專利名稱：無脂肪薄脆片型小吃食品的生產方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無需浸漬在熱油中即可生產各種薄脆片型小吃食品的方法及設備，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于無脂肪方法生產馬鈴薯片的設備。
背景技術：
在小吃食品如馬鈴薯片和其它形式的蔬菜產品以及玉米片或墨西哥玉米餅之類的谷物薄片的生產領域中已知有各種方法，但是，這其中大部分方法依靠的是將馬鈴薯片或其它薄片食品浸入盛有熱油的容器中一段時間這樣的熱處理技術。所謂的“油炸”這種熱處理方法其作用是能有效地降低新鮮馬鈴薯片的水分含量，同時從熱油容器中吸收一些脂肪。新鮮馬鈴薯片的水分含量一般為其片重量的85％，而油炸馬鈴薯片的水分含量通常小于5％(重量)。但一般來說油炸方法可以使馬鈴薯片產品的含脂量達到產品總重量的約30％—45％。
很多人認為常規(guī)方法制得的馬鈴薯片含脂量高這點是不理想的，因為如此所得的薄片產品卡路里值高，并且貨架期較短。經過長時間的儲存后，馬鈴薯片中貯留的脂肪會發(fā)生酸敗，使該產品具有不好的氣味和滋味。在此之前人們已經研究出了很多熱處理方法來降低馬鈴薯等的含脂量。例如，Lipoma等人的美國專利US3,365,301公開了這樣一種生產油炸薄脆片型產品的方法將馬鈴薯片在較高溫度的油浴中進行部分加熱處理，其加熱時間比一般常規(guī)油浸熱處理方法所用時間要短，最終的熱處理步驟采用的是電磁加熱方法，如微波加熱。Lipoma的熱處理方法是一種高溫短時油浸法，據信這種方法可以使成品薄片的含脂量降低。但是，該方法無法消除薄片在第一步熱處理過程中對脂肪的吸收。Yuan等人的US4,283,425公開了另一種生產馬鈴薯片的方法，該方法是在原料馬鈴薯片上涂覆球狀蛋白質，并且可以在該蛋白質涂層之上再涂一層食用油或不涂該層食用油。然后將按照該方式制得的馬鈴薯片進行微波加熱處理。雖然Yuan的方法去掉了油炸步驟，但生產得到的仍然是一種至少具有球狀蛋白質外涂層的馬鈴薯片。在Yuan專利的第3欄第47-59行中指出，蛋白質涂層是微波處理馬鈴薯片成功的基本因素。此前據認為，單獨運用微波加熱來制備馬鈴薯片是不合適的，這是因為馬鈴薯片中的淀粉會發(fā)生糊化作用而可能覆蓋在所說片的外表面上，并隨著進一步的加熱硬化而形成膠質包殼。例如，在Yuan專利的第2欄45-50行中指出，通過微波加熱除去馬鈴薯片中3％以上的含水量會使淀粉發(fā)生糊化作用。
本發(fā)明還涉及獨特的波形波導管結構與一種新型傳送帶結合在一起的應用。例如在Endres的US3,469,996和Stungis等人的US3,765,425中示出了各種已知的微波波導管。Endres的專利給出了一種Z字形波導管，該波導管可使微波能向下穿過其自身的較低表平面上的狹槽達到正在該波導管下方通過的傳送帶上，以便對在傳送帶上所輸送的起酥油進行調質處理。為了膨化煙梗和煙葉，Stungis的專利公開了一種反復作用于傳送帶的盤旋形波導管。
利用傳送帶來輸送生的和經過部分加工的食品也是已知的。在傳送帶領域中，例如，Lapeyre的US3,870,141和US4,556,142給出了具有平坦的格柵結構的鉸鏈式傳送帶。Lapeyre的US4,993,543公開了一種具有凸出驅動齒的傳送帶鉸鏈，所說鉸鏈上的驅動齒與驅動傳送帶的主動鏈輪相嚙合。但是，這些傳送帶僅僅具有平坦的輸送表面，在這些結構的傳送帶上輸送生軟的食品通常會使食品成品具有類似的平展的形狀。
因此，仍然需要一種加工馬鈴薯和類似蔬菜片，以及玉米片、墨西哥玉米餅和其它谷物片的設備和方法，這種設備和方法能夠使上述成品具有廣為人知的油炸馬鈴薯片、玉米片和墨西哥玉米餅的味覺、堅度和形狀一切特征，但是是無脂肪或基本上無脂肪的，并且是卷曲的。發(fā)明概述從廣義上說，本發(fā)明涉及一種快速、經濟且完全無需任何脂肪煎炸和油涂層的加工馬鈴薯片、玉米片和其它薄片形食品的方法和設備。本發(fā)明的方法包括將生馬鈴薯片或其它蔬菜或谷物片置于很高強度的微波場中以便將原料片中的大部分水分快速轉化為蒸汽這樣的第一次熱處理步驟。上述強度的微波加熱具有膨化原料片、增加孔隙度以及使表面粗糙的作用。在該步中，馬鈴薯片中的水分含量可由占其重量大約80％的原始含水量降低到約25％-30％的最終含水量。然后，使馬鈴薯片進入干燥步驟，該步驟可以將低強度微波加熱與熱空氣對流加熱結合起來，以使膨化和粗糙化了的馬鈴薯片干燥脆化為薄脆片成品。
在優(yōu)選實施方式中，在第一次高強度微波處理步驟中，馬鈴薯片或其它適當的蔬菜和谷物等的平面部分單層排布在傳送帶上。如果處理的是將被加工成馬鈴薯片的生馬鈴薯片時，雖然不是必須，但最好先除去生馬鈴薯片表面的水分。在后續(xù)干燥和脆化步驟中，馬鈴薯或其它片狀產品不必單層排放，可以排放成高達4英寸厚的層。如果需要，還可以按照常規(guī)方法在第一步熱處理和第二步干燥步驟之間對馬鈴薯片或其它片狀產品進行調味處理。
在第一步中，本發(fā)明通過使負載有片狀產品的傳送帶通過波形波導管而完成生片狀產品的微波作用處理。本發(fā)明以避免淀粉糊化的方式利用微波能來熱處理食品產品；相比而言，在煙制品中不存在淀粉糊化作用。
如上所述，本發(fā)明的設備還包括具有能夠承載單層馬鈴薯片的傳送帶結構和一系列單模式傳播波的微波波導管，每一波導管中又有一系列允許傳送帶通過的狹長切口。微波終止器位于每一波導管的一端上，以維持微波在波導管內基本上單模式傳播。傳送帶是一種微波可穿透的材料，例如聚丙烯或包覆有防粘物質如TEFLONTM的玻璃纖維。
在優(yōu)選實施方式中，所說的傳送帶是由很多鉸鏈組成的，這些鉸鏈通過樞軸式安裝的銷子連接在一起形成連續(xù)式輸送帶。每個鉸鏈都具有格柵結構，其中鏈片以平面平行的方式排列，并且有兩塊橫板約成直角地與之相交。每一鏈片包括兩個表面，一個表面與驅動傳送帶的驅動滾輪嚙合，相對的另一表面具有隆起的駝峰狀結構。該駝峰使隨機散放在傳送帶上的經熱處理后的馬鈴薯片或其它片狀產品具有卷曲的形狀。本發(fā)明的傳送帶與常規(guī)的傳送帶結構是有區(qū)別的，因為本發(fā)明的傳送帶的鉸鏈包括了特別適于賦予片狀產品以卷曲形狀的，且不用于與驅動鏈輪或滾輪嚙合的駝峰狀結構。
本發(fā)明還包括用于第二步干燥的將熱空氣對流加熱和設置在傳送帶出料端的低能量多模式微波加熱兩者結合在一起的第二個設備。
通過下面的詳細描述，并結合附圖，可以更好地理解本發(fā)明的新特征。但應知道附圖僅僅是為了詳細描述和說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制。


圖1是本發(fā)明方法的流程圖；圖2是用于在熱處理步驟中對馬鈴薯片、蔬菜片或谷物片進行高強度單模式微波場處理的本發(fā)明的一種優(yōu)選設備的透視圖；圖3是本發(fā)明微波波導管的一個截面段的側視圖；圖4是原料馬鈴薯片在熱處理步驟中置于微波波導管的一個截段后的透視圖；圖5是本發(fā)明設備的一種實施方式的透視圖；圖6是本發(fā)明用于將片狀產品置于高強度微波場的微波波導管設備的另一實施方式的示意圖；圖7是本發(fā)明傳送帶的一種優(yōu)選實施方式的側視圖；圖8是圖7所示的本發(fā)明傳送帶上的一個鉸鏈的側視圖；圖9是圖8所示鉸鏈的一個側剖視圖；圖10是圖8和9所示傳送帶鉸鏈的局部透視圖；圖11是本發(fā)明傳送帶的局部俯視圖；圖12是本發(fā)明傳送帶鉸鏈的側視圖。發(fā)明詳述本發(fā)明的方法適用于加工生產無脂肪的薄脆片，所說的薄脆片是用各種可以切分或另外加工成薄片形狀的蔬菜、谷物和水果等制成的。本發(fā)明的方法還適用于加工生產各種傳統(tǒng)的焙烤制品，如薄脆餅干和其它一些餅干等。本發(fā)明特別適用于加工生產無脂肪的馬鈴薯片。用一般油炸方法生產馬鈴薯片時所通常優(yōu)選的各種馬鈴薯品種可以用于實施本發(fā)明。一般對于油炸不理想的某些馬鈴薯品種也可以用于實施本發(fā)明。本發(fā)明可以用切分成片的原料蔬菜和馬鈴薯等來生產薄脆片，或者將蔬菜、馬鈴薯、玉米或其它谷物磨碎制成面團或面糊，然后將其成形為通常用于加工成薄脆片的薄片形狀，再生產成薄脆片。在本說明書中，術語原料片狀產品是指切分成或制成包括上述內容或材料的任何片狀物。為了能更清楚地解釋本發(fā)明，以加工無脂肪馬鈴薯片為例來說明本發(fā)明。但應理解，下面的描述并不是將本發(fā)明僅限于馬鈴薯片的加工生產上。
參照附圖，更具體地說是圖1，該圖給出了本發(fā)明方法的工藝流程圖。如圖所示，原料馬鈴薯片的開始制備過程包括清洗馬鈴薯原料并將它們切片的步驟。如果需要，可以在切片之前先去皮。微波作用加熱步驟可以處理不同厚度的馬鈴薯片，因此馬鈴薯片可以根據最終產品的厚度要求在一定范圍內改變其厚度。一般來說，原料馬鈴薯片為大約1/16英寸厚。但是采用厚度為大約0.040-0.070英寸的原料馬鈴薯片，通過本發(fā)明的方法可以得到令人滿意的馬鈴薯片產品。本發(fā)明在最初的熱處理步驟之前，既不需要也不要求在原料馬鈴薯片的外表面上加上表面涂層或層狀物。雖然不必除去原料馬鈴薯片外表面的水分，但可以肯定，除去表面水分有利于本發(fā)明后續(xù)高強度微波作用熱處理步驟。如果不去除表面水分，可能會在彼此接觸的相鄰馬鈴薯片之間發(fā)生電弧現象。這種電弧現象也可能會在原料馬鈴薯片的表面上發(fā)生。據信，電弧現象可以削弱微波能在馬鈴薯片上的傳遞，例如，可能會在馬鈴薯片上留下不理想的焦痕。
優(yōu)選先將原料馬鈴薯片上的大部分表面水分除去，再進入強微波作用加熱處理步驟。在本發(fā)明生產薄脆片方法的一種優(yōu)選的實施方式中，除去原料馬鈴薯片表面上的水分使所說片上的含水量降低到其片重的約5％-6％，最好是達到約5.5％(重量)的含水量。表面水分去除不足，可能會在一定程度上導致電弧發(fā)生。但水分去除的太多又可能會在馬鈴薯片的表面上形成淀粉層。這種淀粉層通常是不利于所得薄脆片的味覺的。還發(fā)現，淀粉層的形成也不利于所得薄脆片產品貯存一段時間后的滋味。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，可以利用常規(guī)的“氣刀”式空氣噴射來除去表面水分。氣刀是一種通常用于清除表面涂層的強空氣流。在該實施方式中，氣刀采用的是熱噴射空氣，氣流從清洗過并切成片的新鮮且生的馬鈴薯片的上方和下方流過。所說的氣流的溫度一般在大約150-250°F范圍內，優(yōu)選220-240°F。熱氣流的流速優(yōu)選在大約2500-3000英尺/分鐘的范圍內。
如1圖流程所示，將原料馬鈴薯片第一次置于很高強度的微波場中較短的一段時間，以便快速地將馬鈴薯片中的水分轉化為蒸汽從所說片中逃逸出去。然后將這些基本上已脫水的馬鈴薯片干燥脆化。在優(yōu)選的實施方式中，所說的干燥步驟是這樣完成的，即將馬鈴薯片置于熱空氣和低強度微波場中加熱，從而得到水分含量只有百分之幾(重量)的無脂肪薄脆片產品。最后，使所說的薄脆片以便于所要求的最終檢驗和包裝的形式存在。如圖1所示，在優(yōu)選的實施方式中，可以在第一次熱處理步驟之后和最終干燥步驟之前將香料施加到馬鈴薯片的外表面上。該香料可以包含微量的各種形式的天然香精油等。如果將天然香精油用作香料的話，優(yōu)選每盎司重量的馬鈴薯片加不到1/2克的香料。另外，也可以在第一次熱處理步驟之后和最終干燥步驟之前把鹽加到馬鈴薯片的外表面上使最終產品帶有一定的咸味。但是目前認為無論是天然香料還是鹽對經過部分加熱處理的馬鈴薯片的最終干燥過程都不會有不好影響。在第一次熱處理步驟之后和最終干燥步驟之前，或者在最終干燥步驟之后，還可以通過噴淋法把調味料如烤肉調味液加到已膨化且粗糙化的馬鈴薯片上。最近據信，在最終干燥步驟之后噴淋調味液可以增強薄脆片產品的味覺。
選擇高強度的初始微波場的目的是為了將馬鈴薯片中的大部分水分快速轉化為熱蒸汽。一般原料馬鈴薯片的含水量大約為80％(重量)，經過高強度微波場的初始作用后含水量降低到大約25％-30％(重量)。水蒸氣和蒸汽所占據的體積比等量液體水的體積要大得多。因此，馬鈴薯片中的水快速轉化為水蒸汽還可以達到所希望的膨化馬鈴薯片的作用。蒸汽快速從馬鈴薯片中逃逸出來，還可以增加該片的粗糙度和表面孔隙度。表面孔隙度的提高有利于馬鈴薯片的進一步脫水，還可以提供傳統(tǒng)油炸馬鈴薯片的較好的粗糙化外部質地特征。
據信，馬鈴薯片中大部分水分快速轉化為蒸汽，并且從中迅速逃逸出來，可以防止淀粉糊化，在馬鈴薯片外表面上形成淀粉層并硬化。在微波作用過程中可以改變馬鈴薯片所處的微波場的強度，以達到使馬鈴薯片中的水分快速轉化為蒸汽，并從中迅速逃逸出來，從而防止淀粉糊化的所要求效果。當微波場強度降低時，微波作用的時間應該加長。另外，如果片的厚度增加，要求采用較高強度的微波場。據信，如果采用足夠高強度的微波場，持續(xù)達幾分鐘的微波作用時間可以避免淀粉糊化。在下面的實施例中給出了更具體的微波場強度范圍。經過高強度微波場作用后，可以將已膨化和粗糙化的馬鈴薯片干燥成為薄脆片，而不會進一步發(fā)生糊化。在最終干燥步驟中，馬鈴薯片的水分含量由大約25％-30％(重量)進一步降低到大約3％-6％的最終含水量。
通過各種方法可以完成初始熱處理步驟，即將馬鈴薯片置于高強度微波場中，使所說片中的含水量快速降低而使其膨化和粗糙化這樣的熱處理步驟。在一優(yōu)選的實施方式中，傳播波的微波波導管與一微波可穿透的傳送帶同時使用，該傳送帶將馬鈴薯片輸送通過波導管的狹槽。參照圖2，該圖示出了一種優(yōu)選實施方式，其中包括適于把馬鈴薯片12置于一合適的高強度微波場中的設備10。設備10包括可使一般單模式微波場傳播通過的波形波導管14。波導管14通過許多180°的彎頭16自身來回彎折，并且其上設有一系列的狹長切口18，傳送帶20通過這些切口輸送馬鈴薯片經過波導管14的多個長度段。重要的是已經確知，狹長切口18的切口高度最好是 英寸。如果切口18太大，微波能會從波導管泄漏，造成浪費。但如果切口18太小，馬鈴薯片12和傳送帶20就有可能不利地擦過或撞擊切口18的邊緣，從而可能造成馬鈴薯片移位或從傳送帶20上掉落下來。
在該優(yōu)選實施方式中，波導管14反復作用于傳送帶20共20次或多于20次，但為了清楚起見，圖2僅示出了波導管14的5個直線長度段。為了促進在波導管14中形成單模式微波場，波導管14的端頭22包括載水器24以吸收幾乎全部通過波導管端頭22傳播的微波能。馬鈴薯片12所通過的波導管14中包括的直線段部分14a的數目可以優(yōu)選使從波導管14中的微波場而來的能量以最優(yōu)的方式傳遞到馬鈴薯片12上的這樣的數目。采用具有20或20個以上直線波導管段14a的這樣的優(yōu)選實施方式，隨著馬鈴薯片12輸送通過波導管14，大約有80％的開始注入波導管14中的微波能被馬鈴薯片所吸收。如果需要，可以選擇較多的或較少的直線波導管段14a的數目。馬鈴薯片12輸送通過5個直線波導管段14a即已經完成令人滿意的微波加熱。在圖7所示的另一種實施方式中，采用多模式微波波導管對馬鈴薯片進行反復熱處理，下文對此有詳細的討論。在該實施方式中，當馬鈴薯片基本上是生的時，微波波導管僅有2個直線段，而幾乎完全熟了的馬鈴薯片所通過的最后波導管有6個直線段之多。
在如上所討論的微波設備14的優(yōu)選實施方式中，波導管的輸入端26偶聯到微波發(fā)生器上，該發(fā)生器在915兆赫下的輸出功率為60千瓦。在該凝率下使微波傳輸達到最優(yōu)化所選擇的波導管14的橫截面尺寸為美國軍用規(guī)格WR9.75的波導管標準尺寸，即9.75×4.875英寸。因此，在波導管輸入端26處的能量通量可以大約1.25千瓦/平方英寸來表征。如果需要，也可以采用電磁波譜中微波帶內的其它頻率。波導管14中的間斷部位如狹長切口18、傳送帶20的邊緣以及馬鈴薯片12均可以在波導管14內形成駐波圖。如圖3所示，隨著馬鈴薯片12進入紙平面通過波導管的直線段14a，駐波圖28a造成只在馬鈴薯片12的區(qū)域29a內發(fā)生局部加熱。因此，當經過波導管14的第一個直線段處理后，馬鈴薯片12通常會產生如圖4所示的帶有“條紋”的外觀。由此，應把每一波導管彎頭16的形狀做成能夠誘導波導管14上直線段14a內的駐波圖相對于傳送帶20產生位移，如圖3所示，該圖示出了直線波導管段14a內駐波圖28a和局部加熱區(qū)域29a與相鄰直線波導管段(未示出)內的駐波圖28b前或后的相對位置。在兩個相鄰直線波導管段14a之間的駐波圖28a和28b的位移確保了馬鈴薯片12傳輸通過若干個直線波導管段14a后每一馬鈴薯片12都能受到微波作用加熱。為了實現這種位移，就要求波導管彎頭16的形狀應使波導管中間的曲率半徑的周長不同于加熱馬鈴薯片的微波波長的整數倍數。
應選擇傳送帶20的構成材料，以使在波導管14內傳播的微波基本上能夠穿透，并避免馬鈴薯片粘在帶20上。在一優(yōu)選實施方式中，傳送帶20是由聚丙烯制成的。另外，傳送帶20也可以由包覆有某些防粘涂層如TEFLONTM的玻璃纖維制成。
如圖7所示，本發(fā)明優(yōu)選的傳送帶20是一種由任何適宜的常規(guī)驅動機械如本領域已知的滾輪或鏈輪驅動裝置所驅動的連續(xù)傳送帶。傳送帶20由單個鉸鏈70組成，每一鉸鏈具有普通的格柵結構。如圖8所示，格柵結構是由許多鏈片72以基本上平面平行的方式排列而成的，這些鏈片平面優(yōu)選通過大約與之成直角的兩塊平行橫板74相交在一起。
每個鏈片72都有一精確的形狀或沿一表面有隆起的駝峰狀結構76，每一端各有一開孔78。如圖7所示，當鉸鏈70排列相互連接在一起形成連續(xù)傳送帶20時，開孔78可以接受安裝銷80。通過使用銷80，本發(fā)明確?？梢苑奖愕馗鼡Q鉸鏈70。當隨著傳送帶20輸送通過高強度波形波導管14的片狀產品上水分蓄積時，有時可能會發(fā)生電弧現象，結果是鉸鏈70燒毀或發(fā)生其它損壞。銷80使傳送帶20很容易拆卸進行修理或更換。
每一鏈片中的駝峰狀結構76賦予熟化的馬鈴薯片以卷曲的形狀。按照本發(fā)明方法和設備在一平面?zhèn)魉蛶仙a出的馬鈴薯片具有基本上平展的外觀，而這不是傳統(tǒng)油炸馬鈴薯片的特征?，F已發(fā)現，最好在本發(fā)明方法的微波熱處理步驟中，而不是在后期如在小吃食品制作的干燥步驟中使馬鈴薯片具有卷曲的形狀。馬鈴薯片12隨機地分布在具有駝峰狀結構76的傳送帶20上，然后傳輸通過波形波導管14，熟化后發(fā)現該馬鈴薯片非常接近自然卷曲的傳統(tǒng)油炸馬鈴薯片的外觀。
關于傳送帶20，已經確知每一鉸鏈70的格柵結構有幾個尺寸是非常重要的。首先，已經看出，鏈片的厚度最好為約1/32英寸。較厚會使水分蓄積于放置在傳送帶鉸鏈70上的馬鈴薯片12的下面，而當在高強度微波作用步驟中原料片狀產品的外表面偶爾發(fā)生電弧時，厚度較薄又會使鉸鏈70損壞。
第二，駝峰狀結構76的最佳曲率半徑為約1/2英寸。半徑太小可能會使原料馬鈴薯片12完全從曲面上滑落下去，而且，半徑太小也不能使片12達到令人滿意的卷曲程度。
第三，業(yè)已發(fā)現，兩個相鄰鏈片之間的距離最好為大約0.27英寸。間距較大的缺點是會使馬鈴薯片12發(fā)生傾斜，甚至意外地從傳送帶鉸鏈70的鏈片72中掉落下去；而間距較小的缺點是當采用空氣噴射時限制了達到能令人滿意地除去馬鈴薯片12的外表面水分的空氣流速。熱氣流是直接從新鮮且生的經清洗和切片的馬鈴薯片的上方和下方噴射通過的，因此，過小的格柵就會阻止空氣流成為氣刀。那么在高強度微波作用步驟中殘留的水分就有可能在馬鈴薯片12之間造成偶爾的電弧。
第四，傳送帶20的總高度最好為 英寸，該尺寸是結合考慮了在傳送帶20上所輸送的原料馬鈴薯片的常規(guī)厚度1/16英寸而慎重選擇的。進一步觀察到，隨機分布的馬鈴薯片并非必然總是保持平辰，與傳送帶20的表面齊高的。因此，為了確保順利無阻地通過波導管14上的精確狹長切口18，傳送帶20的高度是非常重要的。
如上所述，馬鈴薯片12在高強度微波場中的作用時間是非常短的。在上面所討論的如圖2所示的優(yōu)選微波熱處理結構中，傳送帶20以大約15—20英尺/分鐘的速度移動。波導管14上的每一直線段的寬度為約4.875英寸，每次馬鈴薯片12通過波導管14上的一個直線段14a的作用時間為大約1.25—1.66秒。在采用20個直線波導管段14a這樣的系統(tǒng)中，每一片馬鈴薯片12總的作用時間為大約25—33秒。如上所述，微波場的規(guī)定強度可以隨作用時間成反比改變，只有場強足可以使原料馬鈴薯片中的水分以足以防止淀粉層形成和硬化的速度快速轉化為蒸汽即可。因此，把除60千瓦外的功率偶聯到波導管輸入端26上，只有適當提高或降低傳送帶20的輸送速度即可膨化馬鈴薯片并使之外表面粗糙化。按照本發(fā)明的方法和設備，采用25千瓦的低功率和與之相應的630瓦／平方英寸的低能量通量可以成功地加工生產馬鈴薯片。據信，把3—4千瓦這樣低的微波能偶聯到波導管輸入端26，通過本發(fā)明的方法和設備可以令人滿意地熱處理馬鈴薯片。但是，當微波輸入能量低于3千瓦時，在達到所要求的沒有不理想淀粉層形成效果的這樣足夠短的時間內不能充分地加熱馬鈴薯片。因此，把較低能量偶聯到微波輸入端26可以使馬鈴薯片12接受到足以使其達到所要求脫水程度的微波能量(例如，降低傳送帶的輸送速度以增加微波作用的時間)，但不能在淀粉層形成之前進行這種偶聯。如上所述，淀粉層會使所得薄脆片產品有一膠質層，產生不理想的味覺，或在某些情況下減少產品的貨架期。
由于在高強度微波場的作用過程中有大量的水分從馬鈴薯片12中逃逸出來，因此可以采用熱空氣對流來最大限度地降低在波導管14中的冷凝。這種冷凝會降低有效微波能向馬鈴薯片12傳輸的量。在優(yōu)選實施方式中，熱風吹送器27使波導管14周圍的環(huán)境溫度保持在大約200°F。在第一次熱處理步驟中熱空氣吹過波導管14也有助于馬鈴薯片脫水。當然也可以采用其它的措施。例如，可以在波導管14的電加熱同時采用低溫流動空氣。
參見圖6，該圖示出了本發(fā)明的另一種實施方式的設備，該設備可用于實現本發(fā)明方法中的高強度微波熱處理步驟。據信，生馬鈴薯片或其它片狀產品吸收大部分作用于傳送帶的開始幾個波導管直線段中的微波波導管內所傳播的微波能。還據信，隨著片狀產品中水分的減少，馬鈴薯片或其它片狀產品每次通過波導管的一個直線段時它們所吸收的微波能量減少。因此認為，采用多微波能源，并且每個微波能源僅供給幾個微波波導管段可以更有效地向片狀產品傳送微波能。
如圖6所示，微波可穿透的傳送帶20受到一系列微波波導管50、52和54的作用，其中每一系列的波導管分別偶聯在分開的微波能源56上。傳送帶20圖示48的方向向圖6的左方向移動。為了適應由于馬鈴薯片或其它片狀產品脫水而吸收微波能的減少，隨著片狀產品輸送到傳送帶20的端部，作用于傳送帶的微波波導管直線段的數目增加。還據信，利用高能微波能源60，以及分配微波輸出到幾個分開的單模式波導管中可以降低用于本發(fā)明高強度微波步驟中的設備成本。因此，偶聯在波導管系列54上的微波能源56包括微波分配器，把微波能分配到四個分離開的單模式波導管54a-d中。這些分配器優(yōu)選沿各自的一條路徑平均分配微波能。所說的分配器是微波領域眾所周知，通常稱為“MAGIC-T′s”。由于波導管54系列位于傳送帶20的上游端，這時片狀產品仍然含有其幾乎全部自然存在的水分，因此每一單模式波導管僅有一對直線段作用于傳送帶20。通常為了維持微波在波導管內的單模式傳播，每一波導管終止于微波吸收負載器62，如載水器。
依次下來的波導管系列52和50均增加了直線波導管段。因此，波導管52系列包括四個作用于傳送帶20的直線波導管段，每個獨立的波導管段52a-52d偶聯在微波能源56上。與此類似，波導管50系列包括六個作用于傳送帶20的直線波導管段，每個獨立的波導管段50a-50d偶聯在微波能源56上。系列52和50中的每一個波導管同樣終止于微波吸收負載器62中。正如在前面另一實施方式中所討論的，將一對直線波導管段連接在一起的獨立波導管上的每一彎頭其形狀還應能誘導在相鄰直線段中形成的駐波圖產生相對位移。
在一種優(yōu)選的實施方式中，每一微波能源56產生60的千瓦微波能，這樣每一單模式波導管50a-50d、52a-52d和54a-54d分配有15千瓦。采用6英寸寬的傳送帶20，以20英寸/分鐘的速度輸送，本發(fā)明的這種實施方式的高強度微波設備應該每小時能夠生產多達400磅的馬鈴薯片。同樣，如上所討論的，微波能源56可以發(fā)生微波譜帶內任何所要求和允許的頻率。目前美國聯邦通信委員會(United States Federal Communication Commission)僅僅批準了915Mhz和2450Mhz在微波中應用，如本發(fā)明所討論。因此，微波能源56可以發(fā)生915Mhz微波，其每一獨立波導管上的傳播波的波導管的橫截面尺寸是按軍用標準WR9.75規(guī)定的。另外，當然如果需要，對于不同的微波能源56可以采用不同的微波頻率。分立的波導管可以根據這些不同的頻率來確定截面尺寸。
在將馬鈴薯片置于高強度微波場使其膨化并使其外表面質地粗糙化后，仍需要對該片進行進一步的加工處理以使干燥成為松脆的馬鈴薯片。利用低功率多模式微波干燥裝置可以很好地完成最后的干燥步驟。在適用于制備馬鈴薯片的優(yōu)選實施方式中，可以采用常規(guī)的微波“干燥裝置”型號No.IV-60(可從Kentucky，Crestwood的MICRODRY公司得到)。這種裝置一般長48英尺，并包括寬6英尺的微波可穿透的傳送帶。傳送帶設在彼此平行放置的從而形成多模式微波空腔的兩塊多孔不銹鋼板之間。微波通過沿空腔頂端設置的兩根波導管注入空腔中，所說的波導管上帶有狹長切口，這些切口使波導管與空腔之間建立起聯系?？梢园阉膫€60千瓦微波發(fā)生器連接到波導管上以便向微波空腔提供240千瓦的總輸入功率。在本發(fā)明的一種實施方式中，把兩個60千瓦的微波發(fā)生器連接到干燥裝置的波導管上以便向干燥裝置的微波空腔提供120千瓦的總輸入功率。由于焙烤裝置中的微波空腔的尺寸較大，因此MICRODRY干燥裝置內的微波場強度比波形波導管14內的場強度要明顯的低。一般說來，焙烤裝置內的從該裝置可獲得的微波場的最大能量通量是在6瓦/平方英寸的數量級上。該能量通量足可以干燥經過部分加工的馬鈴薯片，而不會造成發(fā)生在微波場作用熱處理步驟中那樣的膨化和表面粗糙化。但是實際采用的微波能量通量取決于干燥裝置內所要求的脆片密度和輸送脆片通過該裝置的速度這兩個因素。如果需要最大的輸送速度來達到最優(yōu)化的薄脆片產品的生產，那么優(yōu)選采用最大的輸入功率240千瓦。正如本說明書所用的，術語低強度微波場是指不足以誘導發(fā)生這些作用的場強度。
在薄脆片生產過程的最后干燥階段，馬鈴薯片的水分含量由大約25％-30％(重量)降到最終的約2％-4％(重量)。通常傳送帶的移動速度為10-15英尺/分鐘，馬鈴薯片的作用時間為大約3.2-4.8分鐘。還可以將180-200°F的熱空氣以大約100英尺/分鐘的速度注入進微波空腔中。熱空氣的流動可以防止在干燥腔內發(fā)生冷凝作用，使產品最終脆化。在該階段的薄片產品的加工生產過程中，薄片無需以單層排放來達到令人滿意的干燥效果，但在優(yōu)選實施方式中，可以排放成約達4英寸厚的層。
參照圖5，所示MICRODRY干燥裝置30緊接著高強度微波設備10。干燥裝置的傳送帶32可以設在傳送帶20的輸出端34稍微下方一些，以便接收離開微波設備10的馬鈴薯片。如果需要，可以在傳送帶20的輸出端34設置噴淋裝置36，以便在干燥之前將調味液加到經過部分熱處理的馬鈴薯片上。一般是用調味液把“烤肉用”或其它香料加到薄片上的。但是，在優(yōu)選的實施方式中，是在馬鈴薯片通過和從干燥裝置30出來后把調味液加到它們上的。正如前面所說明的，在高強度微波作用步驟后和馬鈴薯片12進入干燥裝置30前這之間，按每盎司重量馬鈴薯片小于1/2克這樣微量的天然香精油施加到經過部分熱處理的馬鈴薯片12上。離開焙烤裝置30的馬鈴薯片即是其最終的便于所規(guī)定最后檢驗和后續(xù)包裝的形式。
如上所述，圖5所示的設備給出了一個高強度微波設備10及臨接的一個干燥裝置30。但應當理解，本發(fā)明不僅僅限于圖5所示的這種構造。如果需要，還可以有兩個或多個高強度微波設備與一個干燥裝置30連接。例如，當一個高強度微波設備10的產品輸出速度小于干燥裝置30的產品速度時，為了有利于最大限度當地提高生產量，采用多個高強度微波設備10與一個干燥裝置30連接是所希望的。可以采用有關領域中已知的各種方法來使從多個高強度微波設備10輸出的產品輸送入一個干燥裝置30。其中一種方法包括使用一輔助的傳送帶，該傳送帶以基本上與多個高強度微波設備10成直角的方向排列，并位于多個高強度微波設備10的傳送帶20的輸出端上，以便于將產品輸送至干燥裝置30中。
已經發(fā)現，將本發(fā)明的方法和設備用于馬鈴薯片，所生產出的馬鈴薯片產品具有傳統(tǒng)油炸馬鈴薯片的已知的質地、堅度和風味，但沒加任何脂肪。本發(fā)明的其它優(yōu)點包括延長了所得脆片的貨架期以及消除了一些薄脆片產品生產中的安全危害問題，后者通常是與批量生產馬鈴薯片必需大量使用熱油的工作有關的。
下面的實施例將詳細地說明本發(fā)明的兩種實施方式。
實施例1首先將新鮮的生Idaho Russet馬鈴薯切片、去皮和水洗。然后把生馬鈴薯片單層放置在聚丙烯傳送帶上。馬鈴薯片是一個緊挨著一個排放的，但彼此并不接觸，以避免當馬鈴薯片置于高強度微波場時發(fā)生電弧現象。聚丙烯傳送帶將馬鈴薯片輸送通過在915Mhz下輸入功率為360千瓦的波形微波波導管。這些波導管包括96個直線段，傳送帶運載著馬鈴薯片從中通過。波導管為大約4.875英寸寬，傳送帶以18-20英尺/分鐘的速度輸送，這樣，馬鈴薯片每次輸送通過波導管上的一個直線段時的作用時間為1.25-1.66秒。該第一個傳送帶的輸出端位于No.IV-60型微波和熱空氣干燥裝置(可從Kentucky，Crestwood的MICRODRY公司得到)的輸入端。干燥裝置包括一輸入功率為120千瓦的多模式微波空腔，大約80％的微波能被馬鈴薯片吸收。180-200°F的熱空氣以100英尺/分鐘的速度送入通過干燥裝置的優(yōu)選傳送帶。干燥裝置的傳送帶為48英尺長，以6-8英尺/分鐘的速度輸送馬鈴薯片，作用時間為6-8分鐘。輸送通過焙烤裝置的馬鈴薯片形成大約3-4英寸厚的層。用此方式制得的馬鈴薯片具有類似于油炸方法所得馬鈴薯片的外觀和滋味，它們的表面質地粗糙，成品的含水量降低到約3-6％(重量)。
實施例2把生馬鈴薯片放置在圖2所示以及前面所描述的設備的傳送帶上，傳送帶20靜止不動，這樣，馬鈴薯片保留在微波波導管14的直線段14a內，進行間隔微波處理。然后，在4千瓦和1千瓦之間改變波導管26的微波輸入功率，每一功率下的作用時間為3分鐘和5分鐘。每次提高輸出功率或改變作用時間，均用新的生馬鈴薯片。在輸入功率為4千瓦，時間約3分鐘時，馬鈴薯片膨化為正常的脆片。類似地，波導管14注入進3千瓦功率，作用3分鐘，雖然發(fā)現有輕度淀粉遷移，但生馬鈴薯片看起來膨化成了正常的脆片。然而當把2千瓦連到波導管，作用3分鐘時，形成的膠凝淀粉十分明顯，馬鈴薯片幾乎沒有膨化。把1千瓦連到波導管，作用3分鐘時，膠凝明顯，不能觀察到馬鈴薯片膨化。再將新的一批馬鈴薯片微波波導管14中作用5分鐘波導管14注入的功率為2千瓦和1千瓦。增加了作用時間只是使馬鈴薯片從幾乎未膨化變?yōu)檩p微膨化，并且只是使淀粉膠凝層變得非常硬。把915Mhz微波功率連到軍用規(guī)格WR9.75的波導管上，，按照本發(fā)明的方法只需要最小3千瓦即可達到所要求的熱處理馬鈴薯片的效果。在3和4千瓦功率下可以聽得見“咝咝”聲，說明有蒸汽從馬鈴薯片中排出，按照本發(fā)明方法，在此功率下，可以令人滿意地加熱處理馬鈴薯片，但在1和2千瓦功率下聽不到這種聲音。
以上是以馬鈴薯片的生產為例來說明本發(fā)明的，類似地，用上述發(fā)明方法可以生產得到其它薄脆片產品。例如，把玉米粉面團做成適當的能夠輸送通過高強度微波場的片狀可以類似地生產出玉米片和墨西哥玉米餅等。另外，雖然為了優(yōu)化生產過程，使微波能傳送到馬鈴薯片中，采用的是單模式微波波導管，但如果需要，也可以將多模式微波用于本發(fā)明的新的熱處理步驟中，只有提供足夠高的微波功率即可。本領域技術人員都知道，在不背離本發(fā)明范圍和精神下，可以對本發(fā)明的方法和設備進行各種替換、省略、改進和變化。另外，應該知道前面的描述僅是舉例說明本發(fā)明，不是對本發(fā)明的限制。
權利要求
1．一種用于把片狀產品加工生產成無脂肪薄脆片型小吃食品的設備，該設備包括微波可穿透的傳送帶；形狀設置為能夠反復圍套住所說傳送帶至少一個輸送面的第一對微波波導管；連接在所說波導管上使微波輸出功率基本上平均分配到每一波導管的第一個微波能源；干燥爐；其中，隨傳送帶輸送的片狀產品進入強度足以使片狀產品膨化和外表面粗糙化的微波場中，然后在干燥爐中將這些經過微波處理的片狀物進行干燥脆化為薄脆片產品。
2．根據權利要求1的設備，其中微波源發(fā)生至少3千瓦微波功率，并且其中每一波導管上至少有兩段分開的波導管段作用于傳送帶。
3．根據權利要求1的設備，其中波導管終止于微波吸收終止器。
4．根據權利要求1的設備，其中第一對微波波導管包括允許傳送帶通過的狹長切口，狹長切口其橫向于傳送帶寬度而言的高度大約為 英寸。
5．根據權利要求1的設備，該設備進一步包括形狀設置為能夠反復作用于所說傳送帶至少一個輸送面的第二對微波波導管；連接在所說第二對波導管上使微波輸出功率基本上平均分配到第二對波導管的第二個微波能源。
6．根據權利要求5的設備，其中第一對波導管至少作用于傳送帶二次，第二對波導管至少作用于傳送帶三次。
7.根據權利要求5的設備，其中第一和第二微波源發(fā)生至少3千瓦微波功率。
8.根據權利要求5的設備，該設備進一步包括形狀設置為能夠反復作用于所說傳送帶至少一個輸送面的第三對微波波導管；連接在所說第三對波導管上使微波輸出功率基本上平均分配到第三對波導管的第三個微波能源。
9.根據權利要求8的設備，其中第一對波導管至少作用于傳送帶二次，第二對波導管至少作用于傳送帶三次，第三對波導管至少作用于傳送帶四次。
10.根據權利要求8的設備，其中第一、第二和第三微波源中的每一微波源均發(fā)生至少3千瓦微波功率。
11.一種用于把生蔬菜等食品的片狀產品加工生產成無脂肪薄脆片型小吃食品的設備，該設備包括微波可穿透的傳送帶；形狀設置為能夠反復圍套住所說傳送帶至少一個輸送面的第一對微波波導管；連接在所說波導管上的第一個微波能源；爐子；其中，通過傳送帶輸送的生的片狀食品先進入強度足以使片狀食品膨化和外表面粗糙化的波導管內的微波場中，然后在爐中將這些經過微波處理的片狀物進行干燥脆化為薄脆片產品。
12.根據權利要求11的設備，其中波導管終止于微波吸收終止器，波導管內的微波場基本上是單模式微波場。
13.根據權利要求11的設備，其中微波源發(fā)生至少25千瓦的微波功率，波導管上至少有5個分開的波導管段作用于傳送帶。
14.根據權利要求11的設備，其中傳送帶包括由滾輪驅動的連續(xù)輸送帶，該輸送帶包括很多由樞軸安裝銷連接的具有格柵結構的鉸鏈。
15.根據權利要求14的設備，其中每一鏈片具有能夠賦予生食品片以卷曲形狀的駝峰狀結構的第一表面。
16.根據權利要求15的設備，其中相鄰鏈片之間的距離為大約3/8英寸。
17.根據權利要求16的設備，其中鏈片的厚度為大約1/32英寸。
18.根據權利要求17的設備，其中駝峰狀結構設置在鉸鏈第一表面的中間位置，是弓形的。
19.根據權利要求18的設備，其中駝峰狀結構的曲率半徑大約為1/2英寸。
20.一種用于把生的片狀產品加工生產成無脂肪薄脆片型小吃食品的設備，該設備包括微波可穿透的傳送帶，該傳送帶包括很多通過樞軸安裝銷連接的具有格柵結構的鉸鏈；形狀設置為能夠反復圍套住所說傳送帶至少一個輸送面的第一對微波波導管；連接在所說波導管上使微波輸出功率基本上平均分配到每一波導管的第一個微波能源；干燥爐，其中，隨傳送帶輸送的片狀產品進入強度足以使片狀產品膨化和外表面粗糙化的微波場中，然后在爐中將這些經過微波處理的片狀物進行干燥脆化為薄脆片產品。
21.根據權利要求20的設備，其中每一鏈片包含有支承片狀產品的駝峰狀結構表面。
22.一種輸送生的片狀產品使之通過熱處理操作過程的傳送帶，該傳送帶包括具有格柵結構的鉸鏈，該鉸鏈是由多個以基本上平面平行設置的鏈片構成的，多個橫板基本上成直角地與平行鏈片交叉，每一鏈片包含有支承片狀產品的駝峰狀結構表面，在其相對的兩端上各有一開孔；樞軸式地安裝在鏈片開孔上的多個銷子，其中鉸鏈通過這些銷子樞軸式地連接在一起，由此提供一連續(xù)傳送帶。
23.根據權利要求22的設備，其中相鄰鏈片之間的距離為大約3/8英寸。
24.根據權利要求22的設備，其中鏈片的厚度為大約1/32英寸。
25.根據權利要求22的設備，其中駝峰狀結構設置在鉸鏈第一表面的中間位置，是弓形的。
26.根據權利要求22的設備，其中駝峰狀結構的曲率半徑大約為1/2英寸。
27.一種用于把生的片狀產品制作成低脂肪薄脆片產品的方法，該方法包括以下步驟提供用于輸送片狀產品的連續(xù)式傳送帶，其中該傳送帶包括多個具有格柵結構的鉸鏈，鉸鏈是由樞軸式安裝的銷子連接在一起從而形成輸送帶的，其中每條鉸鏈包括多個基本上平面平行排列的鏈片，橫板以基本上與鏈片成直角方式與所說鏈片相交，并且其中每一鏈片包含有支承片狀產品的駝峰狀結構表面；將片狀產品鋪設在鉸鏈上，從而使每一塊片狀產品平鋪在駝峰狀結構部分上以便使片狀產品具有卷曲形狀；輸送片狀產品通過后續(xù)步驟，所說的后續(xù)步驟包括將片狀產品置于具有足夠高強度的微波場中，所說的足夠高強度是指該強度可在大約3分鐘的間隔內能將片中的水分含量(重量)降低至少一半；將片狀產品干燥成薄脆片。
28.根據權利要求27的方法，其中首先除去原料片狀產品表面的水分，使原料片狀產品中的水分含量(重量)減少5-6％。
29.根據權利要求27的方法，還包括在干燥片狀產品成為薄脆片之后，向片狀產品施加調味料的步驟。
30.根據權利要求27的方法，還包括在高強度微波作用步驟之后及干燥步驟之前將少量的天然香精油施加到片狀產品外表面的步驟。
31.根據權利要求30的方法，其中所加少量的天然香料是指每盎司重量的片狀產品加少于約1/2克的香料。
32.根據權利要求27的方法，還包括在高強度微波作用步驟之后及干燥步驟之前將鹽加到片狀產品表面的步驟。
33.一種用于通過微波能處理加工生產食品的設備，該設備包括傳送帶；形狀設置為具有以第一個重復數目作用于所說傳送帶至少一個輸送面的第一個微波波導管；和設置在第一個波導管下游的，形狀設置為作用于所說傳送帶至少一個輸送面的第二個微波波導管，第二個波導管重復作用的數目大于所說第一個波導管重復作用的數目；其中通過增加微波能對食品的作用次數來調節(jié)食品從第一個波導管到第二個波導管的含水量的降低程度。
34.根據權利要求33的設備，還包括連接在所說第一和第二個波導管上的微波能供給器，該微波能供給器向每一波導管提供大約相等的微波功率。
35.根據權利要求33的設備，還包括連接在所說第一個微波波導管上的第一個微波能供給器以及連接在所說第二個微波波導管上的第二個微波能供給器。
36.根據權利要求35的設備，其中所說的第一和第二個微波能供給器向所說的第一和第二個微波波導管提供不同的微波能量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于加工生產基本上無脂肪的薄脆片產品如馬鈴薯片等的方法和設備。所說的薄脆片產品雖未經過油炸，但具有類似于傳統(tǒng)薄脆片的外觀和味覺。本發(fā)明的方法包括把生馬鈴薯片(12)等置于高強度微波場中使片(12)中的水分快速轉化為蒸汽等步驟。然后將這些經上述微波作用處理的片(12)在低強度微波場中進行較長時間微波處理而使其干燥。本發(fā)明的設備包括波形波導管(14)，在其端部有微波吸收終止器(62)。在波導管(14)上提供有狹長切口(18)，以便于馬鈴薯片(12)等輸送通過波導管(14)。通常傳送帶上的每一鉸鏈(70)都具有一支承片狀產品的駝峰狀結構(76)表面，以便在高強度微波作用步驟中賦予生的片狀產品以油炸馬鈴薯片樣的形狀。用本發(fā)明方法和設備生產的薄脆片產品沒有添加任何脂肪，卡路里值低，但具有油炸薄脆片食品的通常質地和味覺。
文檔編號H05B6/80GK1116402SQ94190883
公開日1996年2月7日 申請日期1994年1月6日 優(yōu)先權日1993年1月6日
發(fā)明者P·施普列赫, J·韋德薩茨, D·加昂 申請人:Tgtbt有限公司