CN1168353C - 食料加热装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种食料加热装置与方法；加热装置包括：一对板状电极、一用以容装食料与电极的容器；电极各具有一食料接触面与一电极端子；电极的两食料接触面相对放置，食料的两受电面与两食料接触面分别紧密接触；食料加热方法包括以下步骤：将电极与食料置于容器内，使电极的两食料接触面相对而立，将食料置于两食料接触面之间，使食料以两受电面与两食料接触面分别均匀且紧密接触；施加电源在电极上一段时间，并使电极间的电场强度维持于一特定强度。
Description
本发明涉及一种食料加热装置与方法，特别是一种利用食料本身具导电性但非良导体的特性，当电流通过食料，能使食料因本身的电阻作用而被煮熟的电阻生热式食料加热装置与方法。
诸如萝卜糕等中式传统食料的烹煮方法，一般都是以蒸煮方式经过长时间蒸煮而制成，而在固体食料加热方面，传统方法亦有以蒸汽蒸煮方式加热的食料。
然而，在上述传统蒸煮方式中，由于传热量正比于接触面积、温度梯度及时间，但反比于受热物体的厚度，因而，当被加热物体的体积或厚度越大时，热传递至中心点，使其升温的时间将越长。所以，在传统加热方式中，会有食料表面与中心点的受热程度不均匀，进而造成食料加热质量不佳的情形。
另外，在加热技术方面，早期曾有一利用电流来加热固体食料的方法，例如香肠的加工等。亦即，利用食料本身具有导电性但为非良导体，而如同一电阻特性，电能会因电阻而被转换成热能的原理，利用将电极板接触于食料两端，再使电流经电极板通过食料，而使食料本身因生热而被煮熟。以下，称此方式为电阻生热式食料加热方法。其中，由于：
产生热量＝导电度×(电压梯度)2；
比导电度＝长度/(截面积×电阻)
因而，当食料各部位的导电度均匀，且电流分布密度相同时，将可获得一均匀且快速的加热效果。
使用中，因电极不易与食料紧密接触，而在实际应用上有不便之处。亦即，当固体食料为不规则形状时，将因为有部分部位未位于两电极之间，或未与电极紧密接触，而使食料内部的电流密度分布不均，进而造成局部加热不均匀的情形。
鉴于上述情形，曾有多数专利提出改进方案，例如，在美国专利第2,083,717以及2,152,314号案中，曾提出一种将其中一电极插入热狗中的加热方法；在美国专利第4,016,301号及4,016,297号案中，提出一就电极表面涂料进行改良，以使其与食料紧密接触的设计方案；在美国专利2,094,814号案以及台湾第275,566号专利案中则各公开有利用将固体食料浸入盐水溶液中对固体食料进行电阻生热式的加热方案。但，这些专利对于固体食料的加热均匀度皆未达到预期的效果，因而在商业上应用不多。
另外，电阻生热式食料加热方法亦曾被应用在流体食料上，但其加热方式是利用使流体食料连续流动于管路内，并在管路内设置多个电极，而使流体在流经电极时，因上述原理而受热。其虽没有加热不均的情形，但却无法应用在不能在管路内流动的固体食料上。
除此之外，对于未加热前为流体状态，一旦加热煮熟后即成为固体状态的所谓热固性食料，则未见有任何可行方案被提出。一则由于其在加热过程中会改变，而无法应用前述连续式流体加热方法或固体加热方法；再则由于某些热固性食料在煮熟过程中会有收缩现象，而存在电极与食料间的接触问题。
本发明的一目的在于提供一种可以对热固性食料进行电阻生热式加热装置。
本发明的另一目的在于提供一种可以使在受热过程中会收缩的热固性食料维持良好受热状态的电阻生热式食料加热方法与装置。
本发明的又一目的在于提供一种加热均匀的应用于热固性食料的电阻生热式的食料加热方法。
为达到上述目的本发明采取如下措施：
本发明的一种电阻生热式食料加热装置，包括：一对板状电极；其特征在于，还包括：一用以容装食料与电极的容器；
板状电极，各具有一食料接触面与一电极端子，用以接收并施加一电能于一具适当导电度的食料上；电极的两食料接触面相对而立，食料的两受电面与两食料接触面分别均匀且紧密地接触。
其中，所述食料接触面保持平行状，所述食料在与各食料接触面等宽，并位于两食料接触面的相对方向之间。
本发明的一种食料加热方法，其特征在于，包括：以下步骤：
将电极与食料置于容器内，使该对电极的两食料接触面相对而立，并将食料置于两食料接触面之间，使食料以两受电面与两食料接触面分别均匀且紧密地接触；
施加电源在电极上一段时间，并使该对电极间的电场强度维持于一特定强度。
其中，所述食料中混合有保水性配料，其可防止食料在通电生热过程中因受热而收缩，使两受电面与两食料接触面分别维持均匀且紧密接触。
其中，还包括以下步骤：在电源施加期间用一渐增的机械弹力，使电极保持紧迫食料，以使电极与食料保持良好接触。
其中，所述电场强度介于400V/M至2400V/M之间。
其中，所述保水性配料为大豆分离蛋白。
其中，所述保水性配料为醣类。
其中，所述两电极设置成可使食料的各部位在通电过程中具有均匀电流密度的状态。
其中，所述两电极的食料接触面相互平行，所述食料在与食料接触面等宽度下被置于两电极的相对方向之间。
与现有技术相比，本发明具有如下效果：
利用上述加热方法与装置，可对热固性食料，进行快速加热，而且节省能源。且可取代部分固体食料的传统蒸煮加热，而在生产线上并可降低蒸汽凝结水、冷却水及噪音环境污染，而以一较干净、安静的方式加热。
此外，利用食料中混合一保水性配料或热膨胀性配料，将可使食料与电极在加热过程中保持良好接触，而以最佳通电状况受热。
利用将该对电极的一定设置方式，可使食料的各部位在通电过程中具有均匀的电流密度，使受热食料获得均匀的加热状态。
结合附图及实施例对本发明的具体结构特征详细说明如下：
附图说明：
图1：本发明的电阻生热式加热装置的一实施例的立体示意图。
图2：本发明的电阻生热式加热装置的使用状态示意图。
图3：本发明方法中烹煮萝卜糕时电场强度与升温速率间的关系示意图。
如图1、2所示，图1为本发明的电阻生热式加热装置的立体示意图。图2为图1所示装置进行本发明的食料加热方法的使用状态示意图。如图所示，本发明的食料加热装置包括一对板状电极2、3，以及一用以容装食料4(如图2所示)与电极2和3的容器5。容器5在本实施例中为一两端为平面的矩形开口容器，其亦可为任意特定形状的绝缘容器，且可如图2所示包括一盖住容器中或食料上表面的盖子5a(盖子5a有助于避免蒸发食料中的水份)。食料4可为任何一种于被煮熟之前为流体，而一旦受热煮熟后即成为凝固状态的热固性食料，例如萝卜糕、芋头糕、鱼糕的糊状未熟品等。
电极2和3为一板状电极，其最好由钛金属或不锈钢金属制成，且各具有一供与食料4接触的食料接触面2a和3a，以及一电源连接端子2b和3b。食料接触面2a和3a的大小约与容器5的两端内侧面相同，使当食料4被置放在两相对电极2和3之间时，恰能被涵盖在两食料接触面2a和3a的相对方向之间。
以下，就上述装置的使用方式与功效，配合下述本发明的方法一并说明。根据本发明的方法，在备置好上述容器5、食料4以及电极2和3等之后，如图2所示，当电极2和3以及食料4(糊状原料)置放在容器5内，并将食料4置于两电极2和3的相对食料接触面2a和3a之间，且置放成使食料4以两受电流作用面(未标号)与两食料接触面2a和3a之间，且置放成使食料4以两受电流作用面与两食料接触面2a和3a分别均匀且紧密地接触。之后，利用导线6将交流或直流电源1(最好为交流电源)电接至两电极2和3的电源连接端子2b、3b上一段时间，且使两电极2和3间的电场强度维持在一特定强度。在此情况下，使电流经食料4流通在两电极2和3之间，并因电流与电阻作用而生热，进而使食料4本身被煮熟。而且，由于食料4与电极的食料接触面2a和3a等宽度地位于约平行的两电极的相对方向之间，因而食料4和各部位将可获得几乎相同的导电度，进而施加一相同电流密度，而能均匀地产生热量。但，如前所述，在与容器5相配合下，只要电极能使食料4在通电过程中具有均匀的电流密度，容器5也可为任意形状，进而可使成品具有所需要的形状。
为证明本发明所公开的上述方法相较于传统制法的效果，特举实验数据说明如下。其中，以一内部长14cm，宽7cm，高7cm的容器来作为容量基准，而食料为重量约0.65kg的糊状萝卜糕原料。
根据本发明的方法，当在容器两端各置入一长宽各7cm的金属电极(亦即约略与容器两端的内侧壁面积相等)，然后，注入糊状原料在电极之间，并将110伏特、50Hz的交流电源施加至电极上时，其中的糊状原料由50℃加热至100℃熟透成型仅需4分钟。
若依传统煮法，当将相同重量的原料置于相同尺寸和形状的金属容器内蒸煮时，至少需要70分钟才有相同结果。
由此可见，应用本发明所公开的方法来取代现有蒸煮方法制作一些固形食料时，将可缩短加热过程，并能减少能源消耗。而且，最重要的是，利用使食料中的导电度均匀，且使各部位的电流密度均匀，将能使食料的受热度维持内外均匀，因而不仅能快速完成制品并能有一熟度均匀的成品。
另外，为比较施加电源的电场强度与煮熟快慢间的关系，以取得最佳的加热模式，本发明并作了一些实施例，以进行比较。
在实施例中，各使用两电极2和3间的距离为30cm、20cm、10cm的模具，并分别施以60V、120V、180V、240V的交流电压，亦即共测试12种组合，但电场强度分别为200V/M、300V/M、400V/M、600V/M、800V/M、900V/M、1200V/M及2400V/M等组。如表1所示。
表1
| 试验条件 | 电场强度(V/M) | 升温温度(℃) | 升温速率(℃/sec) | 最大电流密度(A/cm2) |
| 60V(30cm) | 200 | 62 | 0.007 | 380 |
| 60V(20cm) | 300 | 62 | 0.019 | 547 |
| 60V(10cm) | 600 | 62 | 0.114 | 1038 |
| 120V(30cm) | 400 | 62.4 | 0.045 | 724 |
| 120V(20cm) | 600 | 62 | 0.114 | 1067 |
| 120V(10cm) | 1200 | 63 | 0.45 | 2238 |
| 180V(30cm) | 600 | 63 | 0.106 | 1028 |
| 180V(20cm) | 900 | 64 | 0.247 | 1562 |
| 180V(10cm) | 1800 | 62.5 | 0.781 | 3367 |
| 240V(30cm) | 800 | 62.8 | 0.204 | 1276 |
| 240V(20cm) | 1200 | 61.8 | 0.441 | 1905 |
| 240V(10cm) | 2400 | 68 | 1.133 | 3467 |
如图3所示，其显示出根据上述实验结果而得到的电场强度与平均升温速率间的关系示意图。
由上述实验结果可知，当电场强度为200V/M时，其升温速率为每秒0.007℃，温度升高至62℃约需3小时，升温非常缓慢，且表面温度较低，温度梯度过大；而当电场强度为2400V/M，其升温速度为每秒1.133℃，但是，当温度到达80℃以上时，则有大量水蒸气及烟雾产生，且有烧焦味，显然加热速度太快。此外，当电场强度相同时，其加热速率大约相同。
因此，根据本发明所公开的方法烹煮食物时，除了利用前面的方式外，为使食料接近传统制法，并兼能有一合理的加热速率，最好将电场强度设定在600V/M至1000V/M之间。当然，电场强度在400V/M至600V/M，以及1000V/M至2400V/M之间的话，亦尚可接受。换言之，因应于电场强度的可适应弹性范围，即使在通电过程中食料的各部位的电流密度不够均匀，而使加热不够均匀，仍都能在一段时间范围后达到煮熟或加热的目的。
根据本发明的进一步实施方法，对于像萝卜糕这类于加热煮熟过程中可能因收缩而有裂缝的热固性食料，为使食料4与电极的食料接触面2a和3a相接触的受电面，在其受热凝固过程中一直与食料接触面2a和3a维持良好接触，可在食料中添加适当比例的保水性配料或具热后体积膨胀性配料，例如：海藻糖等醣类、修饰淀粉、胶类、大豆分离蛋白等蛋白质类、偏磷酸钠或磷酸二氢钾等磷酸盐类。本身加热后即会膨胀的食料则可不用添加此等配料。
对于例如萝卜糕食料4而言，除了有米浆、玉米粉、盐、萝卜浆等基本原料外，在倒入容器5前或后，甚至开始凝固前，经实验获知若另混合添加0.4％(w/w)的大豆分离蛋白，将可提高2.9％之的保水率，而若混合添加1.08(w.w)的海藻糖的话，则可提高2.2％之的保水率；当同时混合添加0.4％的大豆分离蛋白与1.08％的海藻糖时，则可提高6.7％的保水率。
因此，根据本发明所公开的进一步实施方法，在欲烹煮食料当中添加适当量的保水性配料或热膨胀性配料，将使未煮熟前具流动性的淀粉糊液在受热与凝结过程中，不会因水份蒸发而收缩，并能与电极的食料接触面2a和3a保持一均匀且紧密的良好接触，而使电源能量可以有效地施加于食料4上，并转换成热能。
其次，为使电极与食料间有良好接触，除了上述添加保水性配料的方法外，亦可以应用机械性弹力等来使电极紧迫食料，而使电极在加热过程中保持与食料紧密接触。例如，在电极的相反于食料接触面的背面与容器的内壁面之间，配置一组弹簧与调整螺丝，或单一调整螺丝；然后，配合加热时间进行，逐次旋进螺丝位置，使电极向食料迫紧，即可应用机械弹力等来使电极紧迫食料。
以下，再举一实施例，以证明机械弹力的作用。亦即，实验中，以固定重量的样品作实验，并分别以：不加机械弹力(电极间距10cm)、加一固定机械弹力(电极间距9.8cm)以及加一更大机械弹力(电极间距9.6cm)等方式施加机械力。结果，不加机械力的升温度为0.566℃/sec；加一点机械力的升温速度为0.645℃/sec；加更大机械力的升温速度为0.665℃/sec。据此，显然在加热过程中在固定后增加或逐次增加机械性压迫力，将可以使电极与食料间保持一更好的接触，而加快升温速度。
综合上述，本发明所公开的食料加热方法确实具有简单、缩短加热时程、减少能源损耗等优点。
以上叙述是借实施例来说明本发明的结构特征，并非用于限制本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电阻生热式食料加热装置，包含：
一对板状电极，各具有一食料接触面和一电极端子，用于接收并施加电能于一具有适当导电度的食料上，其中该食料混合有一保水性配料，用于防止该食料在通电生热过程中因受热而收缩；以及
一容器，用于容装该食料和该对电极其中，该对电极的两食料接触面相对而立，并且该食料置于该两食料接触面之间，而使该食料以两受电面和该两食料接触面分别均匀且紧密地接触。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，该两食料接触面保持平行状，该食料与各食料接触面等宽，并位于该两食料接触面的相对方向之间，以使该食料各部位在受电能施加时具有均匀的电流密度。
3.一种电阻生热式食料加热方法，包含以下步骤：
设置一特定形状的容器、一在被煮熟前为流体态而受热煮熟后为凝固态并具有适当导电度的热固性食料、以及一对各具有一食料接触面的板状电极；
将该对电极和该食料置于该容器内，并且使该对电极的两食料接触面相对而立，并将该食料置于该两食料接触面之间，其中该食料混合有一保水性配料，用于防止该食料在通电生热过程中因受热而收缩，以使该食料以两受电面和该两食料接触面分别均匀且紧密地接触；以及
施加电源于该对电极上一段时间，并使该对电极之间的电场强度维持在一特定强度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，还包含以下步骤：在电源施加期间应用一渐增的机械弹力，用于使电极保持紧迫食料，从而使电极与食料保持良好接触。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，该电场强度介于400V/M至2400V/M之间。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，该保水性配料为大豆分离蛋白。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，该保水性配料为醣类。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，该对电极设置成可使该食料各部位在通电过程中具有均匀的电流密度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，该对电极的食料接触面相互平行，并且该食料在与该两食料接触面等宽度下被置于该两电极的相对方向之间。
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