СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЗАКУСОЧНОГО ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА ДЛЯ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯ
METHOD FOR PREPARATION OF SNACK FOOD PRODUCT FOR HEALTHY ALIMENTATION

Область техники, к которой относится изобретение
Предшествующий уровень техники
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу производства устойчивых при хранении закусочных пищевых продуктов и в особенности закусочных пищевых продуктов с низким содержанием масла. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу, в котором применяется уникальная комбинация единичных операций для производства хрустящего картофеля с низким содержанием жира, обладающего органолептическими свойствами, подобными свойствам традиционного обжаренного хрустящего картофеля.
Описание предшествующего уровня техники
Обычные продукты из хрустящего картофеля готовят с помощью основных этапов нарезания ломтиков очищенного сырого картофеля, промывания ломтиков водой для удаления крахмала с поверхности и обжарки картофельных ломтиков в горячем масле до достижения содержания влаги примерно 1-2 мас.%. Обжаренные ломтики затем солят или приправляют и пакуют.
Сырые картофельные ломтики обычно имеют содержание влаги примерно от 75 мас.% до 85 мас.%, в зависимости от типа картофеля и условий среды выращивания. Когда картофельные ломтики обжаривают в кипящем масле, присутствующая влага кипит. Это приводит к разрыву клеточных стенок и формированию отверстий и пустот, обеспечивающих абсорбцию масла в картофельных ломтиках, приводя к содержанию масла в диапазоне примерно от 30 мас.% до 45 мас.%.
Содержание масла в хрустящем картофеле является важным по многим причинам. Наиболее важным является его вклад в общую органолептическую привлекательность хрустящего картофеля, однако, с точки зрения надлежащего питания, необходимо поддерживать низкий уровень масла или жира в хрустящем картофеле. Многие следящие за здоровьем потребители желают потреблять альтернативный к традиционному обжаренному хрустящему картофелю продукт с низким содержанием жира с минимальными вкусовыми отличиями от обжаренного продукта.
Более того, высокое содержание масла приводит к тому, что чипсы становятся сальными или масляными и, таким образом, менее привлекательными для потребителя. В предшествующем уровне техники были предприняты многочисленные попытки для снижения количества масла в хрустящем картофеле. Многие попытки включают термическую обработку картофельных ломтиков в печи или микроволновой печи, чтобы избежать добавления масла к хрустящему картофелю.
Например, в патенте США №5,292,540 раскрывается процесс приготовления хрустящего картофеля путем первого предварительного выпекания картофельных ломтиков при температуре примерно от 121°С до 260°С (от 250°F до 500°F) для удаления примерно от 50% до 80% содержания влаги в ломтиках перед нагреванием картофельных ломтиков в микроволновой печи.
Подобным образом, патенты США №5,180,601; 5,202,139; 5,298,707 относятся к способу и аппарату для производства не содержащих жира закусочных чипсов. Например, патент США №5,298,707 раскрывает первый этап предварительного интенсивного выпекания в микроволновой печи, снижающий содержание влаги в картофеле примерно от 25 мас.% до 30 мас.%. В патенте '707 применяется специальное прерывистое микроволновое поле, обеспеченное меандрирующим волноводом и специальным ленточным транспортером для снижения проблем, связанных с твердой поверхностью и текстурой. Однако, в соответствии с патентом США №5,676,989, подход, раскрытый в патенте США №5,298,707, приводит к производству неподходящих, относительно плотных, жестких чипсов. Подобным образом, почти все из процессов предшествующего уровня техники приводят к получению закусочных продуктов питания с низким содержанием жира, имеющих менее привлекательные органолептические свойства, чем эквивалентный обжаренный хрустящий картофель. Таким образом, ни одно из решений предшествующего уровня техники не позволяет имитировать вкус и текстуру обжаренного хрустящего картофеля.
Соответственно, существует потребность в экономичном способе изготовления хрустящего картофеля с низким содержанием масла, обладающего необходимыми органолептическими свойствами, подобными традиционному хрустящему картофелю.
Краткое описание чертежей
Новые черты, считающиеся характеристиками изобретения, установлены далее в приложенных пунктах формулы изобретения. Однако само изобретение, а также предпочтительный способ его осуществления, дополнительные задачи и преимущества лучше понятны при ссылке на следующее подробное описание примерных воплощений при чтении вместе с сопроводительными чертежами, на которых:
Фиг.1 является блок-схемой, изображающей многочисленные воплощения настоящего изобретения;
Фиг.2 является графическим представлением дегидратации и температурного профиля множества картофельных ломтиков, подвергающихся этапу взрывной дегидратации в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения;
Фиг.3 является альтернативным графическим представлением профиля дегидратации, изображенной на Фиг.2;
Фиг.4 является графическим представлением профиля дегидратации множества картофельных ломтиков в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения;
Фиг.5 является примерным сравнительным графическим представлением данных, изображенных на Фиг.3 и Фиг.4;
Фиг.6 изображает профили дегидратации предшествующего уровня техники при непрерывной обжарке картофельных ломтиков и обжарке картофельных ломтиков в котле периодического действия;
Фиг.7 является схематическим перспективным представлением одного воплощения микроволновой печи с цепным транспортером, описанной здесь, с разрезом, демонстрирующим внутреннюю полость микроволновой печи;
Фиг.8 является схематическим изображением на поперечном разрезе альтернативного воплощения микроволновой печи с цепным транспортером, описанной здесь;
Фиг.9 является схематическим изображением в перспективе ротационной полости микроволновой печи, описанной здесь;
Фиг.10 является графическим представлением профиля дегидратации множества овощных ломтиков в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения.
Подробное изложение сущности изобретения.
Фиг.1 является блок-схемой, изображающей этапы приготовления сырых ломтиков на пищевой основе в соответствии с многочисленными воплощениями настоящего изобретения. Предпочтительными источниками пищевых субстратов являются зерновые (например, кукуруза, восковидная кукуруза, овес, пшеница, сорго, рис, просо, рожь, ячмень и восковидный рис), бобовые (фасоль обыкновенная, фасоль пинто, чечевица, нут), клубни (т.е. картофель, топинамбур, ямс), фрукты, овощи и корнеплоды (т.е. тапиока, юкка, колоказия, батат, свекла, морковь, маранта, маниока, пастернак). В одном воплощении настоящего изобретения могут применяться различные сорта картофеля для чипсов. Сорта картофеля для чипсов, которые могут применяться, включают без ограничения Сатурна, Леди Розетта, Леди Клэр, Гермес, Марис Пайпер, Эрнтестольц, Агриа, Атлантик, Монона, Норчип, Сновден, Кеннебек, Онейда и Тобик. Могут применяться также сорта нечипсового и салатного картофеля, включая без ограничения Марфона, Кинг Эдвард, Юкон Голд, Дезире, Карлена, Шарлот, Никола, Марис Пир и Эстима. Подобным образом могут применяться сорта для картофеля фри, такие как Руссет Бурбанк и Бинтье. Необходимо отметить, что в то время как картофель для чипсов, обычно применяемый для приготовления хрустящего картофеля, имеет относительно низкие уровни восстанавливающих сахаров и обычно не применяется для изготовления картофеля фри или печеного картофеля, любой картофель может применяться в соответствии с настоящим изобретением, и настоящее изобретение не ограничивается физиологическим или биологическим видом картофеля.
Хотя картофельные ломтики применяются для иллюстрации данного изобретения, специалист в данной области техники, учитывая знания из данного изобретения, поймет, что итоговое время обработки и температуры, раскрытые ниже, нужно отрегулировать для приспособления к применению различного исходного материала. Например, в то время как настоящее изобретение пригодно для приготовления хрустящего картофеля с низким содержанием жира, настоящее изобретение также пригодно для применения к широкому ряду пищевых субстратов, которые можно нарезать или иначе сформировать в плоские, в целом тонкие порции в форме ломтиков. Настоящее изобретение можно применять для приготовления чипсов из сырых овощей, таких как картофель и тому подобных, путем нарезания на ломтики или альтернативно приготовления тестообразной массы из других сырьевых материалов, измельченных до формуемого состояния, регидратации сухих ингредиентов, включающих картофельные хлопья, или других пищевых субстратов, измельченных до теста или пасты, смешивания с другими ингредиентами и добавками и затем придания формы для таких конфигураций, как плоские ломтики или крекеры, для приготовления закуски. Соответственно, как применяется здесь, термин «ломтик продукта» охватывает предварительные формы, приготовленные из теста.
Подобным образом, в то время как настоящее изобретение пригодно для приготовления хрустящего картофеля с низким содержанием жира, итоговое время обработки и температуры, раскрытые ниже, нужно регулировать для применения разных исходных материалов и форм. Например, картофель можно нарезать на ломтики, имеющие одну или более плоских сторон, либо картофель можно нарезать с одной или более рифленой стороной. Одним преимуществом рифленого нарезанного картофеля является то, что ломтики слипаются с меньшей вероятностью из-за уменьшения поверхностного натяжения, что приводит к уменьшению поверхностной площади, доступной для контакта между ломтиками. Соответственно, для рифленого ломтика может требоваться менее интенсивное высушивание поверхности. Кроме того, когда применяется система высушивания с постоянным перемешиванием, такая как вращающийся барабан, профиль рифленого ломтика обеспечивает большую устойчивость к механическому сгибанию или скоплению, приводя к получению большей доли отдельных цельных ломтиков и меньшей доли избыточно согнутых ломтиков. В одном воплощении картофель может быть нарезан на клинья или палочки наподобие картофеля фри подходящего размера. В одном воплощении палочки наподобие картофеля фри имеют ширину в поперечном сечении примерно от 5 до 6 миллиметров. В другом воплощении картофель нарезают на пластинки, например, высотой примерно от 1 до 3 мм, длиной примерно от 50 до 100 мм и шириной примерно от 20 до 50 мм или другого подходящего размера, известного в данной области техники. Поскольку палочки наподобие картофеля фри, клинья и пластинки имеют различную геометрию, отношение поверхностной площади к объему и т.п., чем ломтики, время обработки и энергия, раскрытые в каждой единичной операции ниже, могут требовать регулировки. Подобным образом, если исходный материал дополнительно измельчают (например, посредством истирания на терке, шинкования, протирания, перемалывания или дробления), а затем готовят тесто, шарик, пучок, слоистую закуску или пирожное, включающее исходный материал и факультативно смесь дополнительных ингредиентов, то полученный ломтик продукта может быть переработан в необходимый закусочный продукт в надлежащих условиях с применением знаний из данного раскрытия. Способы приготовления различных предварительных форм известны в данной области техники, как приведено в примерах в заявке на патент США № US 2005/0202142, раскрывающей способ приготовления кластерного закусочного продукта, или заявке на патент США №2002/0142085, раскрывающей способ изготовления картофельной пульпы, пригодной для производства продуктов питания, включая закуску из картофеля.
В одном воплощении картофель сорта Сатурна или другой подходящий картофель промывают и очищают от кожуры перед этапом нарезания. Хотя очистка от кожуры является факультативной, кожура может вносить вклад в преобладающий землистый аромат, когда готовый продукт имеет низкое содержание масла. В одном воплощении картофель нарезают на ломтики толщиной примерно от 1,0 до 2,5 мм (примерно от 0,040 дюйма до 0,1 дюйма) в ломтерезке для обеспечения множества ломтиков картофеля. Может быть выбрана другая подходящая толщина ломтика. Картофель может быть нарезан в сухом состоянии, нарезан в присутствии воды, нарезан в масле, которое может обеспечить необходимое добавление масла к ломтику, и/или добиться этапа предварительного кондиционирования, позволяющего достичь некоторых благоприятных эффектов, включая термическую обработку в приблизительном температурном диапазоне примерно от 60°С до 99,9°С, который, как было показано, способствует инактивации ферментов и желатинизации крахмала с благоприятным органолептическим эффектом. Такой процесс упоминается Заявителем как «термическое предварительное кондиционирование». Если термическое предварительное кондиционирование выполняют таким способом, что липиды картофеля защищаются от окисления и гидролиза, что, как было показано, улучшает долговременную стабильность и устойчивость при хранении запаха продукта, единичные операции такого процесса, достигающие указанной термической обработки с защитой липидов, упоминаются Заявителем как этапы «липидного предварительного кондиционирования». В одном воплощении картофельные ломтики промывают в наклонном желобе и обезвоживающем транспортере для удаления поверхностного крахмала, отходов и избытка масла, если оно применяется, с картофельных ломтиков.
Затем картофельные ломтики предварительно термически кондиционируют или, если предпочтительно, предварительно липофильно кондиционируют. Если применяют тесто, этап термического предварительного кондиционирования может быть необязательным. Если термическое предварительное кондиционирование проводят на этапе предварительной обработки, этап термического предварительного кондиционирования должен истолковываться как находящийся в пределах указанных ограничений настоящего изобретения. Кроме того, в воплощении на основе теста любой этап термического предварительного кондиционирования является факультативным. Термическое предварительное кондиционирование требуется только тогда, когда продукт получает преимущество при предварительной варке природного крахмала или инактивации ферментов. Липофильное предварительное кондиционирование является предпочтительным тогда, когда может быть получено преимущество от термической обработки при отсутствии кислорода, что сводит к минимуму окисление липидов, а минимальное введение воды извне сводит к минимуму гидролиз. Термическое предварительное кондиционирование не является необходимым для вымывания сахаров, или если нативный крахмал уже гидрирован или желатинизирован, или когда ферменты инактивированы на этапе предварительной обработки. Например, в одном воплощении отваренные на пару овощи, такие как морковь, могут применяться в виде пищевых ломтиков, и дополнительный этап термического предварительного кондиционирования не является обязательным. Целью этапа термического предварительного кондиционирования является инактивация ферментов, таких как пероксидаза, полифенол-оксидаза и липоксигеназа, которые могут вызывать нежелательные запахи «землистой зелени». В одном воплощении термическое предварительное кондиционирование может также применяться для желатинизации нативного крахмала в пищевых ломтиках для сведения к минимуму запахов сырья.
Термическое предварительное кондиционирование можно осуществлять различными путями, включая этап влажного термического предварительного кондиционирования 110, этап сухого термического предварительного кондиционирования 112 или этап масляного термического предварительного кондиционирования (липофильного предварительного кондиционирования) 114. Влажное термическое предварительное кондиционирование, включающее применение воды или пара для подъема температуры пищевых ломтиков до необходимого диапазона для осуществления дезактивации ферментов и желатинизации крахмала, имеет тот недостаток, что нативные липиды в пищевом ломтике, которые часто вносят вклад в органолептические свойства, могут окисляться или иным образом химически изменяться благодаря комбинации температуры, времени и наличия воды и кислорода и скорости инактивации липидных ферментов, что снижает привлекательность аромата готового продукта для потребителя. Среда термического предварительного кондиционирования, температура и продолжительность выдержки могут варьировать в зависимости от формы и поперечного сечения пищевого ломтика и предпочтительно контролируются таким образом, чтобы картофельные ломтики были достаточно обжарены для обладания ясным основным ароматом, при отсутствии какого-либо сырьевого, незрелого вкуса.
В одном воплощении проводят сухое термическое предварительное кондиционирование 112 ломтиков при температуре примерно от 90°С до 95°С в течение примерно 10-120 секунд, и более предпочтительно в течение примерно 90-100 секунд с помощью ротационного или конвейерного инфракрасного устройства для сушки или другого подходящего нагревательного оборудования. Сухое термическое предварительное кондиционирование является выгодным для крахмалистых пищевых ломтиков, поскольку позволяет избежать введения избыточной влаги, которая может вызвать разрыв или разрушение клеток, содержащих крахмал, в свою очередь высвобождая желатинизированный крахмал и вызывая затруднение из-за слипания пищевых ломтиков с другими ломтиками или поверхностями во время обработки. В одном воплощении сухое термическое предварительное кондиционирование 112 проводят во время конвективного теплообмена, например, с применением нагретых проводящих валиков или нагретого плоского керамического или металлического противня, ленточного или пластинчатого конвейера, которые могут контактировать с обеими сторонами ломтика одновременно в течение 10-90 секунд, в зависимости от температуры обработки, типично составляющей примерно от 60°С до 160°С. Для тонких пищевых ломтиков предпочтительной является температура от 90°С до 120°С в течение 30-90 секунд. Контакт с обеими сторонами ломтика одновременно обеспечивает отсутствие подъема или загибания от проводящей поверхности, которое может снижать эффективность бланширования. Факультативно, пластина может включать текстурированную металлическую поверхность, например, такую, как поставляется RIMEX, или антипригарное покрытие для улучшения обработки ломтиков. При высоких температурах поверхности могут быть перфорированными для облегчения отвода пара.
В альтернативном воплощении сухое термическое предварительное кондиционирование осуществляют посредством микроволн, радиочастотных или инфракрасных волн. Сухое термическое предварительное кондиционирование 112 других форм, таких как ломтики, подобные картошке во фритюре, может требовать термического предварительного кондиционирования в течение двух-четырех минут и выбора надлежащей инфракрасной длины волны для адекватного проникновения в пищевой ломтик. После сухого термического предварительного кондиционирования 112 пищевые ломтики можно факультативно подвергать предварительной сушке 152 в печи с принудительной вентиляцией для удаления какого-либо количества исходной воды для повышения общей эффективности процесса и/или для улучшения поверхностных характеристик, чтобы упростить манипуляции и обработку. Ломтики после термического предварительного кондиционирования 112 затем можно направить на этап пропитки маслом 160, как обсуждается ниже.
В одном воплощении пищевые ломтики подвергают липофильному предварительному кондиционированию 114 путем помещения ломтиков в наклонный желоб с теплым маслом, или котел периодического действия, или непрерывным погружением в масло. АВСО, LYCO, РРМ и Heat and Control являются примерами производителей подходящего коммерческого оборудования, которое обычно применяется в пищевой промышленности для бланширования в воде или масле и может быть приспособлено для ротационной или линейной формы для достижения липофильного предварительного кондиционирования, раскрытого здесь. Линейный водяной бланширователь, поставляемый Heat and Control, применяющий гусеничный конвейер с лопастями для перемещения ломтиков в бане в отсеках, может быть приспособлен к подходящей масляной бане с предпочтительным применением только умеренного перемешивания. Может также применяться система для обжарки HEATWAVE, поставляемая Heat and Control из Хейворда, Калифорния, США. В одном воплощении ломтики равномерно распределяются на выходе конвейера на этапе термического предварительного кондиционирования или этапе липофильного предварительного кондиционирования для представления на следующую единичную операцию.
В предшествующем уровне техники бланширование в масле является термином для описания многих процессов. Эти процессы включают термическое предварительное кондиционирование, как описано выше, с применением масла, воды или другой подходящей среды. Однако бланширование в предшествующем уровне техники типично проводят при относительно высоких температурах, таких как 150°С и выше. Например, US 5,204,133, озаглавленный «Процесс приготовления продуктов из томатных ломтиков», изданный 20 апреля 1993, раскрывает температуру бланширования в масле примерно 360°F, или 182°С, в колонке 4, строке 55. Также, патент US №4,608,262, озаглавленный «Способ приготовления замороженных картофельных пирожков и продуктов, сформированных из них», изданный 26 августа 1986, раскрывает температуры бланширования в масле в диапазоне примерно от 325°F до 380°F, и предпочтительно примерно от 350°F до 370°F, в колонке 3, строках 7-8. Однако относительно высокие температуры в предшествующем уровне техники также вызывают проблему в том, что пищевые ломтики также подвергаются высокой степени дегидратации, обеспечивающей вхождение значительных уровней масла в структуру ломтика. Это является специфической проблемой при производстве пищевого продукта с низким содержанием масла, поскольку масло, абсорбированное структурой, более трудно удалить на поздней стадии. Одной дополнительной проблемой высокотемпературного процесса, в контексте ломтика из сырых овощей, является потеря влаги клеточными стенками, что вызывает потерю набухаемости и структуры ломтика, и таким образом он склонен к повреждению при дальнейшей обработке. Для целей данного изобретения способ липофильного предварительного кондиционирования считается тепловой обработкой на временной основе, в которой комбинация нагревания и времени достаточна для инактивации ферментов и желатинизации («обжарки») нативного крахмала с нативным содержанием воды, но ниже температуры испарения воды в сосуде для бланширования. Таким образом, на уровне моря при стандартном атмосферном давлении максимальная температура масла, применяемая Заявителем для этапа липофильного предварительного кондиционирования, составляет примерно 99,9°С. В одном воплощении пищевые ломтики нагревают до температуры, обеспечивающей гидратацию нативного крахмала (до полной или частичной желатинизации) собственной влагой картофельного ломтика при отсутствии существенных количеств внешней воды и кислорода. Окончательная температура ломтика примерно от 60°С до 99,9°С во время этапа липофильного предварительного кондиционирования длительностью примерно от 30 до 600 секунд или более предпочтительно для тонкого пищевого ломтика окончательная температура ломтика примерно от 75°С до 99°С длительностью примерно от 45 секунд до 180 секунд достаточна для оптимального запаха, упругости ломтика и последующей обработки и является предпочтительной для Заявителя для процессов, описанных здесь. Большая продолжительность чем 600 секунд позволяет достичь описанных технических эффектов, но становится менее коммерчески привлекательной из-за увеличения размера производственного оборудования. Более предпочтительной для этапа липофильного предварительного кондиционирования является температура масла примерно от 75°С до 99°С с продолжительностью примерно от 60 до 120 секунд. Наиболее предпочтительными диапазонами для этапа липофильного предварительного кондиционирования, указанного Заявителем, является температура масла примерно от 85°С до 95°С продолжительностью примерно от 60 секунд до 100 секунд.
Преимуществом этапа липофильного предварительного кондиционирования является сохранение минорных компонентов пищевого ломтика, вносящих важный вклад в аромат и цвет, которые могут солюбилизироваться или иначе ослабляться, если применяется обычное бланширование с помощью воды или пара. Кроме того, предотвращение удаления этих ингредиентов и других компонентов картофеля с помощью невымывающего процесса, такого как липофильное предварительное кондиционирование, является выгодным для сохранения максимального производственного выхода. Хотя обжарка не включается, методика липофильного предварительного кондиционирования, как раскрывается здесь, придает готовым чипсам аромат, наиболее близкий к их обжаренным аналогам, по сравнению с другими способами бланширования, которые могут применяться для производства продуктов с подобным содержанием масла. Таким образом, способ липофильного предварительного кондиционирования 114 с применением уникальных времени и температуры, раскрытых здесь, позволяет преодолеть существенную преграду для приемлемости вкуса необжаренных пищевых ломтиков со сниженным содержанием масла, раскрытых в предшествующем уровне техники, у которых отмечался земляной или незрелый вкус из-за отсутствия какого-либо способа бланширования, или был укорочен срок годности из-за разрушения запаха, обусловленного обычными способами бланширования или окисления после обработки. Было показано, что этап липофильного предварительного кондиционирования, предложенный Заявителем, защищает от деградации чувствительные полиненасыщенные липиды, обычно присутствующие в исходном материале пищевых ломтиков. Деградация приводит к нежелательным запахам, в частности тем, что возникают при окислительных реакциях в окончательных чипсах и могут возникать при окислительном и гидролитическом стрессе, вызванном условиями обработки, или развиваются в готовом пищевом ломтике со сниженным содержанием масла при хранении в упаковке из-за окисления, например, без ограничения, липидов картофеля, липидов риса или липидов сои. Таким образом, преимуществом этапа липофильного предварительного кондиционирования является продления срока годности упакованных картофельных чипсов от двух-четырех недель при использовании обычных способов бланширования, например, водой или паром до нормы, связанной с категорией упакованных закусочных продуктов на рынке товаров повседневного спроса.
Не связываясь какой-либо теорией, изобретатели считают, что этап липофильного предварительного кондиционирования, как описано в вышеуказанных воплощениях, является низкострессовым способом обработки, сводящим к минимуму воздействие ферментативных, гидролитических или окислительных реакций липидов в пищевом ломтике, и по существу обеспечивает защитное покрытие пищевого ломтика на клеточном уровне при обработке, а также возможно в форме готового чипса. Таким образом, преимущество этапа липофильного предварительного кондиционирования является контроль вклада ароматов, полученных из субстрата пищевого ломтика и масла пищевого ломтика, в готовый чипс, так чтобы каждый компонент способствовал оптимальному балансу ароматов в готовом чипсе. Когда субстратом пищевого ломтика является картофель, этап липофильного предварительного кондиционирования подавляет нежелательные для аромата реакции, в частности окисление липидов картофеля, и стимулирует необходимые для аромата реакции. На относительный вклад в аромат классов соединений, включая без ограничения альдегиды, альдегиды Штрекера, кетоны, спирты, алкилфуран или пиразины, может положительно влиять раскрытый способ обработки. Специалисту в данной области техники понятно, что применение липофильного предварительного кондиционирования для влияния на пиразины также может использоваться для влияния и сведения к минимуму подобных химических реакций, например, образования акриламида, для которого пиразин иногда используют в качестве химического маркера. Способность контролировать формирование акриламида является удивительным результатом, приводящим к тому, что восстанавливающие сахара не вымываются из картофеля, а сахара являются главным реагентом, образующим акриламид. Не ограничиваясь теорией, одно возможное объяснение этого состоит в том, что этап липофильного предварительного кондиционирования (и особенно условия, описанные в вышеприведенных воплощениях) влияет на доступность реагентов в основе пищевого ломтика для участия в реакциях, обычно связанных с обжаркой и высушиванием пищи и, в частности, в пищевой химии картофеля. Например, набухание картофельного крахмала может вызывать иммобилизацию или частичную иммобилизацию компонентов клеточной стенки в картофельном ломтике и, в частности, восстанавливающих сахаров, таких как глюкоза, которые могут направляться к поверхности ломтика, клеточным стенкам или другим промежуточным участкам, из которых им пространственно трудно участвовать в реакциях Мейлларда, в частности с аспарагином.
Когда картофельные ломтики подвергаются липофильному предварительному кондиционированию, предотвращается потеря водорастворимых компонентов, таких как сахара, что существенно для необходимой итоговой окраски и аромата картофельных чипсов. Аналогично, устраняется потеря хрустящих свойств текстуры, типично связанных с картофельными чипсами, бланшированными в горячей воде. Таким образом, картофельные ломтики остаются пригодными для высушивания в обычном устройстве для непрерывной обжарки или обжарки периодического действия для изготовления картофельных чипсов по стандартам, ожидаемым в настоящее время потребителями для марок высокого качества, таких как картофельные чипсы Лэйз™.
Специалисту в данной области техники понятно, что подобное набухание крахмала и препятствие для доступности восстанавливающих сахаров может быть достигнуто с помощью любой методики термического предварительного кондиционирования, описанной здесь. Однако предпочтительным воплощением, достигающим низкого образования акриламида, в то время также защищающим необходимые для аромата классы соединений, определенные здесь, является невымывающая методика термического предварительного кондиционирования, в которой термин «вымывание» относится к потере сахаров или других ароматических соединений из картофеля со средой для предварительного кондиционированиия. Подходящие невымывающие методики термического предварительного кондиционирования, снижающие образование акриламида, но не нарушающие аромат, включают без ограничения любой способ, обеспечивающий набухание крахмала без вымывания ароматических классов соединений, описанных здесь, сухое термическое предварительное кондиционирование, как описано здесь, применение любого подходящего источника нагревания, невымывающих сред, термически стабильных в необходимых температурных условиях, таких как масла, жиры, синтетические масла, насыщенные водные растворы или маринады, как описано в данной заявке, или любого невымывающего материала пищевого качества, способного к нагреву и покрыванию ломтика так, чтобы вызвать теплоперенос в ломтике, но не способного к переносу или солюбилизации ароматических компонентов. Благоприятный эффект для аромата ясно заметен для потребителей картофельных чипсов, когда бланширование паром, наилучший способ термического предварительного кондиционирования, известный в данной области техники для производства картофельных чипсов с низким содержанием масла, сравнивают с другими способами термического предварительного кондиционирования, в частности с липофильным предварительным кондиционированием. Во множестве тестов потребители, съедавшие соленые картофельные чипсы, обработанные паром перед взрывным высушиванием, оценивали продукт на 6,2 по общей шкале привлекательности 9 баллов, в то время как картофельные чипсы, приготовленные с помощью липофильного предварительного кондиционирования, оценивали на 6,8. Когда потребители сравнивали картофельные чипсы, приготовленные двумя этими способами, 66% предпочитали чипсы, приготовленные с помощью липофильного предварительного кондиционирования. Это статистически значимое предпочтение обусловлено несколькими органолептическими качествами, в частности различием аромата у продуктов, как доказано существенно различающимися значениями по шкале привлекательности для чипсов, приготовленных с помощью этапа липофильного предварительного кондиционирования, по сравнению с этапом предварительного кондиционирования паром, по общему аромату (6,9:6,2) и послевкусию (6,4:5,9) с применением 9-балльной шкалы. Таким образом, важным благоприятным эффектом этапа липофильного предварительного кондиционирования является обеспечение необжаренного картофельного чипса с содержанием масла менее примерно 20% для оптимизации привлекательности для потребителя. Картофельный чипе, изготовленный с половиной жира по сравнению с обычным картофельным чипсом, с помощью изобретения заявителя, воспринимается потребителем как имеющий общую приемлемость, не существенно отличающуюся от Лэйз, самой продаваемой во всем мире марки картофельных чипсов.
Этап липофильного предварительного кондиционирования пригоден в качестве этапа предварительной обработки для необжаренной и обжаренной закусочной пищевой продукции. Этап липофильного предварительного кондиционирования может применяться для обработки цельных, кубических или других нарезанных форм овощей или картофеля для приготовления предварительных форм теста для данного изобретения. Тесто затем может быть сформировано и высушено взрывной сушкой в микроволновой печи, как раскрыто в данном изобретении. Кроме того, этап липофильного предварительного кондиционирования может заменять обычные способы бланширования при производстве продуктов из замороженного картофеля или картофельных хлопьев и гранул и других продуктов из картофеля, подверженных окислению липидов. Этап липофильного предварительного кондиционирования может заменять оба или любой из этапов предварительной варки (типично около 70-75 градусов Цельсия) и варки (типично при 100 градусах Цельсия или около того), обычно проводимых с применением пара при производстве современных хлопьев, гранул, картофеля фри и крокетов.
Этап липофильного предварительного кондиционирования, описанный Заявителем, также действует как этап добавления масла в ломтик сырья. С помощью одного из способов последующего удаления масла, раскрытых в данном изобретении, проникновение масла в пищевой ломтик при дегидратации можно контролировать на установленном уровне. Дополнительным преимуществом липофильного предварительного кондиционирования является предотвращение присутствия избытка воды в крахмале в пищевом ломтике и, таким образом, сведение к минимуму желатинизации поверхностного крахмала, что облегчает последующую обработку. Даже если поддерживать температуру ниже температуры испарения воды, липофильное предварительное кондиционирование может вести к некоторой потере влаги из пищевых ломтиков. Полагают, что это обусловлено свободной водой, присутствующей в пищевых ломтиках или на ломтиках, перемещающейся в масло. Количество перемещенной воды отчасти зависит от количества свободной воды на пищевом ломтике перед этапом липофильного предварительного кондиционирования. Таким образом, предпочтительно удалить как можно больше воды перед поступлением пищевого ломтика на этап липофильного предварительного кондиционирования 114.
Для достижения этого могут применяться методики высушивания поверхности, раскрытые далее в данном изобретении, перед этапом липофильного предварительного кондиционирования. Поскольку температура липофильного предварительного кондиционирования ниже точки кипения воды, воду можно суспендировать или эмульгировать в масле. В данной ситуации оператор может выбрать для применения отстойный маслосборник или подобное устройство, чтобы осушить воду или разделить масло, циркулирующее так, что часть, проходящая через испарительную камеру, нагревается до >100°С.
В одном воплощении ломтики обрабатывают мгновенной обжаркой в течение подходящего времени и температуры для инактивации ферментов, вместо этапа липофильного предварительного кондиционирования. Мгновенную обжарку рассматривают как время на основе тепловой обработки, где комбинация нагрева и времени является достаточной для инактивации ферментов и испарения части воды в сосуде для мгновенной обжарки. Таким образом, минимальная температура для мгновенной обжарки является такой, при которой вода внутри клеточного матрикса картофеля кипит, что обычно наблюдается при 100°С при стандартном атмосферном давлении. Для мгновенной обжарки может применяться оборудование, подобное оборудованию, применяемому на этапе липофильного предварительного кондиционирования. Например, в одном воплощении картофельные ломтики подвергают мгновенной обжарке в течение примерно 7-10 секунд в масле примерно при 180°С. Альтернативно, картофельные ломтики можно подвергать мгновенной обжарке в течение примерно 15-20 секунд в масле, имеющем температуру примерно от 150°С до 160°С. Эти условия могут быть предпочтительными для толстых пищевых ломтиков для обеспечения адекватного теплопереноса и упругости ломтика для последующей обработки.
Большая часть влаги теряется, если этап липофильного предварительного кондиционирования 114 заменяют мгновенной обжаркой, которая в свою очередь обеспечивает благоприятные условия для абсорбции масла ломтиком. Например, в одном воплощении ломтики после мгновенной обжарки включают содержание влаги примерно от 50 мас.% до 55 мас.%. Соответственно, в одном воплощении примерно от 30% до 40% от исходной массы влаги в картофеле может быть утеряно, когда этап липофильного предварительного кондиционирования 114 заменяют мгновенной обжаркой, что может повысить общую эффективность процесса. Один благоприятный эффект мгновенной обжарки состоит в одновременной инактивации ферментов, добавлении ограниченного количества масла к пищевому ломтику и предварительном высушивании субстрата на одном этапе. Содержание масла в готовом чипсе можно контролировать с применением одного из последующих способов удаления масла, раскрытых в данном изобретении.
Какое-либо масло или жир, подходящие для процесса, раскрытого здесь, включают растительное масло, животные жиры или синтетические масла, например кокосовое масло, кукурузное масло, хлопковое масло, пальмовое масло, пальмовый олеин, сафлоровое масло, сафлоровое масло с высоким содержанием олеина, пальмовый стеарин, соевое масло, оливковое масло, масло из рисовых отрубей, подсолнечное масло, подсолнечное масло со средним или высоким содержанием олеинов, рапсовое масло, свиной жир, сало, Олестру™, полиэфиры сахарозы, жирные кислоты со средней цепью или смесь различных масел. Масло может быть выбрано для влияния на итоговый аромат и ощущение во рту для окончательных чипсов, а также для диетического профиля. Выбор неперевариваемого масла (например, Олестра™) обеспечивает производство закусочных продуктов с меньшей плотностью калорий, чем у обычных закусочных продуктов питания, если его объединять с пищевым ломтиком подходящего состава.
Ломтик затем можно подвергать удалению масла 142 до необходимого уровня. Удалению масла способствует влажное и сырое или частично проваренное состояние пищевого ломтика, поскольку масло находится главным образом на поверхности ломтика и по существу не абсорбируется внутренней частью ломтика. Масло предпочтительно удаляют из ломтика непосредственно после этапа липофильного предварительного кондиционирования в горячем состоянии, но его можно охладить до комнатной температуры или ниже перед удалением масла. Удаление масла можно выполнять с применением влажных способов. В одном воплощении этап удаления масла 142 может проводиться в линейном паровом бланширователе, коммерчески поставляемом АВСО, в котором пищевые ломтики транспортируют через камеру, заполненную паром под атмосферным давлением с помощью серии паропроводов выше и ниже конвейера. Длительность экспозиции от 20 до 60 секунд, применяемая в данном способе, является достаточной для снижения содержания масла в тонком пищевом ломтике менее чем до 18% масла, менее половины по сравнению с обжаренным аналогом, и типично примерно до 12% масла в готовом чипсе. Альтернативно, ломтики могут транспортироваться через перфорированный вращающийся барабан, изготовленный из металла или подходящего жаропрочного полимера (например, полипропилена или ПТФЭ). Пар может быть введен через трубопровод, вставленный вдоль центра вращающегося барабана, альтернативно, барабан может быть установлен внутри камеры с циркулирующим паром. Промывание ломтиков в галтовочном барабане паром при 0,7 бар в течение 20 секунд является достаточным для полного удаления масла до 3% или меньше в готовом чипсе. Монтаж внешнего парового или воздушного ножа, направленного под углом к внешней окружности барабана, помогает данному этапу процесса путем разъединения каких-либо ломтиков, прилипших к внутренней окружности барабана.
В одном воплощении этап удаления масла 142 можно осуществлять путем промывания в бане с горячей водой (типично примерно от 50°С до 65°С) или в бане с водой комнатной температуры (типично примерно от 10°С до 25°С), которая факультативно может содержать ингредиенты для маринования, такие как натрия хлорид, кальция хлорид, или вещества, модифицирующие рН. Эти способы удаления масла удаляют почти все доступное поверхностное масло так, что тонкий картофельный ломтик, по существу высушенный, типично содержит 3% масла или меньше. Скоростной промыватель модели № PSSW-MCB, поставляемый Heat and Control, является одним примером подходящей водяной бани. Подобные результаты достигаются, если водяная баня объединяется или заменяется серией находящихся под давлением водометов, ножей или распыляющих воздух водных форсунок, установленных выше и ниже ломтиков, которые транспортируются открытым витым конвейером, который факультативно может применять верхний удерживающий конвейер. Преимущество водных форсунок состоит в обеспечении лучшего контроля удаления масла посредством таких переменных, как скорость потока воды, давление воды, угол водяного ножа и длительность воздействия. Водометы являются эффективным способом удаления масла до низких концентраций масла. Уровни масла ниже 3% являются подходящими, и диапазон от 5% до 10% может быть достигнут в готовом чипсе при надлежащем контроле процесса. В одном предпочтительном воплощении может применяться водяной нож, расположенный в поперечном направлении выше и ниже транспортера для пищевых ломтиков, для смывания масла с поверхности ломтиков. После водяного ножа предпочтительно применяют высокоскоростную систему воздушного ножа, например Heat and Control Air Sweep, обычно применяющуюся для удаления воды при обработке картофельных чипсов, для удаления избытка воды или смеси масла с ломтика. Скорость потока воды от менее 0,25 литров до 3 литров воды в минуту на форсунку, или предпочтительно от 0,5 до 1 литра в минуту на форсунку, типично является достаточной для контролируемого удаления масла до содержания масла в готовом чипсе от 5% до 10%. Эффективное удаление масла может быть достигнуто с временем контакта между пищевым ломтиком и водным ножом примерно от 0,25 секунд до 1 секунды, что составляет примерно от 2 до 4 метров в минуту для ленточного транспортера. Более длительное время воздействия, например 5 секунд, или более высокие скорости потока воды, например 6 литров в минуту, являются возможными, но необязательными, если требуются очень низкие уровни масла, например, меньше 3%.
В наиболее предпочтительном воплощении для снижения количества используемой воды или предупреждения слишком сильного удаления масла водяной спрей, включающий пар из мелких капелек воды, может применяться к пищевому ломтику, действуя как мягкая среда для удаления масла. Этот эффект может быть продемонстрирован с портативным садовым распылителем или путем добавления сжатого воздуха в форсунку для распыления воды. Температура воды может варьировать для соответствия обрабатываемым пищевым ломтикам, однако вода комнатной или холодной температуры является предпочтительной для крахмалистых пищевых ломтиков, таких как картофельные ломтики, которые подвержены желатинизации при контакте с избытком теплой или горячей воды. Вода или масло, собирающиеся на вершине ломтиков после пропускания через водяной нож или водяной распылитель, являются очень подвижными и могут либо осушаться, либо очень легко сдуваться или всасываться с поверхности пищевых ломтиков воздушными ножами или вакуумным отсосом выше или ниже пищевых ломтиков. В то время как распределение ломтиков для сведения к минимуму наложения улучшает последовательность удаления масла от ломтика к ломтику, необязательно наносить пищевые ломтики единичным слоем для достижения приемлемого среднего содержания и диапазона масла в готовом продукте. Таким образом, контролируемое воздействие воды в данном способе не требует представления монослоя пищевых ломтиков для успешного удаления масла, а применение воздушных ножей является достаточным для отделения оставшейся воды/смеси масла для дальнейшей обработки, что делает холодную воду предпочтительной средой для простого и эффективного по затратам удаления масла. Как и с другими способами удаления масла, удаленная вода/смесь масла может быть отделена в отстойнике или с помощью центрифуги, чтобы быстро утилизировать масло, которое может быть повторно использовано в этапе липофильного предварительного кондиционирования для сведения к минимуму ненужных утечек.
Ломтики с этапов удаления масла, включающие увлажняющие среды, могут быть дополнительно обработаны с применением способов высушивания и предварительного высушивания поверхности, раскрытых далее в данном изобретении. Однако для некоторых пищевых ломтиков оператор может признать предпочтительным применение способа удаления масла, сводящего к минимуму или полностью устраняющего обработку пищевых ломтиков влажным паром или водой. Удаление масла таким способом позволяет избежать проблем манипуляции с продуктом, возникающих, когда крахмал на поверхности пищевого ломтика становится липким из-за желатинизации в присутствии тепла и воды или конденсата. В одном воплощении масляный нож применяют подобным способом, как водяной нож, для отделения объема масла от поверхности пищевого ломтика и замены масла на поверхности ломтика очень тонкой масляной оболочкой. Одним преимуществом способа с масляным ножом является устранение введения воды, пара или воздуха, которые могут нарушить качество масла при его удалении, желатинизировать крахмал или привести к реакциям субстрата ломтика, способствующим нарушению его аромата, и впоследствии снизить потребность в процессах отделения масла и воды.
Удаление масла 142 может быть достигнуто на линейном осушительном конвейере, который может факультативно сопровождаться теплой температурой окружающей среды, например 90°С, подобно этапу липофильного предварительного кондиционирования, чтобы поддерживать низкую вязкость масла для улучшения его подвижности. Подвижность масла в ломтиках может дополнительно поддерживаться посредством силы тяжести при наклоне или вибрации при транспортировке. Этот способ прямо направленного дренажа позволяет производить чипсы высокого качества с низким содержанием масла, особенно при применении до этапа предварительной сушки в микроволновой печи 154 или этапа взрывной микроволновой сушки 200, где внутреннее давление пара проталкивает дополнительную пропорцию масла к поверхности ломтика, из которого оно отводится уходящим паром или удаляется при механическом действии галтовки.
Обдувание холодным, комнатной температуры, теплым или горячим воздухом поверхности пищевого ломтика может дополнительно способствовать этапу простого удаления масла. Этот способ можно продемонстрировать путем применения пистолета для удаления краски горячим воздухом, доступного в большинстве скобяных лавок. Температура воздуха выше 120°С является наиболее эффективной при удалении масла с типичной скоростью от 4,5 до 5,5 м/с. Высокие температуры (например, от 180°С до 200°С) могут вызывать повреждение поверхности или избыточное высушивание пищевого ломтика, и, таким образом, их необходимо избегать. Температуру воздуха, скорость воздуха, продолжительность воздействия и угол столкновения можно применять в качестве переменных величин для контроля количества удаляемого масла.
Продолжительность воздействия от 5 до 90 секунд или предпочтительно от 10 до 20 секунд и угол столкновения около 90 градусов являются предпочтительными для эффективности для удаления масла и облегчения манипуляций с продуктом. Способ удаления масла может также осуществляться путем применения серий трубопроводов со сжатым воздухом или воздушных ножей, установленных выше и/или ниже открытого сетчатого ленточного конвейера. Можно достичь содержания масла, составляющего около половины по сравнению с обжаренными аналогами. Например, тонкий картофельный ломтик может иметь итоговое содержание масла после высушивания от 15% до 18% по сравнению с примерно 36% для обжаренного аналога.
Для дополнительного увеличения количества удаляемого масла трубопроводы могут быть оснащены форсунками, выбранными для повышения градуса столкновения удаляющей масло жидкости с поверхностью пищевого ломтика. Например, трубопровод, оснащенный щелевыми форсунками SL31, поставляемыми Delevan Spray Technologies или VEEJET H1/4USS от Spraying systems company, и установленный почти перпендикулярно линейному транспортеру на расстоянии от 10 мм до 50 мм, но предпочтительно от 10 мм до 25 мм выше и ниже поверхности пищевого ломтика, создает физический барьер или нож из газообразной жидкости, через которую транспортируется пищевой ломтик, в то время как поверхностное масло удерживается или сдувается. Путем регулирования давления газообразной жидкости, высоты форсунки, угла столкновения форсунки или продолжительности воздействия можно контролировать содержание масла в готовом чипсе. Давление в трубопроводе от 1,0 до 7,0 бар, но предпочтительно от 1,5 до 3,0 бар является достаточным для снижения содержания масла в пищевом ломтике примерно до 15% за 5 секунд времени контакта для описанной ориентации.
Пар является более эффективным способом удаления масла, чем воздух, обеспечивая то же самое содержание масла более быстро. Из пищевых ломтиков можно почти полностью удалить масло паром при однократном пропускании до менее чем 3% масла в готовом чипсе, с поддержанием оборудования для удаления масла по существу свободным от избытка масла. Точные условия процесса нужно оптимизировать для пищевого ломтика, обрабатываемого при более длительной продолжительности воздействия и более высоком давлении или скорости жидкости, способствующих большему удалению масла. Однако можно ожидать снижения экспоненциального возврата между расходом энергии и количеством удаляемого масла, так что точные условия процесса также зависят от уровня, до которого необходимо удалить масло в пищевом ломтике. В предпочтительном воплощении паровой нож или трубопровод, оборудованный форсунками в форме веера, например, SL31, поставляемый Delevan Spray Technologies или VEEJET H1/4USS от Spraying systems company, устанавливают на 20-30 мм выше и ниже пищевых ломтиков, покидающих сосуд с теплым маслом. В одном воплощении насыщенный пар доставляют через трубопровод при давлении пара 0,5-3,0 бар для снижения содержания масла от 14% до 7% от массы высушенного пищевого ломтика. Пищевые ломтики могут быть пропущены через удаляющий масло паровой барьер для одного прохождения на ленточном транспортере, проходящем от 2 до 4 метров в минуту для обеспечения примерного времени контакта между областью ломтика и паром от 0,25 секунд до 1 секунды. Более высокое давление пара приводит к более низкому содержанию масла, но подчинение степенной зависимости уменьшения возвращается, в то время как пользу дополнительного пограничного снижения масла для давлений пара выше 3 бар для раскрытой высоты трубопровода нужно оценить по сравнению с другими эффектами, которые могут быть индуцированы, например, смещением ломтика на конвейере. Более длительное время контакта или более высокое содержание водной фазы в паре также можно применять для дополнительного снижения содержания масла.
Для камеры удаления масла выгодно расположить конвейер от вершины к дну для контроля транспорта пищевого ломтика и поддержания надлежащего представления пищевого ломтика для удаляющего масла барьера путем сведения к минимуму встряхивания ломтика. Постоянная очистка ленты и экстракция пара для удаления избытка масла способствует поддержанию чистого локального окружения в блоке удаления масла, что оказывает положительное влияние на способность процессора контролировать целевой уровень масла в пищевых ломтиках. Экстракция может быть осуществлена всасывающими пространствами, установленными выше и факультативно ниже транспортного конвейера. На эффективность и равномерность удаления масла может также оказывать благоприятное влияние краткое флюидизирование ломтиков с целью распределения и разделения, например, с применением нескольких трубопроводов или ножей, выбрасывающих воздух или другую газообразную текучую среду перед столкновением со средой, удаляющей масло. В одном воплощении пар в качестве среды, удаляющей масло, применяют для флюидизирования ломтиков. Конвейеры на вершине и дне должны быть сконструированы с большой площадью открытых ячеек, и одна или обе могут факультативно иметь устойчивые, но сжимаемые свойства, например, обеспеченные металлической проволокой мелкого калибра или резиновыми полимерными конструкциями, что способствует распределению ломтиков, экспонированных к турбулентным условиям, обусловленных потоками воздуха или другой газообразной среды. В то время как сжатый воздух, перегретый пар или другие сухие газы являются подходящими средами для удаления масла, пар является предпочтительным как наиболее эффективная газообразная удаляющая масло среда.
Альтернативные среды для удаления масла включают без ограничения перегретый пар (сухой пар) или азот. Перегретый пар может применяться при высоких температурах, например, 160°С, однако температуры минимального перегрева, например 105°С, упрощают требования к обработке. Эти среды обеспечивают преимущество по сравнению с воздухом, поскольку исключают контакт кислорода с маслом или поверхностью пищевого ломтика, что предотвращает окисление и сохраняет качество. Подобным образом азот или перегретый пар обеспечивает преимущество по сравнению с влажным паром, поскольку исключает контакт воды с маслом или поверхностью пищевого ломтика, что исключает гидролиз масла и сохраняет качество и структуру пищевого ломтика. Сухие среды и влажные среды могут применяться как таковые или в любой комбинации друг с другом, например и только в качестве иллюстрации, отгонка паром с последующей отгонкой азотом. Оператор может выбрать наиболее подходящий способ с учетом свойств обрабатываемого пищевого ломтика и необходимого удаления масла.
В одном воплощении пар регенерируют с этапа первичной взрывной сушки и сжимают для применения на этапе удаления масла.
В одном воплощении удаление масла выполняют во вращающемся барабане для достижения содержания жира до менее половины от содержания жира в обжаренном аналоге. Барабан для удаления масла может быть основан на ротационной сушке с трубопроводом горячего воздуха, установленным внутри, или может быть перфорированным вращающимся барабаном, факультативно установленным внутри печи с циркулирующим горячим воздухом и имеющим направленный трубопровод с горячим воздухом, установленный вдоль его центра. Как описано выше, другие среды, например азот, пар или перегретый пар, могут применяться в качестве альтернативы горячему воздуху.
В одном воплощении удаление масла посредством центрифуги может применяться для снижения содержания масла на этапе 142 до необходимого уровня. В дополнительном воплощении удаление масла достигается посредством контакта с поверхностями, адсорбирующими масло, или посредством механического снятия с поверхности ломтика с применением лент, щеток, роликов или прессов.
Некоторые пищевые ломтики, например крахмалистые картофельные ломтики, обработанные горячими средами для удаления масла, получают выгоду от охлаждения для улучшения последующей обработки в процессе немасляной сушки. Таким образом, поверхностные свойства ломтика могут быть модифицированы для снижения липкости путем охлаждения и удаления конденсата из ломтика. Ломтики могут проводиться в открытом конвейере или пропускаться через охлаждающий туннель. Более быстрое охлаждение может быть достигнуто с ножами из сжатого газа или сериями трубопроводов, работающих со сжатым воздухом и факультативно оснащенных избранными форсунками для увеличения столкновений с поверхностью ломтика. Сухая среда является предпочтительной для охлаждения, но может быть выбрана из воздуха, азота, комбинации или других средств. Охлаждение не является обязательным этапом, если пищевые ломтики не обладают клейкой поверхностью, например, в результате низкой доступности крахмала. В этом случае предпочтительно для энергетического выхода осуществлять перенос пищевых ломтиков в горячем состоянии около 70°С-90°С на следующую стадию обработки.
Этап удаления масла 142 может применяться для настройки и контроля необходимого содержания масла в очень узком диапазоне. В одном воплощении пищевые ломтики обрабатывают так, что готовый высушенный пищевой продукт включает содержание масла менее 3 мас.%. Однако менее интенсивное удаление масла может обеспечивать более высокие уровни масла в контролируемой манере, и в одном воплощении пищевые ломтики обрабатываются до содержания масла менее 10% и предпочтительно от 5% до 8% или до содержания масла менее 15% и предпочтительно от 11% до 13% от массы готового чипса. Альтернативно, минимальное удаление масла применяется для обеспечения ломтика, имеющего примерно от 17% до 25% масла от массы готового чипса, или простой дренажный конвейер без активного удаления масла применяют для обеспечения ломтика, содержащего от 25% до 35% масла от массы готового чипса. Соответственно, одним преимуществом этапа липофильного предварительного кондиционирования 114 с применением погружения в масло является способность к предварительному выбору и контролю уровней масла в пищевом ломтике посредством комбинации условий бланширования в масле и удаления масла, применяющихся перед сушкой.
Пищевые ломтики, приготовленные с применением липофильного предварительного кондиционирования или мгновенной обжарки с последующим удалением масла, предварительного высушивания и охлаждения, могут быть отправлены на полную сушку или альтернативно могут быть упакованы в качестве полупродукта, пригодного для окончательного приготовления путем разогревания в домашних условиях или на вторичном участке, например в торговых автоматах и заведениях самообслуживания. Пищевые ломтики, предназначенные для данного применения, предпочтительно обрабатываются с помощью этапа удаления масла до содержания жира менее 15%, и более предпочтительно до 10% жира, эквивалентно сухому чипсу. Преимущество данного способа приготовления состоит в обеспечении пищевых ломтиков, сохраняющих структурное содержание масла, способствующее аромату готового чипса, и в то же время по существу немасляных и не обладающих липкой поверхностью и таким образом пригодных для упаковки в известных форматах, которые факультативно могут использовать методики консервации, например продувание инертным газом, вакуумную упаковку, автоклавирование, откачку или асептическую упаковку. Специалисту в данной области техники понятно, что пастеризация или стерилизация полупродукта может быть достигнута перед упаковкой путем выбора подходящих комбинаций времени и температуры во время этапа удаления масла. Этап удаления масла обеспечивает сохранение в полупродукте некоторого количества масла для аромата, но при этом поверхность полупродукта не является сильно масляной. Полупродукт можно чисто извлечь из эластичных или полуэластичных упаковочных структур в виде отдельных ломтиков для удобной окончательной обжарки с помощью предпочтительного способа (например, обжарки на противне с маслом или без масла, в печи с горячим воздухом, инфракрасном тостере, паровой печи или микроволновой печи) в предпочтительном участке (например, в домашних условиях или в торговых автоматах, заведениях самообслуживания или местах производства закусочных продуктов). Таким образом, одним преимуществом данного способа приготовления является предоставление конечному пользователю полезного для здоровья и удобного горячего закусочного продукта с низким содержанием масла.
Специалисту в данной области техники понятно, что частичная сушка полупродукта, приготовленного данным способом, может дополнительно улучшить его пригодность для упаковки и дополнительно повысить удобство для конечного пользователя. Предпочтительными являются способы поэтапной сушки, например выпечки в микроволновой печи, в печи с принудительным нагревом или в обычной печи с горячим воздухом, и с помощью способов, описанных далее в данной заявке, содержание влаги предпочтительно снижают до точки плавления крахмала, типично меньше 1 грамма влаги на грамм твердых веществ в продуктах на основе картофеля, или более предпочтительно ниже точки стеклования крахмала, типично меньше 0,25 грамм влаги на грамм твердых веществ в пищевых субстратах на основе картофеля. Одним преимуществом перегревания полупродукта по сравнению со стандартно высушенным закусочным продуктом является то, что большее содержание влаги обеспечивает более плотный и привлекательный готовый закусочный продукт.
В альтернативном воплощении для сухого термического предварительного кондиционирования или липофильного предварительного кондиционирования картофельные ломтики могут быть подвергнуты термическому предварительному кондиционированию 110 в воде или паре примерно при 60°С-99,9°С в течение примерно 50 секунд - 3 минут, в зависимости от теплопереноса, необходимого для размеров пищевого ломтика. Например, для пищевого ломтика в виде картофельной палочки (в форме картофеля фри) типично требуется 3 минуты примерно при 80°С-90°С, в то время как для тонкого картофельного ломтика или пластинки типично требуется примерно 90 секунд примерно при 80°С-90°С.
Факультативно, после термического предварительного кондиционирования в воде 110 картофельные ломтики промывают 120 в воде для дополнительного уменьшения поверхностного желатинизированного крахмала. На этапе промывания может применяться горячая вода (типично примерно от 50°С до 65°С) для улучшения солюбилизации крахмала. В одном воплощении на этапе промывания 120 постоянно применяют холодную воду (типично примерно от 15°С до 25°С), гасящую процесс термического предварительного кондиционирования и улучшающую рассыпчатость текстуры готового продукта, которая, как полагают, обусловлена уменьшением плотности крахмальных компонентов. Любое промывание может факультативно содержать маринующие ингредиенты. Удаление избытка поверхностного желатинизированного крахмала снижает тенденцию картофельных ломтиков к слипанию или скоплению на поздних этапах сушки. Модель № PSSW-MCB скоростного промывателя, поставляемого Heat and Control, Inc., Хейворд, Калифорния, США, можно применять для удаления поверхностного крахмала горячей или холодной водой. В одном воплощении может применяться промывание холодной водой 120 примерно при 15°С-20°С при содержании в растворе соли примерно от 0,5% до 4%. Преимуществом солевого маринада является улучшение связывающей эффективности и/или интенсивности первичного этапа взрывной сушки 200, когда применяют микроволновую печь. Альтернативно, в одном воплощении промывка горячей водой 120 может помочь солюбилизировать избыток крахмала, желатинизированного при бланшировании продукта с высоким содержанием крахмала или специфических разновидностей картофеля, которые, как было отмечено, высвобождают значительные количества свободного крахмала (например, Атлантик), чтобы способствовать последующей обработке. В альтернативном воплощении желатинизированный крахмал удаляют распылителями с водой под давлением при 1,5-3,0 бар, установленными на 25-50 мм выше ленты транспортера или выше и ниже ленты транспортера для столкновения с поверхностью картофеля. Как верхний, так и нижний конвейер может применяться для перемещения продукта во время транспорта через водяные струи под высоким давлением, удаляющие липкие компоненты с поверхности продукта и снижающие способность ломтиков прилипать друг к другу.
Факультативно, во время, до или после этапа термического предварительного кондиционирования 110, 112, 114 пищевые ломтики можно мариновать, что означает, что они подвергаются воздействию раствора, содержащего один или более растворенных соединений для улучшения эффективности связывания этапа микроволновой обработки или модификации свойств готового продукта. Соответственно, в одном воплощении маринад включает один или более ингредиентов, выбранных из защитных и антиокислительных ингредиентов, таких как натрия сульфит или бисульфат, аскорбиновая кислота (водорастворимая) или токоферолы (растворимые в масле); усилителей цвета, таких как бета-каротин, и аннатто; модификаторов рН, таких как лимонная или уксусная кислота; ионных солей, таких как калия, натрия или кальция хлориды; ферментов, таких как глюкозо-оксидаза, лакказа, липаза, пентозаназа, трансглутаминаза, аспарагиназа, целлюлаза или амилаза; углеводных сахаров, таких как глюкоза, фруктоза, мальтоза, трегалоза, и ингредиентов реакции Мейлларда или углеводов с длинной цепью, таких как каррагинан, аравийская камедь или гуаровая камедь, карбоксиметилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, нативные или модифицированные крахмалы или белок. Поскольку задачей этапа предварительного кондиционирования 110, 112, 114 является скорее инактивация ферментов, чем снижение содержания глюкозы в картофельном ломтике, как при классической обжарке хрустящего картофеля, то это может быть благоприятным для среды для термического предварительного кондиционирования, которая может быть полностью насыщена или добавленными маринующими ингредиентами, или крахмалом, солюбилизированным из пищевого ломтика, так что далее собственные ароматические соединения не солюбилизируются и не теряются, что ведет к мягкому аромату готового чипса.
Системы термического предварительного кондиционирования, маринования или промывки могут быть сконструированы так, чтобы ломтики выходили таким образом, чтобы довести до максимума разделение ломтиков и свести к минимуму наложение на следующую транспортную секцию технологической линии. Скоростной промыватель, поставляемый Heat and Control из Хейвуда, Калифорния, США, является примером подходящего оборудования для достижения этого таким способом, который улучшает простоту обработки в последующих единичных операциях.
Картофельные ломтики могут быть факультативно обезвожены 130 для удаления поверхностной воды и снижения поверхностного натяжения между ломтиками для предотвращения скопления на последующих этапах высушивания при контакте с ножами из горячего и холодного воздуха в течение примерно 2-3 секунд. В одном воплощении этап обезвоживания снижает содержание свободной воды (например, несвязанной воды вне картофельных ломтиков, взятых на этапах промывания или бланширования) от примерно 20 мас.% до примерно 7-10 мас.%.
Поверхностная влага может быть удалена с применением воздушной сушки развертывающего типа, использующей воздушные ножи. В одном воплощении воздушные ножи включают нагретые или не нагретые (комнатной температуры) струи воздуха, которые направлены выше промытых картофельных ломтиков, в то время как вакуумный насос отводит удаленную влагу. В одном воплощении воздух под низким давлением (например, от 1,0 до 1,4 бар) с температурой от примерно комнатной до примерно 120°С и скоростью потока примерно от 12 до 16 метров в секунду можно применять в течение достаточного времени для удаления свободной поверхностной воды. В одном воплощении может применяться многоходовой воздушный нож, продольный воздушный туннель, или Turbo Air Sweep, производимый Heat and Control. В альтернативном воплощении ломтики переносятся на звене цепи, перфорированном или сетчатом конвейере и под и над серией мелких воздушных ножей, создаваемых трубопроводами с давлением 1,5-3 бар, оснащенных щелевыми форсунками, поставляемыми Delevan Spray Technologies и установленными перпендикулярно на 10-50 мм выше и ниже ломтиков. Расположение ленты конвейера вверху и на дне может применяться для контроля перемешивания ломтиков и достижения эффективного удаления поверхностной воды.
В одном воплощении поверхностную влагу по существу удаляют на этапе поверхностной сушки 140 для предотвращения слипания и скопления в последующих единичных операциях и доставления ломтиков, ровно распределенных по конвейеру, достаточно широко и быстро для обеспечения ровного покрывания с минимальным наложением. В то время как расположенные монослоем ломтики можно считать идеальным условием процесса, и это названо необходимым этапом расположения в заявках предшествующего уровня техники (например, патент США №5,298,707), важно понять, что нанесение монослоя не требуется для данного изобретения, и нарезанные ломтиками продукты превращаются в индивидуальные готовые чипсы в конце процесса. Таким образом, частичное наложение по крайней мере двух ломтиков является приемлемым, что значительно упрощает производственный процесс, снижает отпечатки и улучшает общую экономику. Соответственно, в одном воплощении покрытие транспортного, покрывающего маслом или высушивающего конвейера включает частичное наложение двух или более ломтиков и может применять перфорированный конвейер, сконструированный из металлических звеньев, которые могут факультативно иметь антипригарное покрытие, или полимерный конвейер, такой как полипропилен, полиэфир или политетрафторэтилен (ПТФЭ), который может факультативно быть мозаичным или перфорированным для дополнительного снижения площади поверхностного контакта и частоты адгезии продукта к транспортному конвейеру.
В одном воплощении для тех субстратов, для которых последующая обработка требует очень сухой поверхности, поверхностное удаление воды может быть дополнительно усилено путем направления картофельных ломтиков от воздушных ножей к столкновению с воздухом или к печи со сталкивающимися воздушными струями в течение примерно 30-180 секунд, или более предпочтительно примерно от 60 до 12 секунд в воздухе с температурой примерно от 60°С до 160°С, или более предпочтительно примерно от 120°С до 140°С. Комбинация времени/температуры должна быть выбрана для высушивания поверхности ломтика как можно быстрее при наивысшей температуре, устраняющей избыточную желатинизацию какого-либо поверхностного крахмала. Поток воздуха может типично быть в диапазоне примерно от 1 до 3 м/сек и должен быть достаточным для контакта как можно большей площади всех сторон пищевого ломтика без избыточного подъема или перемещения от транспортного конвейера, способного вызывать разрыв, повреждение или потерю контроля пищевого ломтика. Если необходимо, захватывающий конвейер может применяться над пищевыми ломтиками для контроля перемешивания. Может применяться печь для столкновения AIRFORCE, поставляемая Heat and Control, Inc., из Хейворда, Калифорния, США. Задачей является удаление как можно большей поверхностной влаги и достижение поверхностной влаги как можно ближе к 0% для снижения эффектов поверхностного натяжения и оптимизации характеристик манипуляций в последующих единичных операциях. Однако это количество удаленной поверхностной влаги может быть необязательным для всех субстратов пищевых ломтиков или даже всех разновидностей картофеля. Как применяется здесь, примерно 0% поверхностной влаги определяется таким образом, что если промокательную бумагу наносят на пищевой ломтик, бумага не поглощает воду. Удаление достаточного количества поверхностной влаги происходит, когда общее содержание влаги в картофельных ломтиках достигает природного содержания воды или ниже, например содержания воды после нарезки или перед этапом бланширования. В одном воплощении этап поверхностной сушки 140 снижает содержание свободной воды от примерно 7 мас.% - 10 мас.% до менее примерно 2 мас.%, и предпочтительно примерно до 0 мас.%.
В одном воплощении картофельные ломтики дополнительно высушивают на этапе предварительной сушки 150, для которого может применяться микроволновая печь, инфракрасная печь, печь с принудительной подачей горячего воздуха или их комбинация, в качестве продолжения этапа поверхностной сушки с целью улучшения общей стоимости или энергетического выхода процесса сушки. Конвейерная сушка с горячим воздухом, коммерчески поставляемая Aeroglide из Роли, Северная Каролина, США, или вращающийся барабан с горячим воздухом (часто применяемый в пищевой промышленности для риса и семян) может применяться для снижения содержания влаги примерно до половины от исходного содержания влаги в природном, сырьевом материале. Самое низкое содержание влаги по окончании этапа предварительной сушки 150 может быть установлено как точка, в которой вся «несвязанная» влага удалена из пищевого ломтика. В одном воплощении картофельные ломтики по окончании этапа предварительной сушки 150 включают содержание влаги примерно от 50 мас.% до природного содержания влаги (типично примерно 80% для картофельного ломтика), и более предпочтительно примерно от 65 мас.% до 7 мас.%. Условия сушки с горячим воздухом предпочтительно должны поддерживаться при температуре воздуха примерно от 110°С до 140°С в течение примерно от 60 секунд до 120 секунд. Если этап предварительной сушки с горячим воздухом 150 снижает среднее содержание влаги по крайней мере до 78% или ниже, это может улучшить механическую прочность ломтика и способствовать снижению избыточных деформаций, таких как сгибание, свивание или комкование при последующий взрывной дегидратации, если она проводится с применением глубокого сосуда или вращательной сушки как этап взрывной дегидратации 200. Улучшение механической прочности при применении сушки горячим воздухом, как полагают, обусловлено созданием «экзо-скелета» путем высушивания клеточной поверхности за их мякотью, фазы с низкой набухаемостью для создания укрепленного поверхностного клеточного слоя. Таким способом сухая поверхность способна поддержать корпус картофельного ломтика и механически противостоять тенденции к сгибанию и сжатию при готовке. Воздушно-импинжерные печи можно применять для обеспечения механической прочности ломтика при более высокой температуре, например, от 220°С до 260°С, при скорости столкновения воздуха, снижающей время обработки примерно до 15-45 секунд. Однако столкновение является наиболее эффективным, когда пищевые ломтики расположены монослоем на транспортном конвейере, и то же самое воздействие горячего воздуха может нарушить текстуру и аромат готового чипса.
Предварительную сушку 154 также предпочтительно применяют непосредственно после липофильного предварительного кондиционирования 114 или после удаления масла 142. Микроволновая печь, инфракрасная печь или печь с принудительной подачей горячего воздуха являются подходящими этапами обработки, как описано выше, однако в данном случае предварительная сушка в микроволновой печи 154 является предпочтительной, поскольку сводит к минимуму воздействие горячего воздуха на масляную оболочку, способное вызвать окисление. Кроме того, предварительная сушка наиболее эффективно выполняется с применением линейной, конвейерной печи, в которой распределены ломтики. Проникновение микроволновой энергии означает, что микроволновая предварительная сушка не требует монослоя пищевых ломтиков. Она менее зависит от хорошего распределения и разделения ломтиков, чем предварительная сушка горячим воздухом или инфракрасным излучением, где энергия должна непосредственно контактировать со всеми поверхностями для эффективного нагревания. Существенной функцией предварительной сушки является обеспечение того, что ломтик обладает значительной механической прочностью для прохождения через вращающийся сосуд для толстого слоя или иначе перемешиваемую взрывную сушилку 200 без создания избыточных дефектов формы или разделения готовых чипсов. Результаты других исследователей показали, что во время ранних стадий высушивания картофельных или других овощных ломтиков потеря давления набухания клеточных стенок ведет к вялому ломтику, неспособному поддерживаться, и наиболее вероятно, прилипающему к поверхности. Ломтик на данном этапе дегидратации очень склонен к образованию нежелательных дефектов формы, единичных или множественных сгибов, комков или скоплений множества ломтиков при столкновении деформирующих механических сил при сушке. Этот феномен является историческим барьером для применения сушки в толстом слое или систем сушек с перемешиванием, как раскрыто в данном изобретении. Таким образом, одним преимуществом предварительной сушки является обеспечение применения способов обработки в толстом слое с высокой емкостью, наименьшей опорной поверхностью, в которых пищевые ломтики постоянно перемешиваются или галтуются. Преимущества сушки в толстом слое осуществляются, поскольку этап предварительной сушки 154 проводится только в течение короткого периода и может быть включен между другим оборудованием для сушки в толстом слое без потребности в монослое. Заявители разработали решение с применением линейной микроволновой предварительной сушилки, транспортирующей ломтики на конвейере для устранения проблемы дефектов формы.
Не связываясь теорией, если выбранная степень предварительной сушки является относительно низкой, то ломтики должны поступать на последующий блок толстого слоя в вялом состоянии, и общее улучшение формы готового продукта может объясняться простым снижением пропорции общего времени высушивания ломтиков без физической поддержки их формы, в то время как они остаются вялыми перед последующим затвердеванием в результате дегидратации. Не связываясь теорией, если степень предварительной сушки устанавливать на градиенте влажности в пищевом ломтике так, что часть ломтиков становится твердой или полутвердой, то этот скелет может поддерживать ломтик во время последующей сушки в толстом слое. Градиент влажности может наблюдаться между наружными поверхностями пищевого ломтика и его внутренним центром, например, при применении инфракрасного излучения или горячего воздуха, либо градиент может наблюдаться между внешней периферией пищевого ломтика и его геометрическим центром, где геометрический центр становится более сухим и жестким, чем внешние области. Этот последний случай является чертой микроволновой сушки или микроволновой предварительной сушки, как раскрыто здесь, так что структура ломтика в центре пищевого ломтика может быть установлена прямо во время обеспеченного этапа предварительной сушки, в то время как внешняя область остается резиноподобной из-за высокого содержания влаги в ней. Стимуляция установки структуры чипса создает «эндо-скелет» в центре пищевого ломтика, который позволяет ломтику все еще оставаться эластичным и принимать завитую форму во время последующих этапов сушки, но предотвращает нежелательные дефекты формы или скопление из-за полного сгибания чипса во время этапа взрывной сушки 200 с вращением и перемешиванием.
Устройство для микроволновой предварительной сушки может выполнять эту функцию со значительным наложением ломтиков и без потребности в монослое, поскольку содержание влаги снижается только частично. Слишком низкое снижение содержания влаги в наложенных ломтиках приводит к слипанию и связыванию ломтиков друг с другом, создавая неразделимые скопления. Таким образом, одним преимуществом предварительной сушки 154 является удаление большого количества воды таким способом, что ломтики не связываются вместе и разделяются на последующем этапе сушки с вращением и перемешиванием для производства отдельных чипсов. Устройство для микроволновой предварительной сушки может поддерживать скорость взрывной сушки, раскрытую далее в данном изобретении. Таким образом, данный этап может проходить в диапазоне от 5 секунд до 90 секунд, но типично его длительность составляет от 5 секунд до 45 секунд, а предпочтительно его длительность составляет от 10 секунд до 20 секунд, представляя часть первой фазы сушки, и позволяет удалить достаточное количество воды для достижения первой точки перехода углеводов в пищевом ломтике, как описано далее в данной заявке. Оператор может удалить 50% или более от содержания воды в пищевом ломтике с устройством для предварительной сушки, которое включает конвейерную микроволновую печь, где ломтики могут соприкасаться и накладываться, однако низкое содержание влаги увеличивает риск слипания продукта и образования скоплений, что повышает риск образования дуг и последующих возгораний. Таким образом, предпочтительно микроволновую предварительную сушку можно применять для удаления от одной четверти до половины от исходной воды, например, для снижения среднего содержания влаги примерно от 80% до 75% на сырой основе (от примерно 4:1 до 3:1 на сухой основе) или примерно от 80% до 65% на сырой основе (от примерно 4:1 до 2:1 на сухой основе).
Методики, процитированные в предшествующем уровне техники, демонстрируют, что линейная микроволновая печь может применяться для сушки ломтиков до благоприятной степени. Однако чтобы достичь этого, нужно преодолеть значительные технологические препятствия для достижения наилучшего разделения ломтиков, проходящих через линейную микроволновую печь, чтобы избежать спонтанного воспламенения, которое наблюдалось Заявителем, когда несколько ломтиков находятся в тесной близости или накладываются друг на друга. Предшествующий уровень техники не учит, как преодолеть проблему наложения и связанный с ней риск, таким образом, предшествующий уровень техники ограничен низкой скоростью коммерческого производства и подвержен риску случайного возгорания из-за высокой вероятности контакта или наложения более чем одного пищевого ломтика из-за несовершенной технологии размещения ломтиков. Становится технически и коммерчески важным разложить монослоем пищевые ломтики так, чтобы они располагались на расстоянии по крайней мере 5 мм друг от друга, например, если ломтики располагаются на конвейере в контролируемой манере, то линейную микроволновую печь можно применять для осуществления этапа полного взрывного высушивания 200 с сильно сниженным риском искрения или возгорания.
Пищевые ломтики, которые не подвергались липофильному предварительному кондиционированию или мгновенной сушке, затем могут быть покрыты маслом на этапе покрытия маслом 160 до контролируемого уровня, как необходимо для готового продукта. Масло является важным для развития итоговой текстуры, аромата и ощущения во рту хрустящего картофеля. Тонкая оболочка из масла, предпочтительно наносимая в форме капелек, помогает контролировать число и размер пузырьков, которые образуются, когда картофельный ломтик подвергают взрывной сушке 200 в первичной сушилке.
Количество масла, приданное на этапе нанесения покрытия 160, может контролироваться для достижения необходимых диетических и органолептических свойств. Для раскрытого процесса пригодным является любое масло или жир, включая растительное масло, животные жиры или синтетические масла, например кокосовое масло, кукурузное масло, хлопковое масло, пальмовое масло, пальмовый олеин, льняное масло, сафлоровое масло, сафлоровое масло с высоким содержанием олеинов, пальмовый стеарин, соевое масло, подсолнечное масло, подсолнечное масло со средним или высоким содержанием олеинов, рапсовое масло, свиной жир, сало, рыбий жир, олестру, полиэфиры сахарозы, жирные кислоты со средней цепью, диацил-глицерины или смесь различных масел. Выбор масла может применяться для влияния на итоговый аромат и ощущение во рту готовых чипсов, а также на диетический профиль.
В одном воплощении количество добавленного масла 160 является таким, что содержание масла в готовых высушенных картофельных ломтиках составляет меньше примерно 10 мас.%, и более предпочтительно примерно от 5 мас.% до 8 мас.%. В альтернативном воплощении масло добавляют до достижения содержания масла менее примерно 25% от массы готового чипса, и более предпочтительно примерно от 13% до 18%, так что итоговое содержание масла составляет меньше половины от таковой для обычных чипсов в настоящее время.
В одном воплощении масло добавляют 160 к картофельным ломтикам посредством вращающейся масленки, включающей распылительные форсунки, установленные на масляном ланцете, помещенном во вращающийся барабан. Скорость нанесения масла может контролироваться простым барабанным насосом и может быть измерена измерителем потока, если необходимо. Для увеличения точности измеритель потока может быть калиброван до массового весового конвейера, вибровесового конвейера или подобного устройства на входе или выходе из барабана. Можно применять дизайн вращающегося барабана, подобный тому, что применяют для приправленных закусочных продуктов. В одном воплощении картофельные ломтики находятся во вращающейся масленке, 800 мм в диаметре, для галтовки примерно от 10 до 30 секунд примерно при 10-30 оборотах/мин. Скорость вращения в оборотах/мин необходимо поддерживать на уровне, достаточном для разделения ломтиков для покрывания, однако точные значения зависят от размеров барабана, выбранного для количества покрываемых маслом ломтиков. Предпочтительно барабан изготавливают из текстурированного металла или покрывают антипригарным материалом, таким как политетрафторэтилен (ПТФЭ) или фторполимер, для сведения к минимуму прилипания продукта к стенкам барабана. В одном воплощении перфорированный или шероховатый шаблон может быть помещен вдоль внутренней части барабана. В одном воплощении внутренняя часть барабана включает продольный пролет, способствующий галтовке и разделению пищевых ломтиков. Продольный пролет или Архимедов винт также может применяться для контроля продолжительности выдержки внутри барабана. Одним преимуществом вращающейся масленки является то, что масло можно добавлять к картофельным ломтикам без необходимости монослоя, и блок может физически разделять любые ломтики, которые могут группироваться вместе.
В одном воплощении этап покрытия 160 включает монослойный распылитель масла или альтернативно может применяться пекарская масленка, включающая вращающуюся пластину, или вертикальный масляный барьер, пригодный для монослоя. В одном воплощении этап покрывания 160 включает маринование картофельных ломтиков в масле при комнатной температуре, или бланширование, или мгновенную обжарку в масле при высоких температурах, как описано выше. В одном воплощении этап предварительной обжарки 150 и этап покрывания маслом 160 происходит в одном и том же ротационном устройстве 200.
Добавление масла 160 к пищевому ломтику обеспечивает некоторые преимущества. Например, масло может применяться для контроля образования пузырьков, так что образуется много маленьких пузырьков, в то время как в ином случае могут формироваться большие вздувшиеся пузырьки. Это особенно заметно при низких скоростях сушки (длительном времени сушки), когда пар генерируется менее быстро. При более высоких скоростях сушки взрывная дегидратация приводит к подобному результату посредством другого механизма, поскольку быстро уходящий пар помогает внутреннему давлению создавать пористую структуру. Кроме того, масло нагревается в микроволновой печи, особенно когда содержание влаги является низким, как в фазе 3 кривой сушки, описанной ниже. Нагревание дает начало реакции между химикатом-продуктом питания в масле, приводящей к возникновению обжаренного аромата. Подобный эффект может быть достигнут, если масло «кондиционируют» путем автономного нагревания, с применением обычных способов нагревания, микроволновой энергии или иных способов, а затем наносят распылением на продукт. Фактически, масло может быть «кондиционировано» путем применения масла в начале в других приложениях, таких как нагревающая среда для другой пищевой линии. Вместо выбрасывания масла в конце его полезного применения в качестве нагревающей среды оно может повторно применяться в качестве масляной добавки в изобретении Заявителя. Когда Заявитель упоминает «кондиционированное» масло, это включает масло, которое предварительно использовалось многими средствами, включая без ограничения тепло, окисление и гидролиз, иными, чем способы термического кондиционирования или липофильного предварительного кондиционирования. Если масло наносят на продукт перед микроволновой обработкой, масло придает дополнительное преимущество, действуя как отвод энергии или тепла по направлению к концу цикла сушки, когда содержание влаги является низким. Это доказано экспериментами, проведенными изобретателями, открывшими более высокие температуры на выходе для данного времени или содержания влаги в продуктах, которые были обработаны маслом перед микроволновой сушкой по сравнению с не обработанными маслом продуктами. Соответственно, добавление масла перед этапом взрывной сушки 200 снижает частоту пригорания в микроволновой печи и, таким образом, способствует сушке до более низкого содержания влаги без образования нежелательного бурого цвета или жженого привкуса в хрустящем картофеле или закусочном продукте.
Картофельные ломтики затем направляют в микроволновую печь для этапа взрывной дегидратации 200. Для улучшения контроля процесса и обеспечения более тщательного высушивания при высоких скоростях пищевые ломтики могут быть направлены через весовой конвейер с массовой загрузкой. Подобное преимущество достигается для пищевых ломтиков, происходящих из теста, путем формирования и отложения кусочков контролируемого объема и массы. Как применяется здесь, термины «взрывная сушка», «взрывная дегидратация» и «первичная сушка» являются синонимами и определяются как имитация профиля дегидратации, соответствующего обжаренному пищевому продукту, полученному в немасляной среде. Немасляная нагревающая среда может включать без ограничения микроволновое излучение, инфракрасное излучение, радиочастотное излучение, перегретый пар, воздух и их комбинации. Первичный источник энергии, применяемый для испарения воды путем немасляного нагревания, может быть дополнен дополнительными источниками тепла или источниками энергии, такими как горячий воздух, пар, перегретый пар, микроволновое излучение, инфракрасное или радиочастотное излучение. Коммерческое производство хрустящего картофеля типично включает непрерывный процесс, в котором картофельные ломтики постоянно вводятся в чан с маслом для обжарки при температуре примерно 365°F (около 185°С), проводятся через масло лопатками или другими средствами и извлекаются из масла спустя примерно 2,5-3 минуты обжарки непрерывным ленточным конвейером, в котором содержание влаги в чипсах снижается примерно до 2% от массы обжаренного чипса или меньше (эквивалентно примерно 3,0% от массы готового картофельного чипса или меньше). Полученный продукт в целом имеет текстуру и ароматические характеристики, обычно признаваемые пользователями как типичные для хрустящего картофеля, коммерчески произведенного в непрерывном процессе.
Фигура 6 изображает профиль дегидратации картофельных чипсов после непрерывной обжарки 610 из предшествующего уровня техники и взята из Фигуры 4 Патента США №5,643,626, заявленного теми же уполномоченными лицами, что и настоящее изобретение. Как показано, картофельный ломтик с содержанием влаги более примерно 80% дегидрируется до содержания влаги примерно 20% спустя одну минуту и до содержания влаги менее примерно 3% спустя примерно 2 минуты. Также на Фигуре 6 показан профиль дегидратации обжаренного в крупном котле твердого хрустящего картофеля, имеющего более низкий профиль дегидратации 620, но обжаренный в горячем масле. Любой из этих профилей дегидратации 610, 620 может быть имитирован в немасляной среде в соответствии с воплощениями настоящего изобретения. Путем имитации этих профилей сушки настоящее изобретение может также имитировать различные текстуры готовых чипсов, связанные с этими двумя профилями дегидратации 610, 620 или любым профилем в спектре обжарки в атмосфере или в вакууме. Не ограничиваясь теорией, изобретатели считают, что при имитации профиля дегидратации изобретение также эффективно имитирует превращение крахмала, которое происходит и в основном определяет текстуру готового чипса. В данном контексте «превращение крахмала» относится к температуре и содержанию влаги в большинстве углеводов в картофельном ломтике, как в большинстве углеводов, проходящих через каждый переход, и к времени, проведенном большинством углеводов в каждой фазе перехода (расплавленной/жидкой, резиноподобной/эластической или стекловидной/кристаллической). Плавление углеводов и точки перехода определены и опубликованы повсеместно с применением простых капиллярных исследований и методик, таких как дифракционная сканирующая калориметрия (ДСК) для измерения изменений энтальпии. Настоящее изобретение может применяться для имитации профиля дегидратации любого обжаренного продукта. Соответственно, в одном воплощении настоящее изобретение обеспечивает способ микроволновой кулинарной обработки продукта питания для имитации органолептических характеристик обжаренного продукта. Пример того, как настоящее изобретение может применяться для обеспечения необжаренного хрустящего картофеля с профилем дегидратации, имитирующим профиль дегидратации хрустящего картофеля после непрерывной обжарки, приведен ниже.
Во-первых, идентифицирован профиль дегидратации, соответствующий обжаренному продукту питания. Например, как указано ранее, Фигура 6 изображает профиль дегидратации хрустящего картофеля после непрерывной обжарки 610 и профиль дегидратации жесткого хрустящего картофеля после периодической обжарки в котле 620. В одном воплощении профиль дегидратации обжаренной пищи может быть определен с применением наклонного устройства для непрерывной обжарки и удаления образцов на различных расстояниях, относящихся к определенному времени, или объемным устройством для обжарки в заведениях самообслуживания, где образцы «вылавливаются» из масла в заданное время, а затем определяется содержание влаги. Затем продукт питания готовят микроволновой обработкой. Например, картофель может быть приготовлен путем бланширования, термического кондиционирования или липофильного предварительного кондиционирования и факультативной предварительной сушки. Картофельные ломтики затем могут быть приготовлены при контролируемой мощности, соответствующей мощности, необходимой для воспроизведения, имитации или создания по существу подобного необходимого профиля дегидратации 610, 620, как изображено на Фигуре 6. Этого можно добиться путем проб и ошибок, например, экспериментируя с конвейерной микроволновой печью при постоянных режимах энергоснабжения, можно извлекать продукты после микроволновой обработки при определенном времени и положении и определять содержание влаги. Можно регулировать уровень мощности, как необходимо для применяемой комбинации специфической микроволновой системы и пищевых ломтиков. Соответственно, в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения контролируемая мощность, соответствующая мощности, необходимой для воспроизводства профиля дегидратации обжаренного продукта питания, включает первую микроволновую мощность и вторую микроволновую мощность. В одном воплощении контролируемая мощность соответствует точкам перехода в скорости дегидратации пищевого ломтика, которые, как полагают, относятся к переходам крахмала. Вышеуказанный пример приводится с целью иллюстрации, а не ограничения. Тот же самый способ, описанный выше, который может применяться для имитации профиля дегидратации других обжаренных продуктов питания, включает без ограничения хрустящую тортилью, хрустящую кукурузу, картофель фри и картофельные оладьи. Другие продукты могут иметь различный углеводный состав и различное исходное содержание влаги и могут факультативно быть предварительно высушены (например, в печи для тостеров), таким образом, профиль микроволновой сушки нужно приспосабливать для соответствия требованиям, как описано выше.
В одном воплощении этап взрывной дегидратации 20 включает имитацию профиля дегидратации до содержания влаги примерно от 2 мас.% до 15 мас.%, и предпочтительно примерно от 4 мас.% до 8 мас.% за промежуток времени, подобный времени, необходимому для сравнительного обжаренного продукта питания. Скорости дегидратации и скорости превращения крахмала в первых двух фазах профиля дегидратации должны быть подобными и предпочтительно совпадать с профилями сравнительного обжаренного продукта питания для достижения подобной текстуры. Например, в одном воплощении на основе картофеля настоящее изобретение включает дегидратацию влаги во множестве картофельных ломтиков от содержания влаги более примерно 60 мас.% до содержания влаги менее примерно 20 мас.% в немасляной среде за менее чем примерно 60 секунд. В одном воплощении этап взрывной дегидратации 200 дополнительно включает снижение содержания влаги в ломтиках примерно от 65 мас.%-80 мас.% до менее примерно 15 мас.% в немасляной среде менее чем за 120 секунд. В одном воплощении этап взрывной дегидратации дополнительно включает снижение содержания влаги до менее примерно 10 мас.%, или предпочтительно меньше примерно 2 мас.% на этапе взрывной дегидратации за менее чем примерно 180 секунд.
Фигура 2 является графическим представлением содержания влаги, как изображено на кривой дегидратации 220 и профиля температуры 270 для картофельных ломтиков, подвергавшихся этапу взрывной дегидратации в микроволновой печи в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения. Как показано, перед взрывной дегидратацией картофельные ломтики включают природное содержание влаги в сыром состоянии выше примерно 80% влаги от общей массы 201. Конечно, в соответствии с другими воплощениями настоящего изобретения бланшированный и/или стандартно высушенный картофельный ломтик может включать низкое содержание влаги, как описано выше. Различные разновидности картофеля или другие пищевые материалы (например, морковь, пастернак, брокколи или цветная капуста) имеют различное содержание влаги в сыром состоянии, которое может отличаться от описанного здесь. В этой точке 201 картофельный ломтик является сырым, скользким, резиноподобным и гибким. Когда картофельный ломтик становится более дегидрированным, он становится суше, менее скользким, но остается резиноподобным и гибким 202. В точке 202 ломтик является вялым и обладает низкой способностью противостоять сгибанию из-за потери тургесцентного давления. Начало образования пузырьков проявляется по всему ломтику, но отличается наибольшей концентрацией пузырьков по краям, в виде маленьких, плоских пузырьков неправильной формы. Начало формирования пузырьков может приводить к расслаиванию, свидетельствуя о возможных взрывах пара внутри ломтика. В данной точке 202 не наблюдается вздутия. Приблизительно в это же самое время температура картофельного ломтика достигает температуры точки кипения 272, отмечается относительно высокая скорость испарения воды 222. В точке, обозначенной номером 203, картофельный ломтик суше, чем в 202, и отмечается большее образование пузырьков на протяжении ломтика. В центре ломтика восстанавливается некоторая жесткость, однако картофельный ломтик все еще является гибким, а другие области являются резиноподобными. В этой точке 203 картофельный ломтик не является скользким. Температура картофельного ломтика остается ровной 274 на какое-то время, после чего картофельный ломтик достигает примерно температуры точки кипения воды при атмосферном давлении. Имеется также замедление скорости дегидратации, изображенное слабым выравниванием 224 на кривой дегидратации 220. Не ограничиваясь теорией, изобретатели считают, что явное выравнивание 224 кривой дегидратации совпадает с точкой плавления крахмала 250, как определено в научной литературе с применением ДСК методов, где многие из твердых крахмалов плавятся. В воплощении с картофельным ломтиком точка плавления крахмала 250 наблюдается, когда ломтик дегидрируется примерно до 50 мас.% влаги и когда температура ломтика составляет примерно 100°С. Для упрощения интерпретации период перед этой точкой перехода определяется как фаза 1.
В точке 204 в высушенном картофельном ломтике продолжает проявляться больше пузырьков на периферии ломтика. Ломтик в этой точке 204 все еще является резиноподобным и гибким. В точке 205 картофельный ломтик находится во второй фазе сушки (или фазе 2), которая проходит между двумя идентифицированными точками перехода 250, 260 и где крахмал, как полагают, является первично резиноподобным 226. Ломтик в точке 205 суше, чем ломтик в 204, и отмечается проявление жесткой поверхности и некоторая степень гибкости, свидетельствующая о том, что ломтик еще не полностью готов. В точке 206 ломтик затвердевает и выглядит готовым. Развивается некоторая степень хрупкости. Поверхность выглядит жесткой на всем протяжении.
В точке 207 отмечается выравнивание кривой, изображенное поз. 228. Вновь, не ограничиваясь теорией, изобретатели считают, что выравнивание 228 происходит, когда крахмал переходит в стадию стеклования 260, твердый крахмал переходит в стеклоподобное состояние, отмеченное как фаза 3. В точке 228 картофельный ломтик является более сухим и хрупким, чем в точке 207, и поверхность подобна ровному диску. В точке 208 картофельный ломтик является более сухим и хрупким. В точке 210 ломтик является более сухим и более хрупким, чем в 209, и отмечаются некоторые вздутые пузырьки. В точках 212, 213, 214 и 215 картофельный ломтик является подобным по внешнему виду ломтику в точке 211. Поскольку содержание влаги в картофельном ломтике является низким и оставшаяся влага менее доступна для микроволновой энергии для связывания с итоговым стеклоподобным состоянием 230, то температура пищевых ломтиков возрастает 280, что благоприятно повышает интенсивность аромата готового картофеля или придает обжаренный аромат пищевому ломтику в фазе 3 этапа сушки, если ломтики предварительно обработаны маслом. Для предварительно обработанных маслом ломтиков во время фазы 3 во время цикла при низком содержании влаги микроволновая энергия, как полагают, предпочтительно связывается с маслом. Наблюдалось, что это создает благоприятный обжаренный аромат. Кроме того, масло действует как теплоотвод, позволяя предотвратить подгорание и способствуя контролю влаги в конце процесса сушки. Соответственно, предварительно обработанные маслом ломтики делают процесс более контролируемым, и продукты приобретают аромат, более характерный для обжаренных чипсов. Пар также можно применять в конце цикла обжарки, чтобы помочь контролю сушки до равной скорости между ломтиками и избежать пригорания продукта.
Фигура 3 является альтернативным графическим представлением содержания влаги тех же самых картофельных ломтиках, что изображены на Фигуре 2. Вместо содержания влаги, измеренного на основе общей массы, например массы влаги, разделенной на сумму массы воды и твердых веществ, содержание влаги изображено в виде отношения влаги, оставшейся в картофельном ломтике, к сухим твердым веществам в картофельном ломтике. Действительные скорости сушки, определенные в граммах воды, удаленных в секунду, как отношение твердых веществ, изображенное на Фигуре 3, являются прямой, первичной и таким образом более полезной мерой условий процесса, необходимых для достижения целевой текстуры, в противоположность измерению, соответствующему абсорбированной микроволновой мощности, поскольку мощность, абсорбированная продуктом, является специфичной для комбинации полости и продукта. Было установлено, что изображение на Фигуре 3 является полезным инструментом оценки для определения и лучшего изображения трех различных фаз сушки, которые, как кажется, отмечаются точками перехода крахмала. Действительно, эксперименты продемонстрировали, что скорости сушки и точки перехода можно точно определить, и они являются высоковоспроизводимыми - особенно когда для определений применяют гомогенизированный пищевой образец и/или кусочек контролируемой массы. Поскольку эти скорости сушки связаны с различной текстурой продукта, можно точно определить точки перехода углеводов и отношение между профилем дегидратации и свойствами готового продукта. Нужно указать, что номера 201-215 на Фигуре 2 обозначают те же самые данные, в различных блоках, как соответствующие номера 301-315 на Фигуре 3.
Как показано на Фигуре 3, кривая сушки разделена на три различные скорости или фазы сушки. Первая фаза или первая скорость дегидратации 322 начинается, когда температура пищевого ломтика достигает точки кипения, а уровень влаги начинает снижаться. Уклон линии 322 изображает скорость первой фазы дегидратации, которая составляет 0,2 грамма влаги на грамм твердого вещества в секунду в показанном воплощении. Как только картофельные ломтики достигают диапазона точки плавления крахмала 350, скорость дегидратации замедляется. Соответственно, скорость второй фазы дегидратации 326, показанная на Фигуре 3, составляет 0,03 грамма влаги на грамм твердого вещества в секунду. Скорость второй фазы дегидратации является постоянной, пока крахмал картофельного ломтика не достигает стадии стеклования 360 и переходит в фазу 3. В 3 фазе этапа дегидратации 330 температура пищевого ломтика возрастает до приобретения необходимого аромата. Точное повышение температуры и профиль будет зависеть от уровня предварительно нанесенного масла, а также от других энергетических факторов.
Повышение температуры продукта представляет изменение адсорбции микроволновой энергии из воды во время поздней стадии сушки. Сушка продукта может быть прекращена до того, как температура быстро повысится к концу цикла сушки, когда микроволновая энергия нагревает скорее непосредственно органическую материю субстрата, чем воду. Точный профиль температуры, в частности, зависит от рецептуры продукта и может быть определен путем проб и ошибок, а затем установлен как параметр контроля процесса. Соответственно, в одном воплощении картофельный ломтик удаляют со стадии нагревания 330, когда картофельный ломтик достигает определенной температуры. При удалении продукта до того, как произойдет значительный подъем температуры, можно свести к минимуму образование акриламида. В одном воплощении пищевые ломтики удаляют из микроволновой печи спустя некоторое время после того, как ломтики достигают температуры примерно 110°С, и предпочтительно перед достижением температуры 140°С и оптимально перед достижением примерно 120°С для сведения к минимуму образования акриламида. В одном воплощении стадия нагревания 330 осуществляется под вакуумом для дополнительного уменьшения образования акриламида. В одном воплощении этап взрывной сушки 200 осуществляется в вакуумной микроволновой печи. Так, воплощение выгодно снижает температуру пищевых ломтиков во время дегидратации, приводя к снижению уровней акриламида. Специалисту в данной области техники понятно, что при работе под вакуумом параметры температуры и влажности превращения крахмала модифицируются, и это можно применять для дальнейшей манипуляции текстурой готового продукта. Таким образом, в одном воплощении вся микроволновая дегидратация или ее часть осуществляется под вакуумом, где уровень вакуума выбирают в соответствии с необходимой текстурой готового продукта. В одном воплощении микроволновая печь включает микровакуум примерно от 20 до 80 Торр, где точка кипения воды составляет меньше примерно 46°С, или высокий вакуум примерно от 150 до 250 Торр, где точка кипения влаги составляет примерно от 60°С до 70°С. В одном воплощении вакуум может высвобождаться или частично высвобождаться по направлению к концу цикла сушки для поддержки развития аромата в чипсе. Альтернативно, может применяться низкий вакуум примерно от 500 до 700 Торр, где точка кипения влаги составляет примерно от 90°С до 98°С, для слегка более низких температур продукта, при снижении риска ионизации разреженной атмосферы, содержащей микроволновую энергию. В одном воплощении уровень вакуума увеличивается по направлению к концу цикла сушки, чтобы избежать воздействия избыточных температур на чувствительные пищевые материалы, когда содержание влаги является низким, для сведения к минимуму образования акриламида. Конечно, необходимый уровень вакуума может зависеть от одного или более факторов, включая материал пищевого субстрата, необходимый объем вздутия, микроволновую мощность, форму пищевого субстрата и т.д. Соответственно, вакуум может находиться в диапазоне от 0 до примерно 760 Торр.
Нужно отметить, что специфические скорости дегидратации, изображенные для трех фаз дегидратации, показанных на Фигуре 3, просто изображают одно воплощение настоящего изобретения. Действительные уклоны сушки можно контролировать для имитации обжарки на основе мощности, обеспеченной микроволновой печью, конструкции аппликатора и композиции пищевого ломтика.
В таблице 1 внизу изображены скорости дегидратации для трех фаз для многорежимной микроволновой печи с одиночной полостью (аппликатором), непрерывным конвейером, работающей при двух различных уровнях мощности. Такая информация обеспечивается для иллюстрации, а не для ограничения. Заявленный объем настоящего изобретения применяется к любой микроволновой системе, в которой энергия поглощается пищевым ломтиком в микроволновом поле, и не ограничивается отличительными чертами дизайна, такими как число, расположение, конструкция или ориентация вводов волновода; частота микроволн; число режимов; форма полости (аппликатора) и т.д.
Камера для микроволнового нагревания, использованная для получения информации, изображенной в Таблице 1, содержит в среднем 19 картофельных ломтиков (Сатурна), с сухой массой, эквивалентной примерно 35 граммам, в любой момент. При настройке режима энергоснабжения микроволнового генератора (Pf) на 6 («средняя» мощность в данном примере) для достижения скоростей сушки примерно 0,2; 0,03 и 0,004 грамма влаги на грамм сухой массы в секунду на протяжении времени сушки, показанного на Фигуре 3, требовалась поглощенная микроволновая мощность примерно 2,6, примерно 0,8 и примерно 0,2 кВт соответственно (в целом 3,5 кВт). Таким образом, распределение поглощенной мощности для фазы 1, фазы 2 и фазы 3 составляет примерно 73%, примерно 23% и примерно 4% от общей поглощенной мощности соответственно. Подобным образом, при установке мощности на 3 («низкая» мощность в данном примере) скорости сушки примерно 0,065, примерно 0,01 и примерно 0,001, показанные на Фигуре 4 (обсужденной ниже), требовали поглощенной микроволновой мощности примерно 1,3, примерно 0,2 и примерно 0,04 кВт (примерно 84%, примерно 13% и примерно 4%) соответственно (в целом 1,5 кВт). Эти числа обеспечивают руководство для специалиста в данной области техники о распределении мощности, необходимой в процессе микроволновой сушки (взрывной сушки) в данном рабочем примере. Однако эти значения являются специфическими для применения в пилотном процессе (микроволновая полость и источник питания) и должны быть установлены для обеспечения поглощенной мощности при необходимой скорости сушки в граммах влаги на грамм сухой массы в секунду для каждой используемой полости.
Поскольку действительная поглощенная энергия является функцией конструкции полости и продукта, эффективность специфической микроволновой системы должна быть известна для установки соответствующей прямой мощности. В этом случае, допуская эффективность связывания примерно 70%, установка «средней» мощности на 6 соответствует мощности, доступной в полости 5 кВт, а установка «низкой» мощности 3 соответствует мощности, доступной в полости 2 кВт. В обоих случаях отражательная способность составила примерно 1 кВт, соответствуя действительной установке прямой мощности, использованной в экспериментах 6 кВт и 3 кВт для установок мощности 6 и 3 соответственно.
Не ограничиваясь теорией, изобретатели установили, что фаза 1 и фаза 2 кажутся ответственными за имитацию текстуры, образуемой при сушке с применением раскрытого способа немасляной сушки. Фаза 1 соответствует испарению большого количества воды. В фазе 1 скорости сушки являются наибольшими, и изобретатели наблюдали, что скорости сушки часто являются подобными у «различных» пищевых ломтиков (например, сырых ломтиков и ломтиков теста со схожей исходной влагой) для данной установки условий микроволновой печи. Это наиболее вероятно обусловлено «свободной» природой влаги, удаляемой в данной фазе. Фаза 2 относится к значительному переходу крахмала, во время которого нативный крахмал, как полагают, находится в расплавленном состоянии, поскольку известно, что это происходит примерно при 50% влаги (1 грамм воды на грамм твердого крахмала на основе сухого вещества) при 100°С. Плавление крахмала является традиционно медленным в устройствах периодического действия для обжарки и быстрым в постоянных устройствах для обжарки, так что полученная текстура варьирует от хрусткой до рассыпчатой. Не ограничиваясь теорией, возможно, что в фазе 2 скорость сушки может зависеть от природы пищевого ломтика, а также от применяемой энергии сушки, поскольку ограничивающие диффузию факторы, как можно ожидать, более влияют на транспорт воды, чем в фазе 1. В фазе 3 крахмал, а таким образом и текстура, устанавливается, так что фаза 3 в первую очередь влияет на аромат и цвет готового чипса, а также облегчает уравновешивание распределения влаги внутри и между пищевых ломтиков.
Учитывая знания о том, что профили сушки можно разделять на три различные фазы, и понимание того, что эти фазы влияют на готовый продукт различными путями, можно определить профиль сушки, чтобы манипулировать текстурой и ароматом продукта таким способом, чтобы изменить профиль современной обжарки от непрерывной до котловой. Например, для достижения такой текстуры, как после котловой обжарки, ввод энергии снижают в фазе 2 для имитации более долгого периода перехода углеводов, связанного с более медленным плавлением крахмала, происходящего в котловом устройстве для обжарки чипсов. Эффективно, микроволновая печь может быть настроена для обеспечения тех же самых эффектов, что и устройство для обжарки - с применением переноса энергии для воспроизведения кондуктивного теплопереноса без применения масла.
В одном воплощении непрерывную микроволновую полость разделяют на множество непрерывных полостей посредством серии заслонок или перегородок. Путем выбора подходящих позиций для каждого разделяющего устройства ввод микроволновой энергии можно независимо контролировать в каждой точке по кривой сушки. Это позволяет пользователю устанавливать и контролировать различные скорости сушки во время каждой фазы или внутри фазы, если необходимо. Таким образом, скорость сушки в фазе 2 можно снизить, как указано выше, для «котловой» текстуры или можно, например, повысить для совпадения с фазой 1, чтобы снизить общее время сушки, в то время как скорость сушки в фазе 3, например, можно снизить для обеспечения более широкого контрольного окна для влаги пищевых ломтиков и выходных температурных условий. В предпочтительном воплощении фазы 1 и фазы 2 скорости сушки контролируются независимо от фазы 3 путем применения микроволновых полостей, полностью отделенных посредством микроволновой заслонки. Требования к мощности этих двух полостей при имитации устройства для обжарки, хотя и являются подобными по времени пребывания, отличаются на 20:1 для R1/R2:R3. Может применяться оборудование для контроля температуры, содержания влаги и других параметров на выходе R1/R2 полости и факультативно R3 полости как часть контроля качества продукта и стратегии безопасности процесса. Данная ситуация может быть дополнительно модифицирована путем применения конвейера для переноса продукта между микроволновыми полостями или микроволновой печью и другими рабочими блоками. Хотя сушку можно проводить в единичной микроволновой полости, отделение стадий микроволновой сушки представляет преимущество для процессорного контроля аромата готового чипса, в частности, при изготовлении картофельных чипсов с контролируемым содержанием масла. Содержание влаги можно снизить в контролируемой манере до 3%-7% в R3 полости, что значительно снижает время, необходимое для стадии окончательной сушки 300. Поскольку окончательная сушка типично включает горячий воздух, это снижает подверженность чипса окислительным реакциям и может сокращать время окончательной сушки с максимальных 40 минут до всего 5 минут.
В альтернативном воплощении применяется микроволновая сушка периодического действия взамен непрерывной микроволновой сушки. Специалистам в данной области техники знакомы домашние микроволновые печи, работающие на периодической основе с непрерывной или импульсной подачей мощности. В качестве ссылки было измерено, что типичная домашняя печь имеет скорость сушки в фазе 1 ниже примерно в 10 раз, чем в примере, приведенном для средней установки мощности 6 в таблице 1 выше, а общее время сушки примерно в 4 раза выше. Как изложено выше, данный способ сушки обеспечивает более жесткую текстуру продукта и создает более трудные условия контроля для извлечения продукта с уравновешенным, воспроизводимым содержанием влаги в конце цикла сушки, поскольку ввод мощности остается постоянным, даже когда содержание влаги является низким к концу цикла сушки.
Таким образом, в одном воплощении печь периодического действия применяют с вводимой мощностью, регулируемой на протяжении времени цикла сушки для имитации энергетического профиля системы непрерывной сушки. В качестве примера, но не для ограничения, для Pf=6 примера, приведенного в таблице 1 выше, ввод энергии (определяемый по загрузке продукта и конструкции полости) снижается во времени, совпадая с началом каждой фазы, так что фаза 1 получает примерно 73%, фаза 2 получает примерно 23%, а фаза 3 получает примерно 4% от общей энергии, необходимой для сушки. Профиль мощности может быть приспособлен для обеспечения необходимого продукта, и большинство экономичных условий сушки для пищевого ломтика с учетом добавления горячего воздуха и экстракции пара также может применяться для содействия процессу сушки. В одном воплощении принцип контролируемого ввода энергии на протяжении времени для объемной сушки применяется при работе микроволновой камеры под вакуумом, как описано выше.
Фигура 4 является другим графическим представлением скорости дегидратации множества картофельных ломтиков в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения. Ввод микроволновой мощности на кг, полученный для данных для Фигуры 4, был ниже мощности, использованной для получения данных на Фигуре 3. Как показано на Фигуре 4, имеется три различные фазы сушки, обладающие высокой линейной корреляцией. Скорость в первой фазе дегидратации 422 составляет примерно 0,065 грамм влаги на грамм твердого вещества в секунду. Скорость во второй фазе дегидратации 426 составляет примерно 0,01 грамм влаги на грамм твердого вещества в секунду. Скорости сушки в фазе 1 и фазе 2 кажутся пропорционально связанными при непрерывной сушке в однородном микроволновом поле. Третья фаза 430 включает скорость дегидратации примерно 0,001 грамм воды на грамм твердого вещества в секунду.
Фигура 5 является приблизительным, сравнительным графическим представлением данных, изображенных на Фигуре 3 и Фигуре 4. Нижняя линия 322а, 326а и 330а и верхняя линия 422а, 426а определяют окно скорости сушки, в которой целевая текстура воспроизводится для изучаемого продукта из хрустящего картофеля. Поскольку линии, изображающие скорости дегидратации на Фигуре 3 и Фигуре 4, являются подогнанными кривыми, верхние и нижние линии являются приблизительными. Соответственно цифры, обозначенные буквой "а", указывают на небольшую вариацию.
Как показано, первая скорость дегидратации 322а, вторая скорость дегидратации 326а и третья скорость дегидратации 330а в микроволновой печи, действующей при номинальной мощности, требующейся для достижения изображенных скоростей дегидратации 322а, 326а, образуют нижнюю границу. Подобным образом, первая скорость дегидратации 422а и вторая скорость дегидратации 426а в микроволновой печи, действующей при номинальной мощности, требующейся для достижения изображенных скоростей дегидратации 422а, 426а, образуют верхнюю границу. Заштрихованная область между этими двумя границами соответствует участку, имитирующему профиль дегидратации 510 мелко нарезанных плоских картофельных чипсов при непрерывной сушке. Следовательно, в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения профиль дегидратации пищевого ломтика, обеспечивающий текстуру и органолептические свойства, подобные обжаренному аналогу, но полученные в немасляной среде, лежит в заштрихованном участке.
Итак, исследование микроволновой сушки пищевых ломтиков выявило три различные фазы сушки, которые, как казалось, были отмечены точкой перехода, точкой плавления и точкой стеклования крахмала. В фазе 1 скорости сушки являются наивысшими перед плавлением крахмала, а «несвязанная» вода по существу удаляется. Чем быстрее удаляется вода, тем более пористой ожидается поверхность ломтика и меньше итоговое число пузырьков. В фазе 2 скорости сушки являются промежуточными после плавления крахмала, и скорость, при которой пищевой ломтик переходит через эту фазу, влияет на установку текстуры в готовой закуске. В фазе 3 скорости сушки являются самыми низкими после стеклования крахмала. В фазе 3 развиваются аромат и цвет и уравновешивается влага. Развивается аромат готового картофеля и аромат обжаренного, в частности, когда на пищевом ломтике присутствует масло, и пищевой ломтик нагревается в микроволновой печи, соединяясь предпочтительно с маслом при низких содержаниях влаги, и во время этой стадии окончательного испарения влаги присутствует некоторое добавочное нагревание паром. Это приводит к относительно высокой температуре на выходе, но обеспечивает более контролируемый продукт и условия процесса в конце этапа микроволновой сушки.
Одним важным преимуществом настоящего изобретения является то, что скорость микроволновой сушки может влиять на текстуру продукта. Следовательно, зная о точках перехода углевода, которые легко определить с применением конвейерной микроволновой полости, можно определить профиль дегидратации, чтобы манипулировать необходимой текстурой продукта. Подходящие закусочные продукты могут быть изготовлены из пищевых ломтиков, включающих свежие сырьевые материалы, при времени первичной или взрывной сушки примерно от 30 секунд до более 12 минут. Более продолжительное время сушки (особенно более продолжительное время в фазе 1 и 2) обеспечивает слегка более твердую и прозрачную текстуру, подобную жестким картофельным чипсам, обжаренным в котле периодического действия. Например, для достижения котлоподобной текстуры ввод энергии можно снизить в фазе 2 для имитации более медленной фазы плавления крахмала, чем та, что наблюдается в настоящее время в котловых устройствах для обжарки чипсов. Более быстрое время сушки (особенно более короткое время в фазе 1 и 2) обеспечивает более светлую и хрустящую текстуру, подобную обжаренным закусочным продуктам, изготовленным в современных устройствах для постоянной обжарки. Фактически, микроволновую печь можно настроить для обеспечения таких же самых эффектов, как в устройстве для обжарки, и таким образом, можно воспроизвести теплоперенос без применения масла.
Дополнительно был проведен ряд экспериментов для определения предпочтительной скорости сушки для каждой из трех фаз при использовании пищевых ломтиков на основе свежеприготовленного картофеля для изготовления закусочных продуктов. Картофельные ломтики в форме ломтика из сырья готовили с применением одного из раскрытых способов бланширования для получения исходного содержания влаги около 75%-82% и толщиной влажного ломтика 1,4 мм. Обобщение предпочтительных скоростей приведено в таблице 2 внизу.
Таблица 2
Скорости сушки по фазам для пищевых ломтиков на основе картофеля: скорости приведены в граммах влаги, удаленной в секунду, на грамм сухого вещества (на сухой основе)
Более твердая хрусткая текстура
↔
Более легкая, хрустящая текстура
Минимальная скорость
Предпочтительный диапазон для текстуры
Максимальная скорость
Фаза 1
0,02
0,06-0,18
0,20
Фаза 2
0,004
0,01-0,06
0,08
Более слабый, мягкий аромат
↔
Более готовый, горький аромат
Минимальная скорость
Предпочтительный диапазон для аромата
Максимальная скорость
Фаза 3
0,0005
0,002-0,02
0,03
В одном воплощении картофельные ломтики в диапазоне от 1,0 мм до 3,0 мм толщины, но предпочтительно от 1,3 до 2,0 мм обрабатывают с применением одной из комбинаций скоростей сушки, раскрытых выше. В предпочтительном воплощении пищевые ломтики на основе картофеля в композиционном шарике в диапазоне от 1,0 мм до 3,0 мм толщины, но предпочтительно от 1,3 до 2,5 мм, обрабатывают с применением одной из комбинаций скоростей сушки, раскрытых выше. Как уже раскрыто, каждая фаза может варьировать независимо, в непрерывном или объемном процессе, между максимальным и минимальным пределом в таблице 2 для образования необходимого аромата, текстуры и внешнего вида продукта в готовой пище или для оптимизации обработки или технического решения для используемого производственного оборудования. Таким образом, в одном воплощении для обработки пищевого ломтика может применяться любая комбинация вышеуказанных скоростей сушки для каждой фазы.
Способ был разработан с применением микроволновой печи для имитации немасляной кулинарной среды и точного определения скоростей сушки для каждой фазы, чтобы имитировать обжаренный продукт питания. Данный способ является новым в своем применении микроволновой полости для получения данных, обеспечивающих идентификацию переходов крахмала и углеводов, и для информации, непосредственно подходящей и применяющейся для разработки процесса, моделирующего свойства для закусочного продукта, имитирующие его обжаренный аналог. В то время как известно, что переходы крахмала происходят при нормальном процессе обжарки, исторически экспериментальный фон, связанный со способами определения профилей сушки, скрывает способность к определению переходов крахмала с какой-либо точностью. Одним преимуществом способа Заявителя является то, что он не полагается на специализированное или сложное аналитическое оборудование (например, дифракционную сканирующую калориметрию) для определения точек перехода углеводов, но использует пилотные процессы или процессы производственного масштаба, типичные из которых применяются типичными средствами развития производства. Дополнительным преимуществом является то, что способ обеспечивает достаточную точность и воспроизводимость для оптимизации свойств продукта и определения существенных условий процесса и для применения данной информации для разработки крупномасштабной производственной линии, точно воспроизводящей лабораторный или пилотный продукт в коммерческом масштабе. Поскольку на скорость сушки влияет однородность продукта питания, его размер, форма, рецептура и состав, предпочтительно создавать исходные кривые сушки на однородной основе простейшей геометрии, включающей первичный углевод, факультативно с контролируемым количеством масла. Последующая оптимизация условий процесса может быть осуществлена в соответствии с итоговыми свойствами композиции и размером обрабатываемого продукта.
Однокамерная непрерывная конвейерная микроволновая печь оборудована открывающейся сбоку панелью, обеспечивающей полный доступ к конвейеру между вводными и выводными заслонками в предпочтительном пилотном экспериментальном оборудовании. Для этих целей С-ТЕСН, Капенхерст, Великобритания, был разработан и построен блок. В оборудовании необходимо уравновешивать температуру при предварительно заданной, фиксированной мощности перед применением. Пищевые ломтики готовят и вносят в микроволновую печь в однородной конфигурации рядов и колонок. Для улучшения точности нужно подбирать пищевые ломтики подобного размера, формы, массы, содержания влаги и распределения влаги. Для максимальной однородности кусочков пищевые ломтики можно гомогенизировать (например, путем перетирания, дробления или перемалывания), а затем переформировать в плотные шарики, факультативно с включением смеси ингредиентов для приготовления комплексного продукта, если необходимо. Во время работы при фиксированной мощности продолжительность выдержки пищевых ломтиков внутри нагревающей полости микроволновой печи может быть отрегулирована для достижения избранных параметров на выходе, например содержания влаги, цвета, жесткости или текстуры. Когда процесс достигает постоянной работы в равновесном состоянии, лента транспортера и питание микроволновой печи одновременно останавливается в точке, где целый пищевой ломтик только что полностью поступил в камеру подогрева. Полость открывается, и образцы извлекаются в каждой точке вдоль конвейера для лабораторного анализа влажности. Каждой точке вдоль конвейера назначается величина времени на основе условий работы, использованных для анализа. Типично, шесть повторов данного эксперимента на пищевой продукт в условиях процесса обеспечивали достаточно точные результаты эксперимента. Факультативно, во время этого эксперимента можно также измерять температурный профиль.
Знание температуры и содержания влаги в крахмале или углеводе может помочь предсказать точки перехода со ссылкой на научную литературу или может применяться для влияния и контроля химических реакций, происходящих в продукте питания во время обработки. Когда раскрытый способ применяют для изучения химических реакций в продуктах питания, к соответствующей стадии в камере микроволновой печи могут быть добавлена дополнительная функциональная возможность, такая как горячий воздух для контроля окружающей среды, или способ мгновенного гашения реакции (например, холодный газ двуокиси углерода).
2
2
2
Процент потери влаги, определенной на протяжении времени с помощью лабораторного анализа, переводят в потерю влаги на основе сухого вещества. Потеря влаги на основе сухого вещества делает любые переходы в скоростях сушки более очевидными. Разработчик продукта или процесса может затем применить линейную регрессию для получения линий, обеспечивающих наилучшее соответствие, и таким образом скоростей сушки на фазу. Разработчик продукта может ожидать достижения линейных корреляций с r>0,8 и типично r>0,9 с потенциалом для фазы 1 и 2 для достижения r=1,0 для точно спланированных экспериментов. Для пищевого ломтика на основе картофеля, высушенного до содержания влаги менее 10%, можно определить два перехода и три фазы сушки. Только в качестве примера, точки перехода картофельного крахмала могут номинально ожидаться в конце фазы 1 при содержании влаги на основе сухого вещества около 0,8-1,2, но типично около 1,0 (50%) для нативных картофельных ломтиков, и в конце фазы 2 содержание влаги на основе сухого вещества составляет от 0,10 до 0,50, но типично около 0,25 (20% воды) для нативных картофельных ломтиков. Для этого способа процесс сушки может считаться завершенным при содержании влаги на основе сухого вещества 0,05 (около 5% содержания воды). В этом случае содержание влаги считается средним содержанием влаги для пищевого ломтика, с учетом того что из-за природы процессов сушки пищевой ломтик может содержать градиент влажности.
При многократном исследовании процесса манипуляция этими фазами сушки позволяет достичь сенсорных свойств обжаренных и других продуктов питания, близко имитирующих получение необходимого готового продукта. Сенсорные свойства можно оценить с помощью хорошо известных методик соглашения или слепой панели. Если основные параметры кулинарной обработки (влажность, время) известны, эта информация может применяться для снижения числа повторений. Альтернативно, если полная кривая дегидратации с достаточной точностью известна или может быть определена для продукта питания или исследуемого процесса, это можно подсчитать и точно имитировать путем определения СВЧ-мощности, необходимой для достижения скорости удаления воды применяемой системы кулинарной обработки, таким образом, снижая повторы.
Конвейерная или ротационная микроволновая печь может применяться для этапа взрывной дегидратации 200. Может применяться конвейерная микроволновая печь, известная из приложений для замороженного мяса и рыбы и коммерчески поставляемая Ferrite, Inc., из Нашуа, Нью-Гемпшир. Конвейерные микроволновые печи с одной или множеством полостей наиболее пригодны для пищевых ломтиков, которые прессуются, наслаиваются, экструдируются, штампуются или иным образом наносятся в правильном порядке на движущийся конвейер. Конвейерные полости представлены в предшествующем уровне техники для производства картофельных чипсов (US 5,292,540 или US 5,298,707), но в целом не являются пригодными для природных пищевых ломтиков, представленных в произвольной манере, как по ориентации, так и по размеру кусочков, как случается, например, с ломтиками картофеля или других клубней. В этих случаях кусочки малого размера нужно отбирать из входящего и исходящего потока продукта из-за ненадлежащего высушивания, и нужно применять специализированное горизонтальное пластование, откладывающее ломтики в виде индивидуальных кусочков на движущийся конвейер. Недостатком этой системы является относительно низкая загрузка конвейера при большой опорной поверхности линии и плохой эффективности обработки. Другим недостатком является низкая пропускная способность в результате устранения большой опорной поверхности линии и из-за плохой способности такой системы наложения к сохранению полного отделения каждого ломтика. Без полного отделения ломтиков пищевой ломтик на крахмалистой основе подвержен воспламенению внутри полости конвейерной микроволновой печи из-за концентрации микроволновой энергии и постоянных дуговых разрядов в области тесной близости ломтиков или наложения ломтиков. Воспламенение пищевого ломтика серьезно портит производимый продукт, повреждает транспортные компоненты и представляет источник пожароопасности для оператора.
Ротационные микроволновые печи являются наиболее пригодными для пищевых ломтиков, представленных в произвольной манере на этапе взрывной сушки 200 или там, где слипание продукта не вызывает затруднений. Заявители раскрывают ротационную микроволновую печь, которая может принять произвольно представленные натуральные пищевые ломтики, например картофельные ломтики из ломтерезки Urschell CC типа, наиболее широко применяемой на современных линиях картофельных чипсов, без необходимости отложения ломтиков по одному на конвейер, контроля или выбора размера или формы кусочков, управления близким расположением или разделения пищевых ломтиков в отдельный слой. Ротационные микроволновые печи доступны в других областях промышленности, таких как производство керамики, как иллюстрировано патентом США №6,104,015, и для «материалов, поглощающих СВЧ», как иллюстрировано патентом США №5,902,510, и могут быть сконструированы для применения под вакуумом, как иллюстрировано патентом США №6,092,301 для дубления. Ротационные микроволновые печи не предлагаются к применению для пищевых продуктов, но могут использоваться в данном случае.
Одним преимуществом применения ротационной микроволновой печи является то, что пищевые ломтики можно складывать по мере дегидратации ломтиков и перехода из резиноподобного состояния в стекловидное состояние. В результате дегидрированные ломтики произвольно складываются, имитируя внешний вид традиционно обжаренных закусочных продуктов. Контроль образования формы при галтовке во время ротационной сушки пищевых ломтиков в толстом слое может быть усилен с помощью способов предварительной сушки, раскрытых выше в данной заявке. Важной чертой ротационной микроволновой сушки является то, что устраняется необходимость частичного разделения или разъединения пищевых ломтиков перед взрывной сушкой, усложняющая работу и обычно требующая гарантии того, что произвольно сложенные пищевые ломтики не слипаются при сушке на конвейере. Таким образом, дополнительным преимуществом ротационной микроволновой печи является то, что пищевые ломтики можно подвергать взрывной сушке при относительно плотной конфигурации толстого слоя при постоянном перемешивании. Галтовка поддерживает разделение индивидуальных ломтиков и устраняет слипание ломтиков, не требуя большой, неэкономичной опорной поверхности, которая необходима для сохранения ломтиков разделенными в монослойной или частично монослойной операции конвейерной сушки типичных производственных мощностей. Дополнительным преимуществом ротационной сушки является стимуляция хорошо известной завитой формы у готовых чипсов, подобной той, что наблюдается у традиционных картофельных и кукурузных чипсов.
В одном воплощении ротационная микроволновая печь, подходящая для производства закусочной пищи, сконструирована в периодической или в непрерывной форме. В самой простой форме вращающийся барабан, транспортирующий пищевые ломтики во время сушки, закрыт во внешней полости. Внешняя полость может быть выполнена в любой геометрии, включая без ограничения квадратную, треугольную, пятиугольную, шестиугольную форму или форму параллелограмма. Округлая полость представляет преимущество в том, что сводит к минимуму объем системы путем приспособления концентрического барабана для транспорта продукта или действует сама по себе как вращающийся барабан для транспорта продукта. Пищевые ломтики подаются в полость через СВЧ-дроссель, оснащенный транспортировочным ленточным или вибрационным конвейером, и могут быть удалены простыми средствами или свободным падением через подходящую заслонку. Предпочтительно продукт удаляют гравитационной подачей на роторно-лопастную разгрузку, которая позволяет удалять продукт с большой области поверхности и таким образом снижает риск неэффективной разгрузки ломтиков, по сравнению с простой выпускной трубой или желобом, когда некоторые из лопастей сконструированы, чтобы постоянно заглушать микроволновую энергию при разгрузке продукта между другими лопастями.
Вращающийся барабан предпочтительно содержит продольные витки или другие структуры для подъема, чтобы обеспечивать подъем и галтовку пищевых ломтиков при транспорте. Число, профиль, размер и т.д. для этих витков оказывает большое влияние на свойства готового продукта, особенно на свойства внешнего вида продукта, такие как завивание. Отношение времени переноса по воздуху (или времени свободного падения) к времени контакта с барабаном (когда пищевые ломтики поднимаются витком) является существенной переменной, которая, как было установлено Заявителем, влияет на внешний вид готового пищевого ломтика. Чтобы контролировать распределение времени пребывания пищевого ломтика, барабан может также содержать спираль, винт или подобное устройство по всей длине барабана или в части барабана, например в последней половине барабана.
В альтернативных воплощениях могут применяться новые конструкции микроволновых печей, включая без ограничения полости, транспортирующие ломтики на винтовых конвейерах, многоходовых конвейерах, вертикальных лотках или принимающие свободно падающие под действием силы тяжести ломтики с встречными потоками воздуха или без них. В одном воплощении пар добавляют ближе к концу цикла сушки, когда содержание влаги является низким, чтобы способствовать предотвращению пригорания продукта. Кроме того, можно использовать одну или более дополнительных сред, выбранных из воздуха с контролируемой температурой, пара, перегретого пара, радиочастотного излучения и инфракрасного излучения, чтобы содействовать взрывной дегидратации и/или удалению воды в микроволновой печи.
Обеспечение необходимых скоростей сушки может быть достигнуто множеством различных микроволновых устройств. Специализированные устройства, такие как меандрический аппарат для производства картофельных чипсов, раскрытый Sprecher в US5298707, может достигать целевых скоростей сушки, но представляет значительную сложность при построении системы коммерческого масштаба (типично 50 кг/час и выше). Таким образом, многоходовая полость является предпочтительной для применения в коммерческих масштабах по причинам, включающим простоту дизайна, способность к обработке при высокой мощности и относительную стоимость. Например, The Ferrite Company Inc. (Нашуа, США - www.ferriteinc.com) поставляет линию для приготовления бекона с многоходовыми полостями габаритами 1,3 м в ширину, 3,7 м в длину и 0,8 в высоту, с СВЧ-генератором мощностью до 150 кВт при 915 МГц на полость. Эти полости могут быть установлены в сушильный состав, например, из шести или более блоков.
Обеспечение необходимых скоростей сушки пищевых ломтиков возможно в других типах аппликаторов, таких как однорежимные, со щелевой линией, меандрические, краевого поля, с фазовым управлением (например, ЕР 792085), но эти полости не обеспечивают экономическую масштабируемость так легко или так выгодно для производства закусочных продуктов, как многорежимные.
Например, однорежимные аппликаторы имеют ограничения по ширине (например, 15 см при 896 МГц для волновода WR975), требуют питающий конвейер (таким образом, не могут галтовать пищевые ломтики), а единственный режим высокой интенсивности не может обеспечивать однородного нагревания для таких продуктов, как картофельные ломтики. Напротив, специалистам в данной области техники понятно, что различные конструкции могут применяться для многорежимных аппликаторов, обеспечивая эффективную и практичную сушку пищевых ломтиков, и что сконструированные полости многорежимных печей могут быть приспособлены для однородной сушки конкретных пищевых ломтиков.
Полости многорежимных печей могут быть сконструированы для однородного введения и размещения пищевых ломтиков равной массы, пригодных для транспортировки монослоем через полость с конвейером. В равной степени многорежимные печи могут быть сконструированы для неоднородных, произвольно вводимых пищевых ломтиков различной массы (например, картофельных ломтиков из ломтерезки Urschell CC), которые очень трудно разъединить и расположить монослоем для однородной подачи в микроволновом поле. Таким образом, многорежимность обеспечивает наибольшую гибкость при разработке процесса для приспособления к продукту.
В последнем случае, когда сложно или неэффективно располагать пищевые ломтики монослоем, полости многорежимных печей могут быть построены для транспорта пищевых ломтиков в толстом слое, что означает, что пищевые ломтики транспортируются с постоянным, контролируемым перемешиванием в непостоянном нетесном контакте друг с другом, например, при галтовке. Полость, сконструированная с этой функциональной возможностью, увеличивает до максимума число ломтиков, которые можно транспортировать в данной области, что переходит в более высокую пропускную способность на площадь завода и сводит к минимуму прилипание пищевых ломтиков друг к другу, позволяет пару выходить с обеих сторон ломтика и способствует образованию более естественного внешнего вида завитка у готового чипса. Дополнительной выгодой является снижение опорной поверхности оборудования по сравнению с открытой полостью, рассчитанной на монослой, в частности на произвольно разложенные пищевые ломтики, что делает загрузку конвейера особо низкой для гарантии отсутствия продолжительного контакта между ломтиками, что может вести к слипанию ломтиков во время этапа сушки. Поскольку ротационная микроволновая камера может быть разделена на отдельные зоны или независимые полости, высокая степень контроля может применяться в отношении значений температуры чипсов на выходе и влажности. Толстый слой и низкая скорость сушки во время периода R3 в конечной ротационной микроволновой полости обеспечивают уравновешивание влажности между пищевыми ломтиками, и могут последовательно производиться чипсы с содержанием влаги от 3% до 7%, что благотворно влияет на итоговый аромат и текстуру. Сушка до более низкого содержания влаги в микроволновой камере существенно снижает время, необходимое на стадии конечной сушки 300, и таким образом сводит к минимуму риск нежелательных окислительных реакций. Известно, что это случается когда воздух в процессоре высыхает в течение продолжительного времени, поскольку предварительно необходимо покинуть микроволновые сушилки при высоком содержании влаги для предотвращения перегрева закусочного продукта и возгорания из-за недостатков дизайна процесса, раскрытых в предшествующем уровне техники, приводящих к несоответствию между загрузкой продукта и микроволновой мощностью.
Предпочтительные способы достижения транспортировки при толстом слое посредством галтовки могут быть классифицированы как ротационные формы микроволновых печей и включают без ограничения применение того, что Заявители упоминают как конструкции микроволновых печей с цепным конвейером, вращающимся барабаном и ротационной полостью. Каждая из этих конструкций обсуждается ниже. Любая из этих ротационных форм может содержать комбинации продольных витков для подъема пищевых ломтиков и спиралей для контроля распределения времени пребывания.
Конструкция цепного конвейера является статической многорежимной полостью или оболочкой с модульным полимерным конвейером (например, Intralox), наклоненным на несколько градусов в направлении движения продукта. Два различных воплощения конструкций цепных конвейеров показаны на Фигурах 7 и 8. Фигура 7 является схематическим представлением в перспективе микроволнового блока с цепным конвейером, в котором конвейер 702 поступает в микроволновую полость («оболочку») на СВЧ-дросселе 706, расположенном на вершине блока. Фигура 8, с другой стороны, является изображением на поперечном сечении воплощения, в котором конвейер 802 входит в микроволновую полость через дроссель 806, расположенный рядом с дном блока.
Что касается Фигуры 7, модульный конвейер 720 (также упоминаемый Заявителем для отражения этого воплощения как «цепной транспортер») направляется поверх двух роликов 704, по крайней мере один из которых является приводным роликом, направляющим модульный конвейер 702 в микроволновую полость. Модульный конвейер 702 поступает в микроволновую полость через СВЧ-дроссель 706. Продукт поступает в микроволновую полость посредством конвейера 710 через СВЧ-дроссель 712. Хотя на чертеже это не показано, продукт покидает блок через подобный конвейер и СВЧ-дроссель в задней стороне блока. Модульный конвейер 702 покидает микроволновую полость через другой СВЧ-дроссель 708, расположенный в верхней части блока. Этот конкретный блок может также иметь некоторые типы аппаратов для очистки конвейера, обычно расположенных между двумя роликами 704, но не показанных на Фигуре 7.
Что касается изображения на поперечном сечении, показанного на Фигуре 8 второго воплощения, модульный конвейер 802 направляется поверх по крайней мере двух, а в данном случае трех роликов 804, где по крайней мере один из них является приводным роликом. Модульный конвейер 802 поступает в стационарную полость или камеру через СВЧ-дроссель 806 рядом с основанием блока. Продукт 812 можно видеть при галтовке в углу модульного конвейера 802 в конфигурации в толстом слое. Эта галтовка индуцируется, когда конвейер проходит по направлению к выпускному СВЧ-дросселю 808. На Фигуре 8 также изображен блок для очистки конвейера 814.
Местоположение конвейера внутри полости в конструкции цепного конвейера эффективно имитирует четверть окружности контактной поверхности пищевого ломтика, образуемой вращающимся барабаном. Модульные конвейеры являются выгодными, поскольку они сделаны так, чтобы образовать эффективные радиусы или арки путем контроля размера прогиба цепей, конструкции индивидуальных сегментов конвейера, внешних расположений привода и точек подачи в микроволновой полости. Преимущество этой конструкции состоит в направлении конвейера 702, 708 из полости и в обеспечении того, что внутри полости не остается полимерных частей более чем на несколько секунд, что таким образом позволяет проводить постоянную поточную очистку конвейера для удаления накопления детрита продукта и диэлектрического слоя, отлагающегося с пищевых ломтиков.
Конструкция вращающегося барабана является стационарной многорежимной полостью с вращающимся барабаном, наклоненным на несколько градусов в направлении к пути прохождения продукта, заключенного в нем. Барабан сконструирован по крайней мере частично из материалов, пропускающих СВЧ-излучение, и выполнен по конфигурации для обеспечения испарения воды для отхода с необходимой скоростью, например, с применением перфорированных стенок барабана и/или эффективного тока воздуха, чтобы позволить пищевым ломтикам, содержащимся в нем, нагреваться непосредственно микроволновой энергией и чтобы обеспечить выход пара. Подобным образом, внутри барабана применяются спирали, предпочтительно спирали, изготовленные из материалов, пропускающих СВЧ-излучение, и перфорированные для снижения риска слипания ломтиков или обеспечения эффективного отвода пара. Барабан может быть установлен в направляющей системе внутри полости/камеры или может быть подвешен в полости/камере и направляться из полости/камеры посредством подвесного механизма.
Конструкция ротационной полости является многорежимной полостью, как содержащей микроволновое поле, так и транспортирующей продукт. Полость/камера установлена на внешней направляющей системе, подобной ротационным устройствам для сушки с горячим воздухом, известным в промышленности, и предпочтительно вся полость/камера вращается между стационарными концевыми пластинами, чтобы избежать необходимости в ротационных дросселях на каждом индивидуальном питании волновода, подаче для транспорта продукта, выгрузке продукта, отверстии для впуска воздуха и протоках для экстракции пара и т.д. Альтернативно, по крайней мере одна концевая пластина является стационарной для вмещения питания волновода, подачи для транспорта и выгрузки продукта, отверстия для впуска воздуха и протоков для экстракции пара. Таким образом, это воплощение включает ротационную камеру, в отличие от стационарных камер двух предыдущих примеров конструкции.
Фигура 9 является иллюстрацией двухполостного воплощения микроволнового блока с ротационной полостью. Этот блок включает первую полость/камеру 902 и вторую полость/камеру 904, вращающиеся и направляемые ведущими колесами 906, расположенными снаружи каждой из полостей 902, 904. Один или более из видов питания волноводов 916, в различной ориентации, может применяться для контроля перекрестной связи между микроволновыми сигналами. Одна или более из систем подачи микроволн 918 может также проникать в полость, чтобы обеспечить более контролируемую доставку микроволновой энергии. В предпочтительном воплощении проток 922 связывает полости, чтобы облегчить подачу горячего воздуха и/или выведение пара. Этот проток 922, в предпочтительном воплощении, является полимерной манжетной вставкой. По крайней мере одна отдельная волновая подача 920 обеспечивает микроволновую энергию, специфичную для второго цилиндра 904. В одном воплощении две ротационные микроволновые полости являются отдельными и соединяются только транспортным конвейером для продукта, для обеспечения полного контроля уровня микроволновой энергии в каждой камере. Конвейер итоговой подачи 910, направляемый через СВЧ-дроссель 922, применяется для введения продукта в первую полость. Когда цилиндры 902, 904 вращаются и галтуют продукт внутри полости, легкий наклон по всему блоку вызывает подачу самотеком продукта от первого цилиндра 902 к второму цилиндру 904. Затем продукт извлекают из второго цилиндра 904 посредством другого конвейера 914, который также проходит через СВЧ-дроссель 924. В одном воплощении СВЧ-дроссель и продукт, высвобождающийся и покидающий камеру, сопровождается применением вращающейся лопасти или клапана с несколькими карманами.
Нужно отметить, что полная микроволновая сушка может быть завершена в единичной ротационной микроволновой форме (с конструкцией вращающегося барабана, ротационной полости или цепного конвейера), например, если перенос продукта между 2 или более полостями оказывает негативное влияние на свойства готового продукта. Кроме того, отдельная микроволновая сушка планшетного типа с линейным конвейером может применяться для этапа взрывной сушки 200, если пищевые ломтики могут быть нанесены монослоем и отделены по крайней мере на 5 мм от других ломтиков.
Конструкция каждой ротационной микроволновой формы (цепного конвейера, вращающегося барабана и ротационной полости) обладает преимуществом благодаря продольным пролетам и галтовке ломтиков продукта на стенках барабана, полости или конвейера. Поскольку этого достаточно для контроля галтовки и транспорта пищевых ломтиков, могут также быть добавлены дополнительные характеристики, например внутренняя спираль или завиток с фиксированным или вариабельным шагом в ротационной полости или барабане может повышать контроль времени пребывания по всей длине или части длины барабана или полости. Например, Заявители установили, что во вращающемся барабане с продольными пролетами добавление спирали в последней половине барабана существенно улучшает распределение по времени пребывания и особенно снижает число «летунов» (ломтиков, которые очень быстро проходят через барабан по существу без полной сушки). Конструкция спирали, пролетов и барабана является критической для обеспечения отсутствия существенного риска улавливания ломтиков барабаном и создания опасности воспламенения. Любые из конструкций могут быть конфигурированы как цепи сушки единичной зоны или многих зон, и эффективность сушки какой-либо из микроволновых печей может облегчаться горячим воздухом, паром, перегретым паром, инфракрасным излучением или другими способами переноса тепла или энергии.
Каждая конструкция имеет различные преимущества и недостатки с учетом коммерческого производства. Стационарные полости, как установлено в воплощении с цепным транспортером и вращающимся барабаном, обеспечивают участки подачи питания, выбранные на очень большой площади полости и из предпочтительных расположений подачи, хорошо известных в данной области техники. Это важно для крупномасштабных установок, которые могут применять 1 МВт или более на полость. Ротационные полости ограничивают область, доступную для ввода микроволновой мощности. Стационарные концевые пластины обеспечивают наибольшую область, но представляют дополнительную сложность конструкции, например: устранение перекрестного сцепления микроволновых полей между многими подачами, находящимися в тесной близости, механическую конструкцию, позволяющую стационарной концевой пластине действовать как дверь для обеспечения доступа персонала к полости для очистки, обслуживания и т.д.
С другой стороны, вращающийся барабан остается внутри стационарной полости во время обработки и может подвергаться воздействию высоких температур (типично до 100°С и выше) при контакте с горячими пищевыми ломтиками, паром, генерируемым пищевыми ломтиками, возможно, применяемым извне горячим воздухом и/или паром, чтобы избежать процесса сушки. Дополнительно барабан может быть покрыт диэлектрическими материалами (например, маслом, крахмалом, сахаром, солью и т.д.), захваченными при контакте с пищевым ломтиком. Барабан изготовлен по крайней мере частично из компонентов, пропускающих микроволны, для которых типично применяют полимер по причинам, включающим механическую производительность, пропускание микроволн, стоимость и способность к обработке до необходимой формы. Когда полимер внутри микроволнового поля покрывается диэлектрическими материалами, существует значительный риск, что покрытие само нагревается, приводя к повреждению или плавлению полимера, что более вероятно с высокими плотностями микроволнового поля, требующимися для достижения исходных скоростей сушки, раскрытых здесь, чем в обычных процессах микроволновой сушки, таких как сушка бекона. Для сведения к минимуму риска повреждения полимерных частей внутри микроволновой полости полимер должен быть тщательно очищен во временном масштабе, типично более часто, чем это проводится в идеале в традиционных графиках для пищевой продукции (например, ежедневно, а не еженедельно при производстве закусочных продуктов). Одним путем улучшения этой ситуации является применение цепного транспортера, проходящего через стационарную полость, что позволяет полимерной транспортной конструкции применяться в микроволновом поле, обеспечивая возможность постоянной очистки, что значительно снижает риск повреждения полимера.
Ротационная полость преодолевает недостатки, связанные с применением пропускающих ультразвук материалов или полимеров внутри полости микроволновой печи, и устраняет любую сложную внутреннюю архитектуру, которая может требоваться для поддержки, направления или извлечения барабанов или конвейеров для очистки и обслуживания. В то время как возможно сконструировать ротационную полость с неметаллическими обшивками, такими как полимеры, стекло или керамика, для сведения к минимуму или полного устранения прилипания пищевых ломтиков к стенкам полости, эти обшивки могут иметь поверхностные оболочки, применяемые для снижения эффективной контактной площади поверхности; в предпочтительном воплощении конструкции ротационной полости применяются металлические стенки для галтовки ломтиков, и, таким образом, устраняются вопросы обслуживания, санитарной обработки и очистки, связанные с обшивками. Эффективные поверхностные области контакта между стенкой и пищевым ломтиком могут быть снижены с применением текстурированных покрытий, таких как ямки или бороздки, или с нанесением отверстий или щелей на поверхность металла, контактирующего с поверхностью ломтиков, чтобы сделать поверхность металла вращающегося барабана менее липкой для пищевых ломтиков. Подходящим материалом для ротационной полости является нержавеющая сталь 6WL, производимая RIMEX, хотя могут применяться другие материалы, отражающие микроволны, включая без ограничения металлы, такие как алюминий. Предпочтительное воплощение такой поверхности включает антипригарную металлическую поверхность. Пищевые ломтики галтуются в микроволновом поле благодаря вращающему действию полости и продольных пролетов. Полость может вращаться с применением приводов, внешне расположенных по отношению к микроволновому полю.
Предпочтительные средства устранения или снижения прилипания пищевых ломтиков к контактным поверхностям состоят в применении металлического или неметаллического воздушного ножа внутри полости для выдувания застрявших пищевых ломтиков. Предпочтительно для воздушного ножа применяют предварительно нагретый воздух, чтобы избежать существенного охлаждения пищевых ломтиков, способствовать удалению воды с пищевого ломтика и/или способствовать удалению воды из полости. В качестве воздушного ножа можно применять по существу свободные от кислорода газы, такие как азот, для снижения связанных с маслом реакций окисления. Предпочтительная температура газа составляет от 30 до 100°С, со скоростью столкновения более примерно 20 м/с на поверхности, контактирующей с пищевым ломтиком. Преимуществом перфорированной стенки полости является то, что можно применять внешний воздушный нож вместо внутреннего воздушного ножа для выдувания застрявших пищевых ломтиков с поверхности, контактирующей с продуктом, при устранении нежелательных взаимодействий, например, металлического воздушного ножа с микроволновым полем и при устранении улавливания ломтиков на воздушном ноже при их галтовке.
Заявители установили, что при взрывной сушке пищевых ломтиков в ротационной полости может быть необходимо включить неметаллическую поверхностную облицовку, контактирующую с продуктом, изготовленную из материалов, пропускающих микроволны, например полимеров, стекла или керамики, для обеспечения контакта пищевых ломтиков с микроволновой энергией с достаточной интенсивностью и/или постоянством для обеспечения взрывной сушки. Такие облицовки могут иметь поверхностные покрытия для уменьшения прилипания. Толщина облицовки может быть выбрана по функции, например по диэлектрическим свойствам облицовки, и по частоте работы микроволн для поддержки максимального поля на поверхности облицовки, контактирующей с пищевым продуктом, так что скорость нагрева пищевого ломтика увеличивается до максимума в этом месте, или для минимального поля на поверхности облицовки, контактирующей с пищевым продуктом, так что самонагрев облицовки или нагревание масла, или крахмала, или других материалов, покрывающих облицовку, сводится к минимуму.
Недостатком ротационных полостей является сложность вращающегося соединения дросселя, необходимого между вращающимся цилиндром и стационарными концевыми пластинами. Статические концевые пластины предпочтительны для облегчения входа и выхода пищевых ломтиков на линейных конвейерах, микроволновой мощности посредством жестких волноводов и проведения горячего воздуха и/или пара через обычную трубу.
Как показано на Фигуре 9, множество полостей может быть расположено сериями для создания многозонной сушки, как описано ранее по отношению к 3 фазе кривой сушки. Нужно понять, что многозонная сушка может быть создана как с множеством ротационных полостей, так и с множеством стационарных полостей, или с их комбинацией, или путем объединения линейных, конвейерных полостей с ротационной формой (полостью, барабаном или цепной конструкцией). Одна полость может применяться только для выбранной части кривой сушки, например для половины первой фазы, только первой фазы или первой и второй фазы вместе. В одном  воплощении может применяться множество полостей для первой фазы, где требования к мощности являются наиболее высокими. Преимущества, уже упоминаемые для многозонных конфигураций с применением более чем одной полости, включают усовершенствованный контроль распределения мощности, настройку мощности и соответствие готового продукта, поскольку микроволновую полость можно подобрать по размеру к назначенной загрузке продукта, диэлектрическим свойствам или другим характеристикам сушки. Специалистам в данной области техники понятно, что существует много подходов для конструирования множественных многорежимных полостей, например, путем перегораживания или иного разделения большой единственной многорежимной полости на две или более зон. Степень изоляции, необходимой между перегороженными зонами, расположенными внутри одной многорежимной полости, или внутри множества ротационных многорежимных полостей (связанных дросселями при вращающемся соединении и не дросселированных внутри), или в их комбинациях, может быть высокой (например, 20 дБ или больше), для генерации скоростей сушки, необходимых для достижения предпочтительных свойств продукта, или низкой (например, около 10 дБ), если одна зона со скоростью сушки разделяется на множество полостей, что способствует обеспечению мощности. Альтернативно, стационарные и/или ротационные единичные или множественные многорежимные полости могут применяться без изоляции, так что выбранные условия сушки (например, скорость удаления воды, содержание влаги, входящей и выходящей из микроволновой полости) определяют предпочтительную кривую сушки.
Перегораживание может быть предпочтительным, если применяют множество стационарных полостей, чтобы свести к минимуму расстояния переноса продукта через полные дроссели, что может происходить в критических точках кривой сушки. В то время как перегородки могут быть вставлены между секциями вращающихся барабанов или ротационных полостей, для ротационных полостей без другого микроволнового ограничения также необходим ротационный дроссель между ротационными камерами. Такие дроссели с вращающимся присоединением хорошо известны, например, в радарных приложениях, но являются новыми в данном применении, поскольку они не применялись для ротационных полостей диаметром до примерно 3 м, подходящих для обработки производственных объемов закусочных продуктов коммерческого масштаба. Заметным преимуществом ротационных дросселей является устранение больших зон переноса, что может, например, осуществляться с разгрузочным дросселем, выпускными конвейерами и входными конвейерами между стационарными многорежимными полостями. Такие переносы могут создавать возможность небрежного содержания ломтиков в микроволновом поле. Ротационный дроссель сам по себе может иметь ширину всего несколько сантиметров, а поток продукта через дроссель очищает ломтики, удерживая их подъем.
2
2
Важным фактором конструкции для галтовки пищевых ломтиков (с помощью барабана, ротационной полости или модульного конвейера) является баланс между внешними и гравитационными силами для достижения достаточного удаленного контакта с минимальным физическим повреждением. В обычных случаях, когда скорость вращения является слишком высокой, пищевые ломтики прилипают к контактной поверхности за счет центробежной силы; если скорость вращения является слишком низкой, пищевые ломтики накладываются на контактную поверхность. Подходящие условия обеспечения предпочтительных свойств продукта зависят в значительной степени от диаметра барабана (или эффективного диаметра, если применяется конструкция модульного конвейера, описанная ранее) и оборотов/минуту. Кроме того, применение продольных пролетов, перемычек, спиралей или других устройств, способствующих галтовке пищевых ломтиков, оказывает существенное влияние на обеспечение предпочтительных свойств продукта. Полезным подходом к поддержанию оптимальных условий галтовки (во время масштабирования или при использовании множества ротационных полостей различного диаметра) является применение оборотов/минуту, периферической скорости и числа Фруда. Число Фруда (Fr) является безразмерным масштабным параметром, определенным как ND/g для вращающихся барабанов, где N является числом оборотов в минуту для барабана, D является диаметром (м), a g является силой тяжести (м/с).
Вновь возвращаясь к фигуре 1, после этапа взрывной сушки 200 ломтики можно окончательно высушить 300 до содержания влаги менее примерно 3% от веса твердых веществ картофеля в готовом чипсе. Сушилка с горячим воздухом с конвейерной конфигурацией, работающая примерно при 80°С-140°С, или другие подходящие способы могут применяться по отдельности или в комбинации. Другие подходящие способы окончательной сушки 300 включают один или более способов сушки, выбранных из сушки горячим воздухом, инфракрасной, радиочастотной и микроволновой сушки. Ломтики могут факультативно быть посолены или приправлены 400 способами, хорошо известными в данной области техники. Этап распыления масла можно применять после этапа окончательной сушки 300 до или одновременно с этапом добавления приправы 400 для обеспечения итогового содержания масла и содействия прилипанию приправ.
Вышеупомянутые примеры единичных операций обеспечиваются с целью иллюстрации, а не с целью ограничения. Кроме того, специалисту в данной области техники понятно, что многие процессы, обсужденные выше для воплощения картофельного ломтика, можно применять для других пищевых ломтиков, включая без ограничения свеклу, бобы, морковь, бананы, яблоки, землянику, чечевицу, пшеницу, рис, пастернак, топинамбур, картофель, благородные орехи, арахис и стручковый арахис, кукурузное тесто и кукурузу. Особо предпочтительными являются крахмалистые клубни. Далее, специалистам в данной области техники понятно, что если этапы обработки применяются к другим сырым продуктам, помимо картофеля, такие продукты могут требовать иных времени и температуры обработки, чем те, что раскрыты здесь. Однако такие воплощения, как подразумевается, охватываются объемом формулы настоящего изобретения.
Тесто в соответствии с настоящим изобретением может включать совсем свежие или замороженные сырьевые материалы или смесь свежих, замороженных и сушеных сырьевых материалов, таких как нативный или модифицированные крахмалы. В предпочтительном воплощении свежие, замороженные или сушеные сырьевые материалы выбраны из природного овощного источника.
Дополнительные ингредиенты, включая без ограничения приправу, масло, орехи, семена, бобы и другие включения, такие как свежие или сушеные травы и специи, могут также добавляться в тесто. Одним преимуществом изобретения является то, что относительно хрупкое тесто, например, с высоким содержанием влаги, например, от 65% до 85%, которое является недостаточно связанным для обжарки, можно обрабатывать и сушить с применением воплощений данного изобретения в виде непрерывной конвейерной микроволновой печи или микроволновой печи периодического действия. Тесто с высоким содержанием влаги встречается, например, при производстве овощных чипсов из натуральных ингредиентов с высоким нативным содержанием влаги. В предпочтительном воплощении создаются рецепты для приготовления исключительно вкусных овощных чипсов с применением только натуральных, неискусственных пищевых ингредиентов. Способы обработки, раскрытые здесь, позволяют превращать эти рецепты в закусочные чипсы, превосходящие сложные диетические критерии, возникающие на развивающемся рынке закусочных продуктов для здорового питания при сохранении заявленных чистых ингредиентов в готовом продукте и при обеспечении как подлинного вкуса натурального продукта, так и ясно ощутимого впечатления пищи.
С раскрытым здесь изобретением легко приготовить пищевые ломтики в любой комбинации из вплоть до 100% овощей или других пищевых ингредиентов. В предпочтительном воплощении картофель или другой крахмалистый клубень, например сладкий картофель, брюква, мякоть серого ореха или пастернак, включает по крайней мере один из овощных ингредиентов в рецептуре овощного чипса. В качестве примера овощной чипс может быть изготовлен из натуральных пищевых ингредиентов, включая картофель и от 10% до 55% других овощей, и/или зернобобовых, и/или бобовых, или предпочтительно картофель и от 15% до 30% других овощей, и/или зернобобовых, и/или бобовых, или более предпочтительно картофель и от 20% до 25% других овощей, и/или зернобобовых, и/или бобовых. Картофель и другие овощи готовят посредством обычных способов из свежих или замороженных, а затем размятых или смешанных овощей до образования теста. Тесто предпочтительно приправляют путем добавления натуральных ингредиентов, выбранных из овощей, трав, специй, семян и масел перед образованием формы чипса. В предпочтительном воплощении масло добавляют в тесто для обеспечения в овощном чипсе содержания масла от 5% до 30%, и предпочтительно примерно от 10% до 25%, или более предпочтительно от 13% до 18% содержания масла. Для данного изобретения пригоден широкий диапазон масел, раскрытый ранее, но предпочтительно масло выбирают из оливкового масла, подсолнечного масла, подсолнечного масла с высоким или средним содержанием олеинов, кунжутного масла, кукурузного масла, хлопкового масла, рапсового масла, масла из орехов или других семян. Кроме того, могут быть включены популярные жиры, часто встречающиеся в кулинарных рецептах, например сливочное масло. Некоторые или все из ингредиентов могут быть приготовлены с применением кулинарных способов для усиления их аромата перед включением в тесто. Способы кулинарной обработки включают без ограничения обжарку на сковороде, обжарку в сотейнике, карамелизацию, копчение, обжарку на открытом огне, маринование, медленную варку или тушение. В одном воплощении софрито, способ обжарки ароматических ингредиентов в масле, после которого можно добавить большое разнообразие овощных ингредиентов, является предпочтительной методикой кулинарной обработки. Кулинарная обработка обычно также включает уменьшение размера, например, с помощью способов Жюльен или Бренуаз. При формировании и сушке тесто можно факультативно слегка посолить местами и/или факультативно местами приправить дополнительно с влитым маслом.
Подходящее тесто может быть приготовлено с применением известных кухонных способов и домашней практики. Например, факультативно очищают, а затем нарезают картофель и другие овощи, готовые к варке паром на печи. После размягчения можно применять ручную давилку для приготовления теста и факультативно добавить кулинарные ингредиенты, например оливковое масло, жгучий перец, обжаренный в масле лук, соль и перец или другое, как описано выше. Можно применять широкую лопатку или скалку для формирования тонкого листа с достаточной консистенцией с толщиной в диапазоне примерно от 1 мм до 4 мм из теста, из которого можно нарезать различные формы резаком для теста. Формы можно поднять и переместить на немасляный аппарат для сушки с помощью лопатки. Изготовленные формы можно поместить на маслонепроницаемую бумагу, которую складывают по длине с интервалом примерно 5 мм для создания множества зубцов, на которых лежит пищевой для немасляной сушки. В то время как для этого продукта пригодны домашние способы немасляной сушки или выпекания, специалисту в данной области техники понятно, что раскрытые предпочтительные скорости сушки являются необходимыми для оптимального, устойчивого при хранении качества закусочного продукта и типично выходят за рамки диапазона, достижимого для домашнего оборудования для немасляной сушки, например для домашних микроволновых печей.
Коммерческий процесс может осуществляться в соответствии с этапами, раскрытыми здесь. Способы приготовления коммерческого масштаба для обработки свежих или замороженных материалов при подготовке к приготовлению листа теста известны из предшествующего уровня техники и текущей промышленной практики, например, в производстве картофельных хлопьев. Типично процесс включает очистку и уменьшение размера, например, путем разрезания картофеля на половинки, кусочки или пластинки, с последующей варкой в воде или на пару. Многие производители оборудования, включая Heat and Control или Kronen, поставляют подходящее оборудование для очистки. Kronen, среди прочего, также поставляет подходящее оборудование для измельчения, например устройство KUJ 3D для нарезания кусков/ломтей, обеспечивающее разрезание цельного картофеля на пластинки толщиной около 20-25 мм. Это является предпочтительным способом измельчения, обеспечивающим согласованный теплоперенос путем представления относительно однородных частиц на последующий этап варки при сведении к минимуму воздействия свободного крахмала, который может приводить к избыточной желатинизации и, таким образом, вызывать избыточную клейкость, затрудняющую обработку теста и воспроизводимое формирование пищевых ломтиков. Подобное оборудование можно также применять для измельчения других овощей для этапа варки. Среди прочего, Lyco производит ряд вращающихся барабанных бланширователей, ВМА и АВСО поставляют системы паровой обработки и выдержки, способные варить картофель или овощные материалы. Время варки хорошо установлено производителями оборудования и варьирует в соответствии с размером частиц, разновидностью сырьевого материала, твердыми веществами и необходимой текстурой при варке, но типично составляет порядка 10-20 минут примерно при 90-100°С, и предпочтительно примерно от 15 до 20 минут при 95-99°С, для 25 мм ломтиков картофеля, описанных здесь. В одном предпочтительном воплощении картофель, используемый для овощных чипсов или других пищевых ломтиков на основе теста, содержит 18%-28% крахмалистых твердых веществ, и более предпочтительно содержит крахмалистые твердые вещества в диапазоне от 21% до 24%. Производители, специализирующиеся на производстве картофеля и замороженного картофеля, используют такое оборудование, как сепаратор Hoegger от Alimetec для производства ровного теста из сырьевых материалов, особенно картофеля, приготовленного таким способом. Обычное оборудование для приготовления закусочного пищевого ломтика, например тестовальцовка и резак для теста из кукурузной муки, может применяться для образования и отложения форм из теста. Альтернативно, принципы, изложенные в патенте США 4212609, в котором однородное давление воздуха выталкивает пищевой материал из пористой матрицы на вращающемся барабане, могут быть приспособлены к формированию пищевого ломтика в настоящем изобретении. В предпочтительном воплощении уникальная неглубокая матрица глубиной примерно 1 мм - 4 мм, и предпочтительно от 1,5 мм до 2,5 мм сконструирована специально для формирования и отложения пищевого ломтика на движущийся конвейер. Форма индивидуальной матрицы может варьировать по сравнению с соседними матрицами для производства различных форм, например, путем изменения окружностей или плоскостей матрицы. Таким образом, одним важным преимуществом, улучшающим натуральный вид чипса, является способность к отложению свободных форм без необходимости составления мозаичных форм, требующих прямых углов для чипса, что выглядит неестественным в готовом чипсе, или рециркуляции ломкого теста, что требуется при текущих коммерческих способах формирования закусочных продуктов без составления мозаики. Кроме того, множество различных форм может откладываться из одной и той же машины почти одновременно.
Недавно Stork Food Systems предложили свой Revo Former (заявка на патент WO 2004/002229), работающий по принципу формирования различных пирожков из мяса, рыбы или картофеля на вращающихся пористых матрицах с последующим выдавливанием пирожков однородно распределенным сжатым воздухом. Это оборудование обеспечивает альтернативу обычным способам вальцовки пищевых ломтиков, например вальцевателям теста из кукурузы, применяемым при производстве кукурузных чипсов, поскольку матрицы Revo Former могут быть приспособлены к формированию и отложению тонких пищевых ломтиков в различных формах, как описано выше, эффективным, высокоскоростным и гигиеничным способом, пригодным для скорости коммерческого производства в этом изобретении. В дополнение к преимуществам системы выдавливания воздухом, описанной выше, поскольку пищевые ломтики по одиночке выдавливаются из матрицы и их не нужно отрезать от теста, то этот способ формирования способен обеспечивать реальные рецепты пищи, которые могут содержать фиброзные или волокнистые ингредиенты, например овощи, бобы или цельные зерна, включая шелуху, обычно загрязняющие традиционные операции формирования, нарезки и отложения закусочного продукта.
В качестве примера пищевые ломтики могут иметь толщину от 1 мм до 4 мм, но предпочтительно от 1,5 мм до 2,5 мм, и включают свежеприготовленное тесто, например, изготовленное из кукурузы, кукурузы и других зерновых или цельных зерен, картофеля или картофеля и других овощей или бобовых. Одним преимуществом данной системы формирования по сравнению с предшествующим уровнем техники является формирование и отложение пищевых ломтиков из теста, изготовленного из натуральных, цельных пищевых, свежих ингредиентов, что обеспечивает природу теста в диапазоне от ломкого и несвязанного до относительно мягкого и липкого, имеющего тенденцию к деформации под собственным весом. Воздухоотсасывающая система формирования, предпочтительная для данного воплощения, обеспечивает однородное отложение теста в качестве пищевого ломтика, независимо от высокого нативного содержания влаги, относительно содержания связывающего крахмала и отсутствия веществ, придающих тесту мягкую консистенцию, эмульгаторов или других искусственных ингредиентов, известных специалистам в данной области техники. Содержание влаги может составлять 65% или больше на основе сырой массы, например от 78% до 82% для теста на основе картофеля, или от 65% до 85%, но предпочтительно от 70% до 80% для теста на основе картофеля и других овощей. Таким образом, в отличие от предшествующего уровня техники, например патента США 2006/0188639 или патента США 2005/0202142, раскрытый способ обработки не зависит от приготовления теста со специфическими свойствами, типично связанными с производством закусочных продуктов, и может обеспечить формирование сухих пищевых ломтиков из теста, включающего 100% свежих, неискусственных материалов, без необходимости добавления ингредиентов для связывания теста, ингредиентов для связывания влаги, агентов, препятствующих смолообразованию, сухих твердых веществ, крахмалов, гранул, лецитина или любого другого ингредиента, который некоторые потребители или диетологи могут предпочесть избегать в продуктах питания. Не нужно ни фрагментировать, ни воссоединять тесто в виде слоистого материала или пучка. Таким образом, данный способ формирования и отложения позволяет производить закусочные продукты питания, а особенно овощные чипсы из натуральных овощей, и маркировать с заявлением о чистых ингредиентах.
Далее, способ при отсутствии обжарки, раскрытый для сушки пищевого ломтика, позволяет производить овощные чипсы с пропускной способностью коммерческой линии, сопоставимой с большими современными производственными линиями для закусочных продуктов, без необходимости обжарки, наиболее популярного высокоэффективного способа сушки свежих сырьевых материалов с высоким содержанием влаги для современных закусочных продуктов.
Применение способа с воздухоотсосом, воплощенного Revo Former, для отложения пищевых ломтиков однородным образом на движущемся конвейере, поступающем на этап линейной взрывной сушки, является эффективным способом, обеспечивающим использование высокоинтенсивной взрывной микроволновой сушки с коммерческой пропускной способностью. Как обсуждалось ранее, произвольно представленные пищевые ломтики, например, из ломтерезки Urshcell СС, обеспечивают плохую интенсивность как для пропускной способности, так и для опорной поверхности, занимаемой на этапе линейной, конвейерной взрывной сушки, поскольку для сведения к минимуму риска возгорания и устранения сваривания кусочков продукта вместе необходимо поддерживать разделение пищевых ломтиков, что в свою очередь создает проблемы сложной технологии разделения ломтиков до степени, снижающей эффективность переноса энергии во время взрывной микроволновой сушки.
Когда оператор желает встроить масло или факультативно смесь других ингредиентов для повышения вкусового впечатления или диетической пользы пищевого ломтика, перед формированием может быть включен простой этап смешивания. Hobart Legacy является одним примером подходящего миксера типа кубка с лопастной мешалкой, обычно применяемого в хлебопекарной промышленности. Другими примерами являются вертикальный планетарный миксер Brook Foods Record или горизонтальный ленточный миксер непрерывного действия Winkworth. Однако нужно принять во внимание многие промышленные решения для смешивания на периодической или непрерывной основе, легко доступные в соответствии с числом и типом применяемых ингредиентов и процессоров, для предпочтительного способа приготовления каждого ингредиента, например истирания, перемалывания, нарезки на мелкие ломтики или шинкования, и важных стандартов пищевого производства, например гигиены, связанной с обработкой теста с высоким содержанием влаги. В воплощении рецептуры овощного чипса, описанной выше, миксер объединяет картофель, другие овощи, масло и ингредиенты в интервале времени типично от 10 секунд до 120 секунд, но предпочтительно около 30 секунд. Овощи вводят в миксер через блок варки картофеля или отдельный блок варки с отдельным добавлением масла и других ингредиентов.
В предпочтительном воплощении и для улучшения креативности рецептуры и повышения пищевых ароматов готового чипса овощи, иные, чем картофель, могут быть приготовлены по отдельности или могут целиком или частично объединяться и готовиться с применением любого количества способов кулинарной обработки в единичном этапе или серии последовательных этапов. Оборудование, позволяющее оператору продукта приготовить нарубленные, нарезанные кубиками или ломтиками овощи для применения в описанном тесте и воспроизвести этапы кулинарной обработки, обычно описанное в кулинарных книгах и применяемое на кухне поваром, известно из способов приготовления категорий продуктов питания для заправок и соусов, например универсальная машина Stephan. Универсальная машина не известна для применения при производстве закусочных продуктов питания, и таким образом в изобретении обеспечено ее новое приложение. Универсальная машина пригодна для предпочтительного воплощения софрито для обеспечения аутентичных кулинарных ароматов из рецептуры за один этап, например, путем обжаривания лука и других ароматических ингредиентов с последующей варкой моркови, пастернака, брокколи или других овощей для приготовления овощной рецептуры без картофеля. Универсальная машина обеспечивает дополнительные полезные эффекты для эффективности и контроля обработки овощного чипса. Например, при эффективной имитации обработки по способу «бренуаз» обеспечивается дополнительное уменьшение размера овощей и ингредиентов из нарезанных кубиков до мелких ломтиков, остающихся видимыми и различимыми частицами в готовом чипсе и пригодных для включения в тесто. Другое преимущество эффективности может быть реализовано путем варки под давлением овощной рецептуры в универсальной машине для обеспечения более быстрых циклов варки. Дополнительное применение универсальной машины способствует согласованности процесса за счет уменьшения содержания влаги в приготовленных овощах и ингредиентах до согласованного уровня перед смешиванием с картофельной частью теста, путем снижения давления на конце цикла варки, для обеспечения испарения части воды при давлении ниже 200 мбар, или предпочтительно от 70 мбар до 100 мбар с применением остаточной тепловой энергии. Содержание влаги в приготовленной овощной смеси может быть снижено, например, до 85%-65%, но предпочтительно до 70%-75% содержания воды под вакуумом без дополнительного подвода тепла. Таким образом, оператор имеет этап контроля влаги в тесте, облегчающий нагрузку на последующих этапах сушки и устраняющий проблемы, которые могут возникнуть при формировании и отложении, если влажность пищевого ломтика является избыточно высокой, вызывая синеризис или образование складок продукта на транспортном конвейере. Подготовленную овощную рецептуру с кулинарными ингредиентами можно смешать с картофелем и маслом до образования рецептур, описанных ниже. Альтернативно, после снижения влаги овощная рецептура может быть сформирована и отложена непосредственно. В этом последнем случае овощной чипс нужно отложить на транспортный конвейер с тканью, сводящей к минимуму образование складок или сжатие продукта. В дополнение зернобобовые, бобовые растения, рисовая мука, мука из нута или другой связующий ингредиент может быть необходим в воплощении этой некартофельной рецептуры для простоты обработки.
В предпочтительном воплощении данного изобретения пищевой ломтик, приготовленный таким способом, нужно перенести непосредственно в линейную конвейерную микроволновую печь для взрывной сушки. Не требуется других этапов обработки или приготовления при использовании раскрытий данного изобретения. Несколько подходящих типов конвейеров, изготовленных, например, из стекловолокна, покрытого полипропиленом, полиэтиленом или ПТФЭ, доступны от производителей микроволновых печей для транспорта пищевых ломтиков в данной заявке.
В одном воплощении овощной пищевой ломтик быстро сушат до содержания влаги около 15%-25%, близко к итоговой точке стеклования, когда присутствует картофель, за 90 секунд. В предпочтительном воплощении ломтик теста сушат до такого же самого содержания влаги за 15 секунд - 60 секунд, и более предпочтительно овощной пищевой ломтик сушат до содержания влаги 25% или ниже за 25 секунд - 35 секунд. На этой стадии сушка может продолжаться в той же самой микроволновой камере до содержания влаги 18%-5%, но предпочтительно до 12%-8%. Пример кривой скорости сушки для продукта из овощных чипсов приведен на Фигуре 10.
Фигура 10 является графическим представлением скорости дегидратации множества овощных пищевых ломтиков в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения. Как показано на Фигуре 10, имеется три различные фазы сушки, имеющие высокую линейную корреляцию. Скорость дегидратации на первой фазе 1022 составляет примерно 0,13 грамм влаги на грамм твердого вещества в секунду, скорость дегидратации на второй фазе 1026 составляет примерно 0,05 грамм влаги на грамм твердого вещества в секунду, третья фаза 1030 включает скорость дегидратации примерно 0,01 грамм воды на грамм твердого вещества в секунду.
Исход влаги отчасти зависит от ингредиентов обрабатываемого композиционного пищевого ломтика. В одном воплощении пищевые ломтики, которые нужно продолжать сушить с помощью микроволновой печи, переносят в отдельную зону в микроволновой камере или в отдельную микроволновую полость, где содержание влаги составляет примерно 25%. Отдельная микроволновая полость может быть в линейной конвейерной форме или в ротационной форме. Затем мощность независимо контролируют для снижения содержания влаги до значения в диапазоне от 18% до 3%, но предпочтительно в диапазоне от 12% до 8% влаги перед поступлением в обычную печь с горячим воздухом для достижения окончательного, устойчивого при хранении, пригодного для закусочного продукта содержания влаги около 2%. В альтернативном воплощении сушку от примерно 25% влаги до 2% завершают в многозонной печи с горячим воздухом, как для обычных закусочных продуктов. В одном воплощении ломтики окончательно высушиваются в печи с горячим воздухом при температуре от 110°С до 130°С до достижения устойчивого при хранении содержания влаги 2%. Как обсуждалось раньше, исходная быстрая сушка является уникальным способом имитации обжаренной текстуры, например, картофельных чипсов, для необжаренных пищевых ломтиков, изготовленных из свежих, натуральных ингредиентов, а последующая медленная сушка при низких содержаниях влаги обеспечивает необходимый вкус и контролируемое развитие цвета. Точный выбор температуры и условий процесса для стадий окончательной сушки зависит отчасти от применяемой рецептуры пищевого ломтика и уровня чувствительных к температуре пищевых химических реакций, например реакции Мейлларда с приобретением коричневого цвета, происходящей благодаря присутствующим ингредиентам. Ниже раскрыты скорости сушки для воплощения овощного чипса, сформированного из теста, включающего в первую очередь картофель или картофель и другие овощи в пищевом ломтике толщиной от 1 мм до 4 мм, но предпочтительно с кусочками толщиной 1,5 мм - 2,5 мм, с содержанием влаги от 65% до 85%, но предпочтительно от 70% до 80%.
Таблица 3
Скорости сушки по фазам для пищевых ломтиков на основе картофеля, сформированных из теста, подходящего для производства овощных чипсов: скорости приведены в граммах влаги, удаленной на грамм сухого вещества (сухой основы)
Минимум
Предпочтительный диапазон
Максимум
Фаза 1
0,04
0,06-0,18
0,20
Фаза 2
0,01
0,03-0,06
0,08
Фаза 3
0,0005
0,002-0,02
0,03
Предпочтительные скорости сушки для данного изобретения являются особенно быстрыми, и общее время взрывной сушки для растительного чипса, приготовленного таким процессом, типично составляет от 30 до 60 секунд, за которое содержание влаги может снижаться до 3%-18%, но предпочтительно до 8%-12% с согласованностью, позволяющей избежать избыточного поджаривания или пригорания отдельных чипсов. Сушка может осуществляться в отдельном линейном сушильном аппарате или множестве линейных сушильных аппаратов. Быстрая сушка способствует генерации необходимой хрустящей текстуры закусочных продуктов без образования больших пузырей в чипсах, которые могут вести к ломкости и разрушению готового продукта.
Продолжительность фазы 1 зависит от количества исходной влаги в тесте и может не отличаться от фазы 2, в зависимости от количества овощных ингредиентов, иных, чем картофель, которые применяются в рецептуре. Как обсуждалось ранее, фаза 2 представляет значительный переход углеводов, происходящий от среднего содержания влаги примерно 50% до среднего содержания влаги примерно 25% и, как полагают, связанный с переходами крахмала в пищевом ломтике на основе картофеля. Для картофельного ломтика с текстурой, предпочтительной для заявителей, период фазы 2 составляет от примерно 5 секунд до примерно 50 секунд, или предпочтительно от примерно 10 секунд до примерно 30 секунд. Специалисту в данной области техники понятно, что раскрытое время сушки является исключительно быстрым по сравнению с обычными технологиями без применения обжарки. Таким образом, фундаментальным преимуществом настоящего изобретения по сравнению с другими способами нагревания является мощное производство необжаренных закусочных продуктов. Таким образом, данное изобретение преодолевает ограничения при рентабельном коммерческом производстве необжаренных закусочных продуктов. Этот ограничивающий барьер обусловлен свежим исходным материалом, который, обеспечивая пользу для потребителя готового продукта, требует удаления больших объемов воды. Ограничивающий барьер, в частности, повышается из-за малого веса кусочков пищевых ломтиков, пригодных для закусочного продукта, особенно в форме чипсов, дающих низкую массу продукта на площадь транспортного конвейера. Ограничивающий барьер дополнительно повышается, когда пищевые ломтики с малым весом включают тесто, свойства которого таковы, что индивидуальные частицы должны оставаться разделенными, например, в конфигурации монослойной пекарной линии, чтобы избежать склеивания, скопления или других дефектов формы. Таким образом, неблагоприятным отличием по сравнению с линиями для конфет или выпечки хлеба для линий для необжаренных закусочных продуктов является то, что они производят тонкие кусочки размером «на один укус», в которых масса 10 сушеных кусочков может находиться в диапазоне всего от 7 г до 15 г, или предпочтительно от 8 г до 12 г, при низкой плотности продукта, например, 1 килограмм на квадратный метр сырых пищевых ломтиков. Эти ограничения, в частности, если они встречаются в комбинации, приводят к большим размерам, энергетической неэффективности и низкой пропускной способности производственных линий для закусочных продуктов при применении предшествующего уровня техники или обычной технологии сушки при отсутствии обжарки, например импинжерных печей. В качестве примера величины этой пользы заявители установили, что приготовление закусочного продукта из пищевого ломтика, включающего 75% нативного содержания влаги, требует удаления в 9 раз больше воды, чем для обычного печеного закусочного продукта. Применение раскрытых технологических решений гарантирует, что это требование может быть выполнено с цепью сушки, подобной по размеру обычным современным производственным линиям для закусочных продуктов.
Оператор может выбрать обычное оборудование для внесения приправ в закусочные продукты, для обеспечения факультативного местного опыления солью или маслом.
В качестве примера, но не для ограничения, описаны рецепты из натуральных продуктов, пригодные для пищевых ломтиков, в частности, для воплощения овощного чипса, которые можно переработать в оптимизированные для потребителя закусочные продукты с хрустящей текстурой путем высушивания до содержания влаги примерно 2%.
Пример 1 (по массе смеси сырого теста): 85% картофеля, 12% бобов, например нуга, 3% масла, 0,1% листьев кориандра, 0,1% цельного тмина; что эквивалентно содержанию в готовом чипсе из 72% картофеля, 16% нуга, 11% масла, 0,5% листьев кориандра, 0,5% тмина по массе.
Пример 2 (по массе смеси сырого теста): 49% картофеля, 46% чечевицы, например чечевицы чана-дал, 4% масла, 1% трав и специй для приправы, например, выбранной из чилийского перца, чеснока, тмина или куркумы; что эквивалентно содержанию в готовом чипсе по массе из 33% картофеля, 53% чечевицы, 13% масла, 1% трав и специй.
Пример 3 (по массе смеси сырого теста): 70% картофеля, 25% смеси корнеплодов, выбранных, например, из моркови, пастернака и брюквы, 3% масла, 1,5% лука и 0,5% смеси черного перца и трав, например, выбранных из тимьяна, розмарина или эстрагона для приправы; что эквивалентно массе в готовом чипсе из 67% картофеля, 13% корнеплодов, 16% масла, 3% лука и 0,5% смеси черного перца и трав.
Пример 4: 70% картофеля, 25% цветной капусты или другого вида капусты, 3% масла, 1,5% лука, 0,2% имбиря, 0,2% чеснока, 0,1% куркумы, что эквивалентно массе в готовом чипсе из 67% картофеля, 13% цветной капусты, 16% масла, 3% лука, 0,5% имбиря, 0,4% чеснока и 0,1% куркумы.
Специалисту в данной области техники понятно, что с помощью примеров, приведенных выше, можно приготовить ряд новых, вкусных и диетически сбалансированных овощных чипсов, разнообразных как по рецептуре, так и по уровням ингредиентов. Таким образом, изобретение обеспечивает изготовление нового печеного овощного чипса, объединяющего множество настоящих, натуральных овощей и ароматизированных природными пищевыми ингредиентами, которые сохраняют свой аутентичный вкус натуральной пищи в готовом чипсе. Данное изобретение не ограничивается ломтиками отдельных овощей, для которых у потребителя остается мало выбора для вкуса и аромата, но имеет преимущество в смешивании пищи из овощей с креативными кулинарными рецептурами для существенного повышения вкуса и квалификации пищи. Кроме того, удивительным открытием изобретателей является низкий уровень соли, требующийся для оптимального вкуса этого кулинарного овощного чипса. Совокупность основ для рецептур может находиться в диапазоне от 100% картофеля до 100% других овощей, зернобобовых, бобовых или цельных зерен. Однако предпочтительное воплощение овощного чипса включает рецептуры, в которых итоговые композиции ингредиентов находятся в диапазоне: картофель от 30% до 70%; масло от 5% до 30%, предпочтительно от 8% до 25% и более предпочтительно от 13% до 18%; овощи или зернобобовые от 10% до 55% и предпочтительно от 15% до 30%; ингредиенты после кулинарной обработки, например обжаренный лук, лук-порей или чеснок, от 0% до 5%; травы, специи или семена от 0,5% до 2% и местная соль от 0% до 1,0%, но предпочтительно от 0,2% до 0,4%.
Имеются некоторые преимущества продукта, обеспеченные настоящим изобретением, когда применяются пищевые ломтики на основе теста для приготовления овощных чипсов. Во-первых, процесс обеспечивает контролируемый диетический профиль продукта. Таким образом, можно разрабатывать готовые продукты, удовлетворяющие позитивным диетическим целям, возникающим на современном развивающемся рынке закусочных продуктов. Например, описанное воплощение овощного чипса способно удовлетворить критериям «здоровый продукт» на три балла или меньше и «более здоровый» на ноль баллов или меньше при оценке по Шкале диетического профиля, предложенной Агентством по пищевым стандартам Великобритании. Кроме того, разработчик продукта, шеф-повар или другой создатель рецептуры может легко разработать вкусный и здоровый продукт из изобилия натуральных ингредиентов путем баланса выбора и уровня ингредиентов с диетическими стандартами популяции, например, в соответствии с рекомендованными суточными нормами (РСН), обычно применяемыми в пищевой промышленности в Евросоюзе в настоящее время, или для обеспечения предупреждения «красных» сигналов по современной системе «светофора» в ЕС и Великобритании. Таким образом, данное изобретение обеспечивает продукты, для которых не только разработаны кулинарные рецептуры, но которые также удовлетворяют национальным критериям в соответствии с задачами национальной популяции. Например, поддержание макронутриентов на 100 г готового чипса на уровне: для жира <20 г, насыщенного жира <5 г, соли <1,5 г и сахара <22,5 г гарантирует, что макронутриенты, присутствующие в закусочном продукте, соответствуют предпочтительным диетическим критериям, определенным Агентством по пищевым стандартам Великобритании. Это является значительным достижением в области обычной пищи и закусочных продуктов, приносящим пользу как производителю, поскольку нет «высоких» или «красных светофорных» указателей, требующихся на упаковке, так и потребителю, поскольку закусочный продукт диетически сбалансирован и его вкусовое впечатление не нарушено. В одном воплощении овощного чипса рецептура обеспечивает диетический профиль с содержанием жира <16 г, насыщенного жира <1,5 г, соли <1 г и сахара <10 г, а в другом воплощении разработана рецептура овощного чипса с содержанием жира <16 г, насыщенного жира <1,5 г, соли <0,3 г и сахара <5 г, где соль (натрий) и сахар естественно присутствуют в ингредиентах, а не вводятся разработчиком продукта.
Как часть позитивного диетического дизайна, добавляют масло в контролируемых количествах до и/или после этапа первичной сушки. Одним преимуществом добавления масла перед взрывной дегидратацией является то, что его можно нагреть в течение короткого периода времени к концу взрывной сушки, и это придает необходимые характеристики обжаренного аромата, которые не развиваются в обычных хлебопекарных или импинжерных печах.
Другим преимуществом, обеспечиваемым настоящим изобретением, являются температуры обработки. Поскольку температуры обработки являются относительно низкими по всему пищевому ломтику (например, могут поддерживаться примерно при 100°С даже на внешней поверхности ломтика) по сравнению с обычной обжаркой в горячем масле, а время обработки является относительно коротким, например менее примерно 60 секунд, что достигается даже для теста с высоким содержанием влаги, то ожидается меньшее разрушение внутренних питательных веществ во время процесса сушки и сохраняются естественные ароматические характеристики субстрата или добавленных ингредиентов, полученных из орехов, семян, зернобобовых, трав, специй и т.д. Подобным образом, как ожидается, сохраняются диетически необходимые витамины, незаменимые жирные кислоты или фитонутриенты, присущие добавленным ингредиентам или непосредственно добавленные для обогащения. Кроме того, низкая температура и короткое время сушки приносят пользу применению натуральных ингредиентов, если они добавляются в качестве ароматизаторов или приправ в воплощениях на основе теста. По определению природные ингредиенты получены из природы без чрезмерной обработки и встречаются в формах, легко распознаваемых как оригинальные ингредиенты, например, посредством внешнего вида, цвета, аромата или текстуры, даже после приготовления для хранения, которое может включать, например, промывку, бланширование, копчение, нарезку, заморозку или хранение в масле. Природные ингредиенты могут быть встроены в тесто пищевого ломтика, чтобы быть видимыми и распознаваемыми в закусочных продуктах, производимых по изобретению заявителей, но типично не являются пригодными для местного нанесения на закусочные продукты из-за относительно большого размера и неправильной формы. Напротив, ингредиенты, которые обработаны или гомогенизированы, например, в форме порошка, гранулированы или выполнены в виде хлопьев, более не распознаются как изготовленные из оригинального исходного материала, считаются искусственными и в настоящее время обычно применяются для местного нанесения.
При включении в рецептуры пищевого ломтика натуральные ингредиенты по существу сохраняют свой свежий внешний вид из-за относительно низких температур сушки настоящего изобретения. Только в качестве примера свежая мята или лист кориандра в тесте кажутся гораздо более свежими, зелеными и целыми, чем при обработке в печи с горячим воздухом, вызывающей деградацию внешнего вида, поскольку лист становится темно-зеленым и сморщенным при нагревании. Этот способ и профиль сушки также помогает гарантировать, что любые добавленные природные ингредиенты могут сообщать аутентичный, живой аромат готовому продукту, поскольку природные ингредиенты, добавленные для аромата, текстуры или обогащения, как ожидается, сохраняют значительную часть своей присущей диетической и органолептической ценности без потери необходимого аромата, вкуса, цвета или фитонутриентных соединений. Соответственно, значительным преимуществом иллюстрированных пищевых ломтиков на основе теста является производство закусочного продукта, в котором вкус в основе из теста обеспечивается полностью из природных ингредиентов, например овощей, трав и специй. В этом случае закусочный продукт не требует местного нанесения порошков приправ, обычно применяемого в современных закусочных продуктах. Таким образом, закусочный продукт не требует порошка, хлопьев, гранул или любого искусственного ингредиента для встраивания в тесто пищевого ломтика или нанесения покрытия на закусочный чипс для обеспечения оптимизированного вкуса для потребителя. Отсутствие местных порошков гарантирует, что закусочный продукт по существу не пачкает пальцы при еде, таким образом устраняя обычную проблему для потребителя традиционных закусочных продуктов. Далее, одним важным преимуществом способности к производству закусочных продуктов с применением натуральных ингредиентов является относительно низкий уровень натрия, необходимый для вкуса, оптимизированного для потребителя. Типично, местно наносимую соль можно уменьшить до 25%-50% от уровня современного хрустящего картофеля или устранить из рецептуры, при этом обеспечивая привлекательный для потребителя аромат оптимизированного закусочного продукта.
Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает путь предоставления сбалансированного диетического профиля с применением настоящих пищевых ингредиентов, таких как овощи, орехи, семена, травы и специи или сыр. Овощи, которые можно применять, включают без ограничения морковь, пастернак, сладкий картофель, репу, тыкву крупноплодную, кабачки цуккини, спаржу, грибы, брокколи, цветную капусту, сладкий перец, перец чили, горох, сладкую кукурузу, артишок, сельдерей, томаты, оливки, баклажаны, свеклу, фенхель, лук, шпинат, мангольд и кочанную капусту. Орехи, которые можно применять, включают без ограничения миндаль, арахис, грецкий орех, орех пекан и бразильский орех. Семена, которые можно применять, включают без ограничения семена тыквы обыкновенной, подсолнечника, кунжут, горчицу, фенхель, мак и семена тыквы крупноплодной. Зернобобовые и бобовые, которые можно применять, включают без ограничения горох, нут, чечевицу, бобы пинто, фасоль, конские бобы, масляные бобы, сою, огненно-красную фасоль или вигну. Зерновые, которые можно применять, включают без ограничения овес, пшеницу, сорго, рис, просо, рожь и ячмень. Травы и специи, которые можно применять, включают без ограничения базилик, лавровый лист, кориандр, мяту, тмин, кардамон, гвоздику, корицу, эстрагон, укроп, майоран, чеснок, сорго лимонное, душицу, паприку, куркуму, петрушку и перец - и это лишь немногие из них. Природные масляные экстракты, настоянные или приправленные масла можно также применять до или после первичной сушки путем смешивания с тестом или местного нанесения.
Выгодно, что поскольку натуральные пищевые ингредиенты можно добавлять после любого этапа бланширования, термического предварительного кондиционирования или липофильного предварительного кондиционирования, и благодаря относительно низким температурам и короткой продолжительности и выдержки во время дегидратации вкусовые профили являются наиболее схожими с натуральными аналогами и более выраженными, чем у закусочных продуктов предшествующего уровня техники, приготовленных в печах с высокой температурой или устройствах для обжарки. Далее, поскольку не добавляется масляной или водной среды, содержание питательных веществ и ароматических соединений не уменьшается в пищевых ломтиках и доступно в готовых чипсах. Соответственно, в отличие от предшествующего уровня техники настоящее изобретение обеспечивает способ обеспечения натуральных вкусовых профилей без применения искусственных ингредиентов.
В то время как изобретение частично продемонстрировано и описано со ссылкой на предпочтительное воплощение, специалистам в данной области техники понятно, что могут быть внесены различные изменения и подробности без отделения от объема и сущности изобретения.