1.本发明属于食品技术领域，尤其是一种生物活性陶瓷防褐变苹果汁灭酶装置。


背景技术：

2.目前，现有技术中苹果汁加工存在如下的问题：
3.问题1：苹果在加工成苹果汁之后，在采用高温灭酶处理过程中极易发生褐变，易与普通灭酶处理管道发生化学反应产生异味甚至有毒物质。
4.导致该问题的原因为：(1)苹果汁中含有多酚氧化酶及底物多酚类物质，当温度较高时，果汁与氧接触后，多酚氧化酶和苹果中的多酚在氧的参与下生成醌，醌类物质聚合产生黑色素，苹果汁发生褐变。(2)当加热装置中直接与苹果汁接触的容器或管道化学性质不稳定，由于苹果汁中含有酸类物质等。在高温环境下苹果汁可与热处理管道发生化学反应，可能会生成有异味甚至有毒害作用的物质。
5.问题2：苹果汁在热处理管道中边流通边热处理，在流通过程中，管道中心和管道边缘热处理温度会有差值，因此苹果汁热处理不均匀，灭酶效果欠佳。
6.导致该问题的原因为：(1)苹果汁热处理管道直径过大或容器较大，管道中心或容器中心温度达不到设定热处理温度。(2)苹果汁在管道中为层流状态，中心流层热处理温度始终低于外缘热处理温度。
7.问题3：苹果汁加工热处理灭酶装置很难准确控制灭酶处理温度的准确性和稳定性。
8.导致该问题的原因为：(1)设备自动化程度低，无法及时感知热处理温度变化。(2) 苹果汁灭酶设备无法及时对传热介质补热使整个苹果汁灭酶过程一直处于设定处理温度。(3) 灭酶装置对热介质保温效果欠佳，有大量热量通过装置外壁散失在环境中。
9.通过检索，发现如下几篇与本发明专利申请相关的如下专利公开文献：
10.1、一种桑果汁灭酶灭菌装置(cn205757068u)，包括：第一冷却管，第一预热管，灭霉菌管，蒸汽管，第二与热管以及第二冷却管。利用多段u型管组成的冷却管、预热管、灭霉菌管对桑果汁进行处理。其优点是：设备密封性好，有效防止果汁氧化褐变。蒸汽灭酶灭菌时间短，对果汁品质影响小，从而提高了果汁的取汁效率和果汁品质。
11.缺点：(1)采用蒸汽灭酶灭菌，处理温度较高，果汁本身理化性质易发生变化。(2) 管道中心层处理温度与管道内外缘处理温度存在较大差异，果汁灭霉菌处理受热不均匀，导致灭霉菌效果不佳。(3)蒸汽灭霉菌方式能耗较高且效率低。
12.2、超高温瞬间果汁灭菌锅(cn201846759u)，包括锅体、压力表、温度表和锅体内的盘管，锅体上设有果汁进、出口；其要点是所述果汁进、出口分别与锅体内盘管的上下端连接，锅体的上、下部分别设有导热油出、进口；所述果汁、出口和导热油出、进口上分别设有控制阀。本实用新型果汁灭菌全程自动化操作，灭菌时，先将来自锅炉的导热油经导热油进口送入锅内，果汁经果汁进口进入锅内的盘管中，然后分别打开果汁出口和导热油出口上的控制阀，果汁在盘管中运行杀菌4～6秒钟从出口送往包装车间，导热油从锅体下部的出
口返回锅炉再加热循环使用。其优点是：操作简单且能满足较高的处理温度。
13.缺点：(1)灭菌锅锅体保温性能差，较多的热能通过锅体损失在环境中，从而导致能源浪费。(2)热处理温度不能够灵活控制，自动化程度低。(3)管道内果汁受热不均匀，管道中心热处理温度高于贴近管道内壁处的热处理温度。
14.3、一种果汁灭菌装置(cn205567690u)，包括支架、高温瞬间灭菌锅和汽-水回收装置；高温瞬间灭菌锅安装在支架上方，汽-水回收装置安装在支架底部；汽-水回收装置包括汽一水换热装置，汽一水换热装置上设有冷凝水回收管接口、蒸汽接口、安全排气阀、供水口、循环水进口和压力表；冷凝水回收管接口通过冷凝水回收管与高温瞬间灭菌锅连通，并回收高温瞬间灭菌锅灭菌时产生的冷凝水；蒸汽接口通过蒸汽排放管与高温瞬间灭菌锅连通；供水口通过进水管向高温瞬间灭菌锅供水；循环水进口与外来水管连通。其优点：可对封装果汁进行连续式的瞬间高温灭菌操作，另外可通过汽-水回收装置回收高温瞬间灭菌锅内使用过的蒸汽和冷凝水，蒸汽和水的利用率高。
15.缺点：(1)对果汁的热处理温度单一。(2)对果汁热处理不均匀，果汁容器中心处理温度低于外缘热处理温度。
16.通过对比，本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。


技术实现要素：

17.本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种生物活性陶瓷防褐变苹果汁灭酶装置。
18.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
19.一种生物活性陶瓷防褐变苹果汁灭酶装置，所述装置包括苹果汁进口管、苹果汁出口管、传热介质出口、传热介质进口、维生素c添加料斗、拨轮、传动轴、电动机、油层罐壁夹层、灭酶管道、散流片、散流片固定柱、罐体、果汁分流器、果汁汇集器、油层加热器和传热介质加热器，所述罐体呈顶部、底部均封闭的中空状，罐体的顶部紧密相连通设置传热介质出口，罐体的底部紧密相连通设置传热介质进口，罐体的中空内部能够盛装传热介质，传热介质能够对灭酶管道内的苹果汁进行灭酶操作，所述传热介质加热器能够对传热介质进行加热操作，传热介质加热器同轴设置在罐体的中空内部下部，且设置在果汁汇集器的上方；
20.所述果汁分流器、果汁汇集器均同轴设置于罐体的中空内部，所述苹果汁进口管相连通设置于罐体顶部，该苹果汁进口管的输入端能够输入苹果汁，该苹果汁进口管的输出端与果汁分流器的输入端紧密相连通设置，果汁分流器的输出端设置为多个，果汁分流器的输出端与灭酶管道的输入端紧密相连通设置，灭酶管道的输出端与果汁汇集器的输入端紧密相连通设置，果汁汇集器的输入端设置为多个，且数量与果汁分流器的输出端的数量相等，该果汁汇集器设置于罐体的底部，且其输出端与苹果汁出口管的输入端紧密相连通设置，苹果汁出口管的输出端能够输出灭酶处理后的苹果汁；
21.所述苹果汁进口管上相连通设置维生素c添加料斗，该维生素c添加料斗能够向苹果汁进口管内输入维生素c，该维生素c添加料斗的出口端相连接设置拨轮，拨轮通过传动轴与电动机相连接设置，该电动机能够带动拨轮转动；
22.所述灭酶管道沿竖直方向设置，该灭酶管道设置多个，灭酶管道内同轴相连接设置散流片固定柱，该散流片固定柱上沿竖直方向均布间隔设置多个散流片，该散流片的横
截面呈八字形设置，多个散流片的八字形面上、下交错设置；
23.所述罐体的外侧罐壁内设置有油层罐壁夹层，该油层罐壁夹层内能够盛装加热介质油，所述油层加热器能够对加热介质油进行加热操作。
24.进一步地，所述装置还包括装置支架、控制面板、油层温度传感器、介质层温度传感器和控制系统，所述罐体底部相连接设置装置支架，罐体外表面上相连接设置控制面板，传热介质加热器上相连接设置介质层温度传感器，该介质层温度传感器能够检测传热介质的温度；所述油层温度传感器设置在油层罐壁夹层内，该油层温度传感器能够检测加热介质油的温度；
25.所述电动机、油层加热器、传热介质加热器、油层温度传感器、介质层温度传感器、控制面板均与控制系统相连接设置，该控制系统能够控制电动机、油层加热器、传热介质加热器的动作，控制面板能够显示油层温度、介质层温度。
26.进一步地，所述果汁分流器的输出端设置为4个，灭酶管道设置为4个。
27.进一步地，所述传热介质为水。
28.进一步地，所述散流片采用添加有磷酸三钙的生物活性的陶瓷材料制成，具体制备步骤如下：
29.配土：在陶土中加入陶土质量5％膨润土、陶土质量2％的三氧化二铝和陶土质量3％的磷酸三钙；
30.练泥：在原料中加总质量75％的水，采用羊角揉法开始制泥，得陶泥；
31.制坯：将陶泥放入散流片模具中制坯；
32.晒坯：将制成的坯于烘干道中30-35℃进行烘干；
33.上釉：在无色釉中加入其质量6％的磷酸三钙，上釉，在釉上保留微孔，直径为1mm。
34.进一步地，所述灭酶管道有内壁设置一层具有生物活性的陶瓷材料层，该陶瓷材料层的制备步骤如下：
35.配土：在陶土中加入陶土质量5％膨润土、陶土质量2％的三氧化二铝和陶土质量3％的磷酸三钙；
36.练泥：在原料中加总质量75％的水，采用羊角揉法开始制泥，得陶泥；
37.制坯：将陶泥进行制坯；
38.晒坯：将制成的坯于烘干道中30-35℃进行烘干；
39.上釉：在无色釉中加入其质量6％的磷酸三钙，上釉，在釉上保留微孔，直径为1mm。
40.进一步地，所述维生素c添加量为苹果汁质量的0.16％。
41.进一步地，所述装置的参数如下：
42.苹果汁进口管内径：8-12cm
43.灭酶管道内径：4.5-6.5cm
44.罐体高h：200-300cm
45.散流片尺寸：3
×
3cm-5
×
5cm
46.散流片间距l：20-30cm
47.散流片对数计算公式：(h/l-1)
×448.苹果汁流速：0.8-1.2m/s。
49.本发明取得的优点和效果是：
50.1、由于灭酶过程热传递与热量向外界散失，苹果汁加工热处理灭酶装置很难准确控制灭酶处理温度的准确性和稳定性。本装置采用双重加热，油层保温技术。“双重加热，油层保温”技术即在苹果汁热处理管道外采用水为传热介质，在水层外设置油层，水层和油层均安装有电加热装置。水层厚度可以根据设备大小和苹果汁处理量而定，在水层外为油层，因为油的沸点比较高，不仅能对水层加热，还能对水层保温。“双重加热，油层保温”技术更有利于灭酶温度的稳定与灭酶条件的实现。内层选用水层原因：水的比热容大，热量储存大，温度较稳定另外苹果汁灭酶温度在水的沸点以下。
51.2、在管道中心设置散流片，散流片呈八字形连续的交错固定在苹果汁热处理管道中心，散流片采用添加有磷酸三钙的有生物活性的陶瓷材料制成。散流片有两个作用：(1)能打破热处理管道中苹果汁的层流状态，达到苹果汁均匀灭酶的效果。(2)含有磷酸三钙的具有生物活性的陶瓷材料对蛋白质具有一定的吸附作用，苹果汁中的酶为蛋白质，吸附苹果汁中的多酚氧化酶具有防褐变作用。另外，在苹果汁灭酶管道内壁附着一层具有生物活性的陶瓷材料，该材料与散流片材料相同，其作用为防褐变、防止高温果汁与管道金属内壁发生化学反应以及防止过热处理现象。
52.3、在初入装置时的果汁运输管道上安装拨轮式微量维生素c添加装置，维生素有苹果汁防褐变作用。并且根据苹果鲜榨汁保鲜实验，维生素c添加量为0.16％为最佳，因为0.16％的维生素c含量下苹果鲜榨汁在冰温下存放一个月味道和色泽均为最佳。拨轮式设计不仅可以保证管道气密性，还能通过调节轮转速度准确控制添加量。
附图说明
53.图1为本发明装置的一种结构连示意图。
具体实施方式
54.下面结合通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
55.本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规市售产品，本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法，本发明所用各物质质量均为常规使用质量。本发明中未详细描述的结构、连接关系等，可以理解为本领域的常规技术手段。
56.一种生物活性陶瓷防褐变苹果汁灭酶装置，如图1所示，所述装置包括苹果汁进口管1、苹果汁出口管2、传热介质出口3、传热介质进口4、维生素c添加料斗5、拨轮6、传动轴 7、电动机8、油层罐壁夹层9、灭酶管道10、散流片11、散流片固定柱12、罐体14、果汁分流器15、果汁汇集器16、油层加热器18和传热介质加热器19，所述罐体呈顶部、底部均封闭的中空状，罐体的顶部紧密相连通设置传热介质出口，罐体的底部紧密相连通设置传热介质进口，罐体的中空内部能够盛装传热介质，传热介质能够对灭酶管道内的苹果汁进行灭酶操作，所述传热介质加热器能够对传热介质进行加热操作，传热介质加热器同轴设置在罐体的中空内部下部，且设置在果汁汇集器的上方；
57.所述果汁分流器、果汁汇集器均同轴设置于罐体的中空内部，所述苹果汁进口管相连通设置于罐体顶部，该苹果汁进口管的输入端能够输入苹果汁，该苹果汁进口管的输出端与果汁分流器的输入端紧密相连通设置，果汁分流器的输出端设置为多个，果汁分流
器的输出端与灭酶管道的输入端紧密相连通设置，灭酶管道的输出端与果汁汇集器的输入端紧密相连通设置，果汁汇集器的输入端设置为多个，且数量与果汁分流器的输出端的数量相等，该果汁汇集器设置于罐体的底部，且其输出端与苹果汁出口管的输入端紧密相连通设置，苹果汁出口管的输出端能够输出灭酶处理后的苹果汁；
58.所述苹果汁进口管上相连通设置维生素c添加料斗，该维生素c添加料斗能够向苹果汁进口管内输入维生素c，该维生素c添加料斗的出口端相连接设置拨轮，拨轮通过传动轴与电动机相连接设置，该电动机能够带动拨轮转动；
59.所述灭酶管道沿竖直方向设置，该灭酶管道设置多个，灭酶管道内同轴相连接设置散流片固定柱，该散流片固定柱上沿竖直方向均布间隔设置多个散流片，该散流片的横截面呈八字形设置，多个散流片的八字形面上、下交错设置；
60.所述罐体的外侧罐壁内设置有油层罐壁夹层，该油层罐壁夹层内能够盛装加热介质油，所述油层加热器能够对加热介质油进行加热操作。
61.在本实施例中，所述装置还包括装置支架17、控制面板20、油层温度传感器21、介质层温度传感器22和控制系统(图中未示出)，所述罐体底部相连接设置装置支架，罐体外表面上相连接设置控制面板，传热介质加热器上相连接设置介质层温度传感器，该介质层温度传感器能够检测传热介质的温度；所述油层温度传感器设置在油层罐壁夹层内，该油层温度传感器能够检测加热介质油的温度；
62.所述电动机、油层加热器、传热介质加热器、油层温度传感器、介质层温度传感器、控制面板均与控制系统相连接设置，该控制系统能够控制电动机、油层加热器、传热介质加热器的动作，控制面板能够显示油层温度、介质层温度。
63.在本实施例中，所述果汁分流器的输出端设置为4个，灭酶管道设置为4个。
64.在本实施例中，所述传热介质为水。
65.在本实施例中，所述散流片采用添加有磷酸三钙的生物活性的陶瓷材料制成，具体制备步骤如下：
66.生物活性陶瓷散流片制作工艺(烧制法)：
67.配土
→
练泥
→
制坯
→
晒坯
→
上釉
→
烧制
68.配土：在陶土中加入陶土质量5％膨润土、陶土质量2％的三氧化二铝和陶土质量3％的磷酸三钙；膨润土有助于成品内部结构形成多孔结构且具有吸附性，三氧化二铝能增加成品硬度并具有吸附性，磷酸三钙具有吸附蛋白质特性。
69.练泥：在原料中加总质量75％的水，采用羊角揉法开始制泥，得陶泥；
70.制坯：将陶泥放入散流片模具中制坯；
71.晒坯：将制成的坯于烘干道中进行烘干(30-35℃)；
72.上釉：在无色釉中加入其质量6％的磷酸三钙，上釉，在釉上保留微孔，直径为1mm。
73.在本实施例中，所述灭酶管道有内壁设置一层具有生物活性的陶瓷材料层，该陶瓷材料层的制备步骤如下：
74.配土：在陶土中加入陶土质量5％膨润土、陶土质量2％的三氧化二铝和陶土质量3％的磷酸三钙；膨润土有助于成品内部结构形成多孔结构且具有吸附性，三氧化二铝能增加成品硬度并具有吸附性，磷酸三钙具有吸附蛋白质特性。
75.练泥：在原料中加总质量75％的水，采用羊角揉法开始制泥，得陶泥；
76.制坯：将陶泥进行制坯；
77.晒坯：将制成的坯于烘干道中进行烘干(30-35℃)；
78.上釉：在无色釉中加入其质量6％的磷酸三钙，上釉，在釉上保留微孔，直径为1mm。
79.在本实施例中，所述维生素c添加量为苹果汁质量的0.16％。因为0.16％的维生素c含量下苹果鲜榨汁在冰温下存放一个月味道和色泽均为最佳。拨轮式设计不仅可以保证管道气密性，还能通过调节轮转速度准确控制添加量。
80.生物活性陶瓷防褐变苹果汁灭酶装置的相关参数可以如下：
81.1：苹果汁运输管道内径：8-12cm
82.2:罐内灭酶管道内径：4.5-6.5cm
83.3：灭酶罐高h：200-300cm
84.4：散流片尺寸：3
×
3cm-5
×
5cm
85.5：散流片间距l：20-30cm
86.6:散流片对数计算公式：(h/l-1)
×487.7：苹果汁流速：0.8-1.2m/s。
88.本生物活性陶瓷防褐变苹果汁灭酶装置的一种使用方法如下：
89.上一道工艺产品苹果汁从该装置的苹果汁进口管进入灭酶管道，在进入灭酶管道之前即未经过热处理之前在苹果汁进口管会有维生素c通过拨轮式微量维生素c添加装置添加到苹果汁中，能有效防治褐变。苹果鲜榨汁经过添加维生素c后在果汁分流器处分成多股(例如四股)支流，苹果汁在(四个支流)灭酶管中被灭酶。
90.灭酶管中心处设有散流片固定柱，八字形散流片成对交错安装在散流片固定柱上。果汁在灭酶罐中不存在固定的中心层液体和外缘液体。果汁在灭酶管中灭酶后流经果汁汇集器，果汁汇集之后经装置出液口进入下一加工工艺。
91.本生物活性陶瓷防褐变苹果汁灭酶装置有双重加热，油膜保温功能。即灭酶管外为比热容较大的水作为果汁灭酶的直接传热介质，水层外为油层。水层和油层内均设置温度传感器和加热器且与控制系统相关联。
92.本发明的相关检测如下：
93.1、本发明装置的散热效率、吸附蛋白质效率检测：
94.(1)生物活性陶瓷片散热效率：230w/(m
·
k)
95.(2)生物活性陶瓷片吸附蛋白质效率：8mg/m296.2、管道温度变化数据：(设置处理温度：60℃)
97.一个小时测一次数据、测五次分析：
[0098][0099]
3、保温效果数据：
[0100]
当装置内管道外加热水温上升到62℃时，停止加热，管道内不处理苹果汁，探究油膜保温效果，油膜设置温度分别为90℃、60℃、常温无处理。不外加加热器。每隔1小时测一
次管道外水介质温度，结果如下：
[0101][0102]
从上面检测数据可以看出：(1)通过对本发明中制备的生物活性陶瓷材料的散热效率和吸附蛋白效率检测结果得知，本发明中制备的生物活性陶瓷材料具有优良的散热能力，并且能有效吸附苹果汁中的多酚氧化酶，为防止果汁褐变提供有效支持。(2)由管道温度变化数据可知，管道内灭酶温度与设定值误差在
±
1℃之内，苹果汁灭酶过程中热处理温度稳定性能够得到保障。(3)通过对不同温度的油膜保温效果探究数据得知，油膜不仅具有加热功能，还具有明显的保温功能。
[0103]
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。