用电磁(例如微波)和真空处理法生产片状食品 【发明领域】
本发明涉及在微波场中烹制基本不含脂肪的土豆片之方法和设备。背景
传统的土豆片是把土豆切片放在食用油，通常是植物油中油炸而成。这种烹调方法在烹调过程中向土豆组织施以高速加热和高温。热量使土豆中淀粉颗粒水合并膨胀，这使消费者能品尝到烹调过的结构和香味。快速加热使水从土豆组织中汽化出来，产生轻脆而膨松物质。土豆中氨基酸的氨基团和少量糖之间的Maillard着色反应(参见Whistler,R.I.and Daniel,J.R.1985，“食品化学中的碳水化合物”(“Carbohydrates in Food Chemistry”) Second Edition,Marcel Dekker Inc.New York,Owen R.Fennema ed.,pg.96-105)，产生土豆片特有的金黄色和烤香味。遗憾的是，油炸时土豆必然吸收油，使得一般情况下，土豆片热量的60％来自炸油的脂肪。正常饮食中这种脂肪含量已远高于卫生权威部门推荐的含量。
人们已作过很多努力想生产低脂肪或无脂肪的土豆片，其中包括烤土豆片、改进的烤土豆快餐食品、和微波干燥的土豆片(Specher,Weidersatz and Gaon，美国专利5,298,707，授权日期1994年5月29日；和Yuan等人，4,283,425，授权日期1981年8月11日)。Yuan等人的方法要求在微波处理前给土豆切片涂复蛋白质和/或脂肪，以避免土豆片上形成硬外壳。正如Specher等人1994年所述，因为这种硬壳，所以单纯微波加热不适合用来生产土豆片。Specher等人1994年的方法采用了一种特殊的脉动式微波场，它由一种螺旋状波导和特殊的输送带所产生，以减小硬表面和结构的问题，但是这种处理方法仍会生产出相当致密和坚硬的土豆片，因为水分从土豆片中蒸发和扩散出来的速度还不够快，不足以使土豆组织的结构充气或膨胀。
1994年5月17日授权给Yamashita的美国专利5,312,631报导用涂料以防止土豆粘在一起，并提到采用包括微波在内的辐射电磁波和在低于大气压条件下干燥。
发明简述
本发明的主要目的是提供一种系统以烹制具有酥脆结构和良好味道的、基本不含脂肪地(土豆)片状食品。
本发明涉及一种生产基本不含脂肪的片状膨化食品的方法和设备，它包括把切成片的食品排放在支架上、分步骤处理上述食品：第一步是至少部分烹调上述食品以提供表面基本不含水分，但其结构内部含有一定量(称为第一含量)非结合水分的、至少半熟的食品，下一步是用电磁辐射加热上述至少半熟的食品，以提供结构内部含有第二含量非结合水分的、加热熟食品，所述第二水分含量足以在上述膨化食品中产生所需的孔状结构，然后以一定速率降低上述熟食品周围的压力、降至大气压以下，使上述熟食品内部水分闪蒸出，因而在上述食品中形成孔洞，从而提供一种膨化食品，其中控制上述至少部分烹调步骤中和其下一步加热步骤中的条件，可以提供其结构内部含有上述第二水分含量的上述热食品，该条件足以使上述水分如蒸汽般膨胀，从而在上述膨化食品内部产生所需的孔状结构，使得上述膨化食品具有类似于常规烹调食品的组织结构。
优选上述至少半熟烹调过程，包括在用电磁辐射进一步加热上述至少半熟食品的步骤之前对上述食品进行表面干燥的步骤，上述表面干燥步骤包括在用空气扫过上述食品表面以吸收表面水分的同时，在低于大气压下加热。
优选第二水分含量占烹调热食品重量3至40％之间。
优选上述减压步骤使上述食品周围的气压降至100乇以下，优选小于80乇，减压时间短于2分钟，优选短于1.7分钟。
优选上述烹制食品温度在70°和90℃之间。
优选上述电磁辐射包括微波。
根据本发明优选实施例的详细描述结合下列附图可以更明显地看到本发明进一步的特点、目的和优点。
图1是本发明的方法用于生产土豆片的一个优选实施方案的流程图。
图2是本发明设备的一个实施方案的构造图。
图3是本发明的方法用于生产白薯片的一个实施方案流程图。
图4是本发明的方法用于生产玉米薄饼片的一个实施方案的流程图。优选实施方案的描述
本发明的方法适合于制备不含脂肪的土豆片和其它植物类快餐食品。土豆或其它植物切片(可以平切、铰切或网格状切割，但一般说来纵断面很薄，例如小于约0.2英寸厚，优选小于0.15英寸厚)经烹调、膨化、干燥和上色成酥脆快餐食品。在这种描述中，术语“原料食品薄片”是指适用于本发明的切割的土豆或其它水果或植物薄片，例如可以认为本发明可用于薯蓣类植物、白薯、苹果、胡萝卜或蘑菇和非植物组织的食品，如由加工的面粉、谷物等混合物制成的人造食品(如玉米薄饼片之类的快餐食品)。
下面的叙述主要涉及土豆，但势必可在合理的情况下，把所谓“土豆”解释成任何一种可用本发明处理的其它类似植物。当然，当烹调不同水果或植物以提供无脂肪膨化食品时，其条件必须调整，以便该膨化食品达到所需酥脆性和气孔率。
图1是本发明一个具体方案的方法流程图。如图所示，原料土豆薄片的初始制备包括清洗土豆，在切片之前削皮或不削皮，然后切成所需形状，如图1中12所示。优选原料土豆薄片的形状是网格状，但其它合适的常规形状包括扁平或卷曲，波纹等等形状也可以采用。
土豆切片的厚度是根据所需最终产品(土豆片)的厚度来选定的。一般情况下，如果原料切片厚度为约0.11英寸，那末干土豆片的厚度约为0.08英寸，也就是说收缩率大于约25％。显然，厚度越大，水分到达食品表面所必须经过的路径越长，所以如果切片太厚可能会遇到一些麻烦，处理的条件通常要随切片厚度的变化而作调整。
如图1所示按本发明的方法，将原料切片(或薄片)优选放置在合适的支架系统上(如图1中14所述托盘)，优选如16所述进行调味处理，如加盐(例如氯化钠)，例如浸泡在1.5到3％(重量)的盐溶液中约15到25分钟，优选20分钟，即足以使土豆薄片能吸收所需的调味品量。此外，在开始烹调步骤之前，也可以向该盐溶液中加入其它香料或调味品然后与土豆薄片相混合，以便给最终的土豆片加香。显然，对于要处理的具体食品和用以处理该食品的配料，要调整处理阶段的时间和其它条件。
可以认为，用氯化钠溶液处理土豆原料可增强微波能量向热量的转化，因为溶解的盐增大了原料土豆片的功耗因子。
在这样处理之后，使处理过的食品进入烹调阶段(如18所示)，它至少使土豆部分烤熟，优选使用微波能量(也可以使用其它能源，只要它们能既不使土豆的脂肪含量增加又不使其水分含量减少太多即可)，以使土豆温度升高到至少约80℃烹调土豆组织，使土豆组织内淀粉颗粒部分胶质化，除去土豆的生味，并使土豆组织软化到能象下面所描述的那样膨胀的程度。其时间取决于加热间内原料土豆片的重量和微波功率密度。该烹调步骤之后，该土豆片具有松软的组织结构，不再是脆性或硬性的了，且失去了它们的生味。
如果该土豆烹调得不充分，那末最终产品的组织结构将是韧而硬的，那么本方法后面阶段中土豆组织的膨胀也会不充分，达不到酥脆组织结构，而且最终土豆片的味道仍将类似于土豆原料的味道。
当如步骤18所示那样施加高强度微波场时(大于约4kW/每公斤土豆)，优选在约10分钟内把土豆温度升高到约80℃，由此将土豆片内大部分水分转化成热蒸汽。一般情况下，生土豆片的水分含量约为80％(重量)，在步骤18中，使土豆片开始经受高强度微波场的照射，提供足够热量，将土豆片烹到所需的熟度，但又不使水分含量减少太多，即还有足够水分仍留在土豆片内以便实施下面的处理步骤，特别是将在下面描述的步骤24中使土豆片膨胀的处理。步骤18之后的水分含量将大于湿土豆片重量的约50％，否则就是土豆片烹调太久了。
如图1流程图所示，至少半熟的土豆片优选接着作表面干燥处理(优选用大气压的空气干燥)，如步骤20所示。为除去残留的表面水分时，优选采用低于大气压条件下蒸发和用空气喷枪把干燥空气喷在食品上，即用气流吹扫食品以吸收食品表面的水分。
在步骤20中这种气流的流速优选在每公斤土豆每秒约1.4×10-4和2.8×10-4m3之间。因为在经受高强度微波场照射期间，土豆失去大量水分，所以优选采用空气注入法来将加热间内的冷凝现象减至最小。这种冷凝现象会减小用于加热和干燥土豆片的微波能量，因为冷凝水会再吸收加热间内的微波能量，蒸发并再凝结在加热间内壁上。这称之谓“热泵效应”，会大大降低微波能量的利用效率，如果不减小或防止的话就会大大增加处理时间。
表面干燥步骤20用于把大部分组织水分蒸发出来，并彻底冲洗加热间的水蒸汽。这一步骤也用来干燥并用干燥的土豆淀粉部分封闭土豆片表面，这样就可以进行本发明下一步的膨胀或造孔步骤。
显然，热量是在步骤20中施加的，但当在上述同一密闭容器中实施烹调和干燥步骤18和20时，在烹调操作的较后阶段实际上也出现了干燥步骤的效果。
在本发明优选具体方案中，土豆片在步骤20之后的水分总含量优选约为土豆片重量的20％到30％，最佳值是约为25％，但是水分含量可能在70到5％范围内，而且只要食品内部有足够的水分可供膨胀和形成所需的孔，仍可基本达到所需结果。优选压力约为80到120乇下进行表面干燥步骤20。
如图1的流程图所示，表面干燥步骤20之后，紧接着就是高强度的储能操作步骤22，该步骤使至少半熟的土豆片经受短暂的高强度微波场照射，使其温度在约2至3分钟内提高到至少70℃，即该加热程度使土豆内保持水分，接近水沸点，但优选不达到水的沸点。因为土豆片表面在步骤20期间已形成阻挡层，所以水蒸汽从土豆片内部向外的扩散是很慢的。这些阻挡层阻止水蒸汽离开土豆片。
在高储能步骤22中的环境气压约为760乇。微波场的强度和辐照时间要与原料土豆片的重量相协调，以达到所需要的脱水和加热效果。
然后使水分含量至少足以形成所需气孔的土豆〔一般来说水分含量小于40％但大于3％(重量)〕进入造气孔步骤24，施加中等强度(例如约2kW/kg土豆)微波场以基本上防止冷却，并使压力以一定速度降低到可使食品内水分象蒸汽一样膨胀的程度，从而在土豆中产生所需的孔隙结构，即在不到2分钟，优选不到1.7分钟的时间内，把压力降低到小于100乇，优选小于80乇，造孔步骤24之后的食品水含量小于20％但大于3％，显然在步骤24开始时食品内的某些水分从食品中挥发掉了，这样该步骤中至少有轻度水分减少。
与同等量液态水相比，水汽和蒸汽占据大得多的体积。所以该工艺过程中，土豆片内的水快速转化为蒸汽，就会有所希望的使土豆片膨胀的效果。在土豆片内产生的蒸汽压使蒸汽快速逸出土豆片，从而增加粗糙度和表面孔隙，这有利于土豆片进一步脱水和使外表组织结构粗糙化，造成类似于传统深度油炸土豆片的特征。
显然，需要压力和/或控制不同于大气气氛的任何操作步骤都必须在某种形式的密闭容器中进行，该密闭容器在某些阶段中使用时还必须施加微波。如果不施加这些条件，则土豆不需进行这些处理。
把贮能步骤22中强微波加热，和造孔步骤24中压力快速下降结合起来，就有使土豆片膨胀并使空隙增加和表面粗糙的效果。
在造孔步骤24之后，优选在低微波强度(约1kW/公斤土豆)、高真空(小于约100乇)、低注入空气流速，例如1×10-3m3/公斤土豆的操作步骤26中，将基本脱水的土豆片最终干燥并烘烤成所需颜色和质地。如果需要的话，该最后干燥步骤26也可以在约55℃的高温和大气压力下用热空气干燥来实现，但在通常的空气干燥器或烘箱中完成干燥要慢些。不管如何选择，在完成步骤26的干燥后，产品是无脂肪的土豆片，其水含量小于约6％(重量)，即一般在0.5到9％之间，优选在1和6％之间，更优选占土豆约为1.5％重量。
这就是最终形态的土豆片，按步骤28所指出的进行检查和包装。
最终的土豆片含有直径约0.1mm到1mm的孔隙并且在质地和口味上类似于通常深度油炸的土豆片。
如上所述，可以在步骤18的烹调之前，往步骤16中浸泡溶液中加入调味剂，但也可以在表面干燥步骤20之后，或最后干燥步骤26临近前把调味品加在土豆片的外表面上。
采用优选的形状，即切成网筛状，可减小熟土豆片总体尺寸的收缩，干燥前几乎保持与生土豆片相同的尺寸。网筛状土豆片也可减小咬食土豆片所需的总力，并使得加工者有可能在土豆片酥脆性和粗糙性之间较好地达到所需的平衡。
下面来谈谈为完成本发明方法所用的设备图2的画解说明。该设备包括一台微波和/或真空加热间60，它有一个入口门62和一个出口门。放在合适容器(篮子)中的切成片的食品经输运带68送入加热间60。在该工序中将装有食品的篮子放在工作间60内合适的加工地点(视第一次何处施加微波功率而定)并封闭在炉膛60内，按如上所述施加微波能量、减压和用空气吹气。
在所示系统中用一对磁控管70和72供给微波能量，它们是分别经由密封窗口74和76把微波注入加热间60的，优选加热间内的窗口74和76以及篮子66之间插入一个防水板78。
二叠篮子66如图所示放置在加热间60内的支撑板80上，该支撑板本身又优选放置在一个合适的负重传感器82上，该传感器测量加热间60内的该重量，并把此信息传给控制计算机84。
如图中86所示的合适温度计和压力计测量加热间60内的温度和压力，并把该信息供给控制计算机84。
用计算机84控制的真空泵88施加低于大气的压力下，在该工序的合适时间降低加热间的环境气压，并在合适的时间，在流量计90控制下放空气进入加热间60，该流量计本身又是按计算机84的指令来调节气流量的。
在工作间60内要执行的诸操作完成后，通过门64取出篮子并经由输送带92送走。实施例1(土豆)
1.0公斤原料土豆(品牌名称：加利福尼亚新鲜白土豆)，初始水分含量为78％(重量)，经清洗和切成“筛网状”土豆片。筛网状土豆片的厚度为0.11英寸。土豆片放在塑料盘上，按图1中16所指出的那样处理：浸泡在2.0％(重量)的氯化钠盐溶液中20分钟。处理后，把处理过的土豆片带盘一起放进到微波真空脱水系统(MVD-4B)中，微波功率的总输入为4.0千瓦。微波的吸收使土豆片的温度升高到约80℃持续7分钟。在烹调步骤18之后，土豆片质地湿软并失去了它们的生味。在烹调步骤结束时，土豆片的水分含量为60％(重量)。
在烹调步骤18之后，如图1中20所指出的那样，熟土豆片接着进行表面干燥操作步骤。气流注入速率是2.8×10-4m3/s，空气温度为20℃。在表面干燥步骤20中，加热间压力为120乇。表面干燥时间为6分钟。在表面干燥步骤结束时，土豆片水分含量为25％(重量)。
在表面干燥步骤20之后，采用的高强度储能步骤22中，土豆片温度在2分钟之内提高到70℃。在高储能步骤22中的环境压力是760乇。该操作步骤中，土豆组织挥发到加热间的蒸发损失是很慢的，但还是有百分之几的损失。在高储能步骤22结束时，土豆片的水分含量为20％(重量)。
用2.0千瓦的微波总输入功率使土豆片进入造孔步骤24。该步骤中，气压的下降速率是7.5乇/秒。这就是说，从大气压(760乇)降到80乇的时间是1.5分钟。气压的快速下降使蒸汽在土豆片内部膨胀。土豆片在结束造孔步骤24时的水分含量是7％(重量)。
在造孔步骤24之后，土豆片的最后干燥是在低强度微波干燥操作下进行的，即1.0千瓦总输入功率，并伴随较低空气注入速率(1.0×10-3m3/s)和高真空条件(80乇)。在步骤26的最后干燥之后，不含脂肪的土豆片有223克重，水分含量为3.0％(重量)。这样生产的土豆片，其质地和口味均接近于传统深度油炸土豆。实例2(白薯)
白薯的处理类似于土豆，但有一些小的差别，如图3所示，例如在半熟烹调阶段中使用蒸汽，以及在某些步骤中所作的调整，这从下述实例中可以很清楚看出。
1.2公斤原料白薯，初始水分含量为81.0％(重量)，经清洗和切成白薯片，如12A所示。白薯片厚度为0.09英寸。白薯片放在蒸汽锅里用100℃、760乇的蒸汽处理3.0分钟，以除去白薯生味(18A)。处理后，处理过的白薯片放入空气干燥器作空气预干燥，以便从白薯片表面蒸发掉水分(20A)。把白薯片暴露在热空气高速流中，使其温度在约1到11/2小时内升高到约60℃。在空气预干燥步骤20A之后，白薯片表面较干燥而内部仍有一定水含量。在本例中，空气预干燥结束时的白薯片水含量约为44％(重量)。
在空气预干燥步骤之后，白薯片接着在真空微波干燥器(VMD)中进入高储能干燥步骤22A。把白薯片放在VMD干燥器的篮子中，并使其滚动(摇动篮子)以使微波能量均匀吸收。采用高强度能量使白薯片的温度在1.5分钟内升高到约65℃。高储能步骤中环境气压是760乇。在本实例中，高储能步骤结束时白薯片的水含量是34.5％(重量)。
在高储能干燥步骤之后，采用4.0千瓦微波总输入功率的造孔步骤24A。该步骤结束时的压力是80乇。从大气压(760乇)降低到80乇的时间是11/2分钟。气压的快速下降使蒸汽在白薯片内膨胀。该步骤中组织的膨胀形成所需的孔状结构。结束造孔步骤后的白薯片，其水含量为10％(重量)。
造孔步骤之后，白薯片在空气干燥器中，用低流速气流和60到70℃的温度进行最后的干燥26A，约2到3小时。最后干燥结束时，不含脂肪的白薯片有205.0克重量，水分含量低于3％(重量)，且有蓬松的质地和新鲜的白薯口味。实例3(玉米粉饼片)
图4是实施例3描述的方法的流程图，它提供了一个典型例子把本发明用于上文所说的人造食品。
第一步如图4中210所述用常规方法制备玉米粉饼。把整颗粒的玉米放在每升含有50克氢氧化钙的溶液中，并使溶液量足以在该工艺过程中盖住玉米粒，在175°F(79.44℃)下加热30分钟。加热后，把该玉米在石灰水中浸泡约16小时，然后把水排干并用新鲜水清洗。然后在转盘石磨间把湿玉米磨成玉米面团。把玉米面团做成直径约6英寸、厚度八分之一英寸的玉米饼。
如212所指出的，该玉米饼在630°F(332.2℃)下焙烤11/2分钟，使水分含量达到玉米饼湿重量的约32到37％。然后如214指示的把该玉米饼切成6到8个小饼薄片(玉米饼片)并送入VMD干燥器。
将水分含量为33％(重量)的250克预烤过的玉米饼片，放入4kW真空微波干燥器的篮子中。该预烤处理后如216所指示进行高强度储能操作步骤。玉米饼片的温度在40秒钟内快速从25℃升到50℃。高储能步骤216中环境气压是760乇。有26.82％的水重量从玉米饼片内部蒸发到加热间。在高储能步骤216结束时，玉米饼片的水分含量为26.54％(重量)。
用4kW微波总输入功率对玉米饼片实施第一次造孔操作218。当加热间气压从760乇下降到180乇时，因为玉米饼片内与加热间之间的压力差，使内部有高水分含量的玉米饼片在55秒内快速蒸发并膨胀。这一步骤结束时玉米饼片部份膨胀。在这一步骤中形成了气泡实质部分。造孔步骤218结束时玉米饼片的水分含量为13.2％(重量)。
在第一次的造孔步骤之后，为制造更蓬松的质地，实施第二步的高强度储能步骤220。在1分钟10秒时间内，把玉米饼片的温度提高到约65℃。压力立即升高到760乇，从而尽快在这段时间里达到高温。该步骤220结束时，玉米饼片的水分含量为5.10％(重量)。
玉米饼片进入下一个最后干燥步骤222，用4kW微波总输入功率在VMD干燥器中完成膨胀。当气压下降到90乇时，高温约80℃的玉米饼片，在1分10秒时间内就造成大量孔状结构。制得168克玉米饼片224，其水分含量少于1％，特点是其膨胀、蓬松的质地，金黄颜色、稍带烘烤的外观和香味都类似于市售油炸玉米饼片。
上面叙述了基本不含脂肪食品(不添加脂肪)的生产过程，但在有些情况下可以容忍少量脂肪以加浓香味，这样可以修改本发明的产品生产方法，如在合适油中短时间烹炸、或用合适的油喷撒在食品上，或其它应用办法，以增强味道同时仍能生产出低脂肪的食品(即该食品只用有限量的油等)。
如果可以接受脂肪减少的食品，也可以采用下述办法来实际应用本发明；采用短时间油炸操作步骤作为预干燥步骤或处理步骤，以提供表面上基本无水分的半熟食品。
通过上述对本发明的介绍，则一些修改对于本领域的专业人员来说属显而易见，并没有脱离如附录专利权利要求书中规定的本发明的实质精神。