专利名称：储热式酸奶制造装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及食品的制造装置，是一种储热式酸奶制造装置。
背景技术：
酸奶，一般指酸牛奶，它是以新鲜的牛奶为原料，经过马氏杀菌后再向牛奶中添加有益菌(发酵剂)，经发醇后，再冷却灌装的一种牛奶制品。酸奶不但保留了牛奶的所有优点，而且某些方面经加工过程还扬长避短，成为更加适合于人类的营养保健品。
市场上的酸奶价格过高，因此有家用酸奶机在市场出现，也有这方面专利文献介绍。
专利号为96235390.6的中国专利文献公开了家用多功能酸奶器，由壳体、上盖、下盖、酸奶杯、中间隔板、热分配金属板、PTC陶瓷发热元件、发光二极管和限流电阻等组成，是将现有大规模工业生产酸奶的设备变为家庭自制酸奶的器具。
专利号为97203448.X的中国专利文献公开了家用自动酸奶机，包括外壳部分，中层部分，内层部分组成，所述的中层部分还包括与电热线相串联的温度敏感元件和结构独特的电热线。本产品用于家庭制造酸奶、糯米酒及各种口味的果酒。使用本产品只需牛奶、白糖、乳酸菌种，自动定时、恒温，制成酸奶。
专利公开号为1066367的中国专利文献公开了一种家用酸奶生成器，是以壳体及其门盖内装置的PTC热敏电阻器恒温发热头为恒温发热元件的。这种装置可以生成酸奶。
现有公开制造酸奶的技术，除了民间利用合适的室温自然发酵外，都是利用电加热的方法。电加热是需要配备温控和定时装置的，否则，温度过高或加热时间过长，都会导致酸奶制造失败。上述电加热、温控和定时装置的成本都使得酸奶制造器的生产成本要维持在一定的价格以上。对与偏远或暂时未有电力供应的地方，就难于利用其他热源来制造酸奶。
本实用新型的目的在于改善现有制造技术的不足之处，提供一种主要是供家庭用的、简易的储热式酸奶制造装置。
实用新型内容本实用新型是利用水的储热功能，在制造酸奶过程中，随着经过加热的水降温而释放热能来提供合适的牛奶发酵温度。解决了需要保持有一定的温度来制造酸奶的问题。本实用新型的目的是通过下述方案来实现的。
一种储热式酸奶制造装置 1)主要由保温容器(8)，储热杯(2)组成，并配备温度计和盛奶容器(5)。保温容器(8)可以容纳被放置入内的储热杯(2)；储热杯(2)可以容纳被放置入内的盛奶容器(5)和规定份量的开水(4)；盛奶容器(5)盛放着待发酵牛奶(10)。
2)储热杯(2)杯壁上有对应环境温度的开水(4)盛水量标志，或另外附加量杯，量杯壁上有对应环境温度的开水(4)盛水量标志。标志着的开水(4)盛水量是随环境温度降低而增加，随酸奶制造量的增加而增加。
3)所述保温容器(8)由保温材料(3)和纺织或非纺织布料构成袋子形状，或者由保温材料(3)和塑料或金属构成固定外形状。
所述袋子形状的保温容器(8)为上部或侧面开口，可以把所述储热杯(2)通过开口放入袋子内或从袋子内取出；所述开口设置有可使袋子内外隔离保温的拉链(9)或钮扣等。
所述塑料或金属构成的保温容器(8)为上部或侧面开口，附有上盖(14)或侧门，储热杯(2)可被从保温容器(8)中取出或放入。
所述储热杯(2)可被固定在保温容器(8)内。
所述保温容器(8)的保温层内壁(13)和储热杯(2)可为一体。
所述温度计是家庭现有的可以测量室温的温度计，或者是和本储热式酸奶制造装置配套提供的室内温度计。
所述盛奶容器(5)是市售牛奶的包装容器，或者是和本制造装置配套提供的容器。
图1为本实用新型储热式酸奶制造装置实施例1的结构剖面图 图2为图1中A方向的剖面视图 图3为本实用新型实施例1的由布料制成的袋子外形示意图 图4为本实用新型实施例3的由塑料或金属制成的外壳剖面图 图5为本实用新型实施例2或3的由塑料或金属制成的外壳外形图 图6为本实用新型实施例1的底部由塑料或金属制成的剖面示意图 图7为本实用新型有关热传递原理说明图 图8a为本实用新型有关热传递原理说明图 图8b为本实用新型有关温度变化原理说明图 图8c为本实用新型有关温度变化原理说明图 图9为本实用新型有关水温和奶温变化的比较曲线图 图中所著数字分别代表为酸奶制造装置(1)，储热杯(2)，储热杯盖(2a)，储热杯手柄(2b)，保温材料(3)，保温层(3a)，水(4)，盛奶容器(5)，盛奶容器壁(5a)，袋子内壁(6)，袋子外壁(7)，保温容器(8)，拉链(9)，拉链头(9a)，牛奶(10)，外界空气(11)，保温层外壁(12)，保温层内壁(13)，上盖(14)，保温底盘(15)，保温填料(16)。
图中所著字母和数字分别代表为热量dQ1，热量dQ2，热量dQ，温度t2，室温t0，厚度L，奶温t1，温度ts1，水温ts2。
图9中的水平轴为时间轴，刻度是分钟，垂直轴为温度轴，刻度是摄氏度；上升曲线为奶温变化线，下降曲线为水温变化线。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步详述 本实用新型是利用水的储热功能，在制造酸奶过程中，随着经过加热的水降温而释放热能来提供合适的牛奶发酵温度。
目前普遍使用的储热方式有两大类热容式储热和相变式储热。所谓热容式储热，就是通过加热介质，使其温度升高而储热。水是一种很好的储热介质。但是水和其他非相变式储热介质一样，在吸热过程或放热过程中，温度是升高或降低的，并不能提供一个衡温的环境。通过实践，知道合适牛奶发酵成酸奶的温度是有一定范围的，并非只是一个温度。这给本实用新型的开发提供了可行性。
本实用新型的酸奶制造，是在消毒的牛奶中加入发酵剂乳酸菌，把规定份量的开水(4)注入储热杯(2)内，把盛放着待发酵牛奶的盛奶容器(5)浸入储热杯(2)的开水内，储热杯(2)可以容纳被放置入内的盛奶容器(5)和规定份量的开水(4)。把盛放着盛奶容器(5)和开水的储热杯(2)放入保温容器(8)内，由保温容器(8)全包裹着牛奶(10)和预先被加热的水(4)来使牛奶发酵成酸奶。上述制造也可以是在注入开水(4)前，盛奶容器(5)预先已被放置在储热杯(2)内；或者是储热杯(2)预先已被放置在保温容器(8)内，然后分别放入牛奶(10)和开水(4)。
实施例1 如图1所示，酸奶制造装置(1)由保温容器(8)，储热杯(2)，储热杯盖(2a)组成。所述保温容器(8)由保温材料(3)和纺织或非纺织布料构成袋子形状。储热杯(2)杯壁上有对应环境温度的盛水量标志。保温容器(8)为上部或侧面开口，可以把所述储热杯(2)通过开口放入袋子内或从袋子内取出。开口设置有可使袋子内外隔离保温的拉链(9)或钮扣等。
所述盛奶容器(5)可以是市售鲜奶的包装盒或瓶子，最常见的有瓶装奶的奶瓶，纸包奶的纸盒；或者可被所述储热杯(2)包裹的任何家庭用的有盖容器；又或者是和本酸奶制造装置配套提供的容器。
所述储热杯(2)也可被固定在保温容器(8)内，通过保温容器(8)开口注水或放置盛奶容器(5)。
如图2所示，为图1中A方向的剖面视图。
实施例2 如图1、图2所示酸奶制造装置(1)的结构，图中所标示的袋子内壁(6)和袋子外壁(7)可以由塑料或金属构成，这样，保温容器(8)的外形状是固定的。保温容器(8)为上部或侧面开口，附有上盖(14)或侧门，储热杯(2)可被从保温容器(8)中取出或放入。储热杯(2)也可被固定在保温容器(8)内。
如图3所示，为实施例1中保温容器(8)用纺织或非纺织布料构成袋子的外形。由于是用布料制成袋子，酸奶制造装置(1)外表并不会如图示那样挺直，主要还是靠袋子内的储热杯(2)和储热杯盖(2a)支撑着高度。
实施例3 如图4所示，为保温容器(8)的内外壁由塑料或金属构成，保温层内壁(13)同时兼担任储热杯(2)壁的功能，保温容器(8)集保温容器(8)和储热杯(2)于一身。保温层内壁(13)上刻印对应不同室温的水位标志。制造酸奶时，把盛放着待发酵牛奶的盛奶容器(5)浸入保温容器(8)的开水内，再盖上上盖(14)即可。
如图5所示，为实施例2和实施例3酸奶制造装置(1)的外形示意图。
如图6所示，为实施例1酸奶制造装置(1)底部由塑料或金属制成的结构剖面，保温填料(16)可以是下述的保温材料(3)，也可以是空气。
保温材料(3)是采用玻璃棉；实施例1中袋子内壁(6)和外壁(7)之间的保温材料(3)还可采用衣物保暖填充材料，如棉花、丝棉或羽绒等。
从资料和实践知道，合适牛奶发酵成酸奶的温度是摄氏30度～45度，25度～30度也可以制成酸奶，但发酵的时间往往要超过12小时，以致24个小时。本实用新型就是在待发酵牛奶和盛奶容器(5)均为室温时，把接近摄氏100度的开水(4)，注入储热杯(2)，把开水(4)的热量传递给牛奶(10)。控制开水(4)的份量，使得牛奶(10)的发酵起始温度达到摄氏45度左右，然后在保温容器(8)的保温作用下，缓慢地向外界散热。使得牛奶(10)降温到摄氏30度左右时，牛奶(10)也发酵成酸奶了。
如图7所示，为有关热传递原理说明图。开水(4)注入储热杯(2)后，开水(4)在单位时间内把热量dQ1传递给牛奶(10)的同时，也把热量dQ2传递给外界空气(11)。热量dQ1是透过盛奶容器壁(5a)传递给牛奶(10)；热量dQ2是透过保温容器(8)的保温层内壁(13)、保温材料(3)、保温层外壁(12)传递给外界空气(11)。
如图8a所示，传递的热量dQ与保温层(3a)的散热面积、保温层(3a)的厚度、保温层(3a)的导热性能有关。有公式dQ＝(t2-t0)×(k×Sm/L)。其中(t2-t0)为温差，t2是开水(4)降温过程中某一时刻的温度；t0是外界的室温；Sm是保温层(3a)的散热面积；L是保温层(3a)的厚度。k是保温层(3a)的导热系数。
如图8b所示，当把接近摄氏100度的开水(4)注入储热杯(2)后，由于开水(4)的温度t2比外界的室温t0和同样为室温的奶温t1高，开水(4)在单位时间内同时把热量dQ1传递给牛奶(10)，把热量dQ2传递给外界空气(11)。可以有公式dQ1＝(t2-t1)×(k1×Sm1/L1)和dQ2＝(t2-t0)×(k2×Sm2/L2)。k1、Sm1和L1是盛奶容器壁(5a)的参数；k2、Sm2和L2是保温层(3a)的参数。由于t2和t1是在变化中，因而dQ随时间的变化是非线性的。
比较(k1×Sm1/L1)和(k2×Sm2/L2)。假设盛奶容器壁(5a)的导热性能K1＝(k1×Sm1/L1)；保温层(3a)的导热性能K2＝(k2×Sm2/L2)，则有K1/K2＝(k1×Sm1/L1)/(k2×Sm2/L2)＝(k1/k2)×(Sm1/Sm2)×(L2/L1)。盛奶容器壁(5a)的材料通常有纸质、塑料或玻璃。构成保温层(3a)主要材料有棉花或玻璃棉。从资料查得导热系数(kcal/mhr℃)即(千卡/米、度、时)如表(1) 盛奶容器壁(5a)的厚度一般是0.5～3毫米；保温层(3a)的厚度一般是10～30毫米。由于保温层(3a)是在容器壁(5a)的外部，容器壁(5a)和保温层(3a)散热面积的比例大约是(Sm1/Sm2)＝0.38～0.6。由此可算得K1/K2＝35～500。可以见到，在开水(4)注入后，水温和奶温相差较大的那一段时间，dQ1是dQ2的35倍以上。
在实验未开始前，先把热量的传递简化来分析。由于dQ2比dQ1小35倍以上，可以假设开水(4)是先把热能dQ1传递给牛奶(10)，还包括传递给盛奶容器(5)、储热杯(2)和保温容器(8)的内壁(13)及部份保温材料(3)，使其升温。
如图8c所示，当牛奶(10)的温度ts1升到水温ts2一致后，牛奶(10)和水(4)的热能dQ2同时通过保温层(3a)传递到外界空气(11)。这种理想模型在K1/K2值越大时，越接近真实。在本实用新型中，我们关心的是要加多少开水(4)，才能较快地把牛奶(10)的温度由室温提升到我们期望的摄氏45度左右。然后是选择合适的保温容器(8)，使其牛奶(10)降温到摄氏30度左右时，牛奶(10)已经发酵成酸奶。
在所述模型里，当牛奶(10)的温度ts1升到水温ts2一致后，开水(4)失去的热量等于牛奶(10)及盛奶容器(5)等得到的热量。因而有关系式(1) (mn×bn+mq1×bq1+mq2×bq2)×(ts-t0)＝m0×bw×(100-ts)------(1) 式中符号代表意思如表(2)所示。其中ts是奶温和水温一致后的温度，当作是发酵起始温度。并假设开水(4)刚刚到入储热杯(2)时的水温仍是摄氏100度。
储热杯(2)等的质量和比热用等效的质量md和等效的比热bd来代替，有 mq1×bq1+md2×bd2＝md×bd，式(1)成为式(2) (mn×bn+md×bd)×(ts-t0)＝m0×bw×(100-ts)------(2) 水的比热bw＝1，牛奶(10)的比热bn＝0.939，当作1来算，由式(2)被写成式(3) m0＝(ts-t0)×(mn×1+md×bd)/(100-ts)------(3) 设A＝(mn×1+md×bd)/(100-ts)------(4) 由式(4)可见，在盛奶容器(5)、储热杯(2)和保温容器(8)的实物样品被确定后，在发酵起始温度ts和牛奶(10)的质量mn设定后，A成为常数。式(3)可以被写成式(5) m0＝(ts-t0)*A＝ts×A-t0×A------(5) 由(5)式可以看到，所要注入开水的质量m0是和室温t0成反比变化，其变化的关系可以被计算出来。
构成盛奶容器(5)、储热杯(2)和保温容器(8)的塑料或金属等材料的比热是0.1～0.3左右，假设等效的比热bd＝1，用等效的质量md代表包括盛奶容器(5)、储热杯(2)、部份保温容器(8)的总质量。其等效的质量md是可以加入定量m0的开水(4)，测量和记录注水后水温ts’随时间的变化，在水温ts’降低的速度转缓时，取其水温ts’数值来求出。测量中可以不需要放置牛奶，因此可以由式(3)得到式(6) md＝m0*(100-ts’)/(ts’-t0)------(6) 本实施例是采用市售包装奶的各种纸包装、塑料包装或玻璃瓶包装容器；储热杯(2)可以放置1000毫升、500毫升或250毫升(包括225毫升)的包装奶。市售包装奶的容器重量一般只是牛奶重量的3％～5％左右，而且其包装材料的比热是牛奶的10％～30％左右，因此实际吸收或释放的热能只是牛奶的0.3％～1.5％左右，可以把盛奶容器(5)的热容量归作牛奶一起计算。例如1000毫升的包装奶，每升高摄氏温度一度，要吸收1000卡的热量。等效质量md就只代表包括储热杯(2)、部份保温容器(8)的总质量。
本测量是于室温t0＝13度时，在储热杯(2)的实物样品加入定量m0＝913克开水(4)后的20分钟测量其水温ts’的，再由式(6)求得等效质量md是200克。
由式(5)可以求得对应不同的室温时，制造不同份量的酸奶应注入的开水(4)的份量。虽然期望的牛奶发酵开始温度是摄氏45度左右，但式(5)是忽略了开水(4)在注入的初期同时也向外界空气(11)散热所造成的降温，所以在计算中把水温ts定为50度。用1000毫升制造酸奶时，求得所要注入开水的质量m0是和室温t0的关系如表(3)所示。
用500毫升制造酸奶时，求得m0和t0的关系如表(4)所示。
用250毫升(包括225毫升)制造酸奶时，求得m0和t0的关系如表(5)所示。
上述表(3)到表(5)中的数据是简化后的算式中求得的，因此需要实际的酸奶制造和测量去验证；在南方某城市，一年的时间经历了室温由摄氏9度到39度，每天制造一次的试制，采用了表中的数据，均取得很好的效果。发酵菌是采用上一次制得的酸奶，份量为牛奶量的5％左右。由于未遇到过摄氏5度的室温，5度室温的实验是把制造装置放入冰箱内来做的。
有资料介绍说，发酵剂乳酸菌在摄氏80度以上时，容易被消灭，因此也担心在开水(4)注入储热杯(2)的初期，高温的开水会否透过盛奶容器壁(5a)传热而杀灭牛奶中的发酵菌。
为此，在室温是摄氏9度，制造1000毫升酸奶过程中，把电子测温计的探针放入储热杯(2)内的水中，测得水温的变化摘录如表(6)和表(7)所示。
由表(6)可以看到，储热杯(2)内的水温在注入的头一分多钟便由接近100度降到80度。
如图9所示，另外也把电子测温计的探针插入盛奶容器(5)内的奶中，并贴着容器壁，即使是用导热系数较高的玻璃瓶(导热系数如表(1)所示)，测得的温度也从来未有超过60度。由于盛奶容器壁(5a)的阻隔，奶温由室温升高需要时间，因而发酵菌在开水(4)注入时受到高温破坏的程度就会很小或没有。图9曲线显示了水温和奶温的变化，X轴的刻度是分钟，Y轴的刻度是温度，上升曲线为奶温的变化，下降曲线为水温的变化。
由表(7)可以看到，制造酸奶过程中经过了8个小时，储热杯(2)内的水温仍然有30度，保温容器(8)的保温效果也附合设计的要求。
由于北方的冬天室内会有暖气，因此表(3)～表(5)中的温度下限为10度已可够用。虽然在表中列出了多组对应数据，但是在储热杯(2)的杯壁上只需由下到上刻印上4条水位标志即可。4条代表1000毫升制奶量的水位标志分别为在960毫升的水位线上标注10度；在720毫升的水位线上标注20度；在480毫升的水位线上标注30度；在240毫升的水位线上标注40度。当室温处在标注之间，注入开水(4)的水位大约在标注之间即可。曾在室温15度时，做过2次实验，一次是注入开水(4)的水位处在10度的水位上，一次是处在20度的水位上，同样制造酸奶成功。实际上是加入960毫升的开水(4)时，经5～6小时就发酵成酸奶了；加入720毫升的开水(4)时，经6～7小时才发酵成酸奶，当我们经8小时后取出时，就得到同样成功的酸奶。
另外代表500毫升和250毫升制奶量的水位标志可同样刻印在相邻的杯壁上，在对应的杯顶分别标注1000毫升、500毫升和250毫升，以便辨认。也可以另外附加量杯，量杯壁上有对应环境温度的盛水量标志，开水煮沸前或后通过量杯来量度水的份量。所以注入开水(4)而不注入其他温度的水是因为取得开水的手续较简单，无需用温度计来测量。
在注入开水(4)前需要通过温度计读得当时的室温，即制酸奶过程中的环境温度。温度计可作为本制造酸奶装置配套提供。由于室温一般在摄氏50度以下的量程已够，可采用酒精温度计。本制造酸奶装置也可以配套有盛奶容器(5)，但是每次制酸奶前，都应把盛奶容器(5)用淌过开水等消毒方式处理一下较好。
发酵剂乳酸菌可以用市售的酸奶发酵剂，也可以用酸奶作发酵剂。本实用新型还可以用来制造甜酒等其他发酵食品。
以市售1000毫升大盒(小盒也可以)之鲜奶或豆浆为例，把包装盒打开，倒入约7汤勺(50毫升)市售的或上次制作的酸奶，把消毒过的筷子伸入搅拌均匀，或盖紧包装盒后摇晃均匀。对应当时的室温，按照刻度，注入相应份量的开水到储热杯(2)或保温容器(8)内。把所述包装盒放入储热杯(2)或保温容器(8)内，拉上拉链或盖上上盖。静置一夜(7-10小时)，即凝结成固体酸奶。
上述发酵成的酸牛奶还很嫩，可叫做前发酵。若再放入4℃～6℃的冰箱中，由于奶的温度和酸度一时还降不下来，酸牛奶还在继续发酵，可叫做后发酵，产生芳香味。当后发酵完成后，便是风味尤佳的酸牛奶了。以市售鲜奶包装盒直接置入操作，可免除容器煮沸、消毒的程序。
上述介绍是假设室温低于45度，若室温是45度左右，则无需加入开水，发酵的时间也是7-10小时。依照上述介绍的原理，本实用新型的设计，也可以使得在一次中制造更多份量的酸奶。
用本实用新型制造的酸奶新鲜、活性高、安全卫生，可依个人喜好加入果糖、蜂蜜、水果、果汁等，免除市售产品的过多糖份、及人工添加物对人体造成的负担。酸奶亦可用于敷脸。由于省却了电热器材等成本，制造装置的价格可更便宜。使用本装置的环境也较灵活。从上述各实施例来看，储热式酸奶制造装置的生产并不复杂，可以作为商品大量生产。
权利要求1 一种储热式酸奶制造装置，由保温容器(8)，储热杯(2)组成，其特征在于装置配备温度计和盛奶容器(5)；保温容器(8)容纳被放置入内的储热杯(2)；储热杯(2)容纳被放置入内的盛奶容器(5)和规定份量的开水(4)；
储热杯(2)杯壁上有对应环境温度的开水(4)盛水量标志，或另外附加量杯，量杯壁上有对应环境温度的开水(4)盛水量标志；
所述保温容器(8)由保温材料(3)和纺织或非纺织布料构成袋子形状，或者由保温材料(3)和塑料或金属构成固定外形状。
2 根据权利要求1所述的储热式酸奶制造装置，其特征在于所述袋子形状的保温容器(8)为上部或侧面开口，开口设置有拉链(9)或钮扣。
3 根据权利要求1所述的储热式酸奶制造装置，其特征在于所述塑料或金属构成的保温容器(8)为上部开口，附有上盖(14)。
4 根据权利要求1所述的储热式酸奶制造装置，其特征在于所述储热杯(2)在保温容器(8)内。
5 根据权利要求1所述的储热式酸奶制造装置，其特征在于所述保温容器(8)的保温层内壁(13)和储热杯(2)为一体。
专利摘要一种储热式酸奶制造装置，主要由保温容器和储热杯组成。保温容器可以容纳被放置入内的储热杯；储热杯可以容纳被放置入内的盛奶容器和规定份量的开水；盛奶容器盛放着待发酵牛奶。储热杯内壁上刻印有对应环境温度的盛水量标志。保温容器全包裹着盛奶容器，使加入发酵剂乳酸菌的牛奶保持在适宜的温度中发酵成酸奶。用本实用新型制造的酸奶新鲜，免除市售产品中过多糖份及人工添加物。装置的生产并不复杂，可以作为商品大量生产。
文档编号A23L3/3463GK2912272SQ200520053260
公开日2007年6月20日 申请日期2005年1月7日 优先权日2005年1月7日
发明者林智文 申请人:林智文