КУХОННЫЙ ПРИБОР И СПОСОБ
KITCHEN APPLIANCE AND METHOD

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к кухонному прибору, содержащему отделение для приема муки.
Настоящее изобретение дополнительно относится к способу управления процессом приготовления основанной на мучном продукте пищи.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Содержание воды или влаги является важным параметром при приготовлении основанной на муке пищи, такой как выпекаемые продукты, такие как хлеб, кексы, торты и т.д., или лапша, например, поскольку содержание воды или влаги играет ключевую роль в формировании клейковины и клейстеризации крахмала. Наличие неправильного содержания воды или влаги в основанном на муке пищевом продукте во время его приготовления может привести к неудовлетворительному пищевому продукту, который, например, испечен или зажарен неправильно, и который может иметь неудовлетворительную текстуру, например, нежелательные вкусовые ощущения.
Добавление воды в пищевой продукт является обычно задачей, выполняемой вручную и предрасположенной к ошибкам, которые могут привести к вышеупомянутому неоптимальному приготовлению пищи. Кроме того, даже если количество воды тщательно измеряется и добавляется, начальное количество влаги, присутствующее в муке, может изменяться, что, таким образом, может все же привести к изменчивым результатам для пищевых продуктов.
EP 0 971 227 A1 раскрывает инструмент для измерения содержания влаги предмета, такого как зерно, измельченные образцы, фрукты, орехи и сухофрукты, промышленные и пищевые продукты. Инструмент использует измерение диэлектрических свойств для количественной оценки содержания влаги образцов, осуществляемое в диапазоне микроволновых частот. Хотя такой инструмент может быть полезным в определении (начального) содержания влаги в муке или основанных на муке пищевых продуктах, это не помогает его пользователю правильно управлять процессом приготовления пищи.
US 2001/0051202А1 раскрывает печь для приготовления хлебобулочных изделий и нагревательное устройство, которое нагревает печь. Также обеспечено доставляющее устройство для текучей среды, вместе с разрядным элементом, расположенным в печи, и конвейерным устройством для текучей среды. Управляющее устройство соединено с нагревательным устройством и с доставляющим устройством для текучей среды. По меньшей мере один датчик обеспечен в печи для регистрации фактического значения влажности и подсоединен вместе с таймером к управляющему устройству. Управляющее устройство соединено с блоками ввода для требуемого значения влажности и/или температуры, которые, как это имеет место, могут зависеть от времени зажаривания или выпекания, которое может быть предварительно задано посредством таймера.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение стремится обеспечить кухонный прибор, который помогает его пользователю в обеспечении основанных на муке пищевых продуктов, имеющих требуемое содержание влаги.
Настоящее изобретение дополнительно стремится обеспечить способ управления процессом приготовления основанной на мучном продукте пищи, для обеспечения основанных на муке пищевых продуктов, имеющих требуемое содержание влаги. Настоящее изобретение определено независимыми пунктами формулы изобретения.
Авторы изобретения поняли, что определение начального содержания влаги в муке или основанном на муке пищевом продукте, например тесте, может быть использовано как механизм обратной связи для управления количеством воды, подлежащим добавлению в основанные на муке пищевые продукты, для обеспечения того, чтобы пищевой продукт, производимый в кухонном приборе, имел требуемые характеристики влажности.
Согласно настоящему изобретению датчик содержит зонд для передачи радиочастотного сигнала и для приема отражения упомянутого сигнала, причем упомянутое отражение соответствует упомянутому диэлектрическому свойству. Такой датчик является особенно подходящим для зондирования пищевого продукта неразрушающим способом и для вырабатывания сигнала датчика, на основании которого системой обработки может быть получено начальное содержание влаги.
Кухонный прибор может содержать пользовательский интерфейс, включающий в себя экран дисплея, причем управляющий сигнал предназначен для генерации инструкции по добавлению воды на упомянутом экране дисплея, в результате чего обеспечиваются ясные инструкции для пользователя в отношении того, сколько воды следует добавить в пищевой продукт, на основе его начального содержания влаги, для обеспечения того, чтобы пищевой продукт имел требуемое содержание влаги, которое позволит пищевому продукту иметь требуемые характеристики после приготовления, например, после зажаривания или выпекания.
Альтернативно, кухонный прибор может содержать впуск воды, срабатывающий по упомянутому управляющему сигналу, так что кухонный прибор может автоматически управлять содержанием влаги в пищевом продукте, в результате чего предотвращается риск ошибки пользователя. Такой впуск воды, например, может находиться в жидкостной связи с водяным баком кухонного прибора или может находиться в жидкостном соединении с внешней системой водоснабжения, такой как система центрального водоснабжения.
Система обработки может быть выполнена с возможностью генерации упомянутого управляющего сигнала как функции последовательности упомянутых показаний датчика о диэлектрических свойствах. Это улучшает точность определения начального содержания влаги.
Датчик может быть, например, расположен в дне отделения выше муки или продукта или в смешивающем элементе кухонного прибора. Датчик может находиться в физическом контакте с мукой или основанным на муке продуктом, для достижения более точного показания датчика.
Зонд может быть коаксиальным зондом, содержащим коаксиальную линию для передачи радиочастотного сигнала и фланец, смежный с упомянутой коаксиальной линией, для приема упомянутого отражения. Такая геометрия датчика является особенно подходящей для интеграции в кухонный прибор.
В одном варианте осуществления система обработки выполнена с возможностью генерации управляющего сигнала на основе пользовательской настройки свойства пищевого продукта, подлежащего приготовлению из муки или продукта. Например, пользователь может выбрать предпочтительное свойство, например, требуемую текстуру пищевого продукта, с использованием пользовательского интерфейса, причем пользовательские настройки хранятся в подходящем устройстве хранения данных, таком как энергонезависимая память и т.п.
В одном варианте осуществления система обработки является программируемой для приема корреляции между показанием датчика и начальным содержанием влаги. Таким образом, кухонный прибор может калиброваться, например, пользователем кухонного прибора, загружающим отделение мукой или основанным на муке продуктом, имеющим известное содержание влаги.
Система обработки может быть реализована любой подходящей конфигурацией процессоров, например, единственным процессором. Система обработки может содержать дискретные ступени, например, ступень регистрации для регистрации показания датчика, ступень определения для определения содержания влаги по зарегистрированному показанию датчика и ступень добавления воды для генерации управляющего сигнала. Эти дискретные ступени могут быть реализованы одним или более обрабатывающими блоками.
В одном варианте осуществления система обработки дополнительно выполнена с возможностью задействования кухонного прибора как функции показания датчика. Этот вариант осуществления основан на понимании того, что изменения в химической структуре основанного на муке пищевого продукта, например, клейстеризация крахмала, во время процесса приготовления пищи, вызывают изменения в диэлектрических свойствах пищевого продукта, так что эти изменения могут быть использованы для контроля и управления процессом приготовления пищи, например, процессом зажаривания или выпекания.
Для этой цели кухонный прибор может дополнительно содержать нагревательный блок, причем система обработки дополнительно выполнена с возможностью определения количества воды, связанной с мукой или продуктом, по показанию датчика, и генерации дополнительного управляющего сигнала для управления величиной энергии, подаваемой на нагревательный блок, как функции определенного количества связанной воды, для обеспечения того, чтобы процесс приготовления пищи выдавал пищевой продукт с требуемыми характеристиками.
В одном варианте осуществления кухонный прибор является одним из устройства приготовления лапши, устройства приготовления теста или устройства приготовления хлеба. Такие устройства, в частности, извлекают выгоду из одного или более вышеупомянутых вариантов осуществления.
Согласно другому аспекту обеспечен способ управления процессом приготовления основанной на мучном продукте пищи, содержащий измерение диэлектрического свойства мучного продукта во время процесса приготовления; определение начального содержания влаги в мучном продукте по измеренному диэлектрическому свойству; и генерацию управляющего сигнала для добавления воды в мучной продукт как функции упомянутого определенного содержания влаги. Это обеспечивает приготовление основанного на муке пищевого продукта, имеющего требуемые характеристики, причем такие характеристики прямо или опосредованно связаны с начальным содержанием влаги в пищевом продукте.
Способ может дополнительно содержать определение количества воды, связанной с пищевым продуктом; и генерацию дополнительного управляющего сигнала для управления величиной энергии, подаваемой на нагревательный блок, как функции определенного количества связанной воды, для более точного управления процессом приготовления пищевого продукта.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны более подробно посредством неограничивающих примеров со ссылкой на сопутствующие чертежи, причем:
Фиг. 1 схематично показывает кухонный прибор согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 2 схематично показывает кухонный прибор согласно другому варианту осуществления;
Фиг. 3 схематично показывает кухонный прибор согласно еще одному варианту осуществления;
Фиг. 4 схематично показывает кухонный прибор согласно еще одному варианту осуществления;
Фиг. 5 схематично показывает кухонный прибор согласно дополнительному варианту осуществления;
Фиг. 6 является графиком, показывающим корреляцию между начальным содержанием влаги в муке и диэлектрическим свойством муки;
Фиг. 7 является графиком корреляции между содержанием влаги в тесте и диэлектрическом свойством теста;
Фиг. 8 является графиком определения влажности теста на основании дисперсии в измеренном диэлектрическом свойстве теста;
Фиг. 9 является графиком тестового результата, демонстрирующего подтверждение концепции;
Фиг. 10 является другим графиком тестового результата, демонстрирующего подтверждение концепции;
Фиг. 11 является графиком логарифмических спектров диэлектрического свойства как функции содержания влаги в тесте;
Фиг. 12 показывает усредненные спектры диэлектрического свойства как функцию содержания влаги в тесте;
Фиг. 13 является графиком ключевых параметров смеси крахмал-вода как функции времени; и
Фиг. 14 является блок-схемой последовательности операций способа согласно одному варианту осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Следует понимать, что фигуры являются схематичными и приведены не в масштабе. Следует также понимать, что одни и те же ссылочные позиции используются во всех фигурах для указания на одни и те же или подобные части.
Фиг. 1 схематично показывает кухонный прибор 100 согласно одному варианту осуществления. Кухонный прибор 100 содержит отделение 110 для приема муки или основанного на муке продукта, такого как тесто для замеса, причем отделение 110 обычно содержит дно 112 и смешивающее средство 114, такое как смешивающая лопасть, крюк для теста и т.п. Смешивающее средство 114 может быть взаимозаменяемым таким образом, что пользователь кухонного прибора 100 может выбрать подходящее смешивающее средство 114 для операции обработки пищи, подлежащей выполнению с использованием кухонного прибора 100.
Кухонный прибор 100 дополнительно содержит диэлектрический датчик 120 для измерения диэлектрического свойства муки или основанного на муке продукта в отделении 110. На фиг. 1 диэлектрический датчик 120 расположен в дне 112 отделения, хотя любое другое подходящее местоположение может быть выбрано для диэлектрического датчика 120, некоторые неограничивающие примеры которого будут приведены ниже. Диэлектрический датчик 120 предпочтительно расположен так, что диэлектрический датчик находится в физическом контакте с мукой или основанным на муке продуктом в отделении 110, поскольку это дает наиболее точные результаты при определении диэлектрического свойства муки или основанного на муке продукта с использованием диэлектрического датчика 120. Однако это является несущественным; также возможно, что диэлектрический датчик 120 физически не контактирует с мукой или основанным на муке продуктом, а вместо этого зондирует муку или основанный на муке продукт через воздух.
11
В предпочтительном варианте осуществления диэлектрический датчик 120 использует радиочастотные (РЧ) зондирующие сигналы для зондирования муки или основанного на муке продукта. Например, диэлектрический датчик 120 может содержать РЧ-передатчик и сенсорный элемент для восприятия отражений передаваемых РЧ-сигналов от муки или основанного на муке продукта. Было обнаружено, что отношение (S) отраженной РЧ-энергии к передаваемой РЧ-энергии для такого РЧ диэлектрического датчика 120 прямо связано с содержанием влаги в муке или основанном на муке продукте, таком как тесто или лапша.
11
Это можно понять следующим образом. РЧ-излучение часто используется для контроля диэлектрических свойств. При приложении переменного внешнего электромагнитного поля на радиочастотах, например, к муке или основанному на муке продукту, перемещение свободных ионов и полярных молекул в ней выравнивается в направлении электрического поля. Это поведение потребляет энергию из электромагнитного поля, так что информация о диэлектрических свойствах исследуемого вещества может быть получена посредством измерения уровня отраженного сигнала. Следует отметить, что низкочастотная часть РЧ-области является более чувствительной к потерям энергии при ионной проводимости, в то время как потери энергии при вращении диполей обычно запускаются высокочастотными частями РЧ-области. В муке или тесте ионная проводимость является пренебрежимо малой, поскольку содержание воды является относительно низким, и молекулы воды являются основными присутствующими полярными молекулами. Таким образом, отношение (S) отраженной энергии к излученной энергии РЧ сенсорного зонда является хорошим указателем влаги в муке или тесте. Это будет продемонстрировано ниже в некоторых примерах.
Может предполагаться любая подходящая геометрия датчиков. В случае, когда диэлектрический датчик 120 находится в физическом контакте с мукой или основанным на муке продуктом, особенно подходящей геометрией является коаксиальный зонд с открытым концом. Коаксиальный зонд содержит коаксиальную линию для передачи РЧ-сигналов и фланец, находящийся в физическом контакте с мукой или основанным на муке продуктом, для восприятия индуцированного электрического поля в муке или основанном на муке продукте. Фланец, например, может окружать коаксиальную линию. В бесконтактной геометрии, фланец может быть заменен приемным элементом, таким как антенна и т.п., для приема отраженных РЧ-сигналов в бесконтактном режиме. РЧ-передатчик может быть выполнен с возможностью передачи РЧ-сигналов любой подходящей частоты, например, широкополосных сигналов или сигналов отдельной радиочастоты, например, узкополосных сигналов конкретной радиочастоты. Такие датчики являются сами по себе хорошо известными, и следует понимать, что любой подходящий диэлектрический датчик, например, любой подходящий РЧ-датчик, может быть использован в кухонном приборе 100.
Кухонный прибор 100 дополнительно содержит систему 130 обработки, для обработки сигналов датчика, вырабатываемых диэлектрическим датчиком 120, и для получения начального содержания влаги в муке или основанном на муке продукте в отделении 110 по обработанным сигналам датчика. Диэлектрический датчик 120 может быть соединен с возможностью связи с системой 130 обработки любым подходящим способом, например, проводным или беспроводным способом. Система обработки может содержать ступень 132 регистрации для регистрации показания датчика, обеспечиваемого диэлектрическим датчиком 120, ступень 134 определения для определения содержания влаги по зарегистрированному показанию датчика и ступень 136 добавления воды для генерации управляющего сигнала, указывающего на количество воды, подлежащее добавлению в отделение 110, как функции содержания влаги, определенного ступенью 134 определения. Следует понимать, что система 130 обработки может содержать дискретные ступени 132, 134 и 136, которые могут быть реализованы любым подходящим способом, например, с использованием разных обрабатывающих элементов, таких как разные ядра единственного процессора, или разных дискретных процессоров, например, микропроцессоров. Однако также возможно, что система 130 обработки не содержит дискретных физических ступеней 132, 134, 136, но возможно, что система 130 обработки реализует эти разные ступени на архитектуре единственного процессора, например, в форме команд компьютерной программы, выполняемых на этой архитектуре процессора. Достаточно сказать, что может предполагаться любая подходящая реализация функциональности, концептуально обеспечиваемой ступенями 132, 134, 136.
В одном варианте осуществления управляющий сигнал, указывающий на количество воды, подлежащее добавлению в отделение 110, может быть управляющим сигналом для управления дисплеем 105 пользовательского интерфейса кухонного прибора 100, причем этот управляющий сигнал заставляет дисплей 105 отобразить количество влаги, подлежащее добавлению пользователем в отделение 110. В этом варианте осуществления система 130 обработки выполнена с возможностью преобразования показаний диэлектрического датчика 120 в начальное содержание влаги в муке или основанном на муке продукте в отделении 110, и получения пользовательских инструкций для добавления правильного количества влаги в муку или основанный на муке продукт в отделении 100 на основе определенного начального содержания влаги в муке или основанном на муке продукте в отделении 100.
На фиг. 2 показан альтернативный вариант осуществления кухонного прибора 100, в котором кухонный прибор 100 содержит впуск 140 воды под управлением управляющего сигнала, указывающего на количество воды, подлежащее добавлению в отделение 110, генерируемого системой 130 обработки. В этом варианте осуществления система 130 обработки выполнена с возможностью преобразования показаний диэлектрического датчика 120 в начальное содержание влаги в муке или основанном на муке продукте в отделении 110 и автоматического добавления правильного количества влаги в муку или основанный на муке продукт в отделении 110 на основе определенного начального содержания влаги в муке или основанном на муке продукте в отделении 110. Впуск 140 воды, например, может содержать клапан и т.п., который может быть открыт под управлением управляющего сигнала, указывающего на количество воды, подлежащее добавлению в отделение 110.
В случае, когда впуск 140 воды соединен с системой водоснабжения, имеющей известную скорость потока, например, с резервуаром воды, который питает впуск 140 воды посредством напора насоса с известной скоростью потока, впуск воды может быть открыт управляющим сигналом на некоторый интервал T времени, где T=Δm/f, где f является скоростью потока (например, в мл/с) через впуск 140 воды, и Δm является количеством воды (например, в мл), подлежащим добавлению в отделение 110. Впуск 140 воды может содержать насос, причем в этом случае управляющий сигнал может прямо управлять насосом, например, включать его, для регулирования количества воды, подлежащего добавлению в отделение 110.
В случае, когда впуск 140 воды соединен с системой водоснабжения, имеющей неизвестную скорость потока, например, с системой центрального водоснабжения, имеющей переменное давление, система 130 обработки может активно контролировать изменения в диэлектрических свойствах муки или основанного на муке продукта в отделении 110, которые являются результатом добавления воды в отделение 110 через впуск 140 воды, например, после подмешивания добавленной воды в муку или основанный на муке продукт с использованием смешивающего средства 114.
Система 130 обработки может быть выполнена с возможностью инкрементального добавления воды в муку или основанный на муке продукт в отделении 110 до тех пор, пока зарегистрированные изменения в диэлектрических свойствах муки или основанного на муке продукта не будут соответствовать требуемому содержанию влаги в муке или основанном на муке продукте. Кухонный прибор 100 может быть выполнен с возможностью подмешивания добавляемой воды в муку или основанный на муке продукт после каждого инкрементального добавления воды, например, посредством замешивания с использованием смешивающего средства 114, и определения изменений в диэлектрических свойствах муки или основанного на муке продукта во время и/или после подмешивания. Это может включать в себя последовательность измерений датчика для получения среднего диэлектрического свойства муки или основанного на муке продукта, для исключения локальных изменений в содержании влаги в муке или основанном на муке продукте, что будет объяснено более подробно ниже.
Система 130 обработки может быть дополнительно или альтернативно выполнена с возможностью определения фактической скорости потока воды на основании открывания впуска 140 воды на определенный период времени и вычисления количества воды, добавленного в муку или основанный на муке продукт, в течение этого периода времени на основании зарегистрированных изменений в диэлектрических свойствах муки или основанного на муке продукта. Определенная таким образом скорость потока может быть использована для последующего управления впуском 140 воды, как объяснено выше, например, для добавления оставшегося количества воды, подлежащего добавлению в муку или основанный на муке продукт, через впуск 140 воды.
Как упомянуто выше, диэлектрический датчик 120 может быть расположен в любом подходящем местоположении кухонный прибор 100. На фиг. 3, диэлектрический датчик 120 расположен над или выше муки или основанного на муке продукта в отделении 110, например, в крышке и т.п. кухонного прибора 100 на отделении 110, причем в этом случае диэлектрический датчик 120 может не контактировать с мукой или основанным на муке продуктом. На фиг. 4, диэлектрический датчик 120 интегрирован в смешивающее средство 114, что, например, является особенно подходящим, если диэлектрический датчик 120 должен контактировать с мукой или основанным на муке продуктом. В этом варианте осуществления система 130 обработки может получить диэлектрические свойства муки или основанного на муке продукта, в частности, диэлектрические свойства теста, на основании последовательности показаний датчика, обеспечиваемых диэлектрическим датчиком 120, например, посредством усреднения диэлектрических свойств, получаемых на основании каждого показания датчика. Это, например, обеспечивает то, что при замешивании теста с использованием смешивающего средства 114, диэлектрический датчик 120 находится в контакте с разными участками теста, которые могут иметь разные локальные составы, так что усреднение диэлектрических свойств разных участков теста обеспечивает то, что снимаются средние свойства теста, а не локализованное свойство теста, которое может неточно отражать среднее содержание влаги в тесте. В одном варианте осуществления смешивающее средство 114 не установлено в кухонном приборе 100, а является смешивающим средством для ручного использования, например, перемешивающей ложкой, палочками и т.п., причем диэлектрический датчик 120 беспроводным способом соединен с системой 130 обработки.
Следует отметить, во избежание сомнений, что другие подходящие местоположения диэлектрического датчика 120 будут сразу понятны специалистам в области техники. Также следует подчеркнуть, что хотя фиг. 3 и фиг. 4 схематично показывают разные местоположения датчика для кухонного прибора 100, имеющего автоматическое средство управления добавлением воды через впуск 140 воды, конечно, равным образом возможно размещение диэлектрического датчика 120 в этих местоположениях для кухонного прибора 100 с фиг. 1, т.е. кухонного прибора, основанного на ручном средстве управления водой, посредством выдачи инструкций по добавлению воды на дисплее 105, как объяснено выше.
В одном варианте осуществления система 130 обработки использует прогнозирующую модель для получения начального содержания влаги в муке или основанном на муке пищевом продукте. Эта прогнозирующая модель может быть предварительно запрограммирована в кухонном приборе 100, например, может храниться в устройстве хранения данных, таком как энергонезависимая память и т.п., которое является доступным для системы 130 обработки. Альтернативно, система 130 обработки может быть выполнена с возможностью генерации прогнозирующей модели в режиме обучения кухонного прибора 100, например, посредством размещения муки или основанного на муке пищевого продукта с известным содержанием влаги в отделении 110 и калибровки системы 130 обработки посредством коррелирования определенного диэлектрического свойства с известным содержанием влаги. Это может быть обеспечено любым подходящим способом, например, посредством программирования пользователем известного содержания влаги в кухонном приборе 100 через любой подходящий пользовательский интерфейс, и посредством сохранения системой 130 обработки определенной корреляции в устройстве хранения данных для будущей ссылки. Другие подходящие способы калибровки будут понятны специалистам в области техники.
11
11
Фиг. 6 показывает зависимость между S (ось y) и содержанием влаги в муке (ось x). Как можно увидеть, существует более или менее линейная зависимость между отношением S и начальным содержанием влаги в муке, так что прогнозирующая модель может быть получена на основании линейной регрессии некоторого количества образцов муки, имеющих известное содержание влаги.
В одном варианте осуществления кухонный прибор 100 может хранить определяемые пользователем настройки содержания влаги в муке или основанном на муке продукте в устройстве хранения данных, таком как энергонезависимая память и т.п., для осуществления доступа системой 130 обработки. Например, пользователь может определить целевое содержание влаги в муке или основанном на муке продукте, например, с использованием любого подходящего пользовательского интерфейса кухонного прибора 100, например, для обеспечения приготовления пищевого продукта, имеющего требуемую текстуру или вкусовые ощущения. Например, хорошо известно, что вкусовые ощущения лапши связаны с содержанием воды в мучном продукте, используемом для приготовления лапши. Система 130 обработки может генерировать управляющий сигнал для дисплея 105 или впуска 140 воды на основе различия между фактическим содержанием влаги в муке или основанном на муке продукте и определяемым пользователем целевым содержанием влаги, хранимым в устройстве хранения данных. Альтернативно, целевое содержание влаги может быть заранее определенным, например, может быть значением по умолчанию, хранимым в кухонном приборе 100.
В одном варианте осуществления система 130 обработки не определяет точное содержание влаги в основанном на муке пищевом продукте, таком как тесто, а вместо этого определяет тенденцию в диэлектрическом свойстве основанного на муке пищевого продукте в результате добавления воды в основанный на муке пищевой продукт. Это основано на понимании того, что не обязательно знать точное содержание влаги для определения того, имеет ли основанный на муке пищевой продукт, такой как тесто, оптимальную влажность, или сколько воды следует добавить.
11
11
1
11
Было обнаружено, что отношение S демонстрирует экспоненциальное затухание при добавлении воды в тесто, как показано на фиг. 7, которая показывает значение S как функцию содержания влаги в тесте. Область ΔS перехода может быть использована для определения того, когда тесто будет иметь правильное содержание влаги. Кроме того, дисперсия S, измеренная при том же самом содержании влаги, также уменьшается экспоненциально после достижения максимального значения, как показано на фиг. 8, и также может быть использована в качестве индикатора оптимального значения влажности в основанном на муке продукте, таком как тесто. Например, следующий протокол может быть реализован системой 130 обработки:
На первом этапе система 130 обработки генерирует управляющий сигнал, указывающий на начальное количество воды, подлежащее добавлению в отделение 110, например, для управления впуском 140 воды или для генерации инструкций по добавлению воды на дисплее 105, как объяснено выше. Затем начальное количество воды добавляют в муку для запуска замешивания с использованием смешивающего средства 114 для приготовления основанного на муке продукта. Начальное количество воды вычисляют на основе веса муки, и оно является гораздо меньшим, чем общее количество воды, которое обычно добавляют в муку для приготовления основанного на муке продукта с оптимальным содержанием влаги. Вес муки может быть задан пользователем, например, с использованием пользовательского интерфейса для задания веса, или, вместо этого, кухонный прибор 100 может включать в себя датчик веса (не показан) для определения веса муки, добавляемой в отделение 110.
11
11
11
11
11
11
10
На следующем этапе тесто замешивают в течение фиксированного периода времени, в течение которого S периодически определяют логарифмически (т.е. с использованием формулы 20*log(|S|), в дБ. Это будет называться ниже просто S, если не будет указано иное. Среднее значение S(n) и значение δS(n) дисперсии определяют затем на основании n периодических измерений S.
11
В одном подходе затем может быть определено, является ли r(S) меньшим заранее определенного порога, согласно уравнению (1), что указывает на то, что тесто является готовым для приготовления.
11
11
11
11
r(S)= ((S(n)-S(n-1))/(S(n)), где n=2,3,4,…. (1)
В альтернативном подходе затем может быть определено, является ли значение дисперсии меньшим заранее определенного порогового значения С, согласно уравнению (2),
11
11
max
(δS(m))/(δS) < C (2)
11
11
max
что указывает на то, что тесто является готовым для приготовления. В этом уравнении δS является максимальной определенной дисперсией δS(m) во время m-го из n периодических измерений.
11
В обоих подходах посредством регистрации тенденций в значениях S и его дисперсии на основании этих тенденций может быть зарегистрирован момент времени во время процесса замешивания, когда достаточное количество воды будет добавлено в муку для приготовления теста с правильной консистенцией, таким образом, отпадает необходимость в определении точного содержания влаги в тесте.
Диэлектрическое свойство муки или основанного на муке продукта, определенное системой 130 обработки, может быть дополнительно использовано для управления процессом приготовления пищевого продукта из муки или основанного на муке продукта, например, процессом зажаривания или выпекания, в котором пищевой продукт готовят посредством воздействия теплом на муку или основанный на муке продукт. Фиг. 5 схематично показывает кухонный прибор 100 для такого приготовления пищи. В отличие от кухонного прибора 100, показанного на фиг. 4, кухонный прибор 100 на фиг. 5 дополнительно содержит нагревательный элемент 150, который здесь расположен в дне 112 отделения 110 только в качестве неограничивающего примера, под управлением системы 130 обработки. Система 130 обработки выполнена с возможностью генерации дополнительного управляющего сигнала для управления величиной энергии, подаваемой на нагревательный элемент 150, как функции определенного количества воды, связанной с мукой или основанным на муке продуктом, которое может быть получено на основании измеренного диэлектрического свойства, как будет объяснено ниже. Хотя это и не показано, кухонный прибор 100 может дополнительно содержать датчик температуры, соединенный с возможностью связи с системой 130 обработки для управления нагревательным элементом 150 в ответ на температуру, воспринимаемую датчиком температуры, т.е. температуру муки или основанного на муке продукта во время приготовления пищевого продукта.
11
Нагревательный элемент 150, например, может быть использован для управления клейстеризацией лапши или макаронных изделий во время процесса приготовления на основе данных датчика, обеспечиваемых диэлектрическим датчиком 120 для системы 130 обработки. Мотивировку этого можно понять следующим образом. Крахмал является углеводом, состоящим из большого числа глюкозных остатков, соединенных гликозидными связями. Он является наиболее распространенным углеводом в человеческом рационе питания и служит в качестве основного источника энергии. Сырой крахмал переваривается плохо. Полностью клейстеризованный (приготовленный) крахмал переваривается легче. Клейстеризация крахмала является процессом, который разрывает межмолекулярные связи молекул крахмала при наличии воды и тепла, что позволяет участкам, способным к образованию водородных связей, сцепляться с большим числом молекул воды. Таким образом, во время процесса клейстеризации, свободные молекулы воды связываются с этими участками, способными к образованию водородных связей, что вызывает изменения в диэлектрических свойствах крахмалосодержащего пищевого продукта, сравнимые с тенденцией, показанной на фиг. 7, т.е. экспоненциальным затуханием S с увеличенной клейстеризацией пищевого продукта, когда температура в кухонном приборе 100 стабилизируется выше температуры клейстеризации пищевого продукта.
Это поведение может быть использовано кухонным прибором 100 для управления степенью клейстеризации пищевого продукта следующим образом в качестве неограничивающего примера работы.
На первом этапе, пищевой продукт с высоким содержанием крахмала нагревают с использованием нагревательного элемента 150 согласно предварительно заданной кривой температуры. Когда температура приближается к температуре клейстеризации, например, контролируемой датчиком температуры, энергия нагревательного элемента 150 должна быть максимизирована так, чтобы температура быстро превысила температуру клейстеризации. Это обеспечивает то, что клейстеризация пищевого продукта во время процесса нагревания будет пренебрежимо малой.
11
На следующем этапе температуру стабилизируется на некотором значении выше температуры клейстеризации соответствующим средством управления нагревательного элемента 150, и периодически записывается диэлектрическое свойство S, например, логарифмически, как объяснено выше.
После сбора достаточного количества точек замера может быть сгенерирована экспоненциальная кривая, построенная по точкам, для предсказания тенденции клейстеризации, с использованием уравнения (3):
11
-Bt
S=Ae+C (3)
a
11
a
где t является временем, и A, B и C являются подгоняемыми параметрами (B>0). Предположим, что при t=t, S=S согласно этой формуле. Используем g для предсказания уровня клейстеризации согласно уравнению (4):
a
11
(t=0)
11
(t=∞)
a
g=S/((S |-S | )=S/A (4)
Параметр g обычно имеет целевое значение, указывающее на требуемую степень клейстеризации пищевого продукта. Построение по точкам с использованием данных измерений и предсказание уровня клейстеризации могут повторяться до тех пор, пока g не достигнет этого целевого значения, после чего процесс приготовления пищи может быть прекращен, поскольку пищевой продукт достигнет требуемого уровня клейстеризации.
Следует отметить, что хотя показано, что кухонный прибор 100 на фиг. 5 имеет впуск 150 воды для автоматического добавления воды в отделение 110, конечно, равным образом возможно, что кухонный прибор 100 содержит дисплей 105 для генерации инструкций для пользователя для ручного добавления воды, как объяснено выше. Следует дополнительно подчеркнуть, что диэлектрический датчик 120 показан в смешивающем средстве 114 только в качестве неограничивающего примера; диэлектрический датчик 120 может быть в любом подходящем местоположении внутри кухонного прибора 100, как объяснено выше.
Подтверждение концепции нескольких аспектов настоящего изобретения будет теперь продемонстрировано следующими примерами. Эти примеры приведены только в целях иллюстрации и не должны толковаться как ограничение объема настоящего изобретения.
Пример 1 - определение начальной влажности в муке.
Образцы муки были получены от местного поставщика и хранились при комнатной температуре (около 21°C). Начальную влажность каждого образца муки измеряли с использованием анализатора влажности (Halogen HR83), и определили, что она равна 13,02 мас.% от общего веса муки. В каждый образец добавили 1 мас.% воды с использованием увлажнителя. Это проделали три раза, после чего 5 мас.% воды добавили к образцам муки.
11
Диэлектрические свойства образцов муки измеряли при разных частотах с использованием диэлектрической воспринимающей системы поверх образцов муки. В качестве диэлектрического датчика использовали коаксиальный зонд с открытым концом, состоящий из коаксиальной линии с вилочной частью SMA-соединителя (малого типа А) и паяного панельного SMA-гнезда с фланцем (RS Components Ltd.). Зонд удерживался неподвижно и удерживался в тесном контакте с образцами муки. Векторный сетевой анализатор (VNA, Agilent E5071C) использовали в качестве генератора и приемника сигналов. S измеряли перед каждым добавлением воды в образцы муки и после него.
11
11
11
Результаты показаны на фиг. 9, которая показывает абсолютное значение S (дБ) как функцию разных содержаний влаги при зондировании при разных радиочастотах. Из отсутствия зависимости при низких частотах (1.00E+08) можно сделать вывод о том, что взаимодействия диполей молекул воды являются преобладающим диэлектрическим механизмом, поскольку ионная проводимость, которая обычно обнаруживается на нижнем конце радиочастотного спектра, является пренебрежимо малой при низком содержании влаги, присутствующим в муке. Также очевидно, что кривая S изменяется с изменением содержания влаги в муке, таким образом, ясно демонстрируется, что именно поведение S коррелирует с содержанием воды.
11
11
11
2
Фиг. 10 показывает изменения в S (ось y), измеренные с использованием частоты зондирования, равной 2,45 ГГц, как функцию изменений содержания влаги (в массовых процентах, ось x), индуцированных введенной влагой. Ясно продемонстрирована линейная корреляция между S и содержанием влаги (среднеквадратическое отклонение R=0.97), и дополнительно показано, что изменения в S являются достаточно выраженными для обеспечения регистрации изменения по весу на 1% в содержании влаги в муке. Чувствительность кухонного прибора 100 может быть улучшена посредством оптимизации частоты зонда, например посредством использования более высокой частоты, посредством оптимизации конструкции зонда (например, с использованием большего фланца и т.д.).
Пример 2 - восприятие управление содержанием влаги в тесте.
11
11
Образцы муки получили от местного поставщика и хранили при комнатной температуре (около 21°C). Устройство приготовления теста фирмы Murenking использовали для перемешивания и замешивания теста. Сначала, в муку добавили 30 мас.% воды и перемешивали в течение 5 минут, и провели 8 измерений S со стандартными интервалами с использованием системы диэлектрического датчика, описанной в примере 1, для получения указания на среднее содержание влаги в тесте. Затем, добавили 2 мас.% воды и перемешивали в течение 3 минут каждый раз, и провели 8 измерений S со стандартными интервалами для целей, приведенных выше. Это повторяли 4 раза.
11
11
11
11
Фиг. 11 показывает усредненные логарифмические спектры S. Когда содержание влаги в тесте увеличивается, значение S падает соответствующим образом. Фиг. 12 показывает S, определенное при частоте зондирования, равной 5,8 ГГц, как функцию влажности теста, т.е. процент воды во всей смеси для теста по весу. Можно увидеть, что изменения в S являются достаточно выраженными для регистрации изменения в 1% в содержании влаги в тесте.
2
11
11
Кривая экспоненциального затухания может быть построена по точкам с высокой точностью (R=0.99997) для изменения в S в зависимости от влажности теста. r(S), задаваемое уравнением (1), приведено в таблице 1, где n является n-ым добавлением 2 мас.% воды в смесь для теста.
Таблица 1
n
2
3
4
5
r(S<sub>11</sub>)
14,9%
4,7%
1,6%
0,5%
11
11
Когда n=4, было обнаружено, что тесто имеет хорошую консистенцию, в то время как когда n=3, оно является сухим, и когда n=5, оно является слишком влажным. При применении в кухонном приборе 100, порог для r(S), например, 2-3%, может быть установлен так, чтобы, когда r(S) достигнет значения ниже порога, влажность теста была оптимизированной, и тесто было готовым для дополнительной обработки, например, для процесса приготовления пищи, такого как зажаривание или выпекание.
11
11
11
11
11
max
max
Значения нормированной дисперсии (δS(m))/(δS) приведены в таблице 2, где δS(m) является дисперсией для m, и δS является максимальным значением δS, как объяснено более подробно с помощью уравнения (2).
Таблица 2
m
1
2
3
4
5
δS<sub>11</sub>(m)
0,0653
0,1336
0,0462
0,0096
0,0027
δS<sub>11</sub><sup>max</sup>
0,0653
0,1336
0,1336
0,1336
0,1336
(δS<sub>11</sub>(m))/(δS<sub>11</sub><sup>max</sup>)
100%
100%
34,58%
7,19%
2,02%
11
11
11
11
11
11
max
max
Продемонстрировано, что равным образом можно установить пороговое значение для (δS(m))/(δS), например, 10%, таким образом, чтобы, когда (δS(m))/(δS) упадет ниже этого заранее определенного порога, содержание влаги в тесте было оптимизированным, и тесто было готовым для дополнительной обработки, например, для зажаривания или выпекания. Следует отметить, что на начальных этапах, дисперсия δS(1) является фактически меньшей, чем δS(2). Это так, поскольку только малое количество воды добавляли в относительно сухое тесто, что приводило к относительно малой начальной дисперсии.
Пример 3 - управление клейстеризацией в пище с высоким содержанием крахмала.
Образцы муки получили от местного поставщика и смешали с водой в соотношении 2:1 по весу для формирования влажного теста. Диэлектрический датчик, подробно описанный в примере 1, использовали для диэлектрических измерений. РЧ-зонд и тепловой зонд вставили в тесто для контроля диэлектрических свойств и температуры. Тесто покрыли пластиком для поддержания довольно постоянного соотношения мука-вода.
11
11
Записывали как амплитуду, так и фазу S, указывающие на изменение диэлектрических свойств из-за температуры или клейстеризации. Поскольку диэлектрические свойства теста являются функцией температуры, водяную баню использовали для управления кривой нагревания теста. Температуру доводили до 55°C (ниже температуры клейстеризации) и поддерживали постоянной в течение ~25 минут, и после этого температуру увеличивали до 75°C (выше температуры клейстеризации) и поддерживали постоянной в течение еще ~25 минут. Фиг. 13 показывает температуру (верхняя панель), S (вторая панель сверху), диэлектрическую проницаемость (вторая панель снизу) и коэффициент потерь (нижняя панель) при частоте зондирования, равной 915 МГц, как функцию времени. Заштрихованные области указывают на периоды времени, в течение которых температуру поддерживали постоянной.
11
Фиг. 13 ясно демонстрирует, что когда температуру поддерживали около 50°C, S11, диэлектрическая проницаемость и коэффициент потерь оставались, главным образом, постоянными, тогда как после повышения температуры и поддержания ее равной ~75°C, S11, диэлектрическая проницаемость и коэффициент потерь все изменялись с течением времени, даже когда тесто поддерживали при постоянной температуре (выше температуры клейстеризации теста). Таким образом, это демонстрирует, что клейстеризация крахмала вызывает диэлектрические изменения в тесте, которые в том числе могут контролироваться с использованием отношения S.
11
Фиг. 14 показывает блок-схему последовательности операций способа 200 согласно одному варианту осуществления. Способ 200 может быть предназначен для управления процессом приготовления основанной на мучном продукте пищи, как объяснено более подробно выше. Способ 200 может начаться на этапе 210 с включения кухонного прибора 100 и заполнения отделения 110 мукой или основанным на муке продуктом, таким как тесто. Способ 200 затем приступает к этапу 220, на котором измеряют диэлектрическое свойство муки или основанного на муке продукта во время процесса приготовления пищевого продукта, например, процесса замешивания, процесса зажаривания или процесса выпекания и т.п. В одном варианте осуществления диэлектрическое свойство является отношением S, как объяснено выше. Диэлектрический датчик 120, как объяснено выше, может быть использован для этого измерения.
Таким образом, полученное диэлектрическое свойство используют на этапе 230 для определения начального содержания влаги в муке или мучном продукте на основании измеренного диэлектрического свойства, например, с использованием любого из вышеупомянутых уравнений. Этот этап может быть выполнен ступенью 130 обработки. Таким образом, определенное начальное содержание влаги используют для генерации управляющего сигнала для добавления воды в муку или мучной продукт, как функции упомянутого определенного содержания влаги, например, посредством вычисления различия между определенным содержанием влаги и целевым содержанием влаги и генерации управляющего сигнала на основе этого вычисленного различия, или посредством контроля тенденций в определенном содержании влаги (например, непрямо через тенденции в контролируемом диэлектрическом свойстве) и генерации управляющего сигнала, до тех пор, пока эти тенденции не продемонстрируют заранее определенную характеристику, указывающую на то, что мука или мучной продукт достигли требуемого содержания влаги, как объяснено более подробно выше. Управляющий сигнал может быть использован для управления дисплеем 105 для отображения инструкций по добавлению воды для ручного добавления воды, или может управлять впуском 140 воды для автоматического добавления воды, как объяснено выше. На этапе 250 проверяют, достаточное ли количество воды было добавлено в муку или мучной продукт; если это не так, то способ 200 возвращается назад к этапу 220, иначе способ 200 завершается на этапе 260.
В одном варианте осуществления способ 200 может дополнительно содержать необязательные этапы определения количества воды, связанной с мучным продуктом, например, на этапе 230; и генерации дополнительного управляющего сигнала для управления величиной энергии, подаваемой на нагревательный блок, как функции определенного количества связанной воды, например, на этапе 240, причем на дополнительном этапе, таком как этап 250, может быть проверено, завершено ли зажаривание или выпекание крахмалосодержащего мучного продукта, на основе его степени клейстеризации, которая может быть получена на основании количества воды, связанной с мучным продуктом, как объяснено более подробно выше. Другие изменения и дополнения способа 200 на основе приведенного выше подробного описания различных вариантов осуществления кухонного прибора 100 и примеров, демонстрирующих подтверждение концепции, будут сразу понятны специалистам в данной области техники.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают настоящее изобретение, и что специалисты в области техники могут разработать многие альтернативные варианты осуществления, не выходя за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, никакие ссылочные позиции, помещенные в скобки, на должны толковаться как ограничение формулы изобретения. Слово «содержащий» не исключает наличия элементов или этапов, отличных от элементов или этапов, приведенных в формуле изобретения. Элемент в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Настоящее изобретение может быть реализовано посредством аппаратного средства, содержащего несколько отдельных элементов. В пункте формулы изобретения на устройство, в котором перечислено несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом аппаратного средства. Тот факт, что некоторые меры приведены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимущества.