CN114007473A - 智能食物加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于制备流体食品的食物加工装置(10)。食物加工装置包括：食物加工室(30)，包括由电机(22)驱动的刀片装置(32)；颗粒传感器(26)，被布置为测量在所述食物加工室中的所述流体食品内的实际颗粒尺寸；以及控制器(60)，被布置为控制所述电机。控制器通信地耦合到颗粒传感器并且适于响应于来自颗粒传感器的信号而断开所述马达，该信号指示流体食品内的实际颗粒尺寸达到不小于400μm的阈值。还公开了一种用于操作这种食物加工装置的方法。

Description

智能食物加工装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于制备流体食品的食物加工装置，包括含有由电机驱动的刀片装置的食物加工室，以及设置为控制所述电机的控制器。

本发明还涉及一种用于操作这种食物加工装置的方法。

背景技术

食物加工器，如搅拌器、榨汁机、婴儿食品制作机等，广泛用于粉碎食品，以便生产流体食物，如汤、冰沙、果汁、婴儿食品、果泥等。这通常涉及将纤维成分，如水果和/或蔬菜，与液体，如水、奶、如豆奶，杏仁奶，椰子奶之类的植物奶、酸奶等一起粉碎，以生产所需的流体食物。如C.M.Rooney等人在《工程数学杂志》第112卷第1期第119-135页中所披露的，可以开发数学模型来解释搅拌器中颗粒的尺寸分布，从而深入了解可能的搅拌器设计的行为。这类模型可用于设计食物加工装置，如搅拌器，使得所生产的流体食品在颗粒尺寸分布方面具有所需的粘稠度。

这类流体食品的纤维成分的重要营养物质是膳食纤维，它被认为对肠道健康有益。

这类纤维的重要理化性质之一是其水合性质。关于膳食纤维假说，膳食纤维的水合性质已被广泛研究。它们在一定程度上影响了膳食纤维在胃肠道中的去向，并解释了一些生理效应，如粪便膨胀。在结肠中，纤维，尤其是不溶性纤维，可以像海绵一样结合和吸收水分。这会增加粪便重量，缩短粪便通过大肠的时间，从而有利于结肠健康。持水能力(WHC)通常用作此类膳食纤维的水合性质的指标。持水能力定义为在不施加外力(重力和大气压力除外)的情况下，与膳食纤维结合的水量。

发明内容

本发明旨在提供一种用于制备流体食品的食物加工装置，包括含有由电机驱动的刀片装置的食物加工室以及用于控制所述电机的控制器，其中，可以操作食物加工装置以优化流体食品中的膳食纤维的持水能力。

本发明进一步旨在提供一种用于操作食物加工装置的方法，从而优化流体食品中的膳食纤维的持水能力。

根据一个方面，提供了一种用于制备流体食品的食物加工装置，包括含有由电机驱动的刀片装置的食物加工室；被布置为测量所述食物加工室内的所述流体食物中的实际颗粒尺寸的颗粒传感器；以及用于控制所述电机的控制器，其中控制器通信地耦合到颗粒传感器并且适于响应于来自所述颗粒传感器的指示所述流体食品内的实际颗粒尺寸达到不小于400μm的阈值的信号来断开所述电机。

本发明基于这样的知识，即膳食纤维的持水能力与该纤维在所加工的流体食品中的颗粒尺寸分布有关。不希望受到理论的束缚，我们相信如果将膳食纤维粉碎成细颗粒，是因为纤维基质遭到了破坏，而这种基质结构主要负责膳食纤维的持水能力。因此，通过在食物加工装置的设计中包括颗粒传感器，并适配食物加工装置的控制器，使得控制器在检测到的颗粒尺寸降到400μm以下之前终止电机的操作，通过防止(不溶性)膳食纤维的纤维基质遭到破坏来优化其膳食纤维的保水能力。

在本申请的上下文中，其中参照正在加工的流体食品中的颗粒，例如膳食纤维颗粒，的颗粒尺寸的检测，应当理解，这可能是指检测这类颗粒的最小尺寸或检测此类颗粒的平均尺寸。

此外，在示例性实施例中，实际颗粒尺寸可指使用颗粒传感器检测到的此类颗粒的尺寸分布或尺寸范围的最小尺寸(下端点)或平均(中间)尺寸。

在一个实施例中，阈值处于400-850μm的范围内。这是基于这样的知识，一些类型的膳食纤维的持水能力随着颗粒尺寸的增加而缓慢降低，因此我们相信在此范围内，无论何种纤维类型，其纤维基质都能实现特别好的持水能力。此外，这确保了最终的流体食品的消费者仍能获得认为具有理想口感，例如，相对顺滑的流体食品，因为流体食品中的颗粒尺寸在不显著损害其中所含的膳食纤维的持水能力的情况下尽可能地最小化，同时避免(平均)纤维颗粒尺寸超过850μm，因为消费者可能会认为由此产生的流体食品的口感或粘稠度不令人满意。优选地，阈值在400-600μm的范围内，以优化流体食品的口感或质地，同时保持其中的膳食纤维的持水能力。

在特定实施例中，控制器还对阈值选择信号作出响应并且适于基于所述阈值选择信号来选择阈值。例如，食物加工装置可使用户生成阈值选择信号，其定义相对加工时间，例如短、中或长，或相对流体食品质地，例如顺滑、中等、粗糙等，这些选择选项中的每一个都与特定阈值相关联，该特定阈值优选地处于前述阈值范围内，使得如果其中的实际颗粒尺寸已达到该用户选择的特定阈值，则控制器可以断开电机并停止加工该流体食品，从而使该用户能够控制该流体食品的质地或口感，同时保持其持水能力。

为此，食品加工装置还可以进一步包括通信地耦合到控制器的用户界面，其中，该用户界面适于响应于用户使用该用户界面进行的选择而生成阈值选择信号。可选地或另外地，食品加工装置还可以进一步包括通信地耦合到控制器的通信接口，其中，该通信接口适于从远程设备接收阈值选择信号。例如，用户可能能够通过在远程设备，例如，如个人计算机、智能电话、平板计算机、膝上型计算机等的电子设备，上运行的软件程序，如应用程序，来控制该食物加工装置。

所述颗粒传感器优选地集成在食物加工室中以确保食物加工室中的流体食品中的颗粒尺寸的准确检测。在这种情况下，颗粒传感器可以无线连接到控制器，其优点是：在食物加工室可以从食品加工装置的外壳或底座(例如水壶等)拆卸的情况下，颗粒传感器和控制器之间不需要复杂的有线连接，从而便于食物加工室的这种拆卸。

颗粒传感器可以为以下中的一项：图像传感器、照相机、超声波传感器和白利度(Brix)传感器。优选地，颗粒传感器为图像传感器，因为这便于直接检测食物加工室中的流体食品内的颗粒尺寸。在一个实施例中，颗粒传感器包括检测器和用于将光投射到检测器上的至少一个光源，所述至少一个光源通过食物加工室内部的光路与检测器分离，所述至少一个光源通过包围所述至少一个光源的网格保护在食物加工室内。通过这种颗粒传感器，可以直接地例如通过监测光散射特性来检测流体食品中的颗粒尺寸，同时网格保护至少一个光源例如在清洗食物加工室时免受意外损坏。

食物加工装置可以采用任何合适的形态。例如，食物加工装置可以是搅拌器，例如，壶式搅拌器、烹饪搅拌器、棒式搅拌器、榨汁机或婴儿食品制作机。

根据另一方面，提供了一种用于操作食物加工装置的方法，以用于制备流体食品，包括含有由马达驱动的刀片装置的食物加工室，被布置为测量所述食物加工室中的所述流体食品内的实际颗粒尺寸的颗粒传感器，以及通信地耦合到颗粒传感器并且被布置为控制所述马达的控制器。该方法包括利用所述控制器：启动电机以开始在食物加工室中加工流体食品；接收来自所述颗粒传感器的指示在所述加工过程中在食物加工室中的流体食品内的实际颗粒尺寸的信号；以及如果来自该颗粒传感器的信号指示所述流体食品内的实际颗粒尺寸达到不小于400μm的阈值，则断开所述马达。

这确保了流体食品内的膳食纤维保持良好的持水能力，从而保障了流体食品的膳食质量。

该阈值可在400-850μm的范围内，优选地，在400-600μm的范围内，以确保此类膳食纤维的最佳持水能力，同时通过避免该流体食品中的过大颗粒，例如，膳食纤维，允许加工具有理想质地或顺滑度的流体食品。

在一个实施例中，该方法还进一步包括使用所述控制器接收阈值选择信号；以及基于所述接收的阈值选择信号来选择阈值。通过这种方式，可将该阈值优化为用户希望如何加工流体食品(例如，控制其口感或质地)的函数。

附图说明

参考附图，通过非限制性示例更详细地描述本发明的实施例，其中：

图1示意性地描述了根据一个实施例的一种食物加工装置的截面视图；以及

图2为根据一个实施例的一种用于操作食物加工装置的方法的流程图。

具体实施方式

应该理解的是，附图仅仅是示意性的，并不是按比例绘制的。还应当理解的是，在整个附图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部分。

图1示意性地描述了根据本发明的一个实施例的一种食物加工装置10。食品加工装置10可以采取任何合适的形态，例如用于加工食品，特别是液化或流体食物，例如冰沙、果汁等，的厨房电器。在示例性实施例中，食物加工装置10是搅拌器、混合器、榨汁机或婴儿食品制作机，但是应当理解，本发明的实施例不限于此。食物加工装置10包括食物加工室30，其通常包括用于研磨、浸渍或以其它方式切割或搅拌食品的刀片装置32。刀片装置32例如为了便于清洗该刀片装置32可从食物加工室30上拆下。食物加工室30可以采取任何合适的形式，例如可以通过盖子40密封的玻璃或塑料壶或碗。该食物加工室30例如为了清洗的目的可从食物加工装置10的底座20上拆下。

刀片装置32在控制器60的控制下由电机22驱动，其安置在食物加工装置10的底座20中。电机22可以任何适当的方式耦合到该刀片装置，例如通过驱动桥或轴24、齿轮箱等。此类耦合本身是众所周知的，因此为了简洁起见，没有进一步详细说明。控制器60可以是任何合适的控制装置，包括实现这种控制装置的一个或多个物理实体。

食物加工装置10进一步包括集成在或耦合到食物加工室30的颗粒传感器26。该颗粒传感器26通信地耦合到控制器60，例如，通过食品加工装置10的底座20内的无线通信模块70无线连接到控制器60。任何合适的无线通信协议(诸如蓝牙或Wi-Fi)可以被用于这种无线连接。

颗粒传感器26设置为在食物加工装置10的食物加工室30内的加工期间检测悬浮在流体食品中的颗粒的(平均)颗粒尺寸。例如，该颗粒传感器26可以为适于确定此类颗粒的光散射特性以确定其(平均)颗粒尺寸或尺寸分布的传感器，这本身是众所周知的。这种颗粒传感器26可以为包括至少一个光源27的图像传感器。该光源27通过光路与检测器28(例如，光电二极管阵列或图像传感器)在空间上分离，其中该至少一个光源27对准该检测器28。通过该至少一个光源27和该检测器28之间的光路的颗粒引起在检测器28处由该至少一个光源27引导的光的散射，该散射特性可由控制器60转换为在食物加工室30内加工的流体食品中的颗粒的(平均)颗粒尺寸或尺寸分布。网格29可在食物加工室30包围至少一个光源27，从而保护该至少一个光源27免受意外损坏。这种网格29可由任何合适的材料制成，例如金属、金属合金、聚合物或其组合。

当然，应当理解，颗粒传感器26不一定限于图像传感器，因为其他类型的传感器同样可以用于确定在食物加工室30内加工的流体食品中悬浮的颗粒的(平均)颗粒尺寸或尺寸分布。例如，粒子传感器26可以为照相机，在这种情况下，控制器60可以适于使用常规算法评估使用照相机生成的(高清晰度)图像并确定在此类图像中捕获的颗粒的颗粒尺寸或尺寸分布。可选地，颗粒传感器26可以是白利糖度传感器，在这种情况下，控制器60可适于从食物加工室30内加工的流体食品的折射率推导出这种颗粒尺寸(分布)信息。代替地，传感器26可以是超声传感器，在这种情况下，控制器60可以从使用这种传感器获得的超声回波特性推导出(平均)颗粒尺寸或尺寸分布。任何合适类型的颗粒传感器26可用于此目的。

控制器60可以响应于用户界面50，通过该用户界面50可以，例如，通过用户选择食物加工室30内待加工的食品的操作模式，来控制食品加工装置10。这种用户界面50可以构成食物加工装置10的一部分，在这种情况下，用户界面50可以以任何合适的方式实现，例如，作为触摸屏显示器、一个或多个开关、按钮、旋钮或刻度盘等，或者这种用户界面元素的任何组合。例如，用户界面50可以位于食物加工装置10的底座20上或其上的任何其他合适的位置。食物加工装置10还可以进一步包括响应于处理器60的感官输出设备52，处理器60可通过该装置产生感官输出，例如声音或可视输出，以通过信号表示食物加工室30中的流体食品加工完成。这种感官输出设备52可以采用任何合适的形态，例如扬声器、一个或多个灯，如LED、显示器等。感官输出设备52可以构成用户界面50的一部分，尽管情况并非必须如此。

可选地或另外地，用于食物加工装置10的用户界面可以在远程设备80上实现，例如，通过如App的软件程序，通过该软件程序可以远程控制食物加工装置10。例如，这种远程设备80可以是计算设备，移动通信设备，如智能手机，平板电脑，远程控制器等。在可以使用这种远程设备控制食物加工装置10的实施例中，该食物加工装置10可以通过其无线通信模块70与远程设备80通信。这种通信链路可以是，如蓝牙链路等，的直连(P2P)链路，或者可以是通过，如服务器，路由器等，通信管理设备运行的间接链路。由于与此类通信链路相关的技术本身是众所周知的，因此仅为了简洁起见，将不作进一步详细解释。

现将借助图2更详细地解释根据本发明实施例的食物加工装置10的操作，图2描述了用于控制食物加工装置10的食物加工室30内的流体食品加工的方法100的流程图。方法100从操作101开始，在该操作中，用户可以将待处理的流体食品的成分(食物类型)装载到食品加工装置10的食物加工室30中。该方法100随后进入操作103，在该操作中，电机22响应于从用户界面50或远程设备80接收到的指示应该开始在食物加工室30内加工流体食品的启动信号与控制器60接合。由上文所述可以理解，电机22的启用引起刀片装置32在食物加工室30内的旋转，从而粉碎装载到食物加工室30中的固体材料，例如纤维材料。

在流体食品的加工期间，操作105中的控制器60使用颗粒传感器26监控正在加工的流体食品中的颗粒的(平均)颗粒尺寸。为此，控制器60通常接收来自颗粒传感器26的信号，该信号指示食物加工室30中的流体食品在加工过程中的实际颗粒尺寸，该信号可以由控制器60处理，以获得正在加工的流体食品中的颗粒的实际颗粒尺寸。

此时，应注意的是，此类颗粒包括(不溶性)膳食纤维，如前所述，应保证最小颗粒尺寸，以确保此类膳食纤维的持水能力得到优化。例如，对于一些硬的或耐嚼的食物类型或成分，如胡萝卜或甜菜根等硬蔬菜，来说，来自这些成分的膳食纤维的最佳颗粒尺寸可能在250-850μm的范围内，以确保这些膳食纤维的最佳持水能力，而对于软质食物类型或成分，例如，如沙拉和黄瓜等更脆或更多汁的食品类型或成分来说，来自此类成分的膳食纤维的最佳颗粒尺寸可在400-1250μm的范围内，以确保此类膳食纤维的最佳持水能力，同时实现流体食品的良好口感或质地，下文将进一步详细解释。

在一个实施例中，控制器60适于独立于食物或成分类型来控制在食物加工室30中加工的食品的颗粒尺寸。在本实施例中，操作107中的控制器60将使用颗粒传感器26确定的实际颗粒尺寸与为该颗粒尺寸定义的阈值进行比较，以确保正在食物加工室30中加工的流体食品中的颗粒尺寸不会降至400μm以下。一旦控制器60检测到使用颗粒传感器26检测到的实际颗粒尺寸已达到该阈值，控制器60进入操作109，在该操作中，电机22断开，刀片装置32停止旋转，以确保加工流体食物的实际颗粒尺寸至少为400μm。这确保了无论食品或成分类型如何，从此类食品或成分类型中获得的不溶性膳食纤维都由于其纤维基质保持完整而保持良好的持水能力。

该阈值可在400-850μm的范围内选择，优选地，在400-600μm的范围内选择，以在加工的流体食品内的膳食纤维的持水能力与加工的流体食品的口感和/或质地之间达成良好平衡。如果该阈值低于400μm，膳食纤维的纤维基质可能会被破坏，并且此类纤维的持水能力可能会显著降低。如果该阈值大于850μm，流体食品的质地或口感可能会让一些用户感到不舒服。因此，从前述对不同食物类型的最佳范围的描述中可以理解，该范围由这两种特定食品类型范围的重叠部分来定义，因此，在流体食品包含这些食品或成分类型的一种或其混合物的实施例中，保证在持水能力和流体食品口感方面提供理想的结果。使用颗粒传感器26检测的颗粒尺寸的实际值可以是在上述阈值范围内的单个值或平均值，或者可以是包含在该范围内的颗粒尺寸分布。这种颗粒尺寸分布可覆盖流体食品内的所有颗粒，或替代地，可适用于较大颗粒尺寸分布的定义部分，例如，覆盖这种分布中的至少大多数颗粒的钟形或高斯尺寸分布的中心部分，例如，在这种颗粒尺寸分布中的所有颗粒尺寸的60％、70％、80％或90％。

在进一步的实施例中，用户可以，例如通过用户界面50或作为用户界面的远程设备80，通过使用该用户界面50或作为远程用户界面的远程设备80生成阈值选择信号，在上述范围内控制该阈值的设置。例如，这种用户界面可向用户提供用于选择流体食品的加工模式的选择菜单以控制待加工流体食品的特定口感和/或质地(例如，顺滑、中等、粗糙)，通过与特定阈值对应的每个选择选项，使得当用户选择特定选择选项时，控制器60被编程为具有相应的特定阈值，使得在食物加工室30内加工流体食品期间，一旦加工的流体食品中的颗粒尺寸达到该特定阈值，控制器60可以通过断开电机22来终止流体食品的加工。这确保了流体食品的口感或质地可根据用户偏好进行精确控制，同时确保加工的流体食品中的不溶性膳食纤维的持水能力不受损害。

当然，流体食品的阈值选择可以采用任何合适的形态或形式。作为可选示例，用户能够为流体食品选择短处理时间，中等处理时间或长处理时间，例如，以便于在用户赶时间的情况下的快速食品处理模式，这些处理时间中的每一个对应于待加工的流体食品内的颗粒尺寸的不同特定阈值。如本领域技术人员容易理解的，较长的加工时间通常对应于较低的特定阈值，例如，对于短处理时间的特定阈值可以是600μm，对于短处理时间的特定阈值可以是500μm，以及对于长处理时间的特定阈值可以是400μm。当然，可以选择替代的特定阈值。

当控制器60在操作109中断开电机22时，方法100在111中终止。

应注意，上述实施例是用于说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不断开所附权利要求书的范围的情况下设计许多替代的实施例。在权利要求中，放置在括号中的任何附图标记不应理解为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中所列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的词语“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件来实现。在列举了几种方法的设备权利要求中，这些方法中的几个可以由一个且同一项硬件来实现。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表明不能利用这些措施的组合。

Claims (15)

1.一种用于制备流体食品的食物加工装置，包括：

食物加工室(30)，包括由电机(22)驱动的刀片装置(32)；

颗粒传感器(26)，被布置为测量在所述食物加工室中的所述流体食品内的实际颗粒尺寸；以及

控制器(60)，被布置为控制所述电机，其中所述控制器通信地耦合到所述颗粒传感器并且适于响应于来自所述颗粒传感器的信号来断开所述电机，所述信号指示所述流体食品内的所述实际颗粒尺寸达到不小于400μm的阈值。

2.根据权利要求1所述的食物加工装置(10)，其中所述阈值在400-850μm的范围内。

3.根据权利要求2所述的食物加工装置(10)，其中所述阈值在400-600μm的范围内。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的食物加工装置(10)，其中所述控制器(60)还对阈值选择信号作出响应并且适于基于所述阈值选择信号来选择所述阈值。

5.根据权利要求4所述的食物加工装置(10)，还包括通信地耦合到所述控制器(60)的用户界面(50)，其中所述用户界面适于响应于用户使用所述用户界面进行的选择而生成所述阈值选择信号。

6.根据权利要求4或5所述的食物加工装置(10)，还包括通信地耦合到所述控制器(60)的通信接口(70)，其中所述通信接口适于从远程设备接收所述阈值选择信号。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的食物加工装置(10)，其中所述颗粒传感器(26)集成在所述食物加工室(30)中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的食物加工装置(10)，其中所述颗粒传感器(26)无线连接到所述控制器(60)。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的食物加工装置(10)，其中所述颗粒传感器(26)为以下中的一项：图像传感器、相机、超声波传感器和白利糖度传感器中的一种。

10.根据权利要求9所述的食物加工装置(10)，其中所述颗粒传感器(26)为图像传感器。

11.根据权利要求10所述的食物加工装置(10)，其中所述颗粒传感器(26)包括检测器(28)和被布置为将光投射到所述检测器上的至少一个光源(27)，所述至少一个光源通过所述食物加工室(30)内部的光路与所述检测器分离，所述至少一个光源在所述食物加工室内部由包围所述至少一个光源的网格(29)来保护。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的食物加工装置(10)，其中所述食物加工装置为搅拌器、榨汁机或婴儿食品制作机。

13.一种操作食物加工装置(10)的方法，以用于制备流体食品，并且包括含有由电机(22)驱动的刀片装置(32)的食物加工室(30)；被布置为测量所述食物加工室中的所述流体食品内的实际颗粒尺寸的颗粒传感器(26)；以及通信地耦合到所述颗粒传感器并且被布置为控制所述电机的控制器(60)，所述方法包括利用所述控制器：

启用(103)电机以开始加工所述食物加工室中的流体食品；

从所述颗粒传感器接收(105、107)信号，所述信号指示在所述加工期间所述食物加工室中的流体食品内的实际颗粒尺寸；以及

如果来自所述颗粒传感器的信号指示所述流体食品内的所述实际颗粒尺寸达到不小于400μm的阈值，则断开(109)所述电机。

14.根据权利要求13所述的方法(100)，其中所述阈值在400-850μm的范围内，优选在400-600μm的范围内。

15.根据权利要求13或14所述的方法(100)，还包括：

利用所述控制器(60)接收阈值选择信号；以及

基于所接收的所述阈值选择信号来选择所述阈值。

Images