Водяное парогенерирующее устройство для разогревания пищевых продуктов в микроволновой печи - RU2255029C2

Описание

Настоящее изобретение касается парогенерирующего устройства, предназначенного, в частности, для установки в упаковку для разогревания или приготовления пищевых продуктов, в частности, при помощи микроволн.

С момента своего появления на рынке микроволновые печи высоко ценятся потребителями, и такая печь имеется сейчас практически в каждой семье.

Основным преимуществом микроволновых печей является то, что они обеспечивают быстрое приготовление или разогревание пищевых продуктов за счет того, что внутренние слои этих продуктов непосредственно воспринимают излучаемую электромагнитную энергию, и эта энергия становится доступной незамедлительно без предварительного повышения температуры в печи.

Вместе с тем управлять термическим профилем в нагреваемой микроволнами среде достаточно сложно, так как существует взаимодействие между тепловыми полями и электромагнитными полями, а также сказывается влияние камеры печи, помещенного в нее продукта и генератора микроволн; вследствие этого нагрев микроволнами на практике не может обеспечить качества приготовления, сравнимого с качеством приготовления в традиционной печи.

Действительно, в данном последнем типе печи повышение температуры происходит вследствие явлений инфракрасного излучения, теплопроводности и конвекции, и тепловая энергия, поглощаемая верхними слоями нагреваемого пищевого продукта, распространяется в направлении его внутренних слоев.

Как правило, такие тепловые переходы не могут происходить быстро (хотя и могут ускоряться в жидкостях благодаря наличию конвекционных потоков), и нагревание продуктов осуществляется медленно, но зато равномерно.

Что же касается микроволнового нагрева, то его быстрота приводит к термической гетерогенности вследствие неравномерного распределения энергии, рассеивающейся и абсорбирующей в нагреваемом продукте, которое не может быть компенсировано диффузией тепла во время разогревания.

Отсюда возникают два основных недостатка.

Первый из этих недостатков связан с тем, что источником тепла является сам пищевой продукт; вследствие этого нагревание этого продукта происходит более интенсивно в его внутренних слоях, чем на его поверхности, таким образом, что центральный участок продукта очень часто оказывается слишком горячим и высушенным.

Второй недостаток связан с тем, что неравномерное распределение электромагнитных волн приводит к образованию “горячих” точек и “холодных” точек, весьма изменчивое распределение которых зависит одновременно от самой печи (размеры камеры, конструкция и расположение излучающего элемента и т.д.) и от нагреваемого продукта (состав, температура, форма, объем, условия предварительного хранения, положение в печи и т.д.).

Нестабильность нагрева в микроволновой печи является также следствием явлений взаимного влияния между нагреваемым пищевым продуктом, полостью печи и генератором.

Действительно поглощаемая этим продуктом мощность зависит от нагрузки, которую представляет собой комплекс из самого продукта и камеры печи, который влияет на отражение волн в направлении генератора и на излучаемую последним мощность.

Вместе с тем, эта нагрузка меняется в течение нагревания и, вследствие поглощения мощности нагреваемым продуктом, не может быть фиксированной во время всего времени этого нагревания.

Кроме того, термодинамика микроволн отличается от классической термодинамики инверсией термического градиента в массе нагреваемого продукта, которая приводит к изменению направления перемещения воды; однако, поскольку печь нагревается именно пищевым продуктом, вода не может нормально испаряться, поэтому поверхность продукта остается все время влажной, тогда как его внутренняя часть высыхает. Для того чтобы устранить эти недостатки и повысить качество и эффективность нагревания микроволнами, специалисты попытались трансформировать значительную часть излучаемой электромагнитной энергии в тепловую энергию таким образом, чтобы не замедлить при этом скорость обработки.

Действительно, хорошо известно, что влажные продукты являются отличными конвекторами энергии благодаря высокому значению своей проницаемости.

Тем не менее, быстрое преобразование электромагнитной энергии в тепловую энергию внутри пищевого продукта, насыщенного водой, очень часто в силу испарения этой воды приводит к значительным изменениям и ухудшению его структуры, в частности к ухудшению его консистенции.

Чтобы получать водяной пар без ухудшения структуры нагреваемых пищевых продуктов, попытались поместить в камеру дополнительный объем воды, в частности стакан воды; действительно, содержащаяся в этом стакане вода может поглощать электромагнитные волны, излучаемые генератором, и преобразовывать их в пар, способный передавать полученную энергию в присутствующие в печи продукты.

Однако такой способ помещения в камере печи объема воды невозможно применять, когда пищевой продукт должен быть нагрет непосредственно в упаковочном контейнере, в котором он предлагается для продажи фирмой-изготовителем.

В настоящее время многие пищевые продукты продаются в упаковках для розничной продажи, выполняемых, в частности, по меньшей мере, частично из пластиковой пленки и предназначенных для непосредственного помещения в микроволновую печь, и потребители последнее время все чаще предпочитают продукты именно в такой упаковке.

Для решения этой проблемы уже предлагалось упаковывать пищевые продукты в полужесткие лотки, закрытые пластиковой пленкой и оснащенные двойным дном, ограничивающим камеру увлажнения, сообщающуюся с пищевыми продуктами через отверстия и содержащую пропитанный водой тампон.

Несмотря на неоспоримые преимущества, такая упаковка имеет целый ряд недостатков, в частности, связанных с присутствием пропитанного водой тампона, по следующим причинам:

- она не может соответствовать упаковке, полностью выполненной из мягкой пластиковой пленки, а должна быть обязательно выполнена в виде полужесткого лотка;

- лоток должен быть модифицирован для установки тампона (добавление двойного дна и установка тампона в ограниченной этим двойным дном камере увлажнения);

- тампон должен быть установлен в лоток во время изготовления последнего;

- тампон может поглощать только ограниченное количество воды.

Задачей настоящего изобретения является устранение этих недостатков путем разработки парогенерирующего устройства, которое может быть установлено в упаковке любого типа одновременно с предназначенными для горячей обработки пищевыми продуктами и выполнено с возможностью размещения в нем значительного количества воды, которое может быть восстановлено в виде водяного пара путем простого нагрева.

Это устройство отличается тем, что выполнено в виде унитарной упаковки, в частности, в виде пакета из, по меньшей мере, частично пористого паропроницаемого материала, содержащего гель, быстро поглощающий микроволны, при этом указанный гель содержит одну весовую часть гидроколлоида, соответствующую его сухой форме, по меньшей мере на 10 весовых частей воды.

Специалистам хорошо известно, и также указано в “Словаре по химии и химическим технологиям” С. и Р. Дювалей, что гель является вязкоупругой массой, получаемой из некоторых коллоидных суспензий.

В рамках настоящего описания под гидроколлоидом условно следует понимать сухую форму такого геля.

Таким образом, гидроколлоид обладает способностью фиксировать значительное количество воды в виде геля и восстанавливать ее в виде пара при нагревании, обеспечиваемом, в частности, микроволнами.

Согласно другому отличительному признаку настоящего изобретения вязкость этого геля, по меньшей мере, равна от 2 до 3 10^-1 Па·с.

Следует отметить, что образование геля происходит вследствие физической реакции, обеспечивающей удержание воды внутри трехмерной решетки, образованной молекулами гидроколлоида.

Вследствие этого вода теряет всякую свободу и оказывается заключенной и, если так можно выразиться, “закупоренной” в трехмерной решетке.

Это соответствует явлению, отличающемуся от простой абсорбции, при которой вода пропитывает тампон, выполняющий в данном случае роль своего рода промокательной бумаги, и может быть восстановлена при воздействии минимальным давлением.

В соответствии с настоящим изобретением концентрацию гидроколлоида внутри геля предпочтительно выбирают таким образом, чтобы ее значение было максимально отличающимся от предела насыщения и чтобы можно было максимально избежать высаливания, повышая таким образом способность удержания воды.

Необходимо отметить, что устройство в соответствии с настоящим изобретением, будучи выполненным специально для разогревания или приготовления в микроволновой печи, может быть также помещено в упаковку, предназначенную для разогревания пищевых продуктов при помощи тепловой печи.

Согласно первому варианту реализации настоящего изобретения гидроколлоид можно выбирать из природных молекул, таких как альгинаты, каррагены или гуаровая смола.

Согласно второму варианту реализации настоящего изобретения гидроколлоид можно выбирать из производных целлюлозы, таких как карбоксиметилцеллюлоза или этилцеллюлоза.

Согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения гидроколлоид можно выбирать из синтетических суперабсорбентов, таких как соли полиакриловых кислот, абсорбирующих, по меньшей мере, в семь раз больше воды на грамм, чем промокательная бумага, и примерно почти в 50 раз больше их собственного веса.

Суперабсорбент, который может быть использован в соответствии с настоящим изобретением, соответствует поперечно сшитому соединению с гранулометрическими характеристиками, которые могут находиться в диапазоне от одного микрометра до нескольких миллиметров.

Вода, добавляемая к этому гидроколлоиду для обеспечения образования геля, в случае необходимости может быть родниковой водой, в частности, в случае использования природного коллоида, в частности, когда качество воды, имеющейся в наличии в месте упаковки пищевого продукта, подвергается сомнению и может не удовлетворить потребителей.

В случае необходимости, не выходя за рамки настоящего изобретения, в эту воду можно добавлять ингредиенты, такие как эфирные масла, ароматические вещества или летучие природные экстракты, оказывающие различное воздействие на вкусовые качества или на консервацию пищевого продукта (бактериостатические или фунгистатические; эссенции или масляные смолы), или на здоровье и самочувствие потребителей.

Разумеется, что количество геля в пакете в каждом случае зависит от требуемого количества водяного пара и от требуемой продолжительности получения этого пара.

В соответствии с настоящим изобретением пористость пакета должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить быстрое удаление пара, полученного в результате воздействия микроволн, и избежать разрыва пакета.

В этой связи пористость, как правило, должна превышать значение 1 500 мл/мин, измеренное при помощи порозиметра Бендстена.

Кроме того, необходимо убедиться, что материал пакета выдерживает температуру, до которой нагревается гель под действием микроволнового излучения.

В соответствии с настоящим изобретением этот материал может быть, например, нетканым материалом, в частности, на основе полиэтилена или предпочтительно полипропилена.

В случае использования нетканой полипропиленовой мембраны или негидрофильной мембраны этот материал можно подвергнуть обработке поверхностно-активным веществом, допускаемым для контакта с продуктами, в частности, из семейства силиконовых производных, таких, например, как полидиметилсилоксаны, для придания ему гидрофильности и для ускорения перемещения воды.

В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно, чтобы парогенерирующее устройство после фазы парообразования могло реабсорбировать конденсаты, образующиеся при охлаждении, а также влагу выпотевания, проступающую из пищевого продукта после обработки в микроволновой печи.

Для этого необходимо, чтобы пакет не был водонепроницаемым и сам не обладал абсорбирующими свойствами.

В этом случае предпочтительно использовать в качестве гидроколлоида суперабсорбент, такой как соли полиакриловых кислот, допускаемые для контакта с пищевыми продуктами.

Согласно другому отличительному признаку настоящего изобретения для оптимизации реабсорбирования конденсированной воды и влаги выпотевания пакет может содержать наружную мембрану из гидрофильного материала.

Например, пакет может быть выполнен из бумаги, наклеенной на перфорированную запаянную пленку, при этом бумагу помещают с наружной стороны пакета.

Согласно другому предпочтительному отличительному признаку настоящего изобретения пакет можно также выполнять из запаянного составного материала, состоящего с наружной стороны из негидрофильного перфорированного материала и с внутренней стороны из гидрофильного, в частности, нетканого материала.

Преимуществом такой конструкции является возможность получения пакета, наружная сторона которого менее подвержена загрязнениям от контакта с пищевыми продуктами.

Кроме того, негидрофильный материал может быть прозрачным, и на его внутренней стороне, контактирующей с гидрофильным материалом, можно печатать надписи и рисунки.

В первом примере было отмечено, что пакет размером 120 х 80 мм из бумаги плотностью 30 г/м², наклеенной на перфорированную полипропиленовую термозапаянную пленку, содержащий, с одной стороны, 2 г суперабсорбента из полиакрилата натрия и, с другой стороны, 20 г воды, может выделять примерно 5 литров пара за минуту пребывания в микроволновой печи (750 ватт) в течение пяти минут.

После практически полной потери воды под воздействием микроволнового нагрева такой пакет может реабсорбировать до 60 г воды в виде конденсата и влаги выпотевания.

Во втором примере было установлено, что пакет размером 80 х 80 мм, с одной стороны, выполненный из двух листов, соединенных по периферии термопайкой, в частности, листа из паронепроницаемого материала, покрытого с внутренней стороны слоем поддающегося пайке полипропилена, и нетканого листа из полипропилена плотностью 75 г/м², и с другой стороны, содержащий 1,5 г суперабсорбента из полиакрилата натрия, при контакте с водой может абсорбировать своим полипропиленовым листом, по меньшей мере, 40 г воды за несколько секунд.

Это количество воды может быть восстановлено, например, путем нагрева микроволнами.

В третьем примере было установлено, что пакет размером 80 х 80 мм, с одной стороны, выполненный из составного запаянного материала, содержащего с наружной стороны перфорированный полиэтилен, приклеенный с внутренней стороны к нетканому материалу из полипропилена, и, с другой стороны, содержащий 1,5 г суперабсорбента из полиакрилата натрия, при контакте с горячей водой может абсорбировать, по меньшей мере, 40 г воды за несколько десятков секунд.

Это количество воды может быть восстановлено, например, путем микроволнового нагрева.

В четвертом примере исследовалась способность удержания воды парогенерирующим устройством в соответствии с настоящим изобретением.

Для этого изготовили пакеты размером 80 х 80 мм из запаянного составного материала, состоящего с наружной стороны из перфорированного полиэтилентерефталата (РЕТ) и с внутренней стороны из нетканого гидрофильного материала из РЕТ/полиэтилена (РЕ), который в свою очередь состоит из коротких двухкомпонентных волокон (РЕТ внутри и РЕ на поверхности), соединенных между собой термическим связыванием и образующих сетку плотностью 35 г/м².

На наружной перфорированной РЕТ-пленке выполнена печатная продукция по стороне, контактирующей с нетканым материалом, к которому она приклеена.

В выполненный таким образом пакет налили 20 г воды и констатировали, что происходит медленная течь воды под действием собственного веса.

После воздействия на такой же пакет нагрузкой в 1 кг было отмечено, что вода утекает из него за несколько секунд.

После этого в такой же пакет поместили 1,5 г суперабсорбента из полиакрилата натрия.

Было отмечено, что такой пакет может абсорбировать 40 г воды, нагретой до 60°С, за 10 секунд и 60 г воды, нагретой до 60°С, за 17 секунд.

Было отмечено, что содержащий 60 г воды и 1,5 г суперабсорбента пакет не дает течи и остается совершенно сухим.

Вместе с тем, когда на пакет воздействуют нагрузкой в 1,15 кг, вода просачивается на уровне перфораций РЕТ-материала.

Одновременно было отмечено, что содержащий 40 г воды и 1,5 г суперабсорбента пакет не дает течи и остается совершенно сухим даже под нагрузкой в 1,15 кг, а также под нагрузками в 1,9 и 3,8 кг.

Если же поместить пакет под нагрузку в 5,3 кг, то он становится влажным, а когда на него воздействуют нагрузкой в 20 кг, вода просачивается на уровне перфораций РЕТ-материала.

Настоящее изобретение касается также упаковки для разогревания или приготовления пищевых продуктов, в частности, в микроволновой печи, отличающейся тем, что она содержит пищевые продукты, а также парогенерирующее устройство вышеупомянутого типа.

Эта упаковка может быть любого типа, в частности, может быть выполнена в виде жесткого или полужесткого лотка, оставаясь при этом в рамках настоящего изобретения.

Согласно предпочтительному отличительному признаку настоящего изобретения такую упаковку выполняют из пленки, предпочтительно способной сокращаться под действием нагрева.

Согласно другому отличительному признаку настоящего изобретения пленку выполняют из пластмассы, прозрачной по отношению к микроволнам.

Когда такую упаковку, выполненную из термосокращающейся пленки, помещают в микроволновую печь, электромагнитное излучение вызывает значительное повышение давления внутри нее.

Это повышение давления вызвано, с одной стороны, образованием водяного пара и, с другой стороны, уменьшением объема в результате сокращения пленки.

Неизбежным следствием этого является повышение температуры пара и, следовательно, его термической эффективности, что позволяет добиться в некотором роде эффекта “скороварки”.

Упаковка может также содержать клапан или, например, насечку, позволяющую избежать разрыва пакета при резком перепаде давления.

Необходимо отметить, что в этом случае пористость пакета, содержащего гель, может быть уменьшена примерно до значения от 10 до 50 мл в минуту, измеренного при помощи порозиметра Бендстена: действительно, уменьшение объема упаковки, содержащей пищевой продукт, приводит к быстрому повышению давления внутри нее, тем самым компенсируется внутреннее давление в пакете и устраняется опасность его разрыва.

Следует также отметить, что упаковка в соответствии с настоящим изобретением может применяться в широком диапазоне использования, например для бланширования, полуфабрикатной пастеризации или консервации свежих овощей или фруктов, или для приготовленных блюд из круп, и для разогревания замороженных продуктов не только в микроволновой печи, но также при помощи обычной термической печи.

Кроме того, необходимо иметь в виду, что предлагаемые в настоящее время на рынке микроволновые печи могут иметь две разные частоты.

Действительно, частота бытовых микроволновых печей составляет 2 450 МГц в то время как частота промышленных микроволновых печей составляет 915 МГц.

Последние применяются, в частности, в пищевой промышленности для производственных процессов размораживания (размягчения) и характеризуются гораздо более высокой степенью волнового проникновения.

Однако их нельзя использовать без специального разрешения.

Другое преимущество настоящего изобретения связано с тем, что оно позволяет производить в классических бытовых печах такие операции, как размораживание больших блоков пищевых продуктов, что до сих пор можно было осуществлять только в промышленных печах.

Реферат

Устройство предназначено для установки в упаковку для разогревания или приготовления пищевых продуктов в микроволновой печи. Устройство выполнено в виде пакета из паропроницаемого пористого материала, содержащего гель, способный поглощать микроволны. Гель состоит из гидроколлоида и воды. При нагревании в печи упаковка выделяет водяной пар. Изобретение обеспечивает хорошее качество приготавливаемого продукта с равномерной структурой и консистенцией. 2 н. и 14 з.п. ф-лы.

Формула