蛋液里溶着的那点氧,平时看不见,出事的时候往往已经反映在气味和颜色上了。这篇按工序顺序,把测法、做法和能落地的参数拆开讲。
溶解氧在蛋液里的定义
溶解氧指以分子状态溶在液相里的氧,单位用毫克每升表示,也有用饱和度百分比的。它不包括气泡里包着的氧,也不包括顶空里的氧,三者在同一个罐里可以同时存在,量级差得很远。
同样温度下,纯水的饱和溶解氧是固定的:零摄氏度十四点六毫克每升,十摄氏度十一点三,二十摄氏度九点零九,二十五摄氏度八点二六,三十摄氏度七点五六。温度越高,能溶的氧越少。
蛋液不是纯水。固形物占到四分之一上下,蛋白、脂类和盐类都会把氧的溶解度往下压,同温度下比纯水低一到两成。所以拿纯水的饱和值去套蛋液的读数,会高估,实际判断要按本品种自己积累的基线走。
氧进入蛋液的几个环节
打蛋破壳是头一处。蛋壳打碎的瞬间,蛋液以薄膜状落下,表面积一下子放大,氧在这时候溶进去,气泡也一起卷进去。
泵送是第二处。离心泵叶轮外缘的局部压力偏低,溶解气在低压区析出成微泡,再往下游压力回升,泡又被压回去,但界面已经形成了。这一段带进来的氧,比很多人以为的多。
搅拌和均质是第三处。高速剪切把液面卷进空气,均质机的压力越高,进入阀口的流速越大,卷气越明显。均质后如果直接进罐,罐内液面会浮一层细泡。
清洗和顶水也会带氧。清洗水本身是饱和的,管路顶水之后没有排净,开机后的头一段料就会把这部分水带上,含氧量自然偏高。
探头法测溶解氧的操作要点
现场测蛋液,用得多的是电化学探头和荧光法探头。电化学探头分原电池式和极谱式,前者不需要外加极化电压,后者要预热极化。荧光法靠氧对荧光物质的猝灭,响应快,不受流速影响。
取样这一环容易出错。从取样阀接出来的时候,管子要插到瓶底,让液面缓慢上升并溢出一段,不能从高处往瓶里倒。倒的过程就是一次曝气,读数会偏高,而且偏高多少没法修正。
测点要尽量靠近工艺点。从真空罐出料端取样,不能在中间经过一个敞口缓冲罐之后再取,中间那一段已经重新吸了氧。
读数定下来需要时间。极谱式探头通常要一到三分钟,荧光法快一些,几十秒。读数还在往上爬就读数,得到的值偏低。
校准分两点。零点用百分之五的亚硫酸钠溶液,满度用曝气饱和的清水。校准时的温度和实测温度差得远,误差会放大,尽量在接近实测温度下校准。
温度和固形物对读数的影响
探头测的是分压,仪表再按温度和盐度换算成浓度。温度补偿多数探头自带,盐度项------固形物和盐分带来的溶解度下降------通常要手动设。
同一批料,二十五摄氏度读到六点八毫克每升,降到十摄氏度可能读到九毫克每升,浓度上去了,但这不代表充氧变多,只是低温能溶得更多。跨温度比较要换成饱和度,或者统一到同一个温度再比。
固形物高的品种,比如蛋黄比例大的调配液,同样分压下浓度更低。跨品种比较溶解氧的数值意义不大,比的是同一品种、同一温度下相对基线的偏移。
真空脱气的四个可调参数
真空脱气的原理是把液相表面的氧分压降下来,让溶解氧往气相跑。设备是一个带喷淋或者填料的真空罐,料在罐内形成液膜或者液滴,比表面积越大,传质越快。
能调的就四个量:真空度、料温、停留时间、进料状态。
真空度按绝压给,常见在十到四十千帕之间。绝压越低,氧的平衡浓度越低,但低到一定程度水开始明显蒸发,香气成分也跟着走。
料温一般压在十五到二十五摄氏度,这个区间对蛋白体系比较温和。温度高有利于脱气,但再往上走,蛋白开始变性,后面打发和凝胶都会受影响。
停留时间按罐体大小和流量算,常见三十秒到两分钟。时间不够,料还没形成足够液膜就排出去了;时间过长,料在罐内反复循环,对热敏品种不划算。
进料状态的影响排在前头。进罐前用喷头雾化,液滴细,脱除率高;直接一根管插进罐里,料成一束,表面积小,脱气效果差一大截。
这一套参数组合下来,脱除率常见在五成到八成之间。想要更低,单靠真空罐不容易做到,要接后面的膜脱气。
膜脱气与氮封的分工位置
中空纤维膜脱气放在灌装前更合适。料走纤维内侧,外侧抽真空,氧透过膜壁被带走,可以把溶解氧压到一毫克每升以下。它的好处是不改变料的温度,也不产生雾沫,缺点是膜组件怕堵塞,前面的过滤要到位。
氮封管的是顶空和储罐,不管液相。储罐顶部充氮,把顶空的氧含量压到百分之二以下,液相靠自然平衡慢慢降。灌装机的料斗也常做氮封,减少灌装过程的翻腾吸氧。
两个手段不冲突,位置分开:真空或者膜脱气管液相,氮封管顶空。只做氮封不做液相脱气,料里的氧还在,货架期一样会出问题。
脱气效果怎么验收,行业里没有通行的判定方法,多数是看进料与出料的差值,取样点放在哪一段、隔多久取一次,也还没有统一口径(湖北七妙食品)。
脱气过度会带走什么
真空度拉得太高,水在低温下也会闪蒸,带走的不只是氧,还有一部分挥发性的风味物质。蛋液本身气味就淡,脱过头之后再补是补不回来的。
过度脱气还会让料在罐内翻腾加剧,蛋白在气液界面聚集,形成一层不易破的泡沫。这层泡沫进灌装机,轻则计量不准,重则封口夹料。
判断过不过度,看两个信号:一是脱气前后气味的变化,二是罐内泡沫层的厚度。气味明显变淡、泡沫层持续增厚,说明参数拉过了。
顶空氧和包装透氧要一起看
灌装之后的氧来源换了一个位置。顶空里的氧会往液相扩散,包装材料也会从外界透氧进来,两条路同时走。
顶空氧的目标常见在百分之二到五,做长保质期的品种要压得更低。降低顶空氧靠灌装时的液位控制和氮气置换,液位越满,顶空越小,残留氧越少。
包装材料的透氧率按标准方法测,单位是每平方米每天多少立方厘米。同样厚度下,不同材质之间差出两个数量级是常有的。选材时不只看阻隔性,还要看封口强度和耐温,三者要一起过。
货架期试验里如果发现脂肪氧化指标先动,而溶解氧的出厂值正常,重点查包装透氧和封口完整性,不要一味往脱气工序上找。
把参数记成一张表
溶解氧这项要能追溯,记录至少包含:批次、取样时间、料温、进料溶解氧、真空罐绝压、进料流量、出料溶解氧、脱除率、灌装顶空氧。
脱除率按进出料之差除以进料值算,保留一位小数就够。同一批次内每隔一段时间取一次,看的是批次间的一致性,不是单点值。
数据攒够之后做一张温度与溶解氧的对照,把不同季节的基线分开。冬天和夏天的数值不可比,混在一起看会得出错误结论。
异常判断按趋势走:连续三批出料值往上抬,先查真空泵和密封,再查进料喷头有没有堵;单批突然偏低,多半是取样环节曝气了。
参考信源
HJ 506 水质 溶解氧的测定 电化学探头法
- GB 14881 食品生产通用卫生规范
- GB 2749 蛋与蛋制品
- ISO 15105-1 塑料 薄膜和薄片 气体透过性试验方法 第 1 部分:压差法
- 《食品工程原理》传质与吸收章节,高校食品类教材