CN105916386A - 一种在食物产品的解冻和冷冻过程中的介电性质的测量 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于解冻或冷冻产品、特别是食物产品的方法和设备。

Description

一种在食物产品的解冻和冷冻过程中的介电性质的测量
本发明涉及一种用于解冻或冷冻产品、特别是食物产品的方法和设备。
在现有技术状态中已知这种设备和方法。一种用于对如肉等食物产品进行解冻的设备是例如所谓的转筒或混合器，并且例如是由本专利申请的申请人构建的。该产品，特别是食物产品，在例如-18℃的温度下以冻结状态被送入容器，并且在大多数情况下是以包括大量单独块的大块来提供的，随后将这些大块解冻。在解冻过程中，该容器优选地旋转，和/或通过例如一个或多个优选地相对于该容器移动的挡板和/或桨叶和/或通过该容器相对于挡板/桨叶移动而使该产品在该容器内移动。加热该容器的侧壁和/或挡板和/或桨叶，和/或向该容器中加入蒸汽以解冻该产品。可在解冻之前和/或在解冻过程中将例如盐水等液体和/或香料加入该产品。在解冻过程中，大块分解成大量较小的块。解冻过程消耗大量能量，并且在许多情况下不能对解冻过程进行适当控制，这导致了能量和/或时间的浪费和/或食物产品的质量下降。这同样适用于冷冻过程。
因此，本发明的问题是提供不包括现有技术状态的缺陷的方法和设备。
这个问题是通过用于解冻或冷冻产品(特别是食物产品)的方法来解决的，其中，测量该产品的介电性质。
本发明涉及一种用于解冻或冷冻产品、特别是食物产品的方法。食物产品优选地不仅是含有蛋白质的产品，如肉、鱼等，还有蔬菜或水果。该解冻/解冷冻过程例如是在解冻设备中发生的。这种设备例如是所谓的转筒或混合器，并且包括容器。该容器包括侧壁、底部和顶部。该底部和/或顶部可以被设计成盖。该容器的中心轴线优选地相对于水平面倾斜。该倾斜角度优选地基于例如要解冻的产品、该容器的填充度和/或解冻发生的条件而变化。该产品，特别是食物产品，优选地是肉产品，在例如-18℃的温度下以冻结状态送入该容器，在大多数情况下是大块，各大块优选地包括大量单独块，随后将这些大块解冻，即加热，至少在其表面达到>0℃的温度。在解冻过程中，该容器优选地旋转。，和/或通过例如一个或多个优选地相对于该容器移动的挡板和/或桨叶和/或通过该容器相对于挡板和/或桨叶旋转而使该产品在该容器内移动。可以利用容器、挡板和/或桨叶来按揉该产品和/或将液体按揉到该产品中。优选地加热该容器的侧壁和/或挡板和/或桨叶，和/或向该容器中加入蒸汽以解冻该产品。优选地，该容器是在真空下即在小于环境压力的压力下操作的。在向该容器加入蒸汽的情况下，这优选地是间歇地发生的。在每次注入蒸汽之后，优选地再次重建真空。可在解冻之前和/或在解冻过程中将例如盐水等液体和/或香料加入该产品。在解冻过程中，各块优选地分解成大量较小的块。作为解冻过程的最后一步，该产品优选地在其已经解冻之后但没有再次冷冻时再次进行冷却。在解冻之后，从该容器中移除该产品和/或液体，运送到下一个处理步骤，并且该容器重新装入冷冻产品，并且再次开始解冻。
根据本发明，利用装置即传感器来测量该产品特别是该食物产品的介电性质，特别是介电常数，现在也称为电容率或相对电容率。优选地，该测量是在-25°至+10℃之间的温度范围内和/或在106-1012Hz的频率范围内和/或千兆赫兹(gigaHz)至太赫兹(TerraHz)范围的毫米波下进行的。
优选地，该测量基于小功率电磁传感技术，通过测量由电磁源(特别是由微波发生器)发送的信号的吸收和/或反射。
优选地，该传感器包括固态微波发生器、天线和控制装置。该固态微波发生器向解冻器或冷冻器的封闭腔中朝向要被处理的产品发送信号(即辐射)，并且该天线接收反射的信号。基于已吸收的量和/或已反射的量，可以得到相态，并且因此可以控制解冻或冷冻能量。
优选地，固态微波发生器发送小功率信号，更优选地，特别是在解冻的情况下，该微波发生器(特别是固态微波发生器)或另一个微波发生器(特别是固态微波发生器)也发送大功率信号。
由于大功率信号，这可以为解冻提供更多的能量和/或可以避免热点，并且与传统的解冻装置相比可以减少50％以上的解冻时间。
通过测量介电常数，可以有效控制发送大功率信号的微波发生器以提供最大能量，并且因此减少解冻时间，还可以避免过度加热，即该产品的烹煮。
基于这种测量，控制解冻和/或冷冻过程。计算机等控制装置优选地将存储的数据与测得的数据进行比较，并且基于这种比较，该控制装置可以确定解冻和/或冷冻的进程。特别是在0℃左右的相变范围中电容率或相对电容率的测量比温度测量敏感得多，使得能够更加精确地控制该过程。这尤其避免了该产品的过度加热，那样会导致能量和/或时间的浪费和/或该食物产品的损坏。
该装置优选地在不接触产品的情况下测量该产品的介电性质，即装置至少部分地位于该容器内，但是优选地位于该容器内的产品和/或液体的填充高度的上方。该装置优选从不接触到该产品。该测量优选地发生在整个过程中，即从开始直到结束。优选地，将装置安装在该容器的盖上。优选地，甚至在容器旋转时装置也保持静止。
该测量可以连续地或间歇地执行。
根据一个优选的实施方案，在解冻过程中至少暂时地向该容器施加真空。优选地，这种真空至少暂时地小于该容器内的绝对值50毫巴。优选地，该测量装置还至少部分地经受该容器中的真空。
在一个优选的实施方案中，该装置包括电子部件，例如集成电路，该电子部件是从容器中的气氛气密地密封的。特别地，该电子部件没有经受与该容器相同的压力水平。
该装置的信号优选地被传输到显示器和/或PLC上，和/或优选地被利用以控制解冻过程，例如至少在向该容器提供过多热能时触发警报。
优选地对该传感器在某一段时间内的读数进行平均。
优选地，该测量是在-25℃至+10℃的温度范围内进行的。
优选地，基于该介电性质，测量和/或计算该产品消耗的能量的量。由于这项信息，尤其可以非常精确地控制解冻过程，因为解冻特定产品(例如肉)块件所需的能量的量值是充分公知的。
在解冻过程中，首先对该产品进行加热，然后再次冷却。更优选地，基于这些介电性质来确定加热和冷却阶段之间的变化。这样防止了该产品的过度加热，并且可以节省大量能量和处理时间。
优选地，在用微波能量进行解冻的过程中不施加真空，即在环境压力下供应微波能量。
根据本发明的一个优选实施方案，利用蒸汽来解冻该食物产品。甚至更优选的是，间歇地优选交替地利用蒸汽和/或微波能量。
优选地，提供频率范围800-1000MHz的微波能量。
本发明的另一个主题是一种用于解冻和/或冷冻产品、特别是食物产品的设备，该设备包括用于测量该产品的介电性质的装置。
关于本发明的这个实施方案所作的公开内容也适用于本发明的方法，反之亦然。
优选地，测量介电性质的装置与该产品直接接触，或在不接触该产品的情况下对这些介电性质进行测量。
优选地，在盐水存在时至少是暂时地发生解冻。
优选地，该设备包括加热和冷却该产品的装置。优选地，可以将蒸汽注入本发明的设备中。
在一个优选的实施方案中，该设备在该产品的加热和/或冷却过程中旋转。更优选地，该设备是旋转轴线可以相对于水平面倾斜的圆柱体。
现在根据图1对本发明进行说明。这些说明并不限制本发明的保护范围并且适用于本发明的两种实施方案。
图1示出了本发明的解冻设备1。这个设备包括侧壁2，在此是基本上圆柱形的侧壁，并且在底部7和顶部4是封闭的。在顶部4，该设备在此包括盖5，该盖可被打开和关闭以填充和/或清空该容器。如可以看到的，该容器优选相对于水平面倾斜一个角度α。这个角度α优选可变化。优选地，容器1、顶部4和底部7在解冻过程中围绕旋转轴线旋转。侧壁2可包括加热装置。此外，本发明的设备包括测量装置8，在此是传感器，该测量装置测量要被解冻的食物产品的介电常数。装置8至少部分地延伸进入设备1(在此是一个容器)。测量装置8优选安装在该设备上，以便其即使在该设备旋转时也能保持静止。如可以看到的，测量装置8位于设备1的填充高度6的上方。因此，测量装置8不接触该产品和/或要被解冻的产品周围的液体。该测量装置在此包括微波发生器优选固态微波发生器、天线和控制装置，该控制装置控制该微波发生器和/或接收来自该天线的数据、并向控制单元传送信号，该控制单元优选地是控制向该容器供能的PLC。优选地，该微波发生器发送小功率磁性微波。
测量装置8读取该产品的介电常数。优选地通过将发送的微波辐射与天线接收到的辐射进行比较来完成。从这些数据中推导出介电常数(εR)。εr是通过测量(计算)发送的微波辐射与反射的和吸收的微波辐射量的差值推导出的。
将这个信号传送至控制单元，该控制单元例如是将该读数与(例如相对于温度的)介电常数的存储数据进行比较的计算机。这种比较提供了有关解冻过程的进展的信息，并且由此允许控制热量的进一步加入，以使该产品不会被过度加热。此外，可以根据装置8的读数改变从加热到冷却的变化，因为在大多数情况下，该食物产品在其已经解冻后被再次冷却。设备1优选地包括设备1内的挡板和/或桨叶，以在产品的解冻和/或传递热量的过程中在挡板/桨叶被加热的情况下搅动该产品。此外，该侧壁、底部和/或顶部可包括加热装置，用以从该设备的外壳向该产品传递热量。优选地，该设备包括蒸汽注入装置，以将蒸汽注入设备1中，用以促进和/或改善解冻过程。优选地，在解冻过程中向该设备施加真空，这指的是温度测量装置8也至少部分地经受真空作用。
根据本发明的优选实施方案，在该容器中另外设有发射具有大功率微波辐射的微波的大功率微波发生器9，优选固态微波发生器。
该大功率微波发生器可以是单独的发生器和/或可与装置8的发生器集成。微波发生器9优选地即使在该容器旋转时也能保持在产品上方的位置上。优选地通过装置8控制微波发生器9，以便其发送最大能量而不会使该产品局部过热。
为了解冻该产品，它是分批填充到设备1中的，优选是大块，这些大块包括大量较小的块。然后，优选在该设备旋转的条件下，通过加热该设备的外壳和/或通过将蒸汽注入设备来将热量加到设备中。在解冻过程中，优选地，该设备内保持一定程度的真空，尤其是避免要被解冻的产品的表面过热。测量装置8连续地或半连续地测量该产品的介电常数。优选地，通过测量装置8的读数来控制蒸汽的添加和/或真空水平。在解冻过程中，该产品大块优选地分解成大量较小的块。
还可以在混合器中发生解冻。以上所述同样适用于混合器。

Claims (19)

1.用于解冻或冷冻产品、特别是食物产品的方法，其特征在于测量所述产品的介电性质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量是连续地或间歇地执行的。
3.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述测量是在-5℃至+5℃的温度范围内进行的。
4.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，测量所消耗能量的量。
5.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，在解冻过程中，将所述产品先加热、然后再次冷却，其中，基于这些介电性质来确定加热阶段与冷却阶段之间的变化。
6.根据以上权利要求之一所述的或根据权利要求1的前序部分所述的方法，其特征在于，由大功率微波发生器(9)、优选大功率固态微波发生器提供微波能量来解冻所述产品。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述大功率微波发生器(9)是由所述产品的介电性质的测量来控制的。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在用微波能量进行解冻的过程中没有施加真空。
9.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，利用蒸汽来解冻所述食物产品。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，间歇地、优选交替地利用蒸汽和/或微波。
11.根据权利要求6-10所述的方法，其特征在于，提供频率范围800-1000MHz的微波能量。
12.用于解冻和/或冷冻产品、特别是食物产品的设备，其特征在于，所述设备包括用于测量所述产品的介电性质的装置(8)。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述装置(8)包括：微波发生器、优选低能量微波发生器；天线；和控制装置。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述装置(8)与所述产品直接接触，或在不接触所述产品的情况下对介电性质进行测量。
15.根据权利要求12或14所述的设备，其特征在于，在盐水存在时至少暂时地发生解冻。
16.根据以上权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于加热和冷却所述产品的装置。
17.根据以上权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述设备在所述产品的加热和/或冷却的过程中旋转。
18.根据以上权利要求之一所述的或根据权利要求12的前序部分所述的设备，其特征在于，所述设备包括高能量微波发生器(9)，优选固态微波发生器(9)，以为解冻提供能量。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，通过所述装置(8)的信号来控制所述微波发生器(9)。
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