失量，即最小水分损失量。

实际水分损失公式如公式(4)所示：Δm'＝m_w-m_w'(4)

其中：m_w为汤汁预冷前重量，kg；m_w'为汤汁预冷后重量。

实施例1

将40℃温度的排骨玉米汤汁放入容器中，然后将其放入真空预冷真空箱中(现有的冷 却方法往往是自然冷却或者冷库中风冷，现有冷却方式冷却速率极慢，导致生产效率低下， 同时被微生物污染的概率增加，将40℃温度的排骨玉米汤汁进行真空预冷是为了加快冷却 速度，但在不通过控制，40℃下真空预冷时，汤汁仍然仍在飞溅)，通过转子搅拌将汤汁维 持在1500rmp转速下(同时将无搅拌及600rmp作为对照)，真空泵的压强下降速率系数为 0.6min^-1(0.2min^-1作为对照)，同时设定冷凝温度在-5～-10℃范围之内，并将温度探头放入 至容器壁面(插入壁面的目的是避免探头搅拌状态下液体碰到探头飞溅，同时搅拌状态下 液体内部各点温度均匀一致)，同时设置重力传感器探测容器重量变化。待上述程序完成后， 关闭真空箱门，开启真空泵，开启冷凝器，且真空箱内压强不低于6.1mbar。通过操作界面 观察温度的变化，待水温降至4℃时，关闭真空泵，待其恢复至常压后，停止搅拌，取出 被冷却液体。(排骨玉米汤物性参数与纯水相近)。

从表1可以看出，真空预冷不论何种压强下降速率条件下，转速对于降温速率而言影 响不大(如0.6min^-1，不同转速下汤汁的降温时间都为510s左右)，但转速对于汤汁实际损 失量的影响非常明显。影响降温速率的其实是压强下降速率系数，系数越大，预冷时间也 越短，说明预冷速率越快，如0.6min^-1相比与0.2min^-1，预冷时间仅为其一般左右。为将不 同真空预冷条件下的汤汁实际飞溅率控制在1％的范围，以表1中0.6min^-1压强下降速率而 言，结果表明，搅拌转速为600rmp较1500rmp而言，仍然导致了较多的水分飞溅，说明 该预冷条件下此转速范围不足于达到飞溅率控制在1％的范围。当转速达到1500rmp才能将 飞溅率损失控制在1％内，但当转速再增大时，效果盖上并不显著，1500rmp可作为该预冷 条件下的临界转速。

表1真空预冷条件下不同搅拌速率对水分损失及预冷时间的结果(2kg排骨玉米汤汁)

表1中0.2min^-1常作为低压强下降速率的数值，若更小则体现不出真空预冷速率快的优势；不同转 速的设定为了体现临界转速。

本发明发现，真空条件下的液体沸腾与常压下不同。真空状态下，气泡由壁面和表面 形成，能够在短时间(如果真空箱体内压强下降够快及冷凝温度够低)内脱落而瞬间(0.36s 左右)向表面汇聚。

汤汁飞溅是气泡在压差条件下的瞬间汇聚而形成巨大能量从而发生强烈飞溅现象。本 发明发现：快速地打破和分散气泡以及减少液压差将能够明显地抑制汤汁的飞溅，快速搅 拌不仅能够快速打破和分散气泡，同时还能够形成中心漩涡而极大程度上减少液压差。由 于真空预冷时间较短，对样品的品质没有影响。

实施例2

将温度为64℃的肉汤汁放入容器中(肉汤物性参数与纯水相近)，然后将其放入真空 预冷中，通过转子搅拌将其维持在1600rmp转速下(将无搅拌及900rmp作为对照)，真空 泵的压强下降速率系数为0.7min^-1(0.2min^-1作为对照)，同时设定冷凝温度在-5～-10℃范 围之内，并将温度探头放入至容器壁面，同时设置重力传感器探测容器重量变化。待上述 程序完成后，关闭真空箱门，开启真空泵，开启冷凝器，且真空箱内压强不低于6.1mbar。 通过操作界面观察温度的变化，待水温降至4℃时，关闭真空泵，待其恢复至常压后，停 止搅拌，取出被冷却液体。测试结果如表2所示，其结果所获得的结论与表1相似。。

表2真空预冷条件下不同搅拌速率对水分损失及预冷时间的结果(2kg肉汤汁)

表2中0.2min^-1常作为低压强下降速率的数值，若更小则体现不出真空预冷速率快的 优势；不同转速的设定为了体现临界转速。

如表2所示，真空预冷不论何种压强下降速率条件下，转速对于降温速率而言影响不 大(如0.7min^-1，不同转速下汤汁的降温时间都为520s左右)，但转速对于实际损失量的影 响确非常明显，转速增大越能降低汤汁的飞溅。影响降温速率的其实是压强下降速率系数， 系数越大，预冷时间也越短，说明预冷速率越快(如0.7min^-1相比与0.2min^-1而言，预冷时 间大大减少)。表2进行了对比分析实验，以表2中0.7min^-1压强下降速率为例，搅拌速度 为900rmp对比搅拌速度1600rmp，搅拌速度为900rmp情况下仍然导致了大量的水分飞溅， 说明该预冷条件下此转速范围不足于达到飞溅率控制在1％内。而0.2min^-1压强下降速率下， 900rmp能够将实际飞溅率控制在1％的范围。

实施例3

将温度为95℃的乌鸡香菇汤汁放入容器中(乌鸡香菇汤物性参数与纯水相近)，然后 将其放入真空预冷中，通过转子搅拌将其维持在1800rmp转速下(无搅拌及1600rmp作为 对照)，真空泵的压强下降速率系数为0.7min^-1(0.2min^-1作为对照)，同时设定冷凝温度在 -15～-20℃范围之内，并将温度探头放入至容器壁面，同时设置重力传感器探测容器重量变 化。待上述程序完成后，关闭真空箱门，开启真空泵，开启冷凝器，且真空箱内压强不低 于6.1mbar。通过操作界面观察温度的变化，待水温降至4℃时，关闭真空泵，待其恢复至 常压后，停止搅拌，取出被冷却液体。其结果如表3所示。

表3真空预冷条件下不同搅拌速率对水分损失及预冷时间的结果(2kg肉汤汁)

表3中0.2min^-1常作为低压强下降速率的数值，若更小则体现不出真空预冷速率快的 优势；不同转速的设定为了体现临界转速。

实施例3相对于实施例1和2，改变了冷凝温度，其测试结果与实施例1和2测试结 果基本一致，不同的是在0.7min-1降温速率下，在-15～-20℃温度下，即使是1600rmp仍 然达不到1％飞溅率的要求，而该转速在-5～-10℃的冷凝温度条件下能够达到，说明冷凝 温度与搅拌速度存在配合关系。