Сосуд для размещения пищевых продуктов при их микроволновом нагреве - RU2018250C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к сосудам, способным воспринимать микроволновое излучение, и в частности к сосудам, способным воспринимать микроволновое излучение с элементами системы управления, обладающими отражательными и поглотительными свойствами для осуществления нагрева продуктов питания с приданием им хрустящих свойств.

Непроводящие материалы, такие как бумага, пластмассы и стекло, являются практически прозрачными для микроволнового излучения, поскольку они ни отражают, ни поглощают микроволновое излучение. Хотя сосуды для некоторых продуктов питания из этих "прозрачных" материалов пригодны при нагреве продуктов питания, поверхности пищевых продуктов, подвергнутые нагреву в микроволновой печи, имеют склонность к отсырению за счет конденсации паров воды на их поверхности. Это представляет собой проблему для пищевых продуктов, которые желательно употреблять в пищу хрустящими, таких как жареные цыплята, картофель, жареный по-французски, пицца и т.п. В результате в качестве чувствительных элементов, например пленок из проводящего материала, предназначенных для поглощения энергии микроволнового излучения, были разработаны металлизированные полиэфирные пленки для нагрева продуктов питания, соприкасаемых с участком металлизированной пленки за счет проводимости и излучения. Металлизированная область в связи с ее низкой теплоемкостью быстро нагревается и передает тепло для поджаривания и придания хрустящих или рассыпчатых свойств. Таким образом, чувствительные элементы способствуют нагреву поверхности пищевых продуктов с целью предотвращения конденсации паров воды и пропитывания водой поверхности пищевых продуктов.

Известны тонкие покрытия из алюминия на полиэфирной пленке, которые используют в качестве таких чувствительных элементов благодаря адгезионному наслоению на бумагу или картон. Однако алюминий со временем окисляется, теряя свою проводимость, и продолжает поглощать энергию микроволнового излучения. Это создает возможность перегрева. Регулирование количества металла, наносимого на полиэфир, также является затруднительным. Адгезионное наслоение может выдвигать проблемы, связанные с удалением газа из связующего в процессе нагревания, которое приводит к возникновению запахов и нежелательных вкусовых ощущений.

Целью изобретения является создание пленок, чувствительных к микроволновому излучению, которые поглощают и отражают его на органические основания и которые при нормальном нагревании за счет микроволнового излучения все же сохраняют температуру, меньшую по сравнению с органическим основанием.

Для этого сосуд для нагревания микроволновым излучением пищевых продуктов содержит основание с нанесенным на него пленкой из нитрида титана на по меньшей мере части основания. Основание является практически прозрачным для микроволнового излучения, в то время как пленка способна поглощать энергию микроволнового излучения и нагреваться и передавать тепло пищевым продуктам при их соприкосновении с пленкой. Предпочтительным основанием является кристаллизованный полиэтилентерефталат, температура плавления которого составляет приблизительно 198-218^оС. Благодаря пленкам из нитрида титана сосуды можно нагревать в обычных печах микроволнового излучения, таких, например, которые имеют побочную мощность около 1600 Вт при 2450 МГц, для нагревания пищевых продуктов с приданием им хрустящих свойств, не вызывающего все же плавления поддона.

На чертеже представлен предлагаемый сосуд.

Сосуды содержат основание, которое является по существу прозрачным для микроволнового излучения и имеет определяемую температуру плавления или обжига. Например, основания, полученные из кристаллизованного полиэтилентерефталата (КПЭТ), имеют температуру плавления или подвулканизации между 198-218^оС, в то время как композитные основания на основе картона и пластмасс/бумаги обычно обладают термостойкостью вплоть до 205^оС. Такие пластмассовые бумажные и композитные основания пригодны для использования в качестве оснований, хотя КПЭТ является наиболее предпочтительным из-за привлекательного, внешнего вида. Кроме того, пригодно широкое применение относительно термостойких, но органических оснований.

Сосуд 1, полезный для нагревания пищевых продуктов микроволновым излучением, содержит основание 2 с пленкой 3 из нитрида титана на по меньшей мере части основания 2. Основание может быть выполнено в виде поддона с первой полостью 4 для приема пищевых продуктов и второй полостью 5 для приема пищевых продуктов. Пленка 3 может быть приклеена к днищу 6 полости 4, в результате при укладывании продуктов в полость 4 пленка 3 поглощает энергию микроволнового излучения, нагревается и передает тепло продуктам.

Днище 6 может быть плоским или оно может быть выполнено в виде различных конфигураций, таких как, например, рифления, для облегчения отделения жидкости от продуктов питания при их приготовлении, для декоративных целей или т.п. При желании пленка 3 может быть дополнительно нанесена на стенку 7 полости 4 для приема пищевых продуктов.

Пленка 3 будет довольно тонкой, толщиной предпочтительно порядка 75-400

Пленку из нитрида титана предпочтительно осаждают на выбранное основание при помощи процесса магнетронного напыления, при котором титановую мишень металлизируют распылением в атмосфере, включающей по меньшей мере некоторое количество газообразного азота. Металлизация распылением представляет собой широко известную технологию формования слоя материала на основании. Химически активна металлизация напылением представляет собой такое напыление, при котором один компонент распыляют в присутствии газа другого компонента. Когда распыляемый при металлизации материал представляет собой электрический проводник, используют потенциал постоянного тока. Когда распыляемый материал представляет собой изоляционный материал для ограничения наращивания поверхностных зарядов на изоляционном материале и являющегося результатом падения ускоряющего напряжения предпочтительно использовать высокочастотный потенциал. Скорость напыления может быть значительно увеличена путем ограничения плазмы в зоне, примыкающей к мишени. Такое ограничение интенсифицирует плазму и увеличивает вероятность столкновений между атомами и электронами газа и вероятность того, что полученные таким путем ионы будут бомбардировать катод. Благодаря использованию магнитного поля плазму можно ограничить зоной, которая лишь незначительно отделена от катода. Одним таким устройством является планарный катод магнетронной металлизации распылением.

Стехиометрия пленок из нитрида титана, предусмотренных настоящим изобретением, может различаться. Таким образом, пленки можно представить как TiN_x, где х - значение между приблизительно 0,8 и приблизительно 1,3. Например, титановую мишень подвергают металлизации распылением в присутствии газа, который весь состоит из азота, тогда х превышает 1, обычно составляет величину порядка 1,1-1,3. Там, где титановую мишень подвергают металлизации распылением газовой смеси с пониженным количеством азота, например с целью включения инертного газа и азота х обычно составляет менее 1. С помощью, например, газовой смеси, которая содержит 70 мас.% аргона и 30 мас.% азота, х - приблизительно 0,8.

Пленки, предусмотренные изобретением, предпочтительно имеют электрическое сопротивление листа в диапазоне от приблизительно 40 до приблизительно 1000 Ом/площадь и более, предпочтительно от приблизительно 200 до приблизительно 900 Ом/площадь, наиболее предпочтительно (для основания из КПЭТ) в интервале приблизительно 500-800 Ом/площадь.

В табл. 1 иллюстрируются данные, полученные на основании пленок из нитрида титана на поверхностях КПЭТ с изменяющимися толщинами пленки. Все использованные мишени были изготовлены из титана.

Данные в отношении конечной температуры из табл. 1, были получены после выдерживания в течение 6 мин предлагаемых сосудов в микроволновой печи мощностью 1600 Вт, отрегулированной при частоте 2450 МГц. Поглощение микроволнового излучения было определено при частоте 2450 МГц и побочной мощности 0,1 мВт. Данные из табл. 1 демонстрируют то, что аналогичные удельные сопротивления, поглощенная мощность и окончательные температуры, поглощенная мощность и конечные температуры можно получить с изменяющимися толщинами пленок и различными газовыми смесями в ходе процесса осаждения с целью изменения стехиометрии.

Зависимость между удельным сопротивлением листа, поглощенной мощностью, переданной энергией и отраженной энергией иллюстрируется данными табл. 2, которые были составлены по пленкам нитрида титана на гладкой поверхности стекла.

Для той же самой стехиометрии пленки более низкие удельные сопротивления пленки свидетельствуют о более толстых пленках, в то время как более высокие удельные сопротивления листа указывают на более тонкие пленки. Как можно увидеть из данных табл. 2, можно иметь сравнимое поглощение при различных толщинах пленки, как видно по значениям 340 и 570 Ом/пл. В то время как данные табл. 2 относятся к пленкам, нанесенным на гладкие поверхности стекла, аналогичные результаты и зависимости получают и при основаниях, предусмотренных изобретением.

Пленки нитрида титана по предлагаемому изобретения долговечны и обеспечивают быстрое, равномерное нагревание. В табл. 3 иллюстрируются данные, иллюстрирующие нагрев пленки как функцию времени от нагревания микроволновым излучением. Полученное тепло было измерено с использованием инфракрасной термографии.

Данные табл. 3 свидетельствуют о том, что пленки могут достигать температуры приблизительно 150-160^оС в течение 20 с и практически равномерно поддерживать эту температуру. Основания для табл. 3 были изготовлены в виде КПЭТ поддонов. Для сравнения КПЭТ поддоны были покрыты нержавеющей сталью. Поддоны, покрытые нержавеющей сталью, после нагревания в течение 2 мин достигли температуры лишь около 85^оС.

В том случае, когда сосуды, предусмотренные настоящим изобретением, образуют одну полость для приема продуктов питания с предлагаемой пленкой и другую полость, которая практически прозрачна для микроволнового излучения, полость, прозрачную для микроволнового излучения, в процессе осаждения пленки необходимо маскировать.

Были изготовлены сосуды с двумя полостями, когда одна полость была покрыта нитридом титана, а другая полость была предохранена путем установки в непокрытую полость соответствующего КПЭТ компонента. Благодаря этому методу маскировки были нанесены равномерные слои и нанесение можно было повторять. Сосуды, предусмотренные настоящим изобретением, были затем испытаны путем установки их на лист стекла толщиной 3 мм в печь микроволнового излучения и были выдержаны в ней в течение 45 с при высокой мощности. Сосуды были подвергнуты измерениям на стороне, примыкающей к непокрытой полости как можно ближе к основанию. Данные табл. 4 иллюстрируют температуры после прохождения 45 с, толщины пленки и электрические сопротивления листа. У сосудов наблюдалось некоторое доказательство расплавления на верхнем краю или кромке полостей. Это незначительное расплавление кромки может быть ограничено путем маскировки верхней кромки сосудов в процессе осаждения.

П р и м е р. В примере конкретно описывается изготовление сосудов предпочтительного воплощения. Вакуумной установкой, использованной для осаждения нитрида титана на поддоны из КПЭТ, служила установка серии G (G-6) Эйрко Коатинг Текнолоджи с двумя зонами осаждения, в каждой из которых имеется два планарных магнетронных катода. Одно-торцовая установка содержит механически откачиваемый входной и выходной затвор через который можно создать вакуум до 50 мкм. За ним следовали зоны осаждения, в которых при помощи диффузионных насосов может быть создан вакуум в пределах 1×10^-6 торр. В целях осаждения зоны осаждения могут быть заполнены вплоть до значения 1×10^-3 торр инертными или реакционно-способными газами. Осаждение происходит за счет перемещения основания под катодом взад и вперед до достижения необходимой толщины пленки. В машине для нанесения покрытий используются катоды Эйрко Коатинг Текнолоджи НРС-3000, способные наносить равномерное покрытие на максимальный размер основания 40^l × 60^l (1002 × 1503 мм).

В одной зоне нанесения покрытия были использованы две титановые мишени. Титан был нанесен методом металлизации распылением в 100%-ом азоте с использованием системы регулирования расхода газа МКS для регулирования расхода N₂ при 888 н.куб.см для давления металлизации распылением порядка 1,5 × 10^-3 торр. Два титановых катода были подключены при постоянной мощности 20 КВт каждый. Скорость конвейерной линии составляла 200 (5,1 м) в минуту. Покрытие было нанесено за два прохода под катодом. Каждый пробег осаждения осуществляли с пятью поддонами на 2' x 3' стеклянном носителе. Поддон поместили в каждом углу и один в середине. Два из этих поддонов были использованы в качестве опытных образцов со стеклянным предметным стеклом микроскопа, помещенным в поддон. Предметное стекло было использовано для измерения толщины пленки и электрического сопротивления листа.

В поддонах имелись две полости для размещения продуктов питания. Одна из полостей была предназначена для пищевых продуктов, которые не требуется готовить с приданием им хрустящих свойств, таких как различные овощи. Вторая полость для размещения продуктов питания была гофрированной и покрыта пленкой из нитрида титана по гофрированному основанию и вдоль ограничивающей его стенки. Одна полость, предназначенная для овощей, была предохранена путем установки еще одного поддона для овощей из КПЭТ.

Как можно видеть по данным табл. 5, сосуды, покрытые в течение каждого пробега, продемонстрировали исключительную однородность электрического сопротивления листа, а сравнение между пробегами демонстрирует хорошую воспроизводимость.

Хотя настоящее изобретение описано с ссылкой на конкретные примеры, специалистами в данной области техники могут быть легко внесены различные модификации и изменения.

Реферат

Использование: пищевая промышленность, в частности обработка продуктов микроволновым излучением. Сущность изобретения: сосуд, пригодный при нагревании пищевых продуктов микроволновым излучением, содержит основание с пленкой из нитрида титана на по меньшей мере части основания. Основание является прозрачным для микроволнового излучения за исключением того места, где оно покрыто пленкой из нитрида титана. Эта пленка способна поглощать энергию микроволнового излучения. Пленка таким образом нагревается и передает тепло пищевым продуктам при их соприкосновении с ней. Эта передача тепла обеспечивает нагревание пищевых продуктов, таких как жареные цыплята, картофель, жареный по - французски, и т.п., с приданием им хрустящих свойств. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл.

Формула

1. СОСУД ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ПРИ ИХ МИКРОВОЛНОВОМ НАГРЕВЕ, выполненный из материала, прозрачного для микроволнового излучения, с температурой плавления и пригорания, определяемой температурой обработки продуктов, и размещенной по меньшей мере на части сосуда пленки, выполненной из материала, поглощающего микроволновую энергию, нагреваемого последним и передающем тепло пищевому продукту, отличающийся тем, что, с целью сохранения вкусовых качеств пищевого продукта, пленка выполнена из нитрида титана.

2. Сосуд по п.1, отличающийся тем, что пленка обладает электрическим сопротивлением 4,3-10,8 Om/□ .

3. Сосуд по п. 1 или 2, отличающийся тем, что имеет форму поддона, ограничивающего полость для размещения продуктов питания, при этом пленка из нитрида титана обладает сопротивлением 21,5-96,7 Om/□ .

4. Сосуд по п.3, отличающийся тем, что поддон выполнен с возможностью образования первой и второй полостей для размещения продуктов, при этом пленка размещена в первой полости, а вторая полость прозрачна для микроволнового излучения.

5. Сосуд по п.1 или 3, отличающийся тем, что основание или стенки полостей для размещения продуктов выполнены из кристаллизованного полиэтилентерефталата.

6. Сосуд по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что пленка состоит из TiN_x, где x = 0,8 ... 1,3.

7. Сосуд по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что толщина пленки примерно 75 - 400

.