将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法

文档序号:1504211阅读:209来源:国知局
专利名称:将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法
技术领域
本发明属于烹饪技术领域,具体地说,属于机器烹饪技术领域,即自动/半自动烹饪技术领域。
背景技术
烹饪是中国传统食品技术的核心内容之一,对中国的国民生活方式、食品工业以及国民经济有重要影响。烹饪自动化是中国社会经济发展到目前阶段的必然需求。通过对手工烹饪的详细考察和分析,可以将手工烹饪操作分解为以下不同操作,加热操作和搅拌操作是自动烹饪的最核心和最关键的操作,可以称之为核心技术,其余操作可称为外围操作和辅助操作,具体如下I)加热操作即热源向锅具的传热及其控制,手工烹饪中通过调节火力大小和锅体与热源的距离来实现对传热热量的控制,在自动烹饪中,通过电气和机械控制手段,比较容易实现这一操作;2)搅拌操作在手工烹饪中通过两种完全不同的操作来实现对所烹饪食品物料的搅拌。一种方法是通过对锅的操作,即手工烹饪中的抖锅、晃锅来完成的,对食品物料的进行不同程度的搅拌,即烹饪术语中的“大翻”、“小翻”。抖锅、晃锅对烹饪原料的流体力学性质有一定要求,很多状态下是无法实现抖锅操作的,如糊状物料;另一种方法是用炒勺,也称为锅铲来搅拌食品物料,该法在绝大多数情况下都能够使用,但效率较前者低。在一般的抖锅、晃锅过程中,炒勺通常要作配合性的动作,以保证搅拌的均匀和效率,提高传热效率,并防止锅底结焦。当原料中有粘性物料时,抖锅、晃锅难以完成搅拌动作,这是炒勺刮铲翻动即成为主要的搅拌手段,可见在手工烹饪中法的晃锅、抖锅和采用炒勺翻铲是相辅相成的不可缺少的手段。实现食品物料的搅拌操作,是自动烹饪设计的核心技术内容。3)外围操作包括投料、出锅、划散、掮压、切割、切割等操作。在手工實、饪中的投料、出锅是非常容易实现的操作,在自动烹饪中却较为困难,同时还要考虑到手工烹饪中的分次加热操作带来的投料除了的复杂性。在手工烹饪中通过炒勺手工操作可以完成很多菜品烹的饪中必不可少的划散、掮压、切割等动作,而这些动作通常是与加热和搅拌过程同时完成的,通过机电设备实现以上动作组合是对自动烹饪设备设计的一个挑战。其他一些操作,如出锅、加盖(焖煮)、漂烫(汆、焯水)、滑油涉及到物料周转、加盖去盖等动作,也不容易实现自动操作;4)辅助操作洗锅、清洁等辅助操作虽然简单,但却是必不可少的,虽然在手工烹饪中极易完成,而在自动烹饪设备中实现有一定难度。如果自动烹饪设备不能够自动清洗,手工清洗复杂费时,会严重影响设备的商业价值。同时,很重要的是以上所有操作要在同一自动烹饪系统中实现,能否全面协调地完成以上操作,和完成以上操作所需要的代价——机构和控制的复杂性、体积重量、运行成本、设备稳定性(运动稳定性、操作可靠性、使用寿命)等很大程度上决定了自动烹饪设备的应用前景和和商业价值。
当上述操作在自动/半自动烹饪中得到技术实现,仍然存在一个关键技术问题,即如何控制上述操作,使得自动/半自动烹饪得到的菜品与对象手工烹饪操作得到的菜品之间的品质差异控制在一定范围内。考察烹饪操作的有关参数,其中加工工序、原料数量等较容易控制,而其中的加热强度及时间——即火候的控制却非常困难。火候是烹饪中最重要的概念,可以说火候控制是烹饪自动/半自动化的核心技术。但迄今为止,火候的本质是什么还没有公认的答案,目前没有建立在工程理论和食品科学基础上的合理定义。一些研究者做出了种种解释,或缺乏理论深度,或是错误的(参考文献1.李斌.火候的概念及数学表达.中国烹饪,1996,3 :27 ;2.刘正顺.火候定的重新定位.中国烹饪,1996,3 :18-19 ;3.张建军.浅谈火候及其运用,扬州大学烹饪学报,2000 (3) :32-38 ;4.刘小勇.中国专利1314861. 3 ;杨铭铎.现代中式快餐.北京.中国商业出版社.2001 :43-44)。必须了解烹饪加热中的热质传递原理,以及温度对烹饪品质影响的动力学规律,才能够科学地掌握烹饪火候控制的方法,找到将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法。总之,只有 深入彻底地了解了中式烹饪中火候的内在科学原理和技术规律,才有可能科学合理的实现烹饪自动/半自动化。已公开的自动/半自动烹饪专利提出了各种火候控制方法,一般都是将温度传感器得到的温度数据一通常是锅底的温度数据处理后,反馈给加热功率控制器,以实现火候的控制。但这些专利都没有提出具体的控制方案,例如达到多少温度停止加热。很多专利也提出了通过储存在控制系统中烹饪程序来执行自动烹饪。但也没有提出如何把手工烹饪操作转化为自动烹饪操作的方法。中国专利200710007835. x全自动/半自动烹饪机器人系统中,在锅底底部线埋入I 3根温度传感器探头,通过控制温度,辅以定时定量烹调,按照数字化菜谱操作,实现自动/半自动烹饪。文中也没有提及如何制定数字化菜谱。中国专利200410015157. 8智能式半自动/半自动烹饪机中的控制装置还有储存有温度数据处理后,反馈给加热功率控制器,以实现火候的控制。从烹饪技术原理可知,锅体的温度与菜品的成熟没有直接关系,也不可能通过数学方法推测菜品的成熟程度。因此通过测量锅体温度来调控火力,掌握火候的方法是不可行的。一部分专利仅把这一闭环控制作为控制火力的手段,而食品的成熟由“专家系统I‘预设程序”来控制。将手工烹饪操作科学地可靠地转变为自动/半自动烹饪操作并不是一件简单的事,目前没有已公开的相关技术方案,本领域内一般专业技术人员也并没有这种能 力。中国专利03140861. 3的发明人认为锅体温度用于的判断火候是不合理的,从而提出以食品温度、色泽、蒸汽压力、PH值、湿度、运动等参数的实时动态传递作为依据参数,反馈处理后调控烹饪火力。该方法是该专利发明人主观思考的结论,缺少科学基础和逻辑推理。虽然是食品温度和色泽的测量有一定意义。但是运动颗粒的温度,尤其是内部温度的测量是一个世界性的难题(参考文献1.邓力.金征宇.液体颗粒食品的无菌工艺的研究进展.农业工程学报.86(5). 2004 ;2.邓力.固体食品流态化超高温杀菌技术的研究[D] [博士学位论文].无锡江南大学.2006 :第7章)。同时测定到的温度和颜色都是食品的表面数据,在一些缓慢加热的烹饪过程中,内外加热均匀的情况下有一定意义。但是由于无法反映颗粒中心为冷点的食品化学状况,因此在多数情况下不能作为火候控制的指标,例如,烹饪中使用较多的爆炒工艺就无法使用。同时在有蒸发情况下的固液混合物的固体表面颜色的在线测量也是一个难以解决的技术难题。虽然从原理上讲,可以通过测定食品系某一点的温度,通过传热学控制方程,采用传热学方法实时推算食品的总体温度时间关系,计算出食品的成熟值,从而控制烹饪过程。中国专利9519241. 2被烹饪物体内部温度推定方法即用了该方法,其加热烹饪装置即是这一方法应用实例。但是该方法主要适用于固定位置的固体食品,应用范围主要是微波炉和烤炉。而在传统中式烹饪中应用这一方法极为困难,原因在于1)烹饪过程中的传热学过程比焙烤和微波加热要复杂得多,有更为复杂的数学模型,实时求解温度分布推算烹饪成熟时间非常困难;2)由于烹饪过程中液体-颗粒的混合运动,还伴随着水分蒸发(影响红外温度测定),要测定食品颗粒温度无论是内部还是外部温度都极为困难;3)自动/半自动烹饪过程的操作时间短,温度变化剧烈(如爆炒),因此要求温度测量要有更高的准确度,
数据采集要有更高的采样和传输频率,计算机传热学分析计算要有更高的效率。实际上,以现有的技术水平在烹饪中使用这一方法是不可能的。烹饪过程的温度变化由热质传递过程确定,而温度变化对烹饪品质的影响由加热品质变化动力学决定。研究加热对品质影响这一复杂过程的技术称为热处理验证(Thevalidation of thermal processing)。时间温度积分器(Time-Temperature Integrators,TTIs)是用于食品热处理验证的高科技手段。时间温度积分器TTIs定义为用于模拟目标质量参数时间-温度总体变化效果的小型装置,具体应用时,由作为载体的食品模拟物和TTIs指示剂组合构成。其特点是使用方便、测量准确。具体使用方法是将TTIs指示剂置入作为载体的食品模拟物中,在热处理前后测定TTIs指示剂的变化。理想的TTIs指示剂应与被验证的热处理品质因子的动力学参数相近,如活化能(Ea)值、Z值和D值。TTIs包括生物TTIs、化学TTIs、物理TTIs。例如生物TTI :辣根过氧化物酶(Z值12. 8°C )、α -淀粉酶(Ζ值10°C );化学TTI :硫胺素(Z值18°C )、双糖水解(Z值=18°C );物理TTI :蒸汽渗透组件(Z值10°C )、电子热分析单元(Thermal memory cell)等。近来随着计算机和传感器技术的快速发展,越来越多的固定的或可移动的温度传感器也可以视为物理TTIs。它们的使用使数据的记录和处理变得更加快捷。时间温度积分器已在食品热处理、杀菌等工艺的分析、研究、验证中得到广泛应用。本发明的发明人在2006年在我国首次将TTIs技术应用于液体-食品颗粒的热处理效果分析。TTIs需满足的条件是造价低,快速容易制备,易于测量。TTIs装置应该和食品融为一体,以防改变食品的时间温度曲线。TTIs方法可以准确地测定表面、中心和平均品质动力学变化。由于载体颗粒使用食品模拟物,颗粒外形可准确控制,物理化学参数完全相同,用于测量两种不同加热过程之间的动力学品质动力学变化极为理想。由此即可以构建一种具有理论基础、方法准确可靠的区别分析两种不同火候的定量手段,从而成为解决将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的核心技术问题的一种有力手段。虽然已经有许多的自动/半自动烹饪技术方案,但是,目前尚没有一种基于科学原理的将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法,成为当前烹饪自动化发展进程中急需解决的问题
发明内容
本发明提出了一种将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法,所述烹饪操作包括以下烹饪动作的部分或全部以串联或/和并联形式的组合-投料向烹饪容器投入物料;-出料将烹饪容器中物料排出容器;-加热加热容器中物料;-搅拌搅拌容器中物料;-翻转翻转容器中的物料;-周转物料将烹饪容器中物料转入周转容器,再次转入烹饪容器; -划散让粘接的烹饪原料分散;-碾压对烹饪物料施加碾压力;-切割使得整块物料切为小块;-固液分离分离固液混合烹饪物料中的固相与液相,保留其中一相;-加盖使烹饪容器密闭;-去盖解除烹饪容器密闭;以及-清洗洗净烹饪容器;包括下列步骤步骤I :执行手工烹饪操作,得到手工烹饪菜品,记录手工烹饪操作参数,所述烹饪操作参数包括以下参数的部分或全部-烹饪动作起停时间包括手工烹饪所有烹饪动作的起停时间;-每次投料原料的种类、数量和质量;-烹饪全程中加热功率;以及-烹饪全程中搅拌强度;步骤2 :针对自动烹饪设备,设定在步骤I由手工烹饪获得的、而在自动烹饪设备上可以直接或经过处理后应用的烹饪参数,并预设无法在自动烹饪设备上实现的未知烹饪参数,在自动烹饪设备上执行所有设定参数,完成操作,烹饪出自动烹饪菜品;步骤3 :采用至少一种测定表征烹饪中物料受热程度指标的分析方法分别分析手工烹饪菜品和自动烹饪菜品;步骤4 :通过统计学方法判定分析手工烹饪菜品数据和自动烹饪菜品数据之间的是否有显著区别;步骤5 :如果两者存在显著性差异,重新设置所述未知参数,重复步骤2 步骤4 ;步骤6 :如果两者无显著性差异,执行步骤2的所有设定参数的自动/半自动烹饪操作即为目标自动/半自动烹饪操作。以下证明上述方法是科学合理的。首先,通过烹饪加热的品质变化动力学和传热学分析,得到烹饪过程的完整数学模型,并得到影响烹饪品质的全部因素。—、确定烹饪加热过程的技术特征中国烹饪技术具有原料广泛、刀法繁多、调味丰富、烹法多样的特点。烹饪的原意就是加热食品至成熟。所谓“烹”,是加热食品的手段,技法包括“煮”、“焖”、“爆”、“炒”、“卤”、“煨”、“涮”、“汆”、“烩”、“炸”、“熘”、“烧”、“煸”、“煽”、“烤”、“O ’’、“煎”、“贴”、“扒”、“煨”等等。由化工过程原理分析传统中式烹饪过程1)原料首先,中式烹饪有“食不厌精,脍不厌细”的传统,烹饪过程中的刀工有重要地位,固体食物通常切割后烹饪,因此,可以认为中式烹饪的原料是广义颗粒,包括片、丝、条、丁、末、块、团、丸等形状,在颗粒学上属于Geldart分类D类颗粒(参见金涌等.流态化工程原理,北京,清华大学出版社,2001 :36-37)。其次,中式烹饪的另一个原料特征是,液体在烹饪中起到重要作用,不但作为烹饪成品组分,还起到辅助传热、传质的重要作用。可以认为,典型中式烹饪的原料是液体-颗粒混合物;2)反应过程烹饪的目的是加热食品使之完成成熟所需要的食品化学、物理和食品微生物变化,包括风味、色泽、毒理、质构、微生物、营养等食用品质变化;3)热量传递从热源向食品的热量传递;4)质量传递烹饪中各种物质的传质过程,对调味影响较大。烹饪过程中的水分的相变和传递对传热有重要影响;5)动量传递中式烹饪分静态烹饪和动态烹饪两者,前者如“蒸”、“炖”等没有人工施加运动的操作,后者如“爆”、“炒”等操作,烹饪过程中通过“晃锅”、炒勺搅拌的措施施加物料运动,形成动量传递,其目的是强化传热和传质;6)反应器热源、锅、炒勺构成了烹饪反应器,其特征是开放的,即便使用锅盖也只能够在蒸汽不断产生时隔绝空气的进入,而对压力内部影响很小,容器仍然是开放的。通过以上分析认为典型中式烹饪的过程特征是开放容器中被搅拌液体-颗粒食品的传热、传质和品质变化过程。二、分析烹饪品质变化的数学模型及影响因素现有的一些传统的食品品质变化动力学函数可以表达烹饪加热过程中食品品质的变化,这些品质可以是物理的、化学的、微生物的。具体包括I)基本动力学函数及非稳态传热对动力学函数的影响品质变化C值(蒸煮值,cooked value),是品质破坏的等效时间,即食品在经历某一温度历史后的品质破坏相当于参考温度下的加热时间
权利要求
1.一种将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法,所述烹饪操作包括以下烹饪动作的部分或全部以串联或/和并联形式的组合 -投料向烹饪容器投入物料; -出料将烹饪容器中物料排出容器; -加热加热容器中物料; -搅拌搅拌容器中物料; -翻转翻转容器中的物料; -周转物料将烹饪容器中物料转入周转容器,再次转入烹饪容器; -划散让粘接的烹饪原料分散; -碾压对烹饪物料施加碾压力; -切割使得整块物料切为小块; -固液分离分离固液混合烹饪物料中的固相与液相,保留其中一相; -加盖使烹饪容器密闭; -去盖解除烹饪容器密闭;以及 -清洗洗净烹饪容器; 包括下列步骤 步骤I:执行手工烹饪操作,得到手工烹饪菜品,记录手工烹饪操作参数,所述烹饪操作参数包括以下参数的部分或全部 -烹饪动作起停时间包括手工烹饪所有烹饪动作的起停时间; -每次投料原料的种类、数量和质量; -烹饪全程中加热功率;以及 -念饪全程中搅拌强度; 步骤2 :针对自动烹饪设备,设定在步骤I由手工烹饪获得的、而在自动烹饪设备上可以直接或经过处理后应用的烹饪参数,并预设无法在自动烹饪设备上实现的未知烹饪参数,在自动烹饪设备上执行所有设定参数,完成操作,烹饪出自动烹饪菜品; 步骤3 :采用至少一种测定表征烹饪中物料加热程度指标的分析方法分别分析手工烹饪菜品和自动烹饪菜品; 步骤4 :通过统计学方法判定分析手工烹饪菜品数据和自动烹饪菜品数据之间的是否有显著区别; 步骤5 :如果两者存在显著性差异,重新设置所述未知参数,重复步骤2 步骤4 ; 步骤6 :如果两者无显著性差异,执行步骤2的所有设定参数的自动/半自动烹饪操作即为目标自动/半自动烹饪操作。
2.如权利要求I所述将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法,其中步骤3所述的分析方法为针对烹饪成熟指标的感官检验方法。
3.如权利要求I所述将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法,其中步骤3所述的分析方法为食品理化方法,对于固体,在两种方法得到的菜品中分别选取颗粒外形最为一致的两个颗粒,对于液体,对两种方法得到的菜品分别取样,然后选择至少一种表征烹饪品质的食品理化指标进行测定。
4.如权利要求I所述将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法,其中步骤3所述的分析方法为TTIs方法,即时间温度积分器方法,适用于含固体颗粒的烹饪,首先制作并使用TTIs组合,具体包括下列步骤 步骤A :制作出分别以由外形尺寸、热物理性质和流体动力学性质与手工烹饪操作中的原料主料食品颗粒相近并且不与TTIs发生反应的材料制成的食品模拟物; 步骤B :选择热处理化学反应动力学参数与表征食品加热成熟及过热的品质的热处理化学反应动力学参数相同或接近的TTIs指示剂; 步骤C :将TTIs指示剂与食品模拟物以下列形式中至少一种组合 -TTIs指示剂位于食品模拟物几何中心,构成中心TTIs组合; -TTIs指示剂位于食品模拟物表面,构成表面TTIs组合;以及 -TTIs指示剂均匀分布于食品模拟物,构成平均TTIs组合; TTIs组合的应用包括下列步骤; 步骤D :在权利要求I所述步骤I和步骤2中以一种TTIs组合颗粒分别以取代同样数量原料主料食品颗粒的形式加入手工烹饪操作与自动/半自动烹饪工艺中; 步骤E :分别对采用手工烹饪操作操作加工得到的菜品中的TTIs进行检测。
5.如权利要求I所述将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法,其中步骤.3所述的分析方法采用权利要求2、3、4的方法任意组合使用。
全文摘要
本发明公开了一种将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法。即对手工烹饪与自动/半自动烹饪菜品品质通过感官评价、理化分析、TTIs(时间温度积分器)方法进行比较和统计分析,参照取得的结果调节自动/半自动烹饪操作,逐次缩小手工烹饪与自动/半自动烹饪菜品品质差距,最终获得能够确保自动/半自动烹饪菜品的烹饪品质与手工烹饪相同的自动/半自动烹饪操作。通过传统中式烹饪过程的品质变化动力学、传热学、传质学原理的深入解析,构建了烹饪过程的完整数学模型,证明本发明是合理、科学的客观方法。本发明在自动/半自动烹饪中将产生重要作用,具有实际应用价值。
文档编号A47J36/00GK102657482SQ20121007079
公开日2012年9月12日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者邓力 申请人:邓力
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