RU2743212C1 - Method of creating infrared medium for preparation of products, device for implementation thereof and source of infrared radiation used in device (embodiments) - Google Patents
Method of creating infrared medium for preparation of products, device for implementation thereof and source of infrared radiation used in device (embodiments) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743212C1 RU2743212C1 RU2020113399A RU2020113399A RU2743212C1 RU 2743212 C1 RU2743212 C1 RU 2743212C1 RU 2020113399 A RU2020113399 A RU 2020113399A RU 2020113399 A RU2020113399 A RU 2020113399A RU 2743212 C1 RU2743212 C1 RU 2743212C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- radiation
- infrared radiation
- product
- infrared
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23P—SHAPING OR WORKING OF FOODSTUFFS, NOT FULLY COVERED BY A SINGLE OTHER SUBCLASS
- A23P30/00—Shaping or working of foodstuffs characterised by the process or apparatus
- A23P30/30—Puffing or expanding
- A23P30/38—Puffing or expanding by heating
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
- H05B6/12—Cooking devices
Abstract
Description
Группа изобретений относится к контактным и бесконтактным способам и устройствам для обработки и приготовления пищевых продуктов под воздействием инфракрасного (ИК) излучения и может быть использована в бытовом и промышленном оборудовании для производства готовых продуктов и полуфабрикатов, подогрева продуктов или поддержания их при необходимой температуре, стерилизации, расстойки теста и т.п.The group of inventions relates to contact and non-contact methods and devices for processing and cooking food products under the influence of infrared (IR) radiation and can be used in household and industrial equipment for the production of finished products and semi-finished products, heating products or maintaining them at the required temperature, sterilization, proofing the dough, etc.
Наиболее распространены устройства для обработки пищевых продуктов воздействием ИК-излучения, в которых в качестве источника излучения используется нагревательный элемент, расположенный внутри кварцевой трубки или трубчатый нагревательный элемент, или пластины с нанесенными на них электропроводящими элементами.The most common devices for treating food products by exposure to infrared radiation, in which a heating element located inside a quartz tube or a tubular heating element, or plates with electrically conductive elements applied to them, is used as a radiation source.
Известны также устройства, в которых использованы плоские источники ИК-излучения. В качестве примера можно привести устройство для приготовления пищевых продуктов по европейскому патенту №2906020 (МПК A47J 37/06; Н05В 6/64; Н05В 6/80, приор. 10.02.2014). Устройство содержит два источника инфракрасного излучения сверху и снизу от места расположения приготавливаемого продукта. Каждый источник содержит резистивный нагревательный элемент, контактирующий с керамической пластиной. При нагревании пластины становятся источниками инфракрасного излучения. Нижняя пластина выполнена из материала, непрозрачного для инфракрасного излучения, а верхняя из прозрачного или частично прозрачного. Таким образом, нижняя нагревательная пластина служит как кондуктивным, так и радиационным источником тепла, однако регулирование физических параметров ИК-излучения при данной конструкции печи затруднено. Судя по тому, что в устройстве использован также источник микроволнового излучения, инфракрасного излучения недостаточно для приготовления продукта.Also known are devices that use flat sources of infrared radiation. An example is a device for preparing food products according to European patent No. 2906020 (IPC A47J 37/06; Н05В 6/64; Н05В 6/80, prior 10.02.2014). The device contains two sources of infrared radiation above and below the location of the product being prepared. Each source contains a resistive heating element in contact with a ceramic plate. When heated, the plates become sources of infrared radiation. The lower plate is made of a material that is opaque to infrared radiation, and the upper one is made of transparent or partially transparent. Thus, the lower heating plate serves as both a conductive and a radiation source of heat, however, it is difficult to control the physical parameters of infrared radiation with this design of the furnace. Judging by the fact that the device also uses a microwave source, there is not enough infrared radiation to cook the product.
Наиболее близкими к предлагаемым способу и устройству приготовления продуктов являются способ и устройство приготовления пищи с использованием источника инфракрасного излучения по заявке США №2008029503 (МПК А21В 1/22, F24C 7/04, F27D 11/00, приор. 10.02.2004). Устройство, реализующее способ, содержит два основных источника ИК-излучения, расположенных сверху и снизу по отношению к зоне приготовления продукта, дополнительные источники излучения и несколько отражателей ИК-излучения, формирующих определенные диаграммы направленности излучения. В качестве источников ИК-излучения использованы цилиндрические элементы. Верхний основной источник генерирует ИК-волны в диапазоне 1,63-1,7 мкм, а нижний в диапазоне 2-2,2 мкм. Отражатели и стенки камеры производят смещение спектра излучения в сторону увеличения длины волны. Формируемая в устройстве среда, в которой присутствует излучение со спектрами в указанных диапазонах и отраженное излучение с измененными спектрами, способствует сокращению времени приготовления. Благодаря поглощению ИК-излучения клетками внутри продукта приготовление происходит одновременно внутри и снаружи вне зависимости от температуры окружающей среды. Недостатком способа и устройства является то, что указанный спектр излучения не позволяет качественно приготовить продукты, имеющие различные оптические характеристики и консистенцию. Кроме того, при описанной конструкции печи невозможно прогнозировать спектральные характеристики инфракрасной среды внутри печи. Цилиндрические источники ИК-излучения не позволяют создать энергетически равномерную среду с незначительными градиентами. Также отражающие элементы формируют потоки с определенными диаграммами направленности излучения, что требует точного позиционирования продукта в месте их пересечения. Эти причины не позволяют получить стабильный кулинарный результат. Основной диапазон излучения находится вне полосы поглощения таких важных нутриентов, как насыщенные и ненасыщенные липиды, белки и сахара. Это вызывает необходимость длительного теплового воздействия и их деградации вследствие этого.Closest to the proposed method and device for cooking products are a method and device for cooking using an infrared radiation source according to US application No. 200829503 (IPC А21В 1/22, F24C 7/04, F27D 11/00, prior 10.02.2004). The device that implements the method contains two main sources of IR radiation located above and below in relation to the preparation zone of the product, additional radiation sources and several reflectors of IR radiation that form certain radiation patterns. Cylindrical elements are used as sources of infrared radiation. The upper main source generates IR waves in the range of 1.63-1.7 microns, and the lower one in the range of 2-2.2 microns. Reflectors and chamber walls shift the emission spectrum towards increasing wavelength. The environment formed in the device, in which there is radiation with spectra in the indicated ranges and reflected radiation with altered spectra, helps to reduce the cooking time. Due to the absorption of infrared radiation by the cells inside the food, cooking takes place simultaneously inside and outside, regardless of the ambient temperature. The disadvantage of this method and device is that the specified radiation spectrum does not allow high-quality preparation of products with different optical characteristics and consistency. In addition, with the described furnace design, it is impossible to predict the spectral characteristics of the infrared medium inside the furnace. Cylindrical sources of infrared radiation do not allow creating an energetically uniform environment with insignificant gradients. Also, reflective elements form streams with certain radiation patterns, which requires precise positioning of the product at the point of intersection. These reasons do not allow you to get a consistent culinary result. The main range of radiation lies outside the absorption band of important nutrients such as saturated and unsaturated lipids, proteins and sugars. This necessitates prolonged heat exposure and their degradation as a result.
Наиболее близким к предлагаемому источнику ИК-излучения является источник, используемый в пленочной печи с электрическим нагревом по заявке Китая №102183051 (МПК F24C 7/04, приор. 06.04.2011). Источник представляет собой ИК-прозрачную стеклокерамическую пластину с нанесенной на нее резистивной пленкой, к которой присоединены провода для электроснабжения. Такая нагревательная система формирует инфракрасный поток, не содержащий отраженного излучения, и предназначена только для разогрева посуды, стоящей на плите.The closest to the proposed source of IR radiation is the source used in a film oven with electric heating according to the application of China No. 102183051 (IPC F24C 7/04, prior. 06.04.2011). The source is an IR-transparent glass-ceramic plate with a resistive film applied to it, to which wires for power supply are connected. Such a heating system generates an infrared stream that does not contain reflected radiation, and is intended only for heating dishes on the stove.
За последние десятилетия пищевая ценность продуктов питания значительно снизилась (С.Н. Удинцев. Т.П. Жилякова «Современные методы повышения пищевой ценности сельскохозяйственной продукции». Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012 г. №2 (18). С. 81-91). При традиционной тепловой обработке, когда основными способами передачи тепла являются конвекция и кондукция, происходит дополнительное снижение их пищевой ценности. В результате перегрева внешних слоев продукта органические нутриенты разрушаются, а неорганические выводятся с влагой в результате дегидратации продукта. Для того, чтобы организм получил необходимое количество полезных веществ, человек вынужден потреблять большее количество продуктов, что приводит к ожирению. Излишнее воздействие на нутриенты приводит к уменьшению пищевой ценности продукта в целом, поэтому актуально создание способов приготовления продуктов, при которых максимально сохраняются их полезные свойства. Необходимо создать среду для приготовления, в которой каждый из видов нутриентов получает минимально достаточное энергетическое воздействие, которое, с одной стороны, оптимально в отношении сохранности их полезных свойств, а с другой стороны, необходимо достаточно в отношении достижения кулинарного результата в целом. Известно, что пищевые системы представляют собой сложные смеси различных биохимических молекул, биологических полимеров, неорганических солей и воды. Инфракрасные спектры таких смесей возникают при механических колебаниях молекул или отдельных молекулярных агрегатов в очень сложном явлении взаимного перекрытия.Over the past decades, the nutritional value of food products has significantly decreased (SN Udintsev. TP Zhilyakova "Modern methods of increasing the nutritional value of agricultural products." Bulletin of the Tomsk State University. Biology. 2012, No. 2 (18). P. 81 -91). With traditional heat treatment, when the main methods of heat transfer are convection and conduction, there is an additional decrease in their nutritional value. As a result of overheating of the outer layers of the product, organic nutrients are destroyed, and inorganic nutrients are removed with moisture as a result of dehydration of the product. In order for the body to receive the required amount of nutrients, a person is forced to consume more foods, which leads to obesity. Excessive impact on nutrients leads to a decrease in the nutritional value of the product as a whole, therefore, it is important to create methods for preparing products in which their beneficial properties are maximally preserved. It is necessary to create an environment for cooking, in which each of the types of nutrients receives the minimum sufficient energy impact, which, on the one hand, is optimal in terms of the preservation of their beneficial properties, and on the other hand, it is necessary enough in terms of achieving the culinary result in general. It is known that food systems are complex mixtures of various biochemical molecules, biological polymers, inorganic salts and water. The infrared spectra of such mixtures arise from mechanical vibrations of molecules or individual molecular aggregates in a very complex phenomenon of mutual overlap.
Техническая проблема состоит в том, чтобы создать внутри устройства универсальную ИК-среду, минимально достаточно воздействующую на любые виды нутриентов, с возможностью оперативного управления ее физическими характеристиками. Минимально достаточная мера теплового воздействия на нутриентный состав может быть достигнута одновременным равномерным ИК-воздействием на продукт со всех сторон. Благодаря этому все части продукта будут достигать готовности одновременно, избегая перегрева отдельных частей, расположенных не фронтально к источнику. Необходимо также разработать широкополосный источник ИК-излучения, который позволяет создать такую среду. Каждый продукт питания имеет сложный нутриентный состав. Каждый из нутриентов характеризуется определенной полосой инфракрасного поглощения. Воздействие на продукт именно в этом диапазоне определяет наибольший эффект сохранения полезных свойств. В универсальной среде для каждого нутриента и, соответственно, для каждого продукта должно быть обеспечено оптимальное воздействие, способствующее наилучшей сохранности пищевой ценности продукта в целом. Равномерность среды позволит получать необходимое воздействие на нутриентный состав при минимальном теплоэнергетическом воздействии.The technical problem is to create a universal IR environment inside the device that minimally affects any kind of nutrients, with the possibility of operational control of its physical characteristics. The minimum sufficient measure of thermal effect on the nutrient composition can be achieved by simultaneous uniform IR exposure of the product from all directions. Thanks to this, all parts of the product will reach readiness at the same time, avoiding overheating of individual parts that are not located in front of the source. It is also necessary to develop a broadband IR source that allows such an environment. Each food product has a complex nutritional composition. Each of the nutrients has a specific infrared absorption band. The impact on the product in this particular range determines the greatest effect of preserving useful properties. In a universal environment, for each nutrient and, accordingly, for each product, an optimal effect should be provided that contributes to the best preservation of the nutritional value of the product as a whole. The uniformity of the environment will make it possible to obtain the necessary effect on the nutrient composition with minimal heat and power impact.
Для создания такой ИК-среды предлагается в способе приготовления продуктов, в котором используют более одного источника ИК-излучения с широкополосными спектральными характеристиками ИК-излучения, использовать излучение с длиной волны 3-10 мкм. Температуру нагревательных элементов и оптические характеристики источников ИК-излучения необходимо выбирать таким образом, чтобы совокупность максимумов спектров излучения, воздействующего на продукт, соответствовала совокупности спектральных полос поглощения входящих в приготавливаемый продукт нутриентов. Интенсивность совокупного излучения источников должна быть минимально достаточной для доведения продукта до готовности. Источники ИК-излучения необходимо расположить таким образом, чтобы суммарный поток ИК-излучения, направленного на продукт, был равномерно распределен по всей зоне приготовления продукта.To create such an IR environment, it is proposed to use radiation with a wavelength of 3-10 μm in a method for preparing products in which more than one source of IR radiation with broadband spectral characteristics of IR radiation is used. The temperature of the heating elements and the optical characteristics of the sources of infrared radiation must be selected in such a way that the set of maxima of the radiation spectra affecting the product corresponds to the set of spectral absorption bands of the nutrients included in the prepared product. The intensity of the total radiation of the sources should be as low as possible to bring the product to readiness. Sources of infrared radiation must be positioned so that the total flux of infrared radiation directed to the product is evenly distributed throughout the entire cooking zone.
Аминокислоты, полипептиды и белки обнаруживают 2 интенсивные полосы поглощения, локализованные в диапазоне от 3 до 4 и от 6 до 9 мкм. С другой стороны, липиды демонстрируют значительные поглощения по всему спектру инфракрасного излучения с 3 более сильными полосами поглощения, расположенными на 3-4, 6 и 9-10 мкм, тогда как углеводы имеют 2 сильных полосы поглощения в области 3 и 7-10 мкм. Таким образом, за счет создания ИК-среды с широкополосными спектральными характеристиками, решается проблема такого воздействия на продукт, при котором каждый из видов нутриентов получает минимально достаточное энергетическое воздействие, которое, с одной стороны, оптимально в отношении сохранности их полезных свойств, а с другой стороны, необходимо достаточно в отношении достижения кулинарного результата в целом. До сих пор при создании устройств для ИК-обработки продуктов не учитывалось то, что разные нутриенты имеют разные спектры поглощения. Не ставилась задача сохранения максимального сохранения полезных свойств продукта. Использовалось излучение узкого спектра с дальнейшим малоконтролируемым процессом его изменения при помощи отражателей.Amino acids, polypeptides and proteins exhibit 2 intense absorption bands located in the range from 3 to 4 and from 6 to 9 μm. On the other hand, lipids show significant absorption across the entire infrared spectrum with 3 stronger absorption bands located at 3-4, 6 and 9-10 µm, while carbohydrates have 2 strong absorption bands in the 3 and 7-10 µm region. Thus, by creating an IR environment with broadband spectral characteristics, the problem of such an effect on the product is solved, in which each type of nutrient receives a minimum sufficient energy effect, which, on the one hand, is optimal in terms of the preservation of their beneficial properties, and on the other hand, it is necessary enough in relation to the achievement of the culinary result in general. Until now, when creating devices for IR-processing of products, it was not taken into account that different nutrients have different absorption spectra. The task was not set to preserve the maximum preservation of the useful properties of the product. We used radiation of a narrow spectrum with a further uncontrolled process of its change using reflectors.
Устройство для приготовления пищи содержит несколько ИК-источников излучения, причем источники ИК-излучения выполняют также функцию отражения ИК-излучения и направления его в зону приготовления продукта. Их количество, оптические характеристики материала, расположение (взаимное и по отношению к приготавливаемому продукту) и форма выбираются так, чтобы спектр ИК-излучения каждого источника, направленного в зону приготовления продукта, соответствовал спектральным полосам поглощения входящих в продукт нутриентов, а его интенсивность была минимально достаточной для доведения продукта до готовности. То есть совокупное излучение от всех источников создает аддитивную ИК-среду, которая является оптимальной для его приготовления. Источники излучения являются плоскими или выпукло-вогнутыми и расположены парами напротив друг друга по обе стороны от приготавливаемого продукта с возможностью изменения расстояния между ними.The cooking device contains several infrared radiation sources, and the infrared radiation sources also perform the function of reflecting infrared radiation and directing it to the product preparation area. Their number, optical characteristics of the material, location (mutual and in relation to the prepared product) and shape are chosen so that the spectrum of IR radiation of each source directed to the preparation zone corresponds to the spectral absorption bands of the nutrients included in the product, and its intensity is minimal sufficient to bring the product to readiness. That is, the combined radiation from all sources creates an additive IR environment that is optimal for its preparation. The radiation sources are flat or convex-concave and are located in pairs opposite each other on both sides of the product being prepared with the possibility of changing the distance between them.
Источник инфракрасного излучения, который может быть использован в предлагаемом устройстве, содержит нагревательный элемент, пластину из материала, прозрачного для инфракрасного излученияи пластину, расположенную с другой стороны от нагревательного элемента по отношению к первой пластине параллельно ей, выполненную из материала, имеющего меньшую прозрачность для инфракрасного излучения, чем первая пластина, причем обе пластины являются плоскими или выпукло-вогнутыми с одинаковым радиусом кривизны поверхности (расстояние между пластинами должно быть одинаковым по всей площади). Нагревательный элемент должен иметь такую конструкцию, чтобы была возможность прохождения отраженного от второй пластины ИК-излучения в сторону первой пластины и зоны приготовления, т.е. между отдельными частями нагревательного элемента должны быть ИК-проницаемые промежутки.The source of infrared radiation, which can be used in the proposed device, contains a heating element, a plate made of a material transparent to infrared radiation and a plate located on the other side of the heating element with respect to the first plate parallel to it, made of a material having a lower transparency for infrared radiation than the first plate, and both plates are flat or convex-concave with the same surface curvature radius (the distance between the plates should be the same over the entire area). The heating element must be of such a design that it is possible for the IR radiation reflected from the second plate to pass towards the first plate and the cooking zone, i.e. there must be infrared-permeable gaps between the individual parts of the heating element.
Первая пластина может быть также частично прозрачной для инфракрасного излучения. В этом случае она служит оптическим фильтром для получения ИК-спектра с нужными характеристиками.The first plate can also be partially transparent to infrared radiation. In this case, it serves as an optical filter to obtain the IR spectrum with the desired characteristics.
В отличие от устройства по европейскому патенту №2906020, предлагаемые источники излучения позволяют сформировать более равномерно распределенное по зоне приготовления продукта ИК-излучение.In contrast to the device according to European patent No. 2906020, the proposed radiation sources make it possible to form IR radiation more evenly distributed over the cooking zone.
Часть излучения от нагревательного элемента, проходя через первую пластину, попадает в зону размещения продукта. Другая часть излучения, направленная в противоположную сторону, отражается от второй пластины и, также проходя через первую пластину, попадает в зону размещения продукта и суммируется с первоначальным излучением. Кроме того, первая пластина нагревается от нагревательного элемента и от температуры в зоне размещения продукта и также излучает ИК-волны в зону размещения продукта. Пластины в ИК-источнике имеют несколько назначений. Так, первая пластина 2 имеет конструкционное назначение, образуя стенку (грань), ограничивающую внутреннюю область приготовления продукта, она может служить фильтром ИК-излучения, сама являться источником излучения при ее нагреве, а также может служить несущей поверхностью при расположении на ней нагревательного элемента, как в случае с тонко- или толстопленочным резистивным нагревательным элементом. Вторая пластина 3 также может иметь ограничивающую функцию, только внешнюю по отношению к области приготовления и являться отражающим элементом ИК-излучения, исходящего от нагревательного элемента и первой пластины 2 и не попадающего в область приготовления. В свою очередь, эти виды излучения также отражаются от различных элементов конструкции. Этот процесс происходит многократно. Таким образом, в зоне размещения продукта складывается ИК-излучение от различных элементов конструкции. Создается возможность обеспечить необходимую степень воздействия на продукт.Part of the radiation from the heating element, passing through the first plate, enters the product placement area. Another part of the radiation, directed in the opposite direction, is reflected from the second plate and, also passing through the first plate, enters the product placement area and is added to the original radiation. In addition, the first plate is heated by the heating element and from the temperature in the product placement area and also emits IR waves to the product placement area. The plates in the IR source have several purposes. So, the
Для повышения энергосберегающих свойств устройства между нагревательным элементом и второй пластиной может быть создан теплоизолирующий зазор. В зазоре может быть дополнительно размещен ИК-проницаемый теплоизолирующий материал, который минимизирует тепловое воздействие на внешнюю стенку конструкции.To increase the energy saving properties of the device, a heat insulating gap can be created between the heating element and the second plate. An infrared-permeable thermal insulation material can be additionally placed in the gap, which minimizes the thermal effect on the outer wall of the structure.
Техническим результатом предлагаемого решения будет создание в устройстве ИК-среды, универсальной для приготовления любых продуктов питания без потери пищевой ценности (сохранение нутриентного состава) при минимально достаточном теплоэнергетическом воздействии (сокращение времени воздействия и уменьшение локальных перегревов).The technical result of the proposed solution will be the creation of an infrared environment in the device that is universal for the preparation of any food products without loss of nutritional value (preservation of the nutrient composition) with a minimum sufficient thermal energy impact (reduction of exposure time and reduction of local overheating).
Практическим следствием этого результата является уменьшение энергопотребления и повышение производительности и долговечности оборудования.The practical consequence of this result is a reduction in energy consumption and an increase in productivity and equipment durability.
На фиг. 1 схематически изображено в разрезе расположение пластин источника ИК-излучения. 1а - плоские пластины; 1б - выпукло-вогнутые пластины.FIG. 1 is a schematic sectional view of the arrangement of the plates of the IR radiation source. 1a - flat plates; 1b - convex-concave plates.
На фиг. 2 изображен вариант выполнения ИК-источника излучения, где резистивный нагревательный элемент нанесен на ИК-прозрачную первую пластину равномерно по ее полезной площади, а вторая пластина является ИК-отражающим элементом.FIG. 2 shows an embodiment of an IR radiation source, where a resistive heating element is applied to the IR transparent first plate uniformly over its effective area, and the second plate is an IR reflecting element.
На фиг. 3 изображен вариант выполнения источника ИК-излучения, в котором между нагревательным элементом и второй пластиной существует зазор, который может быть воздушным или заполненным изоляционным материалом.FIG. 3 depicts an embodiment of an infrared radiation source in which a gap exists between the heating element and the second plate, which can be air or filled with insulating material.
На фиг. 4 изображено расположение плоских источников ИК-излучения в устройстве для приготовления пищи в виде куба в разрезе.FIG. 4 shows the arrangement of flat sources of infrared radiation in a cube-shaped cooking device in section.
На фиг. 5 изображена конструкция, аналогичная изображенной на фиг. 4, составленная из выпукло-вогнутых источников ИК-излучения.FIG. 5 shows a structure similar to that shown in FIG. 4, composed of convex-concave infrared sources.
При осуществлении способа происходит проникновение ИК-излучения в глубь продукта. Глубина проникновения зависит от длины волны и структуры продукта. Поэтому излучение, представляющее собой широкий спектр одновременно излучаемых волн различной длины, воздействует, соответственно, на различные области внутри продукта. Создаются условия для приготовления продукта одновременно снаружи и в объеме. Экспериментально установлено, что именно при воздействии излучения спектра от 3 до 10 мкм происходит его равномерное проникновение вглубь продукта и дальнейшая инициация механизмов тепломассопереноса, практически не зависящих от конвекционных процессов. Большинство пищевых продуктов имеет неоднородную структуру и, соответственно, разнородные оптические характеристики, при этом проницаемость продуктов различной структуры для узкого спектра малопрогнозируема. Широкий спектр длин излучаемых волн, одновременно воздействующих на продукт, компенсирует неоднородность структуры продукта в отношении процессов тепломассопереноса. При выходе за границы этого спектра отмечалось ухудшение показателей сохранности нутриентного состава, например, уменьшение содержания витаминов и некоторых аминокислот.During the implementation of the method, infrared radiation penetrates deep into the product. The depth of penetration depends on the wavelength and structure of the product. Therefore, the radiation, which is a wide spectrum of simultaneously emitted waves of different lengths, affects, respectively, different areas within the product. Conditions are created for cooking the product both outside and in volume. It has been experimentally established that it is precisely when exposed to radiation of the spectrum from 3 to 10 μm that it penetrates uniformly into the depth of the product and further initiates the mechanisms of heat and mass transfer, which are practically independent of convection processes. Most food products have a heterogeneous structure and, accordingly, heterogeneous optical characteristics, while the permeability of products of various structures for a narrow spectrum is hardly predictable. A wide spectrum of radiated wavelengths simultaneously affecting the product compensates for the inhomogeneity of the product structure with respect to heat and mass transfer processes. When the limits of this spectrum were exceeded, the indicators of the preservation of the nutrient composition deteriorated, for example, a decrease in the content of vitamins and some amino acids.
Не менее важной является возможность минимально достаточного теплоэнергетического избирательного воздействия на нутриенты продукта с учетом их поглощательных свойств. ИК-волны, которые при генерации излучаются в сторону, противоположную зоне размещения продукта, возможно направить на него посредством отражения. В результате аддитивности изучения от всех элементов устройства получается более интенсивная ИК-среда, обеспечивающая необходимую степень воздействия на продукт.Equally important is the possibility of a minimally sufficient heat and power selective effect on the nutrients of the product, taking into account their absorptive properties. Infrared waves, which, when generated, are emitted in the direction opposite to the product placement zone, can be directed at it by means of reflection. As a result of the additivity of the study, a more intense IR environment is obtained from all elements of the device, providing the necessary degree of impact on the product.
При технологической необходимости возможно также дополнительно воздействовать на продукт теплом, генерируемым ИК-источником в воздушной среде в зоне размещения продукта (конвекция) или при непосредственном контакте с источником (кондукция). Таким образом, продукт подвергается комплексному воздействию.In case of technological necessity, it is also possible to additionally influence the product with heat generated by the IR source in the air in the area of the product placement (convection) or in direct contact with the source (conduction). Thus, the product is exposed to complex effects.
В наиболее простом варианте источник ИК-излучения (фиг. 1) содержит нагревательный элемент 1, первую пластину 2, которая является ИК-излучающей поверхностью, и вторую пластину 3, которая отражает излучение от первой пластины и в то же время генерирует собственное ИК-излучение своего спектра. Нагревательный элемент 1 также является источником ИК-излучения с самой короткой в данной системе длиной волны. Пластина 2, в зависимости от оптических свойств материала, из которого она изготовлена, может частично или полностью пропускать ИК-излучение от нагревательного элемента и под действием нагревательного элемента 1 формировать собственный спектр ИК-излучения в необходимом диапазоне. То есть она должна быть выполнена из материала, прозрачного или частично прозрачного для ИК-излучения. Пластина 3 служит отражателем излучений от нагревательного элемента 1 и пластины 2 и под воздействием нагревательного элемента 1 формирует собственный спектр ИК-излучения в необходимом диапазоне. Для этого пластина 3 должна быть выполнена из материала, имеющего меньшую ИК-прозрачность, чем первая пластина 2. Таким образом, три элемента источника ИК-излучения формируют широкий спектр излучения в диапазоне от 3 до 10 мкм с возможностью акцентировать излучение в диапазоне, определяемом нутриентным составом продукта. Пластины 2 и 3 могут быть плоскими (фиг. 1а) или выпукло-вогнутыми (фиг. 1б).In the simplest version, the IR source (Fig. 1) contains a
Для генерации ИК-излучения может быть использовано как углеводородное топливо, так и резистивный нагрев. Нагревательные элементы могут иметь любую конструкцию, так, чтобы обеспечить генерацию ИК-излучения с необходимыми спектрами излучения. Кроме того, конструкция должна обеспечить возможность прохождения отраженного от второй пластины ИК-излучения в сторону первой пластины и зоны приготовления, т.е. между отдельными частями нагревательного элемента должны быть ИК-проницаемые промежутки. Например, отдельные части нагревательного элемента могут равномерно чередоваться с ИК-проницаемыми промежутками.Both hydrocarbon fuel and resistive heating can be used to generate infrared radiation. The heating elements can be of any design so as to ensure the generation of infrared radiation with the required radiation spectra. In addition, the structure must provide the possibility of passing infrared radiation reflected from the second plate towards the first plate and the cooking zone, i.e. there must be infrared-permeable gaps between the individual parts of the heating element. For example, individual portions of the heating element can be uniformly interlaced with IR-permeable gaps.
В одном из вариантов (фиг. 2) нагревательный элемент 1 представляет собой электропроводящие участки из резистивного материала на поверхности пластины 2. Вторая пластина 3 расположена позади них по отношению к зоне размещения продукта. Наилучшие результаты наблюдались, если части нагревательного элемента были равномерно расположены относительно рабочей части первой пластины.In one embodiment (Fig. 2), the
Нагревательный элемент может быть также нанесен на первую пластину любым известным способом по толстопленочной или тонкопленочной технологии. Как указано выше, участки с нанесенным слоем должны чередоваться с участками, проницаемыми для ИК-излучения, чтобы обеспечить возможность прохождения отраженного от второй пластины 3 ИК-излучения в сторону первой пластины 2.The heating element can also be applied to the first plate by any known method using thick film or thin film technology. As indicated above, the areas with the applied layer should alternate with the areas that are transparent to infrared radiation in order to allow the reflected infrared radiation from the
Регулирование подачи углеводородного топлива или электропитания нагревательных элементов и контроль температуры пластин и температуры в зоне приготовления продукта может производиться известными способами.Regulating the supply of hydrocarbon fuel or the power supply of the heating elements and the control of the temperature of the plates and the temperature in the cooking zone can be carried out by known methods.
Для повышения энергосберегающих свойств устройства между нагревательным элементом 1 и второй пластиной 3 может быть создан теплоизолирующий зазор. В зазоре может быть дополнительно размещен ИК-проницаемый теплоизолирующий слой из теплоизолирующего материала 4 (фиг. 3), который минимизирует тепловое воздействие на внешнюю стенку конструкции.To improve the energy-saving properties of the device, a heat-insulating gap can be created between the
Устройство для приготовления пищи содержит несколько ИК-источников излучения, состоящих из нагревательного элемента 1, первой пластины 2 и второй пластины 3 (фиг. 4 и 5). Их количество, расположение и форма выбираются таким образом, чтобы обеспечить необходимую степень воздействия ИК-излучения на продукт, которая определяется оптическими свойствами нутриентного состава продукта. Основным способом доставки тепловой энергии в продукт является электромагнитное излучение. Мера этого энергетического воздействия для решения поставленных задач должна соответствовать способности поглощения того или иного преобладающего нутриентного состава продукта (белки или углеводы, например). Следовательно, так как каждый из источников вносит свой вклад в суммарное энергоснабжение, а аддитивные факторы увеличивают его, необходимо выбирать количество источников и регулировать расстояние от источников до продукта с учетом основного нутриентного состава.The device for cooking food contains several IR radiation sources consisting of a
Практическим путем было установлено, что температура окружающей среды в зоне приготовления играет второстепенную роль по сравнению с энергетическим воздействием инфракрасного излучения, а сами спектральные характеристики и оперативное управление ими, напротив, имеют определяющее значение в достижении сохранности пищевой ценности и кулинарных результатов. Под оперативным управлением подразумевается степень нагрева и периодичность энергоподачи на нагревательный элемент, а также выбор расстояния от ИК-излучателей до продукта с его изменением при необходимости, а также изменение объема рабочей области внутри устройства, то есть расстояния между парами ИК-излучателей. В некоторых случаях, чтобы избежать конвекционного перегрева продукта, при котором происходят интенсивные потери в нутриентном составе, целесообразно производить принудительный отвод горячего воздуха.In a practical way, it was found that the ambient temperature in the cooking zone plays a secondary role in comparison with the energy effect of infrared radiation, and the spectral characteristics themselves and their operational management, on the contrary, are of decisive importance in achieving the preservation of nutritional value and culinary results. Operational control means the degree of heating and the frequency of power supply to the heating element, as well as the choice of the distance from the IR emitters to the product with its change if necessary, as well as the change in the volume of the working area inside the device, that is, the distance between pairs of IR emitters. In some cases, in order to avoid convectional overheating of the product, in which intense losses in the nutrient composition occur, it is advisable to produce forced removal of hot air.
Изменение расстояния между ИК-источниками, т.е. уменьшение внутреннего объема предлагаемого устройства приводило к уменьшению энергозатрат до 40%.Changing the distance between IR sources, i.e. a decrease in the internal volume of the proposed device led to a decrease in energy consumption by up to 40%.
Для того, чтобы использовать аддитивный эффект вместе с многократным отражением, ИК-источники излучения должны быть расположены напротив друг друга, образуя пары. При этом каждый ИК-источник отражает излучение от расположенных напротив ИК-источников. Этот процесс происходит многократно. Таким образом, в зоне размещения продукта излучение суммируется.In order to use the additive effect in conjunction with multiple reflections, infrared light sources must be placed opposite each other, forming pairs. Moreover, each IR source reflects radiation from opposite IR sources. This process happens many times. Thus, in the area of product placement, the radiation is added up.
Пар источников ИК-излучения может быть несколько. Оптимальным вариантом выполнения устройства является образование тремя парами плоских источников замкнутого пространства в виде куба или параллелепипеда (фиг. 4), но пар может быть и больше. Источники также могут иметь выпукло-вогнутую форму (фиг. 5).There can be several pairs of infrared radiation sources. The optimal embodiment of the device is the formation by three pairs of flat sources of a closed space in the form of a cube or parallelepiped (Fig. 4), but there can be more pairs. The sources can also have a convex-concave shape (Fig. 5).
ИК-источники излучения могут служить конструкционными деталями каркаса оборудования (стенки, дверцы, под и свод, полки).IR radiation sources can serve as structural parts of the equipment frame (walls, doors, under and roof, shelves).
Наилучшим вариантом осуществления изобретения является устройство с тремя парами ИК-излучателей, выполненных из стеклокерамики, образующих конструкцию в форме куба. В этом устройстве при достижении, с целью получения широкого спектра излучения от 3,7 мкм до 9 мкм, температуры нагревательного элемента в 600°С и пластины 2, обращенной внутрь устройства, в 500°С, производился принудительный воздухоотвод для поддержания температуры воздушной среды до 60°.The best embodiment of the invention is a device with three pairs of glass-ceramic infrared emitters, forming a cube-shaped structure. In this device, upon reaching, in order to obtain a wide spectrum of radiation from 3.7 microns to 9 microns, the temperature of the heating element at 600 ° C and
В устройство был помещен кусок мяса весом в 1000 г. Он был доведен за 30 мин. до температуры внутри продукта в 78°С (температура готовности). Температура внутри продукта контролировалась кулинарным термометром.A piece of meat weighing 1000 g was placed in the device. It was finished in 30 minutes. to a core temperature of 78 ° C (ready temperature). Core temperature was monitored with a cooking thermometer.
Хлеб весом 700 гр., расположенный в предлагаемом устройстве, приготовился при температуре окружающей среды в 150°С за 17 мин, т.е. в 2 раза быстрее, чем при приготовлении в бытовой духовке или промышленной печи.Bread weighing 700 grams, located in the proposed device, was cooked at an ambient temperature of 150 ° C for 17 minutes, i.e. 2 times faster than cooking in a household oven or industrial oven.
Тушка рыбы весом 760 г доведена до температуры готовности в 73°С за 10 мин.A fish carcass weighing 760 g is brought to a cooked temperature of 73 ° C in 10 minutes.
В некоторых технологических процессах (например, обработка однородного продукта, в частности, выпечка хлеба или стерилизация молока) требуется ИК-среда ограниченного диапазона. В этом случае первая пластина 2 должна быть выполнена из материала частично прозрачного для ИК-излучения, т.е. имеющего оптические характеристики, соответствующие необходимой полосе пропускания ИК-излучения.In some technological processes (for example, processing of a homogeneous product, in particular, baking bread or sterilizing milk), a limited IR environment is required. In this case, the
Здесь описаны возможные варианты осуществления изобретения. Однако специалистами в данной области в описанные конструкции могут быть внесены изменения и дополнения, связанные с решением специфических задач, которые не выходят за рамки формулы изобретения.Possible embodiments of the invention are described herein. However, specialists in this field in the described designs can be made changes and additions related to solving specific problems that do not go beyond the scope of the claims.
Время на приготовление продуктов с использованием устройств предлагаемой конструкции сокращалось до 50% по сравнению с традиционными способами. Например, приготовление хлеба из 600 г теста в устройстве, изображенном на фиг. 4, заняло 15 мин. при нормативе 40 мин.The time for cooking products using devices of the proposed design was reduced by up to 50% compared to traditional methods. For example, making bread from 600 g of dough in the apparatus shown in FIG. 4, took 15 minutes. at a standard of 40 min.
Готовности продукта до необходимой кондиции оказалось возможно достичь при пониженных по отношению к общепринятым температурах. Например, приготовление мясного стейка в таком же устройстве происходило при температуре в зоне размещения продукта менее 50°С.It turned out to be possible to achieve the readiness of the product to the required condition at temperatures lower than conventional ones. For example, the preparation of a meat steak in the same device took place at a temperature in the product placement area of less than 50 ° C.
Благодаря сокращению времени приготовления и снижению температуры уменьшается энергопотребление и повышается производительность и долговечность оборудования.Shorter cooking times and lower temperatures reduce energy consumption and increase productivity and longevity.
Потери в весе были значительно меньше, чем при традиционных способах приготовления (в хлебобулочных изделиях - до 6% от веса сырья, в мясе - до 5%, в рыбе - до 6%). Практически отсутствовало парообразование во время приготовления. Приготовленный продукт получался мягким и сочным. По желанию продукт можно приготовить с корочкой или без нее. Предлагаемая технология позволяет максимально сохранить нутриентный состав продуктов, что невозможно сделать при общепринятых способах тепловой обработки.Weight loss was significantly less than with traditional cooking methods (in bakery products - up to 6% of the weight of raw materials, in meat - up to 5%, in fish - up to 6%). There was practically no vaporization during cooking. The cooked product was soft and juicy. If desired, the product can be cooked with or without crust. The proposed technology allows you to maximally preserve the nutritional composition of products, which cannot be done with conventional heat treatment methods.
Сокращается количество операций, необходимых для приготовления. Так, для приготовления замороженного мяса не требуется его заранее нагревать до комнатной температуры. При жарении мяса не нужно его сначала обжаривать при более высокой температуре. Снижаются требования к квалификации персонала.The number of operations required for cooking is reduced. So, for the preparation of frozen meat, it is not required to preheat it to room temperature. When roasting meat, you do not need to roast it at a higher temperature first. Requirements for the qualifications of personnel are being reduced.
Claims (6)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020113399A RU2743212C1 (en) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | Method of creating infrared medium for preparation of products, device for implementation thereof and source of infrared radiation used in device (embodiments) |
PCT/RU2020/000332 WO2021201715A1 (en) | 2020-03-30 | 2020-07-03 | Method, device and infrared source for cooking foods |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020113399A RU2743212C1 (en) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | Method of creating infrared medium for preparation of products, device for implementation thereof and source of infrared radiation used in device (embodiments) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2743212C1 true RU2743212C1 (en) | 2021-02-16 |
Family
ID=74666127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020113399A RU2743212C1 (en) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | Method of creating infrared medium for preparation of products, device for implementation thereof and source of infrared radiation used in device (embodiments) |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2743212C1 (en) |
WO (1) | WO2021201715A1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1738206A1 (en) * | 1989-07-26 | 1992-06-07 | Гродненский Государственный Университет | Method of treating food products and fodders by infrared irradiation |
US20080029503A1 (en) * | 2004-02-10 | 2008-02-07 | Luis Cavada | Method for cooking a food with infrared radiant heat |
CN102183051A (en) * | 2011-04-06 | 2011-09-14 | 中山市格普斯纳米电热科技有限公司 | Electric heating film stove |
EP2906020A1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-08-12 | ELECTROLUX PROFESSIONAL S.p.A. | Apparatus for cooking food products |
RU2720127C1 (en) * | 2019-10-21 | 2020-04-24 | Общество с ограниченной ответственностью "МАЙ" | Controlled microwave heating method and device |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5036179A (en) * | 1988-05-19 | 1991-07-30 | Quadlux, Inc. | Visible light and infra-red cooking apparatus |
-
2020
- 2020-03-30 RU RU2020113399A patent/RU2743212C1/en active
- 2020-07-03 WO PCT/RU2020/000332 patent/WO2021201715A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1738206A1 (en) * | 1989-07-26 | 1992-06-07 | Гродненский Государственный Университет | Method of treating food products and fodders by infrared irradiation |
US20080029503A1 (en) * | 2004-02-10 | 2008-02-07 | Luis Cavada | Method for cooking a food with infrared radiant heat |
CN102183051A (en) * | 2011-04-06 | 2011-09-14 | 中山市格普斯纳米电热科技有限公司 | Electric heating film stove |
EP2906020A1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-08-12 | ELECTROLUX PROFESSIONAL S.p.A. | Apparatus for cooking food products |
RU2720127C1 (en) * | 2019-10-21 | 2020-04-24 | Общество с ограниченной ответственностью "МАЙ" | Controlled microwave heating method and device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2021201715A1 (en) | 2021-10-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2835758B2 (en) | Oven and cooking method using this oven | |
USRE36724E (en) | Visible light and infra-red cooking apparatus | |
KR100518974B1 (en) | High-efficiency lightwave oven | |
US5712464A (en) | Method and apparatus of cooking food in a lightwave oven | |
KR100518975B1 (en) | Lightwave oven and method of cooking therewith with cookware reflectivity compensation | |
US6011242A (en) | Method and apparatus of cooking food in a lightwave oven | |
JP2010084955A (en) | Pizza baking machine | |
KR20010004084A (en) | Heating device for microwave oven | |
RU2743212C1 (en) | Method of creating infrared medium for preparation of products, device for implementation thereof and source of infrared radiation used in device (embodiments) | |
AU667823B2 (en) | Cooking apparatus using electron and molecular excitation mode | |
RU2681128C1 (en) | Method of heat treatment of food and device for implementation thereof | |
RU206865U1 (en) | MULTI-FUNCTIONAL COOKER | |
JP5600956B2 (en) | Microwave heating cooker | |
RU199820U1 (en) | DEVICE WITH INFRARED HEATING ELEMENTS FOR COOKING VARIOUS FOOD | |
JPH03122420A (en) | Oven for making eggroll, half-done egg and hot spring egg | |
JPH0286726A (en) | Far infrared hot drying unit | |
JP3837668B2 (en) | Far infrared cooker | |
JP2011192442A (en) | High-frequency heating cooker | |
JP2011204542A (en) | High frequency cooking device | |
KR20170056863A (en) | Cooking apparatus, control method thereof and laminated plate | |
JP2003004239A (en) | Electric cooking device |