专利名称：无脂肪薄脆片型小吃食品的生产方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无需浸渍在热油中即可生产各种薄脆片型小吃食品的方法及设备，更具体地说，本发明涉及一种用于无脂肪方法生产马铃薯片的设备。
背景技术：
在小吃食品如马铃薯片和其它形式的蔬菜产品以及玉米片或墨西哥玉米饼之类的谷物薄片的生产领域中已知有各种方法，但是，这其中大部分方法依靠的是将马铃薯片或其它薄片食品浸入盛有热油的容器中一段时间这样的热处理技术。所谓的“油炸”这种热处理方法其作用是能有效地降低新鲜马铃薯片的水分含量，同时从热油容器中吸收一些脂肪。新鲜马铃薯片的水分含量一般为其片重量的85％，而油炸马铃薯片的水分含量通常小于5％(重量)。但一般来说油炸方法可以使马铃薯片产品的含脂量达到产品总重量的约30％—45％。
很多人认为常规方法制得的马铃薯片含脂量高这点是不理想的，因为如此所得的薄片产品卡路里值高，并且货架期较短。经过长时间的储存后，马铃薯片中贮留的脂肪会发生酸败，使该产品具有不好的气味和滋味。在此之前人们已经研究出了很多热处理方法来降低马铃薯等的含脂量。例如，Lipoma等人的美国专利US3,365,301公开了这样一种生产油炸薄脆片型产品的方法将马铃薯片在较高温度的油浴中进行部分加热处理，其加热时间比一般常规油浸热处理方法所用时间要短，最终的热处理步骤采用的是电磁加热方法，如微波加热。Lipoma的热处理方法是一种高温短时油浸法，据信这种方法可以使成品薄片的含脂量降低。但是，该方法无法消除薄片在第一步热处理过程中对脂肪的吸收。Yuan等人的US4,283,425公开了另一种生产马铃薯片的方法，该方法是在原料马铃薯片上涂覆球状蛋白质，并且可以在该蛋白质涂层之上再涂一层食用油或不涂该层食用油。然后将按照该方式制得的马铃薯片进行微波加热处理。虽然Yuan的方法去掉了油炸步骤，但生产得到的仍然是一种至少具有球状蛋白质外涂层的马铃薯片。在Yuan专利的第3栏第47-59行中指出，蛋白质涂层是微波处理马铃薯片成功的基本因素。此前据认为，单独运用微波加热来制备马铃薯片是不合适的，这是因为马铃薯片中的淀粉会发生糊化作用而可能覆盖在所说片的外表面上，并随着进一步的加热硬化而形成胶质包壳。例如，在Yuan专利的第2栏45-50行中指出，通过微波加热除去马铃薯片中3％以上的含水量会使淀粉发生糊化作用。
本发明还涉及独特的波形波导管结构与一种新型传送带结合在一起的应用。例如在Endres的US3,469,996和Stungis等人的US3,765,425中示出了各种已知的微波波导管。Endres的专利给出了一种Z字形波导管，该波导管可使微波能向下穿过其自身的较低表平面上的狭槽达到正在该波导管下方通过的传送带上，以便对在传送带上所输送的起酥油进行调质处理。为了膨化烟梗和烟叶，Stungis的专利公开了一种反复作用于传送带的盘旋形波导管。
利用传送带来输送生的和经过部分加工的食品也是已知的。在传送带领域中，例如，Lapeyre的US3,870,141和US4,556,142给出了具有平坦的格栅结构的铰链式传送带。Lapeyre的US4,993,543公开了一种具有凸出驱动齿的传送带铰链，所说铰链上的驱动齿与驱动传送带的主动链轮相啮合。但是，这些传送带仅仅具有平坦的输送表面，在这些结构的传送带上输送生软的食品通常会使食品成品具有类似的平展的形状。
因此，仍然需要一种加工马铃薯和类似蔬菜片，以及玉米片、墨西哥玉米饼和其它谷物片的设备和方法，这种设备和方法能够使上述成品具有广为人知的油炸马铃薯片、玉米片和墨西哥玉米饼的味觉、坚度和形状一切特征，但是是无脂肪或基本上无脂肪的，并且是卷曲的。发明概述从广义上说，本发明涉及一种快速、经济且完全无需任何脂肪煎炸和油涂层的加工马铃薯片、玉米片和其它薄片形食品的方法和设备。本发明的方法包括将生马铃薯片或其它蔬菜或谷物片置于很高强度的微波场中以便将原料片中的大部分水分快速转化为蒸汽这样的第一次热处理步骤。上述强度的微波加热具有膨化原料片、增加孔隙度以及使表面粗糙的作用。在该步中，马铃薯片中的水分含量可由占其重量大约80％的原始含水量降低到约25％-30％的最终含水量。然后，使马铃薯片进入干燥步骤，该步骤可以将低强度微波加热与热空气对流加热结合起来，以使膨化和粗糙化了的马铃薯片干燥脆化为薄脆片成品。
在优选实施方式中，在第一次高强度微波处理步骤中，马铃薯片或其它适当的蔬菜和谷物等的平面部分单层排布在传送带上。如果处理的是将被加工成马铃薯片的生马铃薯片时，虽然不是必须，但最好先除去生马铃薯片表面的水分。在后续干燥和脆化步骤中，马铃薯或其它片状产品不必单层排放，可以排放成高达4英寸厚的层。如果需要，还可以按照常规方法在第一步热处理和第二步干燥步骤之间对马铃薯片或其它片状产品进行调味处理。
在第一步中，本发明通过使负载有片状产品的传送带通过波形波导管而完成生片状产品的微波作用处理。本发明以避免淀粉糊化的方式利用微波能来热处理食品产品；相比而言，在烟制品中不存在淀粉糊化作用。
如上所述，本发明的设备还包括具有能够承载单层马铃薯片的传送带结构和一系列单模式传播波的微波波导管，每一波导管中又有一系列允许传送带通过的狭长切口。微波终止器位于每一波导管的一端上，以维持微波在波导管内基本上单模式传播。传送带是一种微波可穿透的材料，例如聚丙烯或包覆有防粘物质如TEFLONTM的玻璃纤维。
在优选实施方式中，所说的传送带是由很多铰链组成的，这些铰链通过枢轴式安装的销子连接在一起形成连续式输送带。每个铰链都具有格栅结构，其中链片以平面平行的方式排列，并且有两块横板约成直角地与之相交。每一链片包括两个表面，一个表面与驱动传送带的驱动滚轮啮合，相对的另一表面具有隆起的驼峰状结构。该驼峰使随机散放在传送带上的经热处理后的马铃薯片或其它片状产品具有卷曲的形状。本发明的传送带与常规的传送带结构是有区别的，因为本发明的传送带的铰链包括了特别适于赋予片状产品以卷曲形状的，且不用于与驱动链轮或滚轮啮合的驼峰状结构。
本发明还包括用于第二步干燥的将热空气对流加热和设置在传送带出料端的低能量多模式微波加热两者结合在一起的第二个设备。
通过下面的详细描述，并结合附图，可以更好地理解本发明的新特征。但应知道附图仅仅是为了详细描述和说明本发明，而不是对本发明的限制。
图1是本发明方法的流程图；图2是用于在热处理步骤中对马铃薯片、蔬菜片或谷物片进行高强度单模式微波场处理的本发明的一种优选设备的透视图；图3是本发明微波波导管的一个截面段的侧视图；图4是原料马铃薯片在热处理步骤中置于微波波导管的一个截段后的透视图；图5是本发明设备的一种实施方式的透视图；图6是本发明用于将片状产品置于高强度微波场的微波波导管设备的另一实施方式的示意图；图7是本发明传送带的一种优选实施方式的侧视图；图8是图7所示的本发明传送带上的一个铰链的侧视图；图9是图8所示铰链的一个侧剖视图；图10是图8和9所示传送带铰链的局部透视图；图11是本发明传送带的局部俯视图；图12是本发明传送带铰链的侧视图。发明详述本发明的方法适用于加工生产无脂肪的薄脆片，所说的薄脆片是用各种可以切分或另外加工成薄片形状的蔬菜、谷物和水果等制成的。本发明的方法还适用于加工生产各种传统的焙烤制品，如薄脆饼干和其它一些饼干等。本发明特别适用于加工生产无脂肪的马铃薯片。用一般油炸方法生产马铃薯片时所通常优选的各种马铃薯品种可以用于实施本发明。一般对于油炸不理想的某些马铃薯品种也可以用于实施本发明。本发明可以用切分成片的原料蔬菜和马铃薯等来生产薄脆片，或者将蔬菜、马铃薯、玉米或其它谷物磨碎制成面团或面糊，然后将其成形为通常用于加工成薄脆片的薄片形状，再生产成薄脆片。在本说明书中，术语原料片状产品是指切分成或制成包括上述内容或材料的任何片状物。为了能更清楚地解释本发明，以加工无脂肪马铃薯片为例来说明本发明。但应理解，下面的描述并不是将本发明仅限于马铃薯片的加工生产上。
参照附图，更具体地说是图1，该图给出了本发明方法的工艺流程图。如图所示，原料马铃薯片的开始制备过程包括清洗马铃薯原料并将它们切片的步骤。如果需要，可以在切片之前先去皮。微波作用加热步骤可以处理不同厚度的马铃薯片，因此马铃薯片可以根据最终产品的厚度要求在一定范围内改变其厚度。一般来说，原料马铃薯片为大约1/16英寸厚。但是采用厚度为大约0.040-0.070英寸的原料马铃薯片，通过本发明的方法可以得到令人满意的马铃薯片产品。本发明在最初的热处理步骤之前，既不需要也不要求在原料马铃薯片的外表面上加上表面涂层或层状物。虽然不必除去原料马铃薯片外表面的水分，但可以肯定，除去表面水分有利于本发明后续高强度微波作用热处理步骤。如果不去除表面水分，可能会在彼此接触的相邻马铃薯片之间发生电弧现象。这种电弧现象也可能会在原料马铃薯片的表面上发生。据信，电弧现象可以削弱微波能在马铃薯片上的传递，例如，可能会在马铃薯片上留下不理想的焦痕。
优选先将原料马铃薯片上的大部分表面水分除去，再进入强微波作用加热处理步骤。在本发明生产薄脆片方法的一种优选的实施方式中，除去原料马铃薯片表面上的水分使所说片上的含水量降低到其片重的约5％-6％，最好是达到约5.5％(重量)的含水量。表面水分去除不足，可能会在一定程度上导致电弧发生。但水分去除的太多又可能会在马铃薯片的表面上形成淀粉层。这种淀粉层通常是不利于所得薄脆片的味觉的。还发现，淀粉层的形成也不利于所得薄脆片产品贮存一段时间后的滋味。
在本发明的一种优选实施方式中，可以利用常规的“气刀”式空气喷射来除去表面水分。气刀是一种通常用于清除表面涂层的强空气流。在该实施方式中，气刀采用的是热喷射空气，气流从清洗过并切成片的新鲜且生的马铃薯片的上方和下方流过。所说的气流的温度一般在大约150-250°F范围内，优选220-240°F。热气流的流速优选在大约2500-3000英尺/分钟的范围内。
如1图流程所示，将原料马铃薯片第一次置于很高强度的微波场中较短的一段时间，以便快速地将马铃薯片中的水分转化为蒸汽从所说片中逃逸出去。然后将这些基本上已脱水的马铃薯片干燥脆化。在优选的实施方式中，所说的干燥步骤是这样完成的，即将马铃薯片置于热空气和低强度微波场中加热，从而得到水分含量只有百分之几(重量)的无脂肪薄脆片产品。最后，使所说的薄脆片以便于所要求的最终检验和包装的形式存在。如图1所示，在优选的实施方式中，可以在第一次热处理步骤之后和最终干燥步骤之前将香料施加到马铃薯片的外表面上。该香料可以包含微量的各种形式的天然香精油等。如果将天然香精油用作香料的话，优选每盎司重量的马铃薯片加不到1/2克的香料。另外，也可以在第一次热处理步骤之后和最终干燥步骤之前把盐加到马铃薯片的外表面上使最终产品带有一定的咸味。但是目前认为无论是天然香料还是盐对经过部分加热处理的马铃薯片的最终干燥过程都不会有不好影响。在第一次热处理步骤之后和最终干燥步骤之前，或者在最终干燥步骤之后，还可以通过喷淋法把调味料如烤肉调味液加到已膨化且粗糙化的马铃薯片上。最近据信，在最终干燥步骤之后喷淋调味液可以增强薄脆片产品的味觉。
选择高强度的初始微波场的目的是为了将马铃薯片中的大部分水分快速转化为热蒸汽。一般原料马铃薯片的含水量大约为80％(重量)，经过高强度微波场的初始作用后含水量降低到大约25％-30％(重量)。水蒸气和蒸汽所占据的体积比等量液体水的体积要大得多。因此，马铃薯片中的水快速转化为水蒸汽还可以达到所希望的膨化马铃薯片的作用。蒸汽快速从马铃薯片中逃逸出来，还可以增加该片的粗糙度和表面孔隙度。表面孔隙度的提高有利于马铃薯片的进一步脱水，还可以提供传统油炸马铃薯片的较好的粗糙化外部质地特征。
据信，马铃薯片中大部分水分快速转化为蒸汽，并且从中迅速逃逸出来，可以防止淀粉糊化，在马铃薯片外表面上形成淀粉层并硬化。在微波作用过程中可以改变马铃薯片所处的微波场的强度，以达到使马铃薯片中的水分快速转化为蒸汽，并从中迅速逃逸出来，从而防止淀粉糊化的所要求效果。当微波场强度降低时，微波作用的时间应该加长。另外，如果片的厚度增加，要求采用较高强度的微波场。据信，如果采用足够高强度的微波场，持续达几分钟的微波作用时间可以避免淀粉糊化。在下面的实施例中给出了更具体的微波场强度范围。经过高强度微波场作用后，可以将已膨化和粗糙化的马铃薯片干燥成为薄脆片，而不会进一步发生糊化。在最终干燥步骤中，马铃薯片的水分含量由大约25％-30％(重量)进一步降低到大约3％-6％的最终含水量。
通过各种方法可以完成初始热处理步骤，即将马铃薯片置于高强度微波场中，使所说片中的含水量快速降低而使其膨化和粗糙化这样的热处理步骤。在一优选的实施方式中，传播波的微波波导管与一微波可穿透的传送带同时使用，该传送带将马铃薯片输送通过波导管的狭槽。参照图2，该图示出了一种优选实施方式，其中包括适于把马铃薯片12置于一合适的高强度微波场中的设备10。设备10包括可使一般单模式微波场传播通过的波形波导管14。波导管14通过许多180°的弯头16自身来回弯折，并且其上设有一系列的狭长切口18，传送带20通过这些切口输送马铃薯片经过波导管14的多个长度段。重要的是已经确知，狭长切口18的切口高度最好是 英寸。如果切口18太大，微波能会从波导管泄漏，造成浪费。但如果切口18太小，马铃薯片12和传送带20就有可能不利地擦过或撞击切口18的边缘，从而可能造成马铃薯片移位或从传送带20上掉落下来。
在该优选实施方式中，波导管14反复作用于传送带20共20次或多于20次，但为了清楚起见，图2仅示出了波导管14的5个直线长度段。为了促进在波导管14中形成单模式微波场，波导管14的端头22包括载水器24以吸收几乎全部通过波导管端头22传播的微波能。马铃薯片12所通过的波导管14中包括的直线段部分14a的数目可以优选使从波导管14中的微波场而来的能量以最优的方式传递到马铃薯片12上的这样的数目。采用具有20或20个以上直线波导管段14a的这样的优选实施方式，随着马铃薯片12输送通过波导管14，大约有80％的开始注入波导管14中的微波能被马铃薯片所吸收。如果需要，可以选择较多的或较少的直线波导管段14a的数目。马铃薯片12输送通过5个直线波导管段14a即已经完成令人满意的微波加热。在图7所示的另一种实施方式中，采用多模式微波波导管对马铃薯片进行反复热处理，下文对此有详细的讨论。在该实施方式中，当马铃薯片基本上是生的时，微波波导管仅有2个直线段，而几乎完全熟了的马铃薯片所通过的最后波导管有6个直线段之多。
在如上所讨论的微波设备14的优选实施方式中，波导管的输入端26偶联到微波发生器上，该发生器在915兆赫下的输出功率为60千瓦。在该凝率下使微波传输达到最优化所选择的波导管14的横截面尺寸为美国军用规格WR9.75的波导管标准尺寸，即9.75×4.875英寸。因此，在波导管输入端26处的能量通量可以大约1.25千瓦/平方英寸来表征。如果需要，也可以采用电磁波谱中微波带内的其它频率。波导管14中的间断部位如狭长切口18、传送带20的边缘以及马铃薯片12均可以在波导管14内形成驻波图。如图3所示，随着马铃薯片12进入纸平面通过波导管的直线段14a，驻波图28a造成只在马铃薯片12的区域29a内发生局部加热。因此，当经过波导管14的第一个直线段处理后，马铃薯片12通常会产生如图4所示的带有“条纹”的外观。由此，应把每一波导管弯头16的形状做成能够诱导波导管14上直线段14a内的驻波图相对于传送带20产生位移，如图3所示，该图示出了直线波导管段14a内驻波图28a和局部加热区域29a与相邻直线波导管段(未示出)内的驻波图28b前或后的相对位置。在两个相邻直线波导管段14a之间的驻波图28a和28b的位移确保了马铃薯片12传输通过若干个直线波导管段14a后每一马铃薯片12都能受到微波作用加热。为了实现这种位移，就要求波导管弯头16的形状应使波导管中间的曲率半径的周长不同于加热马铃薯片的微波波长的整数倍数。
应选择传送带20的构成材料，以使在波导管14内传播的微波基本上能够穿透，并避免马铃薯片粘在带20上。在一优选实施方式中，传送带20是由聚丙烯制成的。另外，传送带20也可以由包覆有某些防粘涂层如TEFLONTM的玻璃纤维制成。
如图7所示，本发明优选的传送带20是一种由任何适宜的常规驱动机械如本领域已知的滚轮或链轮驱动装置所驱动的连续传送带。传送带20由单个铰链70组成，每一铰链具有普通的格栅结构。如图8所示，格栅结构是由许多链片72以基本上平面平行的方式排列而成的，这些链片平面优选通过大约与之成直角的两块平行横板74相交在一起。
每个链片72都有一精确的形状或沿一表面有隆起的驼峰状结构76，每一端各有一开孔78。如图7所示，当铰链70排列相互连接在一起形成连续传送带20时，开孔78可以接受安装销80。通过使用销80，本发明确保可以方便地更换铰链70。当随着传送带20输送通过高强度波形波导管14的片状产品上水分蓄积时，有时可能会发生电弧现象，结果是铰链70烧毁或发生其它损坏。销80使传送带20很容易拆卸进行修理或更换。
每一链片中的驼峰状结构76赋予熟化的马铃薯片以卷曲的形状。按照本发明方法和设备在一平面传送带上生产出的马铃薯片具有基本上平展的外观，而这不是传统油炸马铃薯片的特征。现已发现，最好在本发明方法的微波热处理步骤中，而不是在后期如在小吃食品制作的干燥步骤中使马铃薯片具有卷曲的形状。马铃薯片12随机地分布在具有驼峰状结构76的传送带20上，然后传输通过波形波导管14，熟化后发现该马铃薯片非常接近自然卷曲的传统油炸马铃薯片的外观。
关于传送带20，已经确知每一铰链70的格栅结构有几个尺寸是非常重要的。首先，已经看出，链片的厚度最好为约1/32英寸。较厚会使水分蓄积于放置在传送带铰链70上的马铃薯片12的下面，而当在高强度微波作用步骤中原料片状产品的外表面偶尔发生电弧时，厚度较薄又会使铰链70损坏。
第二，驼峰状结构76的最佳曲率半径为约1/2英寸。半径太小可能会使原料马铃薯片12完全从曲面上滑落下去，而且，半径太小也不能使片12达到令人满意的卷曲程度。
第三，业已发现，两个相邻链片之间的距离最好为大约0.27英寸。间距较大的缺点是会使马铃薯片12发生倾斜，甚至意外地从传送带铰链70的链片72中掉落下去；而间距较小的缺点是当采用空气喷射时限制了达到能令人满意地除去马铃薯片12的外表面水分的空气流速。热气流是直接从新鲜且生的经清洗和切片的马铃薯片的上方和下方喷射通过的，因此，过小的格栅就会阻止空气流成为气刀。那么在高强度微波作用步骤中残留的水分就有可能在马铃薯片12之间造成偶尔的电弧。
第四，传送带20的总高度最好为 英寸，该尺寸是结合考虑了在传送带20上所输送的原料马铃薯片的常规厚度1/16英寸而慎重选择的。进一步观察到，随机分布的马铃薯片并非必然总是保持平辰，与传送带20的表面齐高的。因此，为了确保顺利无阻地通过波导管14上的精确狭长切口18，传送带20的高度是非常重要的。
如上所述，马铃薯片12在高强度微波场中的作用时间是非常短的。在上面所讨论的如图2所示的优选微波热处理结构中，传送带20以大约15—20英尺/分钟的速度移动。波导管14上的每一直线段的宽度为约4.875英寸，每次马铃薯片12通过波导管14上的一个直线段14a的作用时间为大约1.25—1.66秒。在采用20个直线波导管段14a这样的系统中，每一片马铃薯片12总的作用时间为大约25—33秒。如上所述，微波场的规定强度可以随作用时间成反比改变，只有场强足可以使原料马铃薯片中的水分以足以防止淀粉层形成和硬化的速度快速转化为蒸汽即可。因此，把除60千瓦外的功率偶联到波导管输入端26上，只有适当提高或降低传送带20的输送速度即可膨化马铃薯片并使之外表面粗糙化。按照本发明的方法和设备，采用25千瓦的低功率和与之相应的630瓦／平方英寸的低能量通量可以成功地加工生产马铃薯片。据信，把3—4千瓦这样低的微波能偶联到波导管输入端26，通过本发明的方法和设备可以令人满意地热处理马铃薯片。但是，当微波输入能量低于3千瓦时，在达到所要求的没有不理想淀粉层形成效果的这样足够短的时间内不能充分地加热马铃薯片。因此，把较低能量偶联到微波输入端26可以使马铃薯片12接受到足以使其达到所要求脱水程度的微波能量(例如，降低传送带的输送速度以增加微波作用的时间)，但不能在淀粉层形成之前进行这种偶联。如上所述，淀粉层会使所得薄脆片产品有一胶质层，产生不理想的味觉，或在某些情况下减少产品的货架期。
由于在高强度微波场的作用过程中有大量的水分从马铃薯片12中逃逸出来，因此可以采用热空气对流来最大限度地降低在波导管14中的冷凝。这种冷凝会降低有效微波能向马铃薯片12传输的量。在优选实施方式中，热风吹送器27使波导管14周围的环境温度保持在大约200°F。在第一次热处理步骤中热空气吹过波导管14也有助于马铃薯片脱水。当然也可以采用其它的措施。例如，可以在波导管14的电加热同时采用低温流动空气。
参见图6，该图示出了本发明的另一种实施方式的设备，该设备可用于实现本发明方法中的高强度微波热处理步骤。据信，生马铃薯片或其它片状产品吸收大部分作用于传送带的开始几个波导管直线段中的微波波导管内所传播的微波能。还据信，随着片状产品中水分的减少，马铃薯片或其它片状产品每次通过波导管的一个直线段时它们所吸收的微波能量减少。因此认为，采用多微波能源，并且每个微波能源仅供给几个微波波导管段可以更有效地向片状产品传送微波能。
如图6所示，微波可穿透的传送带20受到一系列微波波导管50、52和54的作用，其中每一系列的波导管分别偶联在分开的微波能源56上。传送带20图示48的方向向图6的左方向移动。为了适应由于马铃薯片或其它片状产品脱水而吸收微波能的减少，随着片状产品输送到传送带20的端部，作用于传送带的微波波导管直线段的数目增加。还据信，利用高能微波能源60，以及分配微波输出到几个分开的单模式波导管中可以降低用于本发明高强度微波步骤中的设备成本。因此，偶联在波导管系列54上的微波能源56包括微波分配器，把微波能分配到四个分离开的单模式波导管54a-d中。这些分配器优选沿各自的一条路径平均分配微波能。所说的分配器是微波领域众所周知，通常称为“MAGIC-T′s”。由于波导管54系列位于传送带20的上游端，这时片状产品仍然含有其几乎全部自然存在的水分，因此每一单模式波导管仅有一对直线段作用于传送带20。通常为了维持微波在波导管内的单模式传播，每一波导管终止于微波吸收负载器62，如载水器。
依次下来的波导管系列52和50均增加了直线波导管段。因此，波导管52系列包括四个作用于传送带20的直线波导管段，每个独立的波导管段52a-52d偶联在微波能源56上。与此类似，波导管50系列包括六个作用于传送带20的直线波导管段，每个独立的波导管段50a-50d偶联在微波能源56上。系列52和50中的每一个波导管同样终止于微波吸收负载器62中。正如在前面另一实施方式中所讨论的，将一对直线波导管段连接在一起的独立波导管上的每一弯头其形状还应能诱导在相邻直线段中形成的驻波图产生相对位移。
在一种优选的实施方式中，每一微波能源56产生60的千瓦微波能，这样每一单模式波导管50a-50d、52a-52d和54a-54d分配有15千瓦。采用6英寸宽的传送带20，以20英寸/分钟的速度输送，本发明的这种实施方式的高强度微波设备应该每小时能够生产多达400磅的马铃薯片。同样，如上所讨论的，微波能源56可以发生微波谱带内任何所要求和允许的频率。目前美国联邦通信委员会(United States Federal Communication Commission)仅仅批准了915Mhz和2450Mhz在微波中应用，如本发明所讨论。因此，微波能源56可以发生915Mhz微波，其每一独立波导管上的传播波的波导管的横截面尺寸是按军用标准WR9.75规定的。另外，当然如果需要，对于不同的微波能源56可以采用不同的微波频率。分立的波导管可以根据这些不同的频率来确定截面尺寸。
在将马铃薯片置于高强度微波场使其膨化并使其外表面质地粗糙化后，仍需要对该片进行进一步的加工处理以使干燥成为松脆的马铃薯片。利用低功率多模式微波干燥装置可以很好地完成最后的干燥步骤。在适用于制备马铃薯片的优选实施方式中，可以采用常规的微波“干燥装置”型号No.IV-60(可从Kentucky，Crestwood的MICRODRY公司得到)。这种装置一般长48英尺，并包括宽6英尺的微波可穿透的传送带。传送带设在彼此平行放置的从而形成多模式微波空腔的两块多孔不锈钢板之间。微波通过沿空腔顶端设置的两根波导管注入空腔中，所说的波导管上带有狭长切口，这些切口使波导管与空腔之间建立起联系。可以把四个60千瓦微波发生器连接到波导管上以便向微波空腔提供240千瓦的总输入功率。在本发明的一种实施方式中，把两个60千瓦的微波发生器连接到干燥装置的波导管上以便向干燥装置的微波空腔提供120千瓦的总输入功率。由于焙烤装置中的微波空腔的尺寸较大，因此MICRODRY干燥装置内的微波场强度比波形波导管14内的场强度要明显的低。一般说来，焙烤装置内的从该装置可获得的微波场的最大能量通量是在6瓦/平方英寸的数量级上。该能量通量足可以干燥经过部分加工的马铃薯片，而不会造成发生在微波场作用热处理步骤中那样的膨化和表面粗糙化。但是实际采用的微波能量通量取决于干燥装置内所要求的脆片密度和输送脆片通过该装置的速度这两个因素。如果需要最大的输送速度来达到最优化的薄脆片产品的生产，那么优选采用最大的输入功率240千瓦。正如本说明书所用的，术语低强度微波场是指不足以诱导发生这些作用的场强度。
在薄脆片生产过程的最后干燥阶段，马铃薯片的水分含量由大约25％-30％(重量)降到最终的约2％-4％(重量)。通常传送带的移动速度为10-15英尺/分钟，马铃薯片的作用时间为大约3.2-4.8分钟。还可以将180-200°F的热空气以大约100英尺/分钟的速度注入进微波空腔中。热空气的流动可以防止在干燥腔内发生冷凝作用，使产品最终脆化。在该阶段的薄片产品的加工生产过程中，薄片无需以单层排放来达到令人满意的干燥效果，但在优选实施方式中，可以排放成约达4英寸厚的层。
参照图5，所示MICRODRY干燥装置30紧接着高强度微波设备10。干燥装置的传送带32可以设在传送带20的输出端34稍微下方一些，以便接收离开微波设备10的马铃薯片。如果需要，可以在传送带20的输出端34设置喷淋装置36，以便在干燥之前将调味液加到经过部分热处理的马铃薯片上。一般是用调味液把“烤肉用”或其它香料加到薄片上的。但是，在优选的实施方式中，是在马铃薯片通过和从干燥装置30出来后把调味液加到它们上的。正如前面所说明的，在高强度微波作用步骤后和马铃薯片12进入干燥装置30前这之间，按每盎司重量马铃薯片小于1/2克这样微量的天然香精油施加到经过部分热处理的马铃薯片12上。离开焙烤装置30的马铃薯片即是其最终的便于所规定最后检验和后续包装的形式。
如上所述，图5所示的设备给出了一个高强度微波设备10及临接的一个干燥装置30。但应当理解，本发明不仅仅限于图5所示的这种构造。如果需要，还可以有两个或多个高强度微波设备与一个干燥装置30连接。例如，当一个高强度微波设备10的产品输出速度小于干燥装置30的产品速度时，为了有利于最大限度当地提高生产量，采用多个高强度微波设备10与一个干燥装置30连接是所希望的。可以采用有关领域中已知的各种方法来使从多个高强度微波设备10输出的产品输送入一个干燥装置30。其中一种方法包括使用一辅助的传送带，该传送带以基本上与多个高强度微波设备10成直角的方向排列，并位于多个高强度微波设备10的传送带20的输出端上，以便于将产品输送至干燥装置30中。
已经发现，将本发明的方法和设备用于马铃薯片，所生产出的马铃薯片产品具有传统油炸马铃薯片的已知的质地、坚度和风味，但没加任何脂肪。本发明的其它优点包括延长了所得脆片的货架期以及消除了一些薄脆片产品生产中的安全危害问题，后者通常是与批量生产马铃薯片必需大量使用热油的工作有关的。
下面的实施例将详细地说明本发明的两种实施方式。
实施例1首先将新鲜的生Idaho Russet马铃薯切片、去皮和水洗。然后把生马铃薯片单层放置在聚丙烯传送带上。马铃薯片是一个紧挨着一个排放的，但彼此并不接触，以避免当马铃薯片置于高强度微波场时发生电弧现象。聚丙烯传送带将马铃薯片输送通过在915Mhz下输入功率为360千瓦的波形微波波导管。这些波导管包括96个直线段，传送带运载着马铃薯片从中通过。波导管为大约4.875英寸宽，传送带以18-20英尺/分钟的速度输送，这样，马铃薯片每次输送通过波导管上的一个直线段时的作用时间为1.25-1.66秒。该第一个传送带的输出端位于No.IV-60型微波和热空气干燥装置(可从Kentucky，Crestwood的MICRODRY公司得到)的输入端。干燥装置包括一输入功率为120千瓦的多模式微波空腔，大约80％的微波能被马铃薯片吸收。180-200°F的热空气以100英尺/分钟的速度送入通过干燥装置的优选传送带。干燥装置的传送带为48英尺长，以6-8英尺/分钟的速度输送马铃薯片，作用时间为6-8分钟。输送通过焙烤装置的马铃薯片形成大约3-4英寸厚的层。用此方式制得的马铃薯片具有类似于油炸方法所得马铃薯片的外观和滋味，它们的表面质地粗糙，成品的含水量降低到约3-6％(重量)。
实施例2把生马铃薯片放置在图2所示以及前面所描述的设备的传送带上，传送带20静止不动，这样，马铃薯片保留在微波波导管14的直线段14a内，进行间隔微波处理。然后，在4千瓦和1千瓦之间改变波导管26的微波输入功率，每一功率下的作用时间为3分钟和5分钟。每次提高输出功率或改变作用时间，均用新的生马铃薯片。在输入功率为4千瓦，时间约3分钟时，马铃薯片膨化为正常的脆片。类似地，波导管14注入进3千瓦功率，作用3分钟，虽然发现有轻度淀粉迁移，但生马铃薯片看起来膨化成了正常的脆片。然而当把2千瓦连到波导管，作用3分钟时，形成的胶凝淀粉十分明显，马铃薯片几乎没有膨化。把1千瓦连到波导管，作用3分钟时，胶凝明显，不能观察到马铃薯片膨化。再将新的一批马铃薯片微波波导管14中作用5分钟波导管14注入的功率为2千瓦和1千瓦。增加了作用时间只是使马铃薯片从几乎未膨化变为轻微膨化，并且只是使淀粉胶凝层变得非常硬。把915Mhz微波功率连到军用规格WR9.75的波导管上，，按照本发明的方法只需要最小3千瓦即可达到所要求的热处理马铃薯片的效果。在3和4千瓦功率下可以听得见“咝咝”声，说明有蒸汽从马铃薯片中排出，按照本发明方法，在此功率下，可以令人满意地加热处理马铃薯片，但在1和2千瓦功率下听不到这种声音。
以上是以马铃薯片的生产为例来说明本发明的，类似地，用上述发明方法可以生产得到其它薄脆片产品。例如，把玉米粉面团做成适当的能够输送通过高强度微波场的片状可以类似地生产出玉米片和墨西哥玉米饼等。另外，虽然为了优化生产过程，使微波能传送到马铃薯片中，采用的是单模式微波波导管，但如果需要，也可以将多模式微波用于本发明的新的热处理步骤中，只有提供足够高的微波功率即可。本领域技术人员都知道，在不背离本发明范围和精神下，可以对本发明的方法和设备进行各种替换、省略、改进和变化。另外，应该知道前面的描述仅是举例说明本发明，不是对本发明的限制。
权利要求
1．一种用于把片状产品加工生产成无脂肪薄脆片型小吃食品的设备，该设备包括微波可穿透的传送带；形状设置为能够反复围套住所说传送带至少一个输送面的第一对微波波导管；连接在所说波导管上使微波输出功率基本上平均分配到每一波导管的第一个微波能源；干燥炉；其中，随传送带输送的片状产品进入强度足以使片状产品膨化和外表面粗糙化的微波场中，然后在干燥炉中将这些经过微波处理的片状物进行干燥脆化为薄脆片产品。
2．根据权利要求1的设备，其中微波源发生至少3千瓦微波功率，并且其中每一波导管上至少有两段分开的波导管段作用于传送带。
3．根据权利要求1的设备，其中波导管终止于微波吸收终止器。
4．根据权利要求1的设备，其中第一对微波波导管包括允许传送带通过的狭长切口，狭长切口其横向于传送带宽度而言的高度大约为 英寸。
5．根据权利要求1的设备，该设备进一步包括形状设置为能够反复作用于所说传送带至少一个输送面的第二对微波波导管；连接在所说第二对波导管上使微波输出功率基本上平均分配到第二对波导管的第二个微波能源。
6．根据权利要求5的设备，其中第一对波导管至少作用于传送带二次，第二对波导管至少作用于传送带三次。
7.根据权利要求5的设备，其中第一和第二微波源发生至少3千瓦微波功率。
8.根据权利要求5的设备，该设备进一步包括形状设置为能够反复作用于所说传送带至少一个输送面的第三对微波波导管；连接在所说第三对波导管上使微波输出功率基本上平均分配到第三对波导管的第三个微波能源。
9.根据权利要求8的设备，其中第一对波导管至少作用于传送带二次，第二对波导管至少作用于传送带三次，第三对波导管至少作用于传送带四次。
10.根据权利要求8的设备，其中第一、第二和第三微波源中的每一微波源均发生至少3千瓦微波功率。
11.一种用于把生蔬菜等食品的片状产品加工生产成无脂肪薄脆片型小吃食品的设备，该设备包括微波可穿透的传送带；形状设置为能够反复围套住所说传送带至少一个输送面的第一对微波波导管；连接在所说波导管上的第一个微波能源；炉子；其中，通过传送带输送的生的片状食品先进入强度足以使片状食品膨化和外表面粗糙化的波导管内的微波场中，然后在炉中将这些经过微波处理的片状物进行干燥脆化为薄脆片产品。
12.根据权利要求11的设备，其中波导管终止于微波吸收终止器，波导管内的微波场基本上是单模式微波场。
13.根据权利要求11的设备，其中微波源发生至少25千瓦的微波功率，波导管上至少有5个分开的波导管段作用于传送带。
14.根据权利要求11的设备，其中传送带包括由滚轮驱动的连续输送带，该输送带包括很多由枢轴安装销连接的具有格栅结构的铰链。
15.根据权利要求14的设备，其中每一链片具有能够赋予生食品片以卷曲形状的驼峰状结构的第一表面。
16.根据权利要求15的设备，其中相邻链片之间的距离为大约3/8英寸。
17.根据权利要求16的设备，其中链片的厚度为大约1/32英寸。
18.根据权利要求17的设备，其中驼峰状结构设置在铰链第一表面的中间位置，是弓形的。
19.根据权利要求18的设备，其中驼峰状结构的曲率半径大约为1/2英寸。
20.一种用于把生的片状产品加工生产成无脂肪薄脆片型小吃食品的设备，该设备包括微波可穿透的传送带，该传送带包括很多通过枢轴安装销连接的具有格栅结构的铰链；形状设置为能够反复围套住所说传送带至少一个输送面的第一对微波波导管；连接在所说波导管上使微波输出功率基本上平均分配到每一波导管的第一个微波能源；干燥炉，其中，随传送带输送的片状产品进入强度足以使片状产品膨化和外表面粗糙化的微波场中，然后在炉中将这些经过微波处理的片状物进行干燥脆化为薄脆片产品。
21.根据权利要求20的设备，其中每一链片包含有支承片状产品的驼峰状结构表面。
22.一种输送生的片状产品使之通过热处理操作过程的传送带，该传送带包括具有格栅结构的铰链，该铰链是由多个以基本上平面平行设置的链片构成的，多个横板基本上成直角地与平行链片交叉，每一链片包含有支承片状产品的驼峰状结构表面，在其相对的两端上各有一开孔；枢轴式地安装在链片开孔上的多个销子，其中铰链通过这些销子枢轴式地连接在一起，由此提供一连续传送带。
23.根据权利要求22的设备，其中相邻链片之间的距离为大约3/8英寸。
24.根据权利要求22的设备，其中链片的厚度为大约1/32英寸。
25.根据权利要求22的设备，其中驼峰状结构设置在铰链第一表面的中间位置，是弓形的。
26.根据权利要求22的设备，其中驼峰状结构的曲率半径大约为1/2英寸。
27.一种用于把生的片状产品制作成低脂肪薄脆片产品的方法，该方法包括以下步骤提供用于输送片状产品的连续式传送带，其中该传送带包括多个具有格栅结构的铰链，铰链是由枢轴式安装的销子连接在一起从而形成输送带的，其中每条铰链包括多个基本上平面平行排列的链片，横板以基本上与链片成直角方式与所说链片相交，并且其中每一链片包含有支承片状产品的驼峰状结构表面；将片状产品铺设在铰链上，从而使每一块片状产品平铺在驼峰状结构部分上以便使片状产品具有卷曲形状；输送片状产品通过后续步骤，所说的后续步骤包括将片状产品置于具有足够高强度的微波场中，所说的足够高强度是指该强度可在大约3分钟的间隔内能将片中的水分含量(重量)降低至少一半；将片状产品干燥成薄脆片。
28.根据权利要求27的方法，其中首先除去原料片状产品表面的水分，使原料片状产品中的水分含量(重量)减少5-6％。
29.根据权利要求27的方法，还包括在干燥片状产品成为薄脆片之后，向片状产品施加调味料的步骤。
30.根据权利要求27的方法，还包括在高强度微波作用步骤之后及干燥步骤之前将少量的天然香精油施加到片状产品外表面的步骤。
31.根据权利要求30的方法，其中所加少量的天然香料是指每盎司重量的片状产品加少于约1/2克的香料。
32.根据权利要求27的方法，还包括在高强度微波作用步骤之后及干燥步骤之前将盐加到片状产品表面的步骤。
33.一种用于通过微波能处理加工生产食品的设备，该设备包括传送带；形状设置为具有以第一个重复数目作用于所说传送带至少一个输送面的第一个微波波导管；和设置在第一个波导管下游的，形状设置为作用于所说传送带至少一个输送面的第二个微波波导管，第二个波导管重复作用的数目大于所说第一个波导管重复作用的数目；其中通过增加微波能对食品的作用次数来调节食品从第一个波导管到第二个波导管的含水量的降低程度。
34.根据权利要求33的设备，还包括连接在所说第一和第二个波导管上的微波能供给器，该微波能供给器向每一波导管提供大约相等的微波功率。
35.根据权利要求33的设备，还包括连接在所说第一个微波波导管上的第一个微波能供给器以及连接在所说第二个微波波导管上的第二个微波能供给器。
36.根据权利要求35的设备，其中所说的第一和第二个微波能供给器向所说的第一和第二个微波波导管提供不同的微波能量。
全文摘要
本发明公开了一种用于加工生产基本上无脂肪的薄脆片产品如马铃薯片等的方法和设备。所说的薄脆片产品虽未经过油炸，但具有类似于传统薄脆片的外观和味觉。本发明的方法包括把生马铃薯片(12)等置于高强度微波场中使片(12)中的水分快速转化为蒸汽等步骤。然后将这些经上述微波作用处理的片(12)在低强度微波场中进行较长时间微波处理而使其干燥。本发明的设备包括波形波导管(14)，在其端部有微波吸收终止器(62)。在波导管(14)上提供有狭长切口(18)，以便于马铃薯片(12)等输送通过波导管(14)。通常传送带上的每一铰链(70)都具有一支承片状产品的驼峰状结构(76)表面，以便在高强度微波作用步骤中赋予生的片状产品以油炸马铃薯片样的形状。用本发明方法和设备生产的薄脆片产品没有添加任何脂肪，卡路里值低，但具有油炸薄脆片食品的通常质地和味觉。
文档编号H05B6/80GK1116402SQ94190883
公开日1996年2月7日 申请日期1994年1月6日 优先权日1993年1月6日
发明者P·施普列赫, J·韦德萨茨, D·加昂 申请人:Tgtbt有限公司