米飯真空快速冷卻工藝的初步實驗研究

陳敢烽，李保國，王瑩瑩

（上海理工大學食品科學與工程研究所，上海200093）

米飯是人們日常的主食。由于生活節奏加快，各式各樣的盒飯已成為當今社會人們飲食的新趨勢。盒飯快餐有方便、快速、衛生等優點，特別受到年輕人的青睞，而且已經越來越廣泛地供應于飛機、高鐵等公共交通工具以及各大超市賣場。目前煮熟米飯類食品的冷卻方法主要有冷風冷卻、冷水冷卻、接觸冰冷卻、空氣調節冷卻和水冷卻等。這些傳統冷卻技術冷卻時間長、效率低且易受污染，不僅常常達不到預期，還會使復熱以后米飯的口感和品質受到影響，同時也給中央廚房等物流配送帶來了問題。

真空冷卻技術是通過抽真空降壓的方法，使食品內水分在低壓狀態下蒸發，在吸收自身熱量的同時，使食品內能減少和品溫下降。它具有冷卻速率快、降溫均勻、抑菌、無污染、易操作等特點。隨著人們對食品安全越來越受重視，為將這種新型快速真空冷卻技術在快餐食品加工中得到應用。本文對熟食米飯進行了真空冷卻工藝研究，出了最佳一組較佳的工藝參數。分析了不同工藝參數對冷卻效果的影響，為快餐盒飯食品企業的米飯冷卻提供參考。

1 材料與儀器

1.1 材料

東北優質大米：米粒飽滿，購自當地超市。

1.2 儀器

Electronic Kitchen scale SF-400、CFXB20-40B 型三角牌電飯鍋、DK-S28型電熱恒溫水浴鍋、VCE-15型真空冷卻實驗機：上海錦立保鮮科技有限公司等。

2 實驗方法

2.1 米飯的制作

首先進行大米的淘洗，然后以1∶1.5的米水比將米飯放入電飯鍋中蒸煮，蒸煮過程為20 min。煮熟后出鍋時的米飯溫度為83℃。

2.2 米飯的冷卻

將煮熟后的米飯用天平稱取規定重量，分別再噴入實驗設定的對應噴水量，用于噴淋的水在實驗前用水浴鍋進行加熱保溫到與米飯溫度相同（83℃）。將噴淋水后的米飯放入真空機內，熱電阻同時插入杯中，保持熱電阻位置居中且牢固。

真空室壓力分別取 1 000、1 200、1 400 Pa；米飯處理量分別取160、180、200 g；噴水量分別取處理量的3%、5%、7%；冷卻終溫分別取 10、15、18℃。按照要求，將米飯分組實驗。

3 結果與分析

3.1 優工藝參數的確立

在米飯真空冷卻過程中，真空室的真空度、米飯的處理量、噴水量以及冷卻的最終溫度都將影響米飯的冷卻時間和失重率。為了分析試驗指標與各個因素之間量化關系，采用四因素三水平的正交試驗設計優化米飯冷卻的工藝條件。

在預試驗的基礎上，以米飯的冷卻時間和失重率為指標確定較優的真空冷卻工藝。設計四因素三水平的正交試驗因素水平表見表1。

表1 米飯真空冷卻工藝因素水平編碼表Table 1 Coding of factors and levels with vacuum cooling technique of rice

為了考察各個因素對米飯冷卻時間和失重率的影響以便于選出最優的冷卻工藝參數，本實驗先對各因素對失重率和冷卻時間的極差分析，得到米飯真空快速冷卻的最優工藝。

表2為米飯真空冷卻正交試驗及結果。

表2 米飯的真空冷卻正交試驗及結果Table 2 The orthogonal experiment of vacuum cooling technique of rice

由表2可以看出較高的冷卻終溫會導致較短的冷卻時間和較大的質量損失，較高的真空度也意味著產品表面水分向空間擴散的動力大，因此水分蒸發的速度快，冷卻速度快，質量損失較大。隨著真空度增加，蒸發水汽換熱效率降低，而且冷卻溫度降低，質量損失隨之增加。

隨著冷卻終溫的降低，冷卻時間延長，冷卻終溫越低，在熟食品溫度接近冷卻終溫時食品內部水分越少，以至于蒸發量減少、溫度下降緩慢，延長冷卻時間。處理量不同的米飯，水分含量也不同，所以冷卻時間也不一樣。隨著真空度的增加，水的沸點溫度不斷降低，水就變得容易汽化，水汽化時吸收熱量，米飯就能得到快速的冷卻。隨著冷卻壓力的增加失重率呈現逐減趨勢，原因是部分水分不能夠通過沸騰進行快速蒸發吸熱降溫，只能通過自然蒸發，而自然蒸發失水的速度明顯低于沸騰蒸發失水。

表3 米飯真空冷卻失重率極差分析結果Table 3 The extreme difference analysis of weightlessness rate of rice

米飯真空冷卻時間極差分析結果見表4。

表4 米飯真空冷卻時間極差分析結果Table 4 The extreme difference analysis of cooling time of rice

由表3米飯的失重率的極差分析結果可知，在影響米飯真空冷卻失重率的四個因素的主次順序為真空室的真空度、米飯的冷卻終溫、噴水量和處理量。此指標評價下的最優工藝條件為真空度1 000 Pa、終溫18℃、噴水量3%、處理量160 g。由表4米飯的冷卻時間的極差分析結果可知，在影響米飯真空冷卻時間的四個因素的主次順序為米飯的冷卻終溫、處理量、真空室的真空度和噴水量。此指標評價下的最優工藝條件為終溫18℃、處理量160 g、真空度1 000 Pa、噴水量3%。

3.2 綜合優化計算

在生產應用中需綜合考慮四個因素對兩項指標的影響，以便確定出較佳組合，因此有必要對上述兩項指標進行綜合。

本試驗用線性加權法來確定評價指標，加權系數，滿足 λ1＞0，如 λ2＞0，且如 λ1+λ2=1。按照冷卻時間、失重率的重要程度給定一組綜合優化計算時，失重率對米飯品質影響的重要程度要大于冷卻時間，即權重大小為：失重率＞冷卻終溫，為此，取 λ1=0.6，λ2=0.4，其綜合優化的極差分析結果如表5所示。

表5 綜合優化的極差分析結果Table 5 The extreme difference analysis of comprehensive optimization

對米飯真空冷卻過程的兩個評價指標進行加權運算，然后進行極差分析可知，4個影響因素對綜合指標的影響大小依次為米飯的冷卻終溫、真空室的真空度、處理量和噴水量。此指標評價下的最優工藝條件為終溫18℃、真空度1 000 Pa、處理量160 g、噴水量3%。

真空冷卻米飯最優工藝下的冷卻時間和失重率如表6所示。

表6 真空冷卻最優工藝的終溫和失重率Table 6 The end temperature and weightlessness rate of optimal process of vacuum cooling

最優工藝下米飯冷卻時間約為6.17 min，失重約為8.65%。

3.3 感官評價正交試驗分析

米飯感官評價表如表7所示。

表7 米飯感官評價表Table 7 Sensory evaluation of steamed rice

結合表7米飯感官評價表，對米飯真空冷卻成品進行感官評價，其正交試驗結果通過極差分析列于表8。

表8 感官評價的極差分析結果Table 8 The extreme difference analysis of Sensory evaluation

由表8可知，四個影響因素對米飯感官評價的影響大小依次為米飯的冷卻終溫、真空室的真空度、噴和水量處理量。此指標評價下的最優工藝條件為終溫18℃、真空度1 000 Pa、噴水量3%、處理量160 g。

4 結論

本文利用真空冷卻技術對熟食米飯進行實驗研究，分析了真空室真空度、米飯的處理量、冷卻最終溫度、噴水量等不同工藝參數對米飯的快速真空冷卻工藝過程的影響。

實驗結果表明，影響米飯真空冷卻失重率的四個因素的主次順序為真空室的真空度、米飯的冷卻終溫、噴水量和處理量。此指標評價下的最優工藝條件為真空度1 000 Pa、終溫18℃、噴水量3%、處理量160 g。在影響米飯真空冷卻時間的四個因素的主次順序為米飯的冷卻終溫、處理量、真空室的真空度和噴水量。此指標評價下的最優工藝條件為終溫18℃、處理量160 g、真空度1 000 Pa、噴水量3%。

對米飯真空冷卻過程的兩個評價指標進行加權運算，然后進行極差分析可知，4個影響因素對綜合指標的影響大小依次為米飯的冷卻終溫、真空室的真空度、處理量和噴水量。此指標評價下的最優工藝條件為終溫18℃、真空度1 000 Pa、處理量160 g、噴水量3%。對米飯真空冷卻成品進行感官評價的正交試驗結果，然后進行極差分析可知，四個影響因素對米飯感官評價的影響大小依次為米飯的冷卻終溫、真空室的真空度、噴水量和處理量。此指標評價下的最優工藝條件為終溫18℃、真空度1 000 Pa、噴水量3%、處理量160 g。

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