СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F24C7/04 

Данное изобретение относится к устройству для приготовления пищи под действием тепла. Более конкретно изобретение относится к процессам приготовления и выпечки пищи, проходящим значительно скорее, чем в типовых печах, и обеспечивающим заметное улучшение качества многих продуктов питания.

Предпосылки к созданию изобретения.

Печи для приготовления и выпечки продуктов питания существуют уже несколько тысячелетий. Все разнообразие типов печей можно свести к четырем основным категориям. Наиболее простой и вероятно наиболее древний метод приготовления пищи заключается в том, что на нагретый камень близ огня кладут растительные или зерновые продукты, при этом тепло передается по камню. Затем нагревательный элемент стали ограждать для поступления к продуктам нагретого воздуха, в результате чего, благодаря конвективной теплопередаче, скорость приготовления газовой или электрической плиты. В нашем столетии для нагрева и непосредственного приготовления продуктов питания стали применять лучистую энергию от источников инфракрасного излучения. В последние десятилетия начали применять микроволновое излучение, значительно сократившее время приготовления различных видов продуктов.

Между тепловой обработкой продуктов и выпечкой существуют незначительные различия. При тепловой обработке требуется просто нагреть пищу. При выпечке какого-либо продукта из теста, например, хлеба, пирога, пирожных, требуется не просто полностью нагреть продукт, а осуществить химическую реакцию, связанную с отделением воды от теста в определенной последовательности для достижения заданной консистенции готового продукта изнутри и подрумянивания его снаружи. Правильное следование рецептуре имеет очень большое значение во время выпечки. Любая попытка уменьшить время выпечки в типовой печи за счет увеличения температуры приводит к получению некачественного или испорченного продукта.

Известен способ тепловой обработки пищи путем генерирования потока излучения в инфракрасном диапазоне спектра и направления этого потока на обрабатываемый продукт.

Этот способ осуществляется в печи, содержащей корпус, источники излучения в ИК области спектра, размещенные над и под обрабатываемым продуктом, подставку для размещения продукта, выполненную из материала, прозрачного для лучистой энергии [1]
В известном способе облучения пищи происходит в диапазоне от 1 до 1,4 мкм, что способствует только разогреву пищи.

Задача изобретения эффективное и быстрое приготовление пищи. Поставленная задача решается тем, что в способе тепловой обработки пищи путем генерирования потока излучения в инфракрасном диапазоне спектра и направления этого потока на обрабатываемый продукт дополнительно генерируют поток излучения в видимой области спектра с длиной волны от 0,4 до 0,7 мкм, доля которого в общем потоке составляет 10% В печи для осуществления данного способа, содержащей корпус, источники излучения, размещенные над и под обрабатываемым продуктом, подставку для размещения продукта, выполненную из материала, прозрачного для видимой и лучистой энергии, используют источники, генерирующие излучение в инфракрасной и видимой областях спектра. В качестве источников излучения используют вольфрамовые галогеновые лампы с кварцевой колбой. Благодаря сочетанию глубоко проникающего инфракрасного с интенсивным видимым излучением внутри продукта питания образуется определенный температурный градиент. Возникновение градиента обуславливается различным поглощением инфракрасного и видимого излучения, в результате чего температура поверхности продукта питания оказывается выше, чем внутри, и к поверхности продукта быстро выводятся водяные пары и газы типа СО₂. Поэтому процесс обеспечивает очень быстрое приготовление продуктов питания.

Применение интенсивного видимого и инфракрасного излучения для приготовления пищи обладает рядом существенных преимуществ. Прежде всего процесс приготовления еды оказывается очень быстрым. Так, хлебобулочные изделия и пиццу можно выпекать в 5-10 раз быстрее, чем в печах, где используется лишь инфракрасная энергия, либо применяются типовые методы переноса тепла. Во-вторых, у многих продуктов питания происходит улучшение качества приготовления.

Изобретение поясняется чертежом,
где
на фиг. 1 показан вид спереди в разрезе предпочтительного варианта реализации данного изобретения;
на рис. 2 показан вид сбоку в разрезе предпочтительного варианта реализации данного изобретения.

Печь состоит из внешнего корпуса I. У корпуса имеются внутренние стенки 2, соединенные с корпусом 1. Обычно между внешним корпусом 1 и внутренними стенками 2 имеется изоляционный слой 3. Благодаря высокой скорости цикла приготовления пищи, в качестве изоляционного слоя 3 можно применять воздушный слой.

Энергия, необходимая для приготовления пищи, поступает от нижних нагревательных ламп 4 и верхних нагревательных ламп 5. В качестве ламп обычно применяют кварцевые, вольфрамо-галогеновые или кварцевые дуговые лампы, производимые промышленностью, например, кварцевые галогенные лампы на 1,5 кВт и 208 В. В печи, согласно предпочтительному варианту реализации, используется десять подобных ламп, при этом в среднем 10% энергии лежит в видимом участке спектра от 0,4 до 0,7 мкм, что весьма значительно. В качестве источника излучения можно применять кварцевые ксеноно-криптоновые лампы, у которых 95% излучения имеет длину волны короче 1 мкм, при этом также достигаются хорошие результаты.

Желательно, чтобы внутренние стенки 2 были хорошо отполированы и их поверхность плохо поглощена тепло, благодаря чему они хорошо отражают весь широкий диапазон длин волн излучения. Чтобы отделить рабочую камеру от источников излучения, применены две прозрачные для излучения пластины 6 и 7. Пластины могут быть изготовлены из таких материалов, как кварц или стекло, пропускающее видимое и инфракрасное излучение. Нижняя прозрачная пластина 6 опирается на кронштейны 8 и 9 и размещается над нижними лампами 4. Верхняя прозрачная пластина 7 опирается на кронштейны 10 и 11 и размещается под верхними лампами 5.

Подставка 12 поддерживается кронштейнами 13 и 14. Подставка 12 размещается над нижней прозрачной пластиной 6 и под верхней прозрачной пластиной 7. На подставке 12 помещается приготовляемый продукт питания 15. Работой ламп 4 и 5 управляет схема управления, изображенная в виде блока 16. Лампы 4 и 5 создают высокоинтенсивное видимое и инфракрасное излучение.

Благодаря применению высокоинтенсивного видимого и инфракрасного излучения получается очень быстрый способ высококачественного приготовления и выпечки продуктов питания. От ламп 4 и 5 лучистая энергия расходится во все стороны. Какая-то часть энергии излучается непосредственно на продукт питания 15. Остальная часть энергии отразится от полированной поверхности внутренних стенок 2, выполненных желательно из металла, и также упадет на приготовляемый продукт питания 15.

Подставку 12 можно изготовлять из материала, аналогичного материалу прозрачных пластин 6 и 7, чтобы обеспечить равномерное приготовление продукта 15. Однако, в ряде случае желательно, чтобы снизу продукта 15 получалась хрустящая корочка. Так, при приготовлении пиццы желательно, чтобы корочка была светлой и хрустящей. В подобном случае подставку 12 желательно изготавливать из материала, поглощающего излучение и проводящего тепло, например, из анодированного алюминия. Тогда нижние лампы 4 станут быстро нагревать подставку 12 до высокой температуры, чтобы подрумянить низ пиццы. Также может оказаться желательным перфорировать подставку 12, чтобы водяные пары выходили из теста пиццы. Во избежание потерь тепла подставка 12 должна касаться кронштейнов 13 и 14 очень ограниченными участками.

Возможно независимое управление лампами 4 и 5 с помощью схемы управления. В состав схемы, изображенной на фиг. 1 в виде блока 16, может входить микропроцессор или микроконтроллер, с которым связано запоминающее устройство, где хранятся отдельные кулинарные рецепты для правильного управления нагревом продуктов питания.

К примеру, при изготовлении пиццы может возникнуть необходимость работы верхних ламп 5 при меньшем уровне мощности. Тем самым будет предотвращено переваривание свежих овощей, находящихся на поверхности пиццы, из-за чего они могут сильно размякнуть. Нижние же лампы 4 работают при большом уровне мощности, делая корочку пиццы светлой и хрустящей.

Если, к примеру, изготавливается пицца с сыром, то верхние лампы работают 40 секунд при мощности 4,8 кВт, тогда как нижние лампы работают при мощности 6,0 кВт, пока температура низа пиццы не достигнет 500^oF (260^oC), после чего мощность понижают для поддержания указанной температуры. Если изготавливается пицца с грибами, луком, спаржевой капустой брокколи, то верхние лампы работают при 4,0 кВт на протяжении 45 сек. Нижние лампы работают так, как сказано выше. Сравнительно большее время работы необходимо для подъема температуры воды, содержащейся в овощах, до достаточно высокого значения.

На рис. 2 показан вид сбоку в разрезе предпочтительного варианта реализации по данному изобретению. Здесь имеется пять нижних ламп 4 и пять верхних ламп 5. За счет выбора расстояния между лампами и пищей можно обеспечить равномерное приготовление по всей поверхности продукта. Также показана дверца 17.

Проведенные эксперименты показали, что приготовление пищи с применением одной лампы снизу и одной сверху, то есть когда, например, на пиццу поступает максимум 3 кВт лучистой энергии, не обеспечивает резкого улучшения скорости приготовления, возможного согласно данному изобретению. В предпочтительном варианте реализации печь содержит 5 ламп сверху и 5 снизу. При таком количестве обеспечивается максимум 15 кВт энергии.

При приготовлении пиццы с помощью от 5 до 15 кВт наблюдается приблизительно обратная линейная взаимосвязь между временем и мощностью, необходимой для приготовления. Иными словами, с удваиванием мощности, поступающей к пицце, время ее приготовления сокращается вдвое. Подобный результат совершенно неожиданен в свете опыта выпечки на обычных печах, где повышение температуры приводит к сгоранию продукта, который внутри может быть еще сырым.

С другой стороны для приготовления пиццы из свежих продуктов нельзя использовать микроволновую печь. Для микроволновых печей изготавливают замороженную пиццу, которую вначале выпекают, а потом замораживают. В микроволновой печи такую пиццу просто разогревают до обычной температуры, однако обычно получается сырой и вязкий продукт. Высококачественную пиццу можно испечь в печи промышленного типа, действующей на принципе теплопроводности и конвекции. При этом пицца помещается непосредственно на горячий под печи, чтобы получить хрустящую корочку снизу (температура кирпичной печи до 900^oF, или 482^oC). К сожалению, у таких печей имеются более горячие участки и потому оператор должен постоянно следить за температурным режимом пиццы, то есть основной проблемой является консистенция. На изготовление пиццы в типовой печи уходит от 5 до 20 минут. В конвейерных инфракрасных печах с конвекцией горячего воздуха пиццу можно приготовить за 5-15 минут, однако в них сложнее правильно подрумянить низ пиццы. Согласно данному изобретению пиццу можно изготовить за 35-45 секунд. Такая скорость является очень важным фактором при изготовлении пиццы в промышленных масштабах и производство становится действительно скоростным.

Энергетическую эффективность данного изобретения можно проиллюстрировать тем, что стоимость энергии, необходимой на приготовление одной пиццы, составляет 0,01 доллара. Основная часть лучистой энергии, вырабатываемой печью, идет на приготовление пиццы, а по завершении приготовления энергия отключается. В отличие от этого типовые печи для производства пиццы в промышленных масштабах приходится разогревать до достижения заданной температуры. Как правило, в ресторане печь для приготовления пиццы остается включенной целый день вне зависимости от того, есть там пиццы или нет, из-за чего потребление энергии оказывается значительным.

Печь по данному изобретению может использоваться не только для приготовления пиццы. Возможно приготовление самых различных продуктов при достижении более надежных результатов, чем с типовыми печами. Так, по существующей технологии трудно приготовить овощи, например, брокколи, с сохранением из консистенции. Часто такие продукты употребляют сырыми. Согласно данному изобретению малое время приготовления, у брокколи оно составляет 20 секунд, позволяет сохранять хрустящую и плотную консистенцию готового продукта.

Печь по данному изобретению также можно использовать совместно с другими источниками тепла. Так, в печи по данному изобретению может содержаться источник микроволнового излучения. Подобная печь будет идеальной для приготовления продуктов питания большой толщины, например ростбифа. Микроволновое излучение может применяться для тепловой обработки внутренних областей мяса, тогда как видимое и инфракрасное излучение по данному изобретению применяется для обработки внешних областей. Печь по данному изобретению может использоваться совместно с конвекционной печью, либо и с конвекционной и с микроволновой печью.

Предлагается печь, где используется одна или несколько кварцевых вольфрамовых ламп, либо кварцевых дуговых ламп, пригодных к получению 1,5 кВт лучистой энергии, значительная доля которой является световой энергией с длиной волны от 0,4 до 0,7 мкм, падающей непосредственно на продукт питания. Благодаря сочетанию инфракрасного глубокого проникающего излучения с интенсивным видимым излучением внутри продукта питания создается температурный градиент, при котором температура поверхности продукта выше, чем внутри, что приводит к очень быстрому приготовлению продукта. Источники света могут размещаться сверху и снизу продукта питания, а внутренние стенки печи должны быть желательно высокоотражающими для отражения световой энергии на продукт. Интенсивность источника видимого света может автоматически регулироваться и варьироваться на протяжении цикла приготовления пищи. 2 с.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ тепловой обработки пищи путем генерирования потока излучения в инфракрасном диапазоне спектра и направления этого потока на обрабатываемый продукт, отличающийся тем, что дополнительно генерируют поток излучения в видимой области спектра с длиной волны от 0,4 до 0,7 мкм. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что доля излучения с длиной волны от 0,4 до 0,7 мкм в общем потоке составляет 10%
3. Печь для тепловой обработки пищи, содержащая корпус, источники излучения, размещенные над и под обрабатываемым продуктом, подставку для размещения продукта, выполненную из материала, прозрачного для видимой и лучистой энергии, отличающаяся тем, что используют источники, генерирующие излучение в инфракрасной и видимой областях спектра. 4. Печь по п. 3, отличающаяся тем, что в качестве источников излучения используют вольфрамовые галогеновые лампы с кварцевой колбой. 5. Печь по п.3, отличающаяся тем, что она снабжена стеклянными пластинами, одна из которых размещена под верхними источниками излучения, а другая над нижними.