一种使用超声波加工食品的方法及超声波食品加工机

1.一种超声波食品加工机，其特征在于：包括环形水槽(1)，环形水槽(1)侧面分别开有进水口(2)和出水口(3)，环形水槽(1)内部底面安装有超声波发生器(6)，环形水槽(1)内部的超声波发生器(6)上方设有超声波清洗水槽(5)，超声波清洗水槽(5)底部设有排液管(4)通过环形水槽(1)侧面通到外部，环形水槽(1)被底部支座(7)支撑，环形水槽(1)内部充有液体充满于环形水槽(1)和超声波清洗水槽(5)之间，超声波清洗水槽(5)上设有盖子。
2.按照权利要求1所述一种超声波食品加工机，其特征在于：所述液体为水或制冷剂。
3.一种超声波食品加工机，其特征在于：包括气冷冷却槽(8)，气冷冷却槽(8)内壁覆盖有一层泡沫保温层(9)，气冷冷却槽(8)内部底面安装有超声波发生器(6)，气冷冷却槽(8)内部的超声波发生器(6)上方设有超声波清洗水槽(5)，超声波清洗水槽(5)底部设有排液管(4)通过气冷冷却槽(8)侧面通到外部，超声波清洗水槽(5)上设有盖子，气冷冷却槽(8)被底部支座(7)支撑，气冷冷却槽(8)与外部的制冷压缩机(10)连通，制冷压缩机(10)对气冷冷却槽(8)内部的空气进行温度控制。

一种使用超声波加工食品的方法及超声波食品加工机\n技术领域\n[0001] 本发明属于超声波应用技术领域，涉及一种使用超声波制作食品的方法及超声波食品加工机。\n背景技术\n[0002] 超声波是一种均匀的球面机械波，它与热能、光能、电能等能量形式不同，其在化学反应中的作用并不是声场与反应物在分子水平上直接作用的结果。所以从食品安全的角度上讲，超声波加工食品是非常安全的。\n[0003] 关于超声波的第一篇文章是在1930年发表的，1953年出版了第一本关于超声波的书，从1956年开始，学术界才开始关注超声波的研究，至1960年出现第一个高峰期，然后又转低谷期，直至2000年发现了超声波的新用途后，又迎来了一个持续10多年的大发展期。超声波技术作为一门新兴的交叉学科，随着其研究的深入，正在延伸到许多学科领域和生产部门，在化学化工、医学医药行业、生物化学、食品工业、分析检测等领域已日益显示出其广泛的应用前景。作为信息载体，超声技术已用于研究物质结构、水下定位与通讯、地下资源勘查、工业检测与控制、声电与声光器件、医学诊断及盲人探路等。作为能量形式，超声技术已用于工业上探伤探测，捍接，流量计和传感器，医学上美容、洗牙，碎石，加湿器，清洗机等。\n[0004] 超声波作为辅助技术在食品工业中的应用研究主要在提取、灭菌、干燥、过滤、清洗、结晶、乳化、冷冻和消泡等方面，近年超声波技术在食品添加剂的合成、微生物代谢、酒类发酵、食品检测、控制结晶、破壁渗透、均质乳化、食品保鲜、强化酶促反应、切割、解冻、雾化喷涂、有机物的聚合与降解以及探测超声在食品品质评估和含量测定等领域作为辅助手段也有应用研究，但是工业化的应用主要集中在果蔬清洗和促进有效成分提取方面。在目前的所有研究文献中，研究者均是在现有的实验设备条件下优选合适的频率、功率和时间，尚未见专门研究频率和温度对产品质量和风味影响之间关系的研究报道。\n[0005] 目前普通的超声波清洗机，随着加热时间的延长温度会升高，对温度敏感的材料就不适宜用这种设备进行处理。比较好的超声波清洗机有可加热控温型和变频型或两者兼而有之，可控低温变频超声波设备目前还没有关于这方面的研究报导，市场上也没见相关设备，目前还没有把超声波作为主要加工技术应用于普通食品加工的研究和应用报导。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的在提供一种使用超声波制作食品的方法，解决了现有传统食品加工周期长、能耗高、三废污染大等问题。\n[0007] 本发明所采用的技术方案是食品加工过程中的温度为-5-95℃、使用的超声波频率为20-200KHz。\n[0008] 本发明提供的一种水冷型制作超声波食品加工机，包括环形水槽，环形水槽侧面分别开有进水口和出水口，环形水槽内部底面安装有超声波发生器，环形水槽内部的超声波发生器上方设有超声波清洗水槽，超声波清洗水槽底部设有排液管通过环形水槽侧面通到外部，环形水槽被底部支座支撑，环形水槽内部充有液体充满于环形水槽和超声波清洗水槽之间，超声波清洗水槽上设有盖子。液体为水或制冷剂。\n[0009] 本发明的一种气冷型制作超声波食品加工机包括气冷冷却槽，气冷冷却槽内壁覆盖有一层泡沫保温层，气冷冷却槽内部底面安装有超声波发生器，气冷冷却槽内部的超声波发生器上方设有超声波清洗水槽，超声波清洗水槽底部设有排液管通过气冷冷却槽侧面通到外部，超声波清洗水槽上设有盖子，气冷冷却槽被底部支座支撑，气冷冷却槽与外部的制冷压缩机连通，制冷压缩机对气冷冷却槽内部的空气进行降温。\n[0010] 本发明的有益效果是加工过程不会产生有害物质，新方法的生产周期短，生产工序少，节约场地和人员，节约用水用电，减少三废排放，并且能够保持食品营养、风味和安全。\n附图说明\n[0011] 图1是本发明水冷型超声波食品加工机正面结构示意图；\n[0012] 图2是本发明水冷型超声波食品加工机侧面结构示意图；\n[0013] 图3是本发明水冷型超声波食品加工机俯视图；\n[0014] 图4是本发明气冷型超声波食品加工机正面结构示意图；\n[0015] 图5是本发明气冷型超声波食品加工机侧面结构示意图；\n[0016] 图6是本发明气冷型超声波食品加工机俯视图。\n[0017] 图中，1.环形水槽，2.进水口，3.出水口，4.排液管，5.超声波清洗水槽，6.超声波发生器，7.支座，8.气冷冷却槽，9.泡沫保温层，10.制冷压缩机。\n具体实施方式\n[0018] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。\n[0019] 本发明所采用的技术方案是，食品加工中温度控制在-5-95℃，超声波频率在\n20KHz～200KHz，在这个温度和频率范围内，可以用于所有种类的食品生产。\n[0020] 采用本发明的两种超声波加工设备和电加热超声波设备，根据食品加工的材料和加工产品的特征，采用不同的加工温度和频率，可以生产几乎所有的食品，改变食品生产的传统加工工艺，提高农产品原料利用率，提高产品风味、质量和安全。\n[0021] 本发明的一种水冷型超声波食品加工机，如图1-3所示，包括环形水槽1，环形水槽1侧面分别开有进水口2和出水口3，环形水槽1内部底面安装有超声波发生器6，环形水槽1内部的超声波发生器6上方设有超声波清洗水槽5，超声波清洗水槽5底部设有排液管4通过环形水槽1侧面通到外部，环形水槽1被底部支座7支撑，环形水槽1内部充有液体充满于环形水槽1和超声波清洗水槽5之间，超声波清洗水槽5上设有盖子。液体为水或制冷剂。采用水冷型低温(可变频)超声波加工设备(定义为A型)，一般在超声波清洗水槽5外部四周增加5cm厚空间，内采用冷却液，比如循环水冷却降低超声波清洗水槽5内加工时的温度。水的温度控制一般经过循环可保持在15-25℃。增加的外部水槽有一个进水口，一个出水口，进水口在下部，出水口在上部，超声波清洗水槽5上面有盖。\n[0022] 本发明的另一种气冷型超声波加工食品方法的食品加工机，如图4-6所示，包括气冷冷却槽8，气冷冷却槽8内壁覆盖有一层泡沫保温层9，气冷冷却槽8内部底面安装有超声波发生器6，气冷冷却槽8内部的超声波发生器6上方设有超声波清洗水槽5，超声波清洗水槽5底部设有排液管4通过气冷冷却槽8侧面通到外部，超声波清洗水槽5上设有盖子，气冷冷却槽8被底部支座7支撑，气冷冷却槽8与外部的制冷压缩机10连通，制冷压缩机10对气冷冷却槽8内部的空气进行温度控制。气冷型超声波加工设备(定义为B型)，在环形水槽1外部四周增加制冷压缩机和辅助设备。压缩机可选用冰箱用的制冷压缩机，这样在使用过程中可控制超声波清洗水槽5内温度在-5-15℃，超声波清洗水槽5上面有盖。\n[0023] 还有种可应用超声波加工食品的机器，即现有的电加热型超声波设备，可称为C型，此种设备制作食品的温度一般为25-95℃可调，这样A、B、C型三种设备应用本发明方法进行加工食品时的温度可在-5-95℃之间。\n[0024] 本发明的食品加工机超声波发生器6的频率控制可以是连续无级调频，也可以是固定频段分不同的档次选择频率，频率可以在20-200KHz范围内进行控制和选择。\n[0025] 使用超声波制作食品的技术，解决了现有传统食品加工周期长、原料利用率不高，生产耗水耗电，三废排放多、生产车间占地面积大的问题，在人力资源成本上升的当下，本技术还可以为企业节省劳动力成本，使用超声波加工食品是一种绿色安全的清洁生产技术。本发明技术用在食品生产上可以提高劳动生产力、缩短生产周期，减少生产工序和相应的设备投入，节约场地和操作人员，节约用水用电用气，减少三废排放，并且能够保持食品营养、风味和安全。\n[0026] 本发明使用超声波作为主要生产技术用在食品加工中，所有食品加工工艺中均省略了高温或(和)高压杀菌工序，采用天然防腐剂保证食品的质量安全，所有的(咸或甜)调味液均可多次重复使用，减少废液排放量，加工过程中不会产生有害物质。对食品工业而言，这是个很大的技术创新，符合中国目前政府新颁布的节能减排、清洁生产的政策，所以除了技术意义外，还有政治意义和社会意义。本技术还可以为企业节省劳动力成本，使用超声波加工食品是一种绿色安全的清洁生产技术。\n[0027] 下面列举实施例对本发明进行说明：\n[0028] 实施例1：超声波用于腌肉制品的制作：\n[0029] 腌制鱼类、畜禽肉类：首先把原料清理干净，再把它们放入超声波池内，池内添加一定的调味盐液，使用A型超声波设备，频率在50KHz，依不同的原料进行温度和频率的调整，300W，温度达到15℃,开起超声波1小时，能够起到灭菌、入味、腌制的效果，加工时间比传统鱼和肉腌制时间7d(天)大幅度缩短，腌制产品不变色，风味好，营养损失少。商品化生产需要加生物防腐剂以延长保质期，这里的生物防腐剂是指用微生物发酵得到的GB2760中规定使用的乳酸链球菌素或纳他霉素，以及用果蔬及药食同源的植物原料经水、油或乙醇提取得到的提取液或干粉。\n[0030] 实施例2：超声波用于卤肉制品的制作：\n[0031] 畜禽肉类原料先用A型设备对材料进行预处理，频率范围150KHz，功率300W，时间\n60min，然后放入冷卤水入味，仍用A型设备在频率40KHz，功率600W下处理60min，再用C型设备，热卤水入味，频率140KHz，温度85℃，时间180min，最后采用高效冷风机冷却使食品在10分钟左右冷至常温，微波烘干后包装即为成品。根据原料的大小，材料特性如是否带骨，带骨量和骨头大小选择合适的温度和频率，根据功率大小选择合适的时间。本工艺与传统工序相比，减少了卤水的排放量，因为卤水可以重复使用多次；同时也减少了最后的高压杀菌工序，降低了设备费用和生产费用，该工艺防腐需要在卤水中添加生物防腐剂，这里的生物防腐剂是指用微生物发酵得到的GB2760中规定使用的乳酸链球菌素或纳他霉素，以及用果蔬及药食同源的植物原料经水、油或乙醇提取得到的提取液或干粉。\n[0032] 实施例3：超声波用于果蔬饮料的制作：\n[0033] 把果蔬原料清洗干净，切片后用微波烘干至一定水分，再放入超声波池内添加配料和水，先用B型设备处理，在频率90KHz，功率700W，温度-5℃条件下处理120min，然后用A型设备在频率80KHz，功率500W条件下处理30min，再将饮料高温煮沸10min后过滤，最后用高效冷却器以≧3℃/s的速度冷却至常温后无菌灌装即得相应的饮料。如果冷却速度不够快，可以加天然防腐剂进行防腐处理，这里的天然防腐剂是指用微生物发酵得到的GB2760中规定使用的乳酸链球菌素，以及用果蔬及药食同源的植物原料经水或乙醇提取得到的提取液或干粉。\n[0034] 该新工艺省去了打浆过滤除渣或(及)浓缩工序，且最后不需高温灭菌工艺，4小时内能够完成一个生产周期。如果在最前面配合C型设备的使用，频率90KHz，温度70℃，\n600W处理60min，也适合于以大米、黄豆等谷物原料制作饮料的生产。\n[0035] 实施例4：超声波用于发酵食品的制作：\n[0036] 1.面粉类型产品发酵，把干面粉调配成湿度面粉放入超声波池内进行发酵，开起超声波在频率20KHz，功率350W，温度25℃的条件下处理15min就能够达到预期的发酵目的，普通的面团发酵时间一般在60min左右。\n[0037] 2.辣椒酱、酱菜、咸菜和泡菜等的腌制发酵，先把原料放入A型或B型超声波池内处理90min，再把切好的辣椒等原料放入超声波池内添加调配的香料和盐液，再开起A型或B型或C型超声波(根据加工的食品原材料不同进行选择)，在频率60KHz，温度5℃，功率\n350W条件下处理90min即可达到腌制发酵的效果。传统发酵工艺，要求发酵时间至少在1周以上。如果生产商品化的蔬菜发酵制品，可以添加天然防腐剂和抗氧化剂，可以用天然防腐剂进行防腐保鲜，这里的天然防腐剂是指用果蔬及药食同源的植物原料经水或乙醇提取得到的提取液或干粉，天然抗氧化剂可以是GB2760中规定使用的微生物发酵的天然维生素C等，均不能经过化学修饰。\n[0038] 实施例5：超声波用于果酒的制作：\n[0039] 果蔬原料清洗，用微波烘干后粉碎，加5％白醋溶液先用A型超声波设备在频率\n60KHz，功率350W处理60min，再接种1％酵母菌和3％的食品级乙醇，密封发酵72小时，过滤后加或不加糖、酸进行调整，再进行精细过滤即得发酵果酒。如果原料用超声波处理后直接用60℃以上白酒进行浸泡15天，过滤后加或不加糖、酸进行调整，再进行精细过滤即得具有原料特有风味的配制果酒。如果是低于18.5℃的果酒，需要加生物防腐剂进行防腐处理，这里的天然防腐剂是指用果蔬及药食同源的植物原料经水或乙醇提取得到的提取液或干粉，该法所得醇提液浓度是常规浸泡工艺的2倍以上，且能够最大限度地保存生产原料所特有的风味。\n[0040] 实施例6：超声波用于罐头的制作：\n[0041] 1.果蔬罐头：\n[0042] 果蔬原料先采用B型设备在频率60KHz，功率450W，温度10℃条件下处理100min，取出去皮去核后加水煮沸，捞出原料加入到用≧3℃/s的速度冷却至常温的无菌糖水中，再用A型设备在频率60KHz，功率400W，温度20℃的条件下处理40min，在包装容器内按一定比例加入果肉和糖液后无菌灌装封口即得成品。如果糖液不能达到上述要求的冷却速度，则需加入天然防腐剂以保证产品的保质期，这里的天然防腐剂是指用微生物发酵得到的GB2760中规定使用的乳酸链球菌素，以及用果蔬及药食同源的植物原料经水或乙醇提取得到的提取液或干粉。该工艺省略了传统的高温高压杀菌工艺，最大限度地克服了罐头制品营养价值不高，生产过程(水、电)能耗消耗太大，车间占地面积和排污量均大的缺点。\n[0043] 2.肉罐头：\n[0044] 畜禽及鱼肉原料先用B型超声波设备处理80KHz，功率400W，温度15℃的条件下处理90min，再加调味液或调味油用C型超声波设备在频率120KHz，功率400W，温度95℃的条件下处理60min，按一定比例加入肉块和调味料液后无菌封口后即得成品。在调味液中加天然防腐剂可以保证产品足够的保质期，这里的天然防腐剂是指用微生物发酵得到的GB2760中规定使用的乳酸链球菌素和纳他霉素，以及用果蔬及药食同源的植物原料经水或乙醇提取得到的提取液或干粉。\n[0045] 实施例7：冷饮的制作：\n[0046] 各种冰棒、雪糕和冰淇淋的生产，原料溶解和(或)均质后装模，再用B型超声波设备在频率20KHz，功率70W，温度-5℃条件下处理15min凝冻即得。冰淇淋及雪糕生产最大的问题是冷能的消耗，采用B型超声波设备，最多只需要十几分钟就可以达到凝冻效果，可以大大降低生产成本，减少能源消耗。\n[0047] 实施例8：果脯蜜饯的制作：\n[0048] 原料先采用B型设备在频率28KHz，功率300W，温度10℃条件下处理60min，取出去核后加水煮沸，捞出放入加了糖和酸的高浓度糖液中，用A型设备在频率40KHz，功率\n100W，温度22℃的条件下处理20min渗糖，低温烘至半干或撒糖粉即得成品。\n[0049] 实施例9：骨头制品：\n[0050] 由于骨头来源不同，大小不同，结构不同，加工的食品种类不同，所以需要的频率范围较大，在频率200KHz、温度95℃的条件下，可以加工骨头的水解提取物，香料，医院中间体等。\n[0051] 实施例10针对目前报道的用超声波辅助生产加工食品和用超声波作为主要加工技术手段加工食品的效果对比：\n[0052] 1.圣女果脯的制作：\n[0053] 用超声波辅助渗糖工艺为，新鲜圣女果→挑选、清洗→烫漂去皮→增硬→漂洗→超声渗糖→煮制→沥干糖液→烘烤→冷却→包装→成品，其中最优工艺条件为增硬剂CaCl2浓度为0.7％，增硬2h，糖液浓度为35％，超声渗糖时间为20min，煮制时间为2h，超声波频率为40KHz。温度90℃，硬化和渗糖煮制时间共260min。\n[0054] 用超声波作为主要技术的圣女果脯工艺为：新鲜圣女果→挑选、清洗→烫漂去皮→A型超声波硬化处理(40KHz，温度20℃，45min，CaCl2浓度为0.15％)(易变色原料用B型)→C型超声波渗糖(60℃，80KHz，40min，糖液浓度68％)(不耐煮的用A型)→沥干糖液→烘烤→冷却→包装→成品。硬化和渗糖煮制时间共85min，省去了漂洗过程，节约用水减少排放。增加了糖液浓度，提高了产品质量，延长了产品保质期。\n[0055] 2.即食卤鸭的制作：\n[0056] 超声辅助传统加热方式煮制肉品工艺：\n[0057] 冻鸭流水解冻→干腌→湿腌(复卤)→煮制→真空包装→高温杀菌→成品，在\n10℃下干腌3h左右，然后浸在卤液中湿腌2h左右。传统的加热至肉中心温度达80℃用\n55min，超声辅助下只用35min。肉中心温度达80℃后保持60min，再5′-45′-10′/121℃杀菌。整个有效加工时间约为6.5h。\n[0058] 超声波作为主要生产技术煮制肉品工艺：\n[0059] A型超声波处理原料(60KHz，温度15℃，功率300W，时间60min)→A型超声波湿腌(频率40KHz，功率400W，时间65min)→C型超声波煮制(频率80KHz，温度65℃，时间\n65min)→高效冷却10min→微波烘干→真空包装→成品，整个有效加工时间约为3.2h，省去了高温高压杀菌工艺，卤水至少可以重复利用3次。\n[0060] 3.玉米饮料：\n[0061] 超声波作为辅助技术的生产工艺：选料→去苞衣、去须→清洗→灭酶→冷却→刮粒、取粒→打浆→超声波破碎(20KHz，600W、温度50℃，间歇破碎，7s/次，共30次))→低温糊化(糊化温度90℃、糊化时间4min)→过滤(无菌)→调配→罐装→成品。该工艺采用纳滤技术过滤除菌代替了原有的高温杀菌工艺。\n[0062] 超声波作为主要技术的生产工艺：选料→去苞衣、去须、取粒→清洗→A型超声波灭酶(28KHz，功率300W，温度25℃，时间60min)→C型超声波破碎(40KHz，功率300W，温度\n65℃，时间20min)→打浆→过滤→调配→冷却→罐装→成品。本工艺最后不采用任何设备杀菌，如果料液冷却速度≧3℃/s，可以直接无菌灌装，如果普通冷却，只需加入生物防腐剂即可达到保质要求。\n[0063] 4.金花茶饮料：\n[0064] 超声波作为辅助技术的生产工艺：金花茶鲜叶片→预处理→切碎、打浆→果胶酶处理→超声波提取(超声波频率为25kHz，提取温度85℃，提取时间为90分钟)→纳滤膜浓缩→调配→过滤、均质→80℃热罐装→杀菌(115℃±2℃保持20min)→成品。\n[0065] 超声波作为主要技术的生产工艺：金花茶鲜叶片→微波干燥→B型超声波预处理(频率40KHz，温度10℃，功率600W条件下处理60min)→A型超声波提取(频率40KHz，功率500W，时间40min)→加水及配料煮沸5min→过滤→快速冷却(≧3℃/s)→无菌罐装→成品。如果是普通冷却，可以加天然防腐剂即可达到保质要求。